[发明专利]基于电磁肌肉和筋腱驱动的仿生机械手

说明书

技术领域

本发明是涉及一种仿生机械手，具体地说是涉及一种基于电磁肌肉与筋腱驱动的仿生机械手。

背景技术

人形机器人是当前机器人研究中的热点，而人体结构中以手部的结构的复杂最为突出。当前研究中，人们普遍使用气动、液压等直线驱动作为驱动方式，这种驱动方式的机械手结构设计较成熟，但基于电磁肌肉可以在弯曲状态下收缩提供拉力的特点而设计的机械手结构还几乎没有。同时，人手筋腱收缩带动弯曲动作的仿生特征在实际应用中也很少涉及，更不用说筋腱和肌肉协调工作的机械手了。随着超导材料的发展，必然会带动电磁肌肉效率的提高，于是基于电磁肌肉驱动的设计也会相应增多。当前这个方面研究虽然并不突出，但还是有很大前景的。同时随着仿生肌肉的日益发展，其他具有柔软特性可弯曲收缩的仿生肌肉也将相继问世，针对这样的肌肉驱动方式，也应当有一定的机械手结构去适应。而筋腱与肌肉的协调驱动可以更好的模仿人的动作，因此也值得研究发展。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种基于电磁肌肉与筋腱协调驱动的仿生机械手。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明主要部分由手掌1、拇指2、手指3、肌肉4、筋腱5、驱动电机6、齿轮7、带齿轮转动轮8、手面9，筋腱位置固定环10、肌肉固定环11组成。其特征在于由骨骼支架作支撑，肌肉4、筋腱5协调驱动；同时具有三种关节类型：用于手指3不同段之间联系的铰接关节类型一、用于手指3与手掌1之间的球铰关节类型二、用于拇指2与手掌之间联系的球铰关节类型三。

具体工作方式如下：手指3的弯曲有两种驱动，一种是肌肉4驱动，一种是筋腱5驱动。正常做弯曲动作时，筋腱5在驱动电机带动的转动轮8的旋转带动下，手指3下端的筋腱5缩短，拉动手指3各段向内侧弯曲；做舒张动作时反之即可。在需要抓握物体时，由于筋腱5提供的力量有限，借由肌肉4收缩带动力量的加大，以提供足够的摩擦力抓住物体。为了把握启动肌肉4时机，可在手指3指端加装压力传感器，在压力为零时，肌肉4不启动，压力变大时，肌肉4启动。

总结来说，在单纯做动作时，只要筋腱5驱动就可以了；在要抓握物体时，筋腱5驱动与肌肉4驱动协调工作（可以依靠压力传感器把握时机）。抓握时，通过关节类型二的手指2与手掌1的球铰连接和两侧肌肉4收缩力调整实现对物体外形的适应。拇指2依靠前后左右四个方向的肌肉4收缩实现多方向运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

借助电磁肌肉柔软特性与筋腱、肌肉协调驱动，使得仿生机械手可以灵活运动的同时，更大限度的模仿人手的动作。连接了相应的控制系统后，可以更好的代替人手发挥作用。由于电磁肌肉柔软可以适应一定的收缩路径变化，可以不必刻意考虑预留收缩路径的问题。筋腱肌肉协调驱动既增大了整体手的力度，又是一种双保险。

附图说明

图1是本发明一种仿生机械手的整体结构示意图一

图2是本发明一种仿生机械手的整体结构示意图二

图3是本发明一种仿生机械手的铰接关节类型一示意图

图4是本发明一种仿生机械手的球铰关节类型二示意图

图5是本发明一种仿生机械手的球铰关节类型三示意图

图6是本发明一种仿生机械手的筋腱驱动动力部分示意图

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1、图2所示的一种仿生机械手主要部分由手掌1、拇指2、手指3、肌肉4、筋腱5、驱动电机6、齿轮7、带齿轮转动轮8、手面9，筋腱位置固定环10、肌肉固定环11组成。手指3包括食指、中指、无名指、小指，由于结构类似，均作手指3介绍。手掌1包含四个供手指3连接用的球铰支座1-1、供拇指2连接的球铰支座1-2以及隔板1-3。