[发明专利]一种仿人五指灵巧手装置

说明书

一种仿人五指灵巧手装置属于机器人领域，包括拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌、固定装置、手掌盖，灵巧手的尺寸与成年人手相当，共15个自由度；拇指可与中指运动至同一抓取平面，与其它四指成一固定角度布置；五指的指节表面及手掌表面均安装触觉传感器；驱动系统、控制系统集成于灵巧手内部。本发明在不过多增加手指自由度的情况下，通过合理设计拇指结构、合理布置拇指位置，使灵巧手获得较高的抓取物体的能力；所涉及灵巧手指的欠驱动系统，其传动方式设计为“单电机‑双腱绳”机构，使灵巧手在物体抓取过程中实现良好的自适应性和柔顺性；本发明基于更加严格的模块化设计思想，四个手指结构相同，手指、拇指均与手掌完全独立，加工和装配更加简洁。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种仿人五指灵巧手装置。

背景技术

传统的机器人末端执行器一般是根据特定的工作任务而设计的，大部分仅有1～2个自由 度，因而不具有通用性，极大限制了其应用范围。人手在物体抓取领域具有无可比拟的优势， 如柔顺性、灵活性、广泛性等，因此多自由度、多关节的仿人多指灵巧手成为机器人末端执 行器的发展方向，具有广泛的应用领域，得到各国政府和研究学者的高度重视，一大批仿人 多指灵巧手被研制出来，如Okada、Utah/MIT、Stanford/JPL、Shadow等全驱动灵巧手，NASA Robonaut、GifuⅢ、DLR/HIT I、Robotiq等基于连杆机构的欠驱动灵巧手，DLRⅠ、DLR/HIT Ⅱ、Barrett、ReFlex等基于腱传动的欠驱动灵巧手。

基于腱传动的欠驱动灵巧手因其结构相对简单、控制方便、便于集成，且柔顺性较好， 因而得到众多研究学者的青睐。灵巧手的设计一般是基于仿人手的思想，尽可能的实现人手 所具有的所有自由度，但相关研究证明，灵巧手的仿人设计与其抓取物体的能力没有直接的 关系，因此以“抓取物体能力”为设计目标的灵巧手在仿人性设计上应该有所取舍。此外， 灵巧手指欠驱动系统的设计，一般是通过合理布置腱绳或增加弹性元件来实现，其设计的关 键是如何在不增加驱动单元的前提下，又能很好的实现手指的欠驱动运动。在仿人多指灵巧 手的设计过程中，模块化思想的应用比较普遍，如Utah/MIT、Stanford/JPL、DLR/HITⅡ等， 每个手指(拇指除外)具有相同的结构，便于与手掌集成安装，同时又可大幅降低研发成本， 但这些灵巧手指和手掌并不完全独立，并未达到真正意义上的模块化，无法实现快速、简洁 的装配或手指更换。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种仿人五指灵巧手装置，本发明可以在不过多 增加手指自由度的情况下，使灵巧手获得较高的抓取物体的能力、较好的自适应性和柔顺性， 可实现快速、简洁的灵巧手装配或手指更换。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种仿人五指灵巧手装置，该灵巧手共有个自由度，包括拇指、食指、中指、无名指、 小指、手掌、手掌盖，灵巧手固定在固定装置上；所述食指、中指、无名指、小指的结构相同，每个手指均具有三个指节及三个“张开闭合”自由度，分别通过手指的第四个指节固定在手掌上，四个手指的布置方式参照人手，手掌盖与手掌固定；所述拇指具有两个“张开闭合”自由度和一个“左右摆动”自由度，可与中指运动至同一抓取平面，拇指与食指、中指、无名指、小指成一固定角度布置，拇指、食指、中指、无名指、小指的指节表面及手掌表面 均安装触觉传感器；驱动系统、控制系统集成于灵巧手内部。