[发明专利]一种单电机驱动的仿人灵巧手装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人技术领域，涉及一种单电机驱动的仿人灵巧手装置。

背景技术

拟人机器人的多数功能需要通过手部操作来实现，手部机构研究是拟人机器人研究的重要组成部分，其设计是拟人机器人技术的关键技术之一。随着技术的进步，人们希望机械手更加拟人化，这就需要增加机械手的自由度，但是为了控制手部的体积和重量以及降低拟人机器人手部的控制难度，就要减少驱动器数目，这两者有一定矛盾，而具有形状自适应功能的欠驱动装置正好可以解决这一矛盾。所谓欠驱动机构是指独立驱动器数目少于自由度数目的机构，欠驱动结构手指比纯主动驱动的多关节手指更有优势，它能够自动适应物体的形状和尺寸大小，达到自适应抓取的目的，具有形状自适应功能的欠驱动灵巧手有较多关节自由度，较少驱动器数目，在抓取不同形状、尺寸的物体时具有更强的适应性，同时也降低了对控制系统的要求。

美国发明专利US5762390，包括三关节的手指、电机、带轮传动机构、丝杠传动机构、底座、连杆机构、弹簧。该专利手指两关节之间、关节与底座串联在一起，中间设有弹簧，形成3个相连的四连杆机构，电机、带轮、带轮传动机构、丝杠传动机构安装在底座里。该装置由电机驱动，通过带轮、丝杠传动机构把电机转动转化为连杆机构的运动。

该装置不足之处：实现手指指节依次转动的多个四连杆机构复杂、制造成本高；四连杆设计的手指不适合在拟人机器人上使用。

中国发明专利CN101234489A介绍了一种带轮式的欠驱动机械手指装置，主要包括基座、电机、近关节轴、带轮传动机构、中部指端、远关节轴、末端指端和弹簧。电机通过带轮传动机构驱动手指转动，当某指段碰到物体不能转动时，其他指段仍可以绕关节轴的中心线转动，从而实现多关节手指弯曲包络抓取物体的过程。

该装置不足之处：每个手指分别由一个电机驱动，这使得手指尺寸过大，外观与人手有很大差别。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供了一种单电机驱动的仿人灵巧手装置。

本发明技术方案如下：本发明所述的一种单电机驱动的仿人灵巧手装置，包括四个手指、手掌、传动单元、驱动单元、手掌盖。所述的四个手指为拇指、食指、中指和小指；所述的手掌为外形参考人手设计的中空壳体，拇指与另外三个手指模拟人手布置在手掌上；所述的传动单元安装在手掌内部，所述的驱动单元为直流电机。

所述的四个手指结构相同，大小不同。以食指为例，包括近关节、近关节盖、近关节销轴、近关节套筒、近关节扭簧、中关节、中关节盖、中关节销轴、中关节套筒、中关节扭簧、远关节、远关节盖、远关节销轴、远关节套筒、远关节扭簧。关节与对应关节盖通过螺钉相连，在每个关节盖上设有柔性绳索可穿过的通孔；手掌与近关节、近关节与中关节、中关节与远关节分别通过销轴相连，销轴上套有套筒，套筒上套有扭簧，扭簧两端分别固定在相连接的两个关节上，其中手掌与近关节连接处，扭簧一端固定在手掌上，一端固定在近关节上。

所述的传动单元安装在手掌内部，包括拇指食指传动单元、中指小指传动单元、电机传动单元。电机传动单元安装在内底板中间，拇指食指传动单元、中指小指传动单元分别安装在内底板的左边和右边，内底板固定在手掌内部。

拇指食指传动单元由拇指导向轮、食指导向轮、第一导轨动滑轮组成，中指小指传动单元由中指导向轮、小指导向轮、第二导轨动滑轮组成，电机传动单元由电机导向轮和第三导轨动滑轮组成；拇指导向轮、食指导向轮、中指导向轮、小指导向轮分别根据人手手指位置用螺钉安装在内底板上；在拇指导向轮与第一导轨动滑轮之间，中指导向轮与第二导轨动滑轮之间，小指导向轮与第二导轨动滑轮之间，第一导轨动滑轮与第三导轨动滑轮之间，第二导轨动滑轮与第三导轨动滑轮之间分别安装有一定数量的定滑轮。