[发明专利]全驱动式灵巧机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人机械手，具体地说是涉及具有二十个主动自由度，拇指的朝向和安装位置可调整的全驱动式灵巧机械手。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展和机器人应用领域的不断扩大，原有的机器人末端操作器已经不能满足当今生产需求。为了克服普通末端操作器夹持方式单一、活动空间小、缺少灵活性、难以精确控制等缺点，灵巧型机械手（简称灵巧手）应运而生。灵巧手有多个自由度，可以抓取多种形状、不同材质的物体，还可以对所抓持的物体进行精细操作。用其代替专用的夹持器，安装到机器人操作器末端，不仅能扩大机器人的作业范围，还能提高机器人的作业质量。

十九世纪六十年代初，南斯拉夫Tomovic和Boni开发了第一只机械手，它有五个手指和五个自由度。七十年代发明了多种通用夹持器，如日本Hanafusa开发了一个三指手机构，每个手指有一个自由度；美国Crossley研制了三指八自由度机构，其中一个手指有二个自由度，另两个手指分别有三个自由度。八十年代，Salisbury, Jacobsen等人提出摸拟人手来设计通用夹持器的研究思想，研制了多指、多关节、多自由度的JPL灵巧手机构；日本学者T.Okada研制了三指十一个自由度灵巧手；美国Utah大学研制了MIT手。九十年代末二十一世纪初，灵巧手的研发进入了一个新阶段，关节数、手指数逐渐向人手靠近，其中比较有代表性的有：1999年研制成功的NASA灵巧手，由四个手指和一个位置相对的拇指组成，共有十四个自由度，由十四个直流无刷电机驱动，其于人手外形尺寸很相似，具有很好的灵活性；2003年日本歧阜大学Haruhisa, Kawasaki等人研发了Gifu Ⅲ灵巧手。Gifu Ⅲ手是拟人电动灵巧手，尺寸略大于人手，外形更接近人手，共有五个手指十六个自由度，具有较高的灵巧性和精确控制性。北京航空航天大学机器人研究所研制的BH-3手有三个手指，每个手指有三个关节，共9个自由度。2008年哈尔滨工业大学研制了HIT/DLRⅡ多指灵巧手，每个手指有3自由度，共有15个自由度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全驱动式灵巧机械手，具有多自由度、多关节，能抓取不同形状、不同材质物体的灵巧手。它能替代人手，在人类无法亲临或恶劣的环境中工作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括滑槽式手掌、四个手指和拇指；拇指和四个手指均依次包括上指关节、中指关节、下指关节和基关节，四个手指的基关节分别通过各自的矩形固定块同一方向平行安装在滑槽式手掌内；拇指的基关节经拇指安装调整结构上的圆形固定块垂直安装在滑槽式手掌上，拇指安装调整结构安装在滑槽式手掌下部的滑槽内，拇指的安装位置和朝向手动调整后固定；五个手指分别构成三个主动弯曲自由度和一个主动侧摆自由度；全驱动式灵巧机械手共有二十个主动自由度。

所述的上指关节包括上指节体、上从动螺旋锥齿轮、上传动轴、上主动螺旋锥齿轮、上步进电机和中指节体；安装在中指节体内的上步进电机驱动上主动螺旋锥齿轮，经上从动螺旋锥齿轮和上传动轴，带动上指节体转动，形成上指关节的一个主动弯曲自由度；上传动轴与上指节体和上从动螺旋锥齿轮固联，与中指节体滑动联接。

所述的中指关节包括中指节体、中从动螺旋锥齿轮、中传动轴、中主动螺旋锥齿轮、中步进电机和下指节体；安装在下指节体内的中步进电机驱动中主动螺旋锥齿轮，经中从动螺旋锥齿轮和中传动轴，带动中指节体转动，形成中指关节的一个主动弯曲自由度；中传动轴与中指节体和中从动螺旋锥齿轮固联，与下指节体滑动联接。

所述的下指关节包括下指节体、下传动轴、连轴块、下步进电机、下主动螺旋锥齿轮和下从动螺旋锥齿轮；安装在下指节体内的下步进电机驱动下主动螺旋锥齿轮，经下从动螺旋锥齿轮和下传动轴，带动下指节体转动，形成下指关节的一个主动侧摆自由度；下传动轴与下指节体和下从动螺旋锥齿轮固联，与连轴块滑动联接。

所述的基关节包括连轴块、基传动轴、基主动螺旋锥齿轮、基从动螺旋锥齿轮、基步进电机和矩形固定块；安装在矩形固定块内的基步进电机驱动基主动螺旋锥齿轮，经基从动螺旋锥齿轮和基传动轴，带动连轴块转动，形成基指关节的一个主动弯曲自由度；基传动轴与连轴块和基从动螺旋锥齿轮固联，与矩形固定块滑动联接。

所述的拇指安装调整结构包括圆形固定块、左挡杠和右挡杠；拇指的基关节安装在圆形固定块内，沿圆形固定块的侧面弧槽旋转拇指基传动轴，调整拇指的安装朝向，圆形固定块安装在滑槽式手掌的滑槽中，沿滑槽式手掌的滑槽移动圆形固定块，调整拇指的安装位置，并由左挡杠和右挡杠经螺栓固定在滑槽式手掌上。