[发明专利]一种欠驱动的仿人灵巧手

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，是一种欠驱动的仿人灵巧手。

背景技术

随着人类对自然的不断探索求知，工作空间越来越复杂、危险，而简单的机械手无法完全代替人完成复杂、精密的操作，因此希望出现一种仿人的机械手能够完成人手所能完成的所有工作。所以灵活度高、结构简单、可操作性强、适应各种抓取任务的仿人灵巧手成为了机器人领域研究热点之一。

传统的末端执行器通用性差，自由度少，灵活性低，无法对多形状、多尺寸的物体进行灵活性抓取。仿人灵巧手是末端执行器的先进代表，现代意义机械手是集传感技术、控制技术等多项技术于一身的多关节，多自由度，高灵活度的末端执行器。目前，对仿人灵巧手的研究，已经取得了一定的成果有SHADOW公司推出的Shadow手、Elumotion公司的Elu-2 Hand、加州理工学院的Harada手、哈尔滨工业大学的HIT/DLR手等。

一种已有的仿人灵巧手装置，如中国发明专利CN103128744，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指和小指。除拇指外四指均采用相同结构，每个手指设置三个关节由三组四连杆机构耦合，由一个电机驱动。其不足之处为该装置除拇指外四指三个关节按1:1:1的运动速率按固定角度同时弯曲，关节不能单独驱动，灵巧性和人手差别较大，抓取时对不同形状的物体自适应性较差。另一种已有的仿人灵巧手，如中国发明专利CN1283429C，包括手掌和五个手指，共12个关节自由度，其手指欠驱动关节的弯曲伸直由多级齿轮传动系统实现，所涉及的齿轮传动系统具有自解耦效果，其中主动驱动的关节仅有三个，并且除拇指、食指外的三个手指采用一个电机进行驱动，单独手指不能进行主动弯曲，与人手差别较大，灵巧性不高。

目前，仿人灵巧手的研究主要难点以及关键技术集中在结构设计，驱动，传感器，以及控制上。简单可靠传动机构以及合理的布局是灵活度的关键；驱动主要问题是无法在尺寸和力矩上同时满足要求，小尺寸、大力矩驱动成为缩小仿人灵巧手尺寸的关键；传感器是仿人灵巧手至关重要的技术，仿人类触觉传感器技术的滞后限制了机械手功能发挥。在控制上，模型复杂，控制算法不成熟以及操作对象的多样性和不确定性也是其研究难点。

发明内容

本发明目的在于提供一种欠驱动仿人灵巧手，该仿人灵巧手尺寸与人手大小相当，结构简单、可靠、多自由度、多关节，能实现多形状、多尺寸物体自适应抓取。适合作为各类机械手臂末端执行器用，可以配合机械臂完成抓取任务，也可用于助老、助残、送餐等服务机器人。

本发明一种欠驱动的仿人灵巧手装置，所述的仿人灵巧手，包含有一个手掌和五个手指，五个手指包括拇指、食指、中指、无名指、小指。拇指在伸直状态下，与手掌安装面成一定角度安装，除拇指外的其余四个手指按合适的位置分布在手掌上。手掌上有安装电路板、手指和电机的安装凹槽。除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，四个手指主体都由四个部分组成，把四个部分分别命名为手指基座、手指指根、手指指节、手指指尖；四个部分通过三个轴相连，按离手掌由近到远分别命名为手指轴一、手指轴二、手指轴三，三个旋转轴轴线平行，手指轴一连接手指基座和手指指根，手指轴二连接手指指根和手指指节，手指轴三连接手指指节和手指指尖。拇指包含四部分，四个部分分别命名为拇指基座、拇指指根、拇指指节、拇指指尖。拇指单元四部分通过四个轴相连，在拇指伸直的方向，按离手掌由近到远分别命名为拇指轴一、拇指轴二、拇指轴三、拇指轴四。其中拇指轴三和拇指轴四轴线相互平行；拇指轴二与拇指轴三、四的轴线相互垂直；拇指轴一轴线与手掌安装面成一定角度，并且与拇指伸直方向平行。拇指轴一连接拇指基座和手掌，拇指轴二连接拇指基座和拇指指根，拇指轴三连接拇指指根和拇指指节，拇指轴四连接拇指指节和拇指指尖。五个手指和手掌上都安装有力传感器，可对灵巧手在抓取过程中进行力反馈。