[发明专利]滑块式欠驱动三关节机械手指结构及机械手和其操作方法

说明书

本发明公开了一种滑块式欠驱动三关节机械手指结构及机械手和其操作方法，包括依次连接的近指节、中指节和远指节，近指节经中指节到远指节依次设置有点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K和L构成旋转副，近指节上设置有第一滑块，中指节上设置有第二滑块，第一滑块和近指节、第二滑块和远指节处构成移动副，点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和M构成活动构件。本发明结构简单、驱动元件少、能够自适应夹持物体形状的抓取机构，即能够通过变构形可靠抓取物体，并且做到抓取物体自适应。

技术领域

本发明属于机械生产技术领域，具体涉及一种滑块式欠驱动三关节机械手指结构及机械手和其操作方法。

背景技术

随着机械智能和智能机械的不断发展，具有自动适应外部环境、工作对象的机械自适应结构的研究已成为国内外机构学者的研究热点。拟人机械手由于具有自动适应被抓物体的尺寸、形状等参数变化的自适应抓取功能，已在机器人及工程应用中得到了深入的研究，并取得了较大的成果。灵巧手作为具有自适应功能的机械手之一，尽管其抓取功能较强，但由于其多手指、多自由度、多驱动的特征，影响了其工作可靠性，制约了其应用范围的拓展。欠驱动机械手是驱动数少于机构的自由度数，同时具备多手指、多自由度的机械手。正是由于其驱动数少，其驱动机构、控制系统将更加简单，同时又能确保实现对被抓物体的形状、尺寸等参数变化的自适应抓取功能，已得到机构学者的广泛关注和研究，成为机器人研究领域的一个重要研究方向和内容。

欠驱动手指机构的构型设计是设计欠驱动手的基础，如何确保抓取过程中的运动稳定和抓取可靠性，可变约束的设计和应用是关键。本发明重点对欠驱动手指机构的构型设计、尺度参数综合等方面进行深入研究，以奇对称式双曲柄滑块机构演化出偶对称双曲柄滑块机构为基本构型，根据欠驱动机构的工作原理，设计出一种基于可变约束的具有自适应功能的欠驱动手指机构构型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种滑块式欠驱动三关节机械手指结构及机械手和其操作方法，结构简单、驱动元件少、能够自适应夹持物体形状的抓取机构，即能够通过变构形可靠抓取物体，并且做到抓取物体自适应。

本发明采用以下技术方案：

一种滑块式欠驱动三关节机械手指结构，包括依次连接的近指节、中指节和远指节，近指节经中指节到远指节之间依次设置有点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L和M十三个旋转副，近指节上设置有第一滑块，中指节上设置有第二滑块，第一滑块和近指节、第二滑块和远指节处构成两个移动副，点A和点C之间通过第一连接杆连接，点C和点B之间通过第二连接杆连接，点B和点E之间通过第三连接杆连接，点D和点F之间通过第四连接杆连接，点F和点H之间通过第五连接杆连接，点G和点I之间通过第六连接杆连接，点I和点J之间通过第七连接杆连接，点J和点L之间通过第八连接杆连接，第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆、第八连接杆、近指节、中指节、远指节、第一滑块、第二滑块构成活动构件。

具体的，近指节上安装有第一弹簧，中指节上安装有第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧作为手指机构可变约束，第一弹簧平行近指节的轴线，布置于B点和D点之间，第二弹簧平行中指节的轴线，布置于点J和K之间。

具体的，点A处安装有驱动第一连接杆的驱动轴，第一连接杆的一端连接点A，另一端连接点C，第二连接杆的一端连接点C，另一端连接第一滑块，第三连接杆的一端连接第一滑块，另一端连接点E，点E设置在第四连接杆上，第四连接杆的一端连接点D，点D设置在近指节上，位于第一滑块和近指节的端点G之间，第四连接杆的另一端连接点F，第五连接杆的一端连接第四连杆于点F相交，另一端连接点H，点H设置在第六连接杆上，第六连接杆的一端连接点G，另一端连接点I，第七连接杆的一端连接点I，另一端连接第二滑块，第二滑块设置在中指节的点G和点K之间，点K与远指节连接，第八连接杆的一端与第二滑块连接，另一端连接点L，点L设置在远指节上。

进一步的，手指结构自由度F为三。