[发明专利]变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置的结构设计。

背景技术

已有多种技术用于实现仿生手机构。但是在目前的研究中，存在一些技术难点。如为了实现多自由度灵巧手，需要较多的电机提供动力。但是，电机数量的增加不仅会导致控制系统复杂，更会使得整个仿生手机构庞大，破坏其拟人性。欠驱动技术是一个能够较好解决此矛盾的方案之一。通过利用欠驱动机构，可以由较少的电机驱动较多关节自由度。具有自适应抓取的突出优点，控制简单。当前欠驱动仿生手已经有若干实例被成功设计出来，这些装置从其电机是否直接与多个关节相连接来看，可以分为两大类。一类是间接连接方式，可称为间接欠驱动手，另一类为直接连接方式，可称为直接欠驱动手。

另一方面，从抓取物体的方式看，现有的技术中，仿生手抓取物体有多种方式：一种是采用几何形状包络式抓取，此方式需要将机器人的多个手指弯曲后形成一个网状封闭的空间实施包络抓取，电机停转后具有自锁或软自锁功能，物体的重力不能够将手指反向弯曲而保持在手中。第二种是采用具有力保持特点的驱动源，例如液压缸、气缸或可以持续堵转的特制电机，当手指碰触物体后，驱动源仍然对物体施加抓取力，保持着手的抓取力。第三种是采用特殊的机构巧妙的实现仿生手对物体的抓取力，此仿生手可以采用普通的电机，在手指碰触物体并产生抓取力后电机停止工作，在特殊机构的作用下实现了抓取力的产生和保持，较好的仿生手装置还能够实现抓取力的精确控制。

目前，具有欠驱动技术的仿生手多采用前两种抓取方式。上述第一种包络抓取方式仅满足于较小物体抓取，因而抓取范围有限，而且对所抓物体不能精确抓牢在手中，影响了手对物体的控制。上述第二种持续加力抓取方式虽然抓取物体的范围大于第一种方式，但是，液压缸和汽缸体积庞大且机构复杂，可长期堵转使用的特制力矩型电机成本非常昂贵、寿命较低。上述第三种特殊机构可变抓取力的抓取方式是最有前途的抓取方式，可以实现稳定抓取，适应抓取物体范围广。

目前现有的欠驱动仿生手一般没有考虑变抓取力功能(如中国发明专利CN1283429C)。又如美国发明专利US5762390A，属于直接欠驱动机械手，采用前述第二种抓取方式。采用持续保持抓取力的驱动源——液压缸，导致存在油压密封问题和整个手掌体积过于庞大，而且成本昂贵、制造维修不便。另外，由于采用多套四连杆机构将驱动源的动力传递到多个关节处，为了达到末端手指转动较大角度和较大的出力，必须设置体积相当庞大的手指机构，整个机械手外观失去了拟人性。

一种如中国发明专利CN1215925C所述的装置虽然具有变抓取力机构的手指但不具有欠驱动多关节驱动和自适应抓取效果。多数考虑了变抓取力功能的手指采用的是腱绳驱动，如美国发明专利US4946380。所述的装置使用钢丝绳驱动的变抓力机构。虽然外观基本拟人化，但是钢丝绳承受力较小，导致手指出力小。另外多套钢丝绳和绳轮机构相当复杂，而且钢丝绳如果拉得不紧起不到较精确的控制驱动要求，如果钢丝绳拉得过紧又寿命不长，钢丝绳较为容易崩断，维修费时费力。若采用高性能钢丝绳或特殊材料腱绳则成本非常昂贵。

综上所述，如果将特别设计的变抓取力机构与直接欠驱动技术融合到同一款仿生手中，可以得到功能强大、抓取范围广、抓取稳定性好、拟人化程度高、成本较低、出力大的仿生手。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，设计出一种变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置。该装置具有多个可以主动驱动和独立控制的手指，抓取物体时可以真正抓牢物体，具有变抓取力抓取功能，从而抓取稳定且抓取范围广，同时具有多关节欠驱动自适应抓取效果，还要保证良好的外观的拟人化。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置，包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌；其特征在于：

所说的手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌关节轴、手掌减速器、手掌连接板；所说的手掌电机和手掌减速器与所说的手掌骨架固接，手掌电机的输出轴与手掌减速器的输入轴相连，手掌减速器的输出轴与手掌关节轴相连，手掌关节轴套设在手掌骨架中，所说的手掌连接板套固在手掌关节轴上；