[發(fā)明專利]一種欠驅(qū)仿生靈巧手、系統(tǒng)及其控制方法

在審

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• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116394282A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王崢宇;陳耀軒;張立;周子堯;王梓杭;陳維巖;陳浪;朱傳彪;梅杰;陳定方;陳昆
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02;B25J9/10
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 周雙

本發(fā)明提供了一種欠驅(qū)仿生靈巧手、系統(tǒng)及其控制方法，該欠驅(qū)仿生靈巧手包括一個(gè)手掌、五個(gè)手指、控制板以及通過螺紋螺孔安裝在手掌背面的舵機(jī)，拇指包括關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)手指彎曲的腱繩、依次通過圓柱銷連接的掌骨、近端指骨和遠(yuǎn)端指骨；食指、中指、無名指和小拇指的結(jié)構(gòu)相同，均包括關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)手指彎曲的腱繩、依次通過圓柱銷連接的遠(yuǎn)端指節(jié)、中間指節(jié)和近端指節(jié)；在拇指與手掌連接的掌指關(guān)節(jié)處設(shè)置有指根行程限制器，在食指、中指、無名指和小拇指與手掌連接的掌指關(guān)節(jié)處、中間指節(jié)以及遠(yuǎn)端指節(jié)均設(shè)置有指根行程限制器。本發(fā)明仿人程度高、輕便靈活，解決了靈巧手體積過大、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、動(dòng)作僵化以及仿人程度不高的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種欠驅(qū)仿生靈巧手、系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)多元化、智能化等趨勢，機(jī)器人由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、感知裝置和控制系統(tǒng)構(gòu)成，在機(jī)器人的諸多組件當(dāng)中，其中末端執(zhí)行器的效率直接影響著機(jī)器人整體的工作效率。傳統(tǒng)的末端執(zhí)行器多為夾持式或吸附式末端執(zhí)行器，在面對一些極端環(huán)境和復(fù)雜工況的時(shí)候，工作效率不高且對復(fù)雜極端工作環(huán)境適應(yīng)性不足。靈巧手作為結(jié)合了仿生學(xué)的新型末端執(zhí)行器，不僅靈巧性高、適應(yīng)性強(qiáng)，而且可以完成多種不同類型的復(fù)雜操作，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)末端執(zhí)行器功能單一等缺陷。

對于仿人靈巧手可依據(jù)不同驅(qū)動(dòng)方式將其分為兩大類，一類是全驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，另一類是欠驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手。其由過去的體積大、重量大、靈敏度低等特點(diǎn)向現(xiàn)在的體積小、重量輕、高靈敏度逐步進(jìn)化。近年來為滿足更高的擬人化工作需求，國內(nèi)外學(xué)者及實(shí)驗(yàn)室在欠驅(qū)動(dòng)靈巧手的研究方面取得了較大進(jìn)展，研制的靈巧手驅(qū)動(dòng)方式大部分采用欠驅(qū)動(dòng)取代全驅(qū)動(dòng)方式，且目前欠驅(qū)動(dòng)靈巧手多使用腱繩控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

對于實(shí)現(xiàn)靈巧手的人機(jī)交互來說，其設(shè)備由最初的操作復(fù)雜的旋鈕按鍵遙控器，過渡到配置多傳感器的數(shù)據(jù)手套，再到反饋靈敏、體積小、重量輕的體感手勢傳感器設(shè)備，正在朝著簡易化、輕量化的方向發(fā)展，而現(xiàn)有靈巧手存在體積過大、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、動(dòng)作僵化以及仿人程度不高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種欠驅(qū)仿生靈巧手、系統(tǒng)及其控制方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中靈巧手體積過大、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、動(dòng)作僵化以及仿人程度不高的技術(shù)問題。

一方面，本發(fā)明提供了一種欠驅(qū)仿生靈巧手，包括一個(gè)手掌、五個(gè)手指、控制板以及通過螺紋螺孔安裝在所述手掌背面的舵機(jī)，所述五個(gè)手指為與所述手掌連接的拇指、食指、中指、無名指和小拇指；

其中，所述拇指包括關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)手指彎曲的腱繩、依次通過圓柱銷連接的掌骨、近端指骨和遠(yuǎn)端指骨；所述食指、所述中指、所述無名指和所述小拇指的結(jié)構(gòu)相同，均包括關(guān)節(jié)、驅(qū)動(dòng)手指彎曲的腱繩、依次通過所述圓柱銷連接的遠(yuǎn)端指節(jié)、中間指節(jié)和近端指節(jié)；在所述拇指與所述手掌連接的掌指關(guān)節(jié)處設(shè)置有指根行程限制器，在所述食指、所述中指、所述無名指和所述小拇指與手掌連接的掌指關(guān)節(jié)處、所述中間指節(jié)以及所述遠(yuǎn)端指節(jié)均設(shè)置有所述指根行程限制器。

可選的，所述拇指的掌指關(guān)節(jié)處的軸線相對于腕掌關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)處軸線作預(yù)設(shè)角度的旋轉(zhuǎn)。

可選的，所述腱繩的繞線方式為達(dá)芬奇式配合帶輪式。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種欠驅(qū)仿生靈巧手系統(tǒng)，包括于上述的欠驅(qū)仿生靈巧手，還包括傳感模塊和主控模塊；

其中，所述主控模塊分別與所述欠驅(qū)仿生靈巧手以及所述傳感模塊連接；

所述傳感模塊用于對人手做出的手勢動(dòng)作進(jìn)行檢測，得到手勢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并將所述手勢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

所述主控模塊用于提取解析所述手勢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并通過預(yù)設(shè)手勢識別算法對所述手勢運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，得到控制參數(shù)，將所述控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為控制信號后輸出；

所述欠驅(qū)仿生靈巧手用于接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號生成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)行，控制所述欠驅(qū)仿生靈巧手的手指進(jìn)行相應(yīng)操作。