[实用新型]一种拟人电动机械灵巧手

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人机械手，具体地说是涉及具有与人手自由度一致的十六个主动自由度和四个从动自由度的拟人电动机械灵巧手。

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

本实用新型的目的在于提供一种具有多自由度、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。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型包括一个电动拇指、四个电动手指和机械手掌；电动拇指和四个电动手指均依次包括上指节、中指节、下指节和基座体；四个电动手指的下指节分别通过各自的基座体同一方向安装在机械手掌内，电动拇指的下指节通过电动拇指的基座体安装在机械手掌内，电动拇指位于机械手掌的另一侧面，电动拇指和四个电动手指与机械手掌共面；四个电动手指尺寸结构相同；电动拇指具有四个主动自由度，每个电动手指均有三个主动自由度和一个从动自由度；拟人电动机械灵巧手共有十六个主动自由度和四个从动自由度，与人手自由度一致。

所述的电动手指包括上指节体、上传动轴、上连架杆、连杆、曲柄、中指节体、中指节左从动锥齿轮、中指节右从动锥齿轮、中指节左传动轴、中指节右传动轴、中指节主动锥齿轮、中指节电机、下指节体、方形块、基弯曲传动轴、基弯曲电机、基弯曲主动锥齿轮、基过渡锥齿轮、基弯曲从动锥齿轮、侧展电机、侧展主动锥齿轮、侧展从动锥齿轮和侧展轴。

所述的上指节体经上传动轴联接中指节体，中指节体经中指节左传动轴和中指节右传动轴联接下指节体；方形块经基弯曲传动轴安装在下指节体的底部；中指节电机安装在下指节体内，基弯曲电机和侧展电机安装在基座体内。

所述的电动手指的一个从动自由度位于上指节体和中指节体联接处；中指节电机驱动中指节主动锥齿轮，经中指节左从动锥齿轮和中指节左传动轴，使曲柄旋转，进而带动连杆，连杆推与上指节体相联的上连架杆，使得上指节体绕上传动轴转动，从而与中指节体构成一个弯曲的从动自由度；中指节左从动锥齿轮和曲柄固联在中指节左传动轴上，中指节左传动轴与下指节体和中指节体滑动联接；上连架杆、连杆、曲柄和上指节体构成一个曲柄连杆机构；上传动轴与上指节体和中指节体滑动联接。

所述的电动手指的中指节体和下指节体联接处构成一个主动自由度；中指节电机驱动中指节主动锥齿轮，经中指节右从动锥齿轮和中指节右传动轴，带动中指节体转动，从而与下指节体构成一个弯曲的主动自由度；中指节右传动轴与中指节体和中指节右从动锥齿轮固联，与下指节体滑动联接。