[发明专利]机器人手腱络式四指侧展装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种机器人手腱络式四指侧展装置的结构设计。

背景技术

人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。而同人类本身一样，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。

现有的灵巧手(如美国Robonaut手、英国Shadow公司的V5手、中德合作研发的HIT/DLR手和北航BH手等)多数采用非常复杂的多齿轮传动机构实现在食指、中指、无名指和小指根部的弯曲和侧展两个主动自由度运动，而且该弯曲和侧展转动中心线相互垂直。其不足在于：该装置结构复杂，成本昂贵，同时由于主动驱动的电机数量过多，加重了实时控制的难度。

对于人手的研究表明，人手的食指、中指、无名指和小指的侧展自由度运动非常重要，在抓取常见物体(尤其是球状物体)及完成一些常见手势动作(例如“V”字形手势、“OK”手势等)时，经常需要四指的侧展运动。但是多数时候，四指的侧展运动是同时进行的，少有单独一个手指的侧展运动。因而灵巧手所具备的每个手指均单独完成侧展运动看似更加“灵巧”，但却大大增加了控制难度和制造成本。四指的侧展运动能够在抓取物体时实现一种更加立体化的包络抓取效果，使得抓取更加稳定。

一种已有的带轮欠驱动机器人手装置(中国发明专利CN101214653A)，具有采用6个电机驱动的手掌和5个手指，每个手指均采用电机驱动的带轮欠驱动机构实现；拇指有3个自由度：一个是拇指与手掌之间的侧摆关节，另两个是拇指中间的弯曲自由度；食指、中指、无名指和小指结构相同、尺寸不同，分别具有3个弯曲自由度，其中包括一个手指的根部与手掌之间的手指弯曲自由度。其不足之处在于：该机器人手的食指、中指、无名指和小指不具备手指侧展运动，导致抓取常见物体时难以实现更好的立体包络抓取效果，抓取物体还不够稳定，同时难以完成像“V”字形手势、“OK”手势等常见手势。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种机器人手腱络式四指侧展装置。该装置实现机器人手的食指、中指、无名指和小指的并拢和侧展运动，使得机器人手在抓取物体时更多点接触，具有更好的立体包络抓取效果，抓取物体和做手势时的动作更接近人手，同时采用较少的电机实现多个手指的共同侧展，以降低控制难度和制造成本，适用于拟人机器人手。

本发明采用如下技术方案：

一种机器人手腱络式四指侧展装置，包括食指、中指、无名指、小指和手掌；其特征在于：

该机器人手腱络式四指侧展装置还包括设置在手掌中的电机和牵引机构，以及设在食指与中指之间的第一弹簧，设在中指与无名指之间的第二弹簧和设在无名指与小指之间的第三弹簧；所述的牵引机构包括主动转轴、食指腱绳、无名指腱绳、小指腱绳和定轴；

所述的手掌包括手掌前板和手掌背板，手掌前板和手掌背板固接成为中空的盒子状；所述的电机与手掌固接；所述的中指的根部与手掌固接，所述的食指、无名指、小指的根部分别通过食指转轴、无名指转轴、小指转轴与手掌连接；所述的电机的输出轴与主动转轴相连，主动转轴的两端分别套设在手掌前板和手掌背板中；

所述的定轴套固在手掌前板和手掌背板中；所述的食指腱绳一端与食指根部固连，另一端与主动转轴固连，腱绳中部绕过定轴；所述的无名指腱绳一端与无名指根部固连，另一端与主动转轴固连，腱绳中部绕过定轴；所述的小指腱绳一端与小指根部固连，另一端与主动转轴固连，腱绳中部绕过定轴；

本发明所述的机器人手腱络式四指侧展装置，其特征在于：所述的食指与中指之间弹簧称为第一弹簧，所述的无名指与中指之间的弹簧称为第二弹簧；所述的小指与无名指之间的弹簧称为第三弹簧；所述的第一弹簧两端固定在食指和中指根部，所述的第二弹簧两端固定在无名指和中指根部，所述的第三弹簧两端固定在无名指和小指根部。

所述的第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧起初都处于压缩状态，电机开动后被腱绳牵引，即可使食指、无名指和小指张开一定角度；所述的电机固定在手掌中，所述的腱绳一端与手指根部固连，另一端与主动转轴固连，腱绳中部绕过套筒。

本发明所述的机器人手腱络式四指侧展装置，其特征在于：包括食指支撑柱、无名指支撑柱和小指支撑柱；

所述的食指支撑柱的一端固接在食指的根部，食指支撑柱的另一端镶嵌在手掌前板的第一滑槽113中，该第一滑槽是以食指转轴的中心线为圆心、以食指支撑柱的中心线和食指转轴的中心线之间的距离为半径的圆弧滑槽；