[发明专利]一种多自由度欠驱动机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械手，尤其涉及一种多自由度欠驱动机械手。

背景技术

近几十年来，关于机器人灵巧手的研究很多，也取得了不错的成果，机械手一般具有2到5个手指，每个手指有2到4个指节。机械手的形式主要有全驱动机械手和欠驱动机械手，全驱动机械手的驱动数等于自由度数，欠驱动机械手的驱动数少于自由度数，目前欠驱动机械手的研究已经占据了主流。机械手的驱动元件主要有电机、液压、气动、记忆合金等几种方式，通过一些传动机构来带动机械手各个指节的运动。作为机器人手臂的执行部件，机械手主要用来抓取物体，具有体积小、灵巧性高、自由度多、控制复杂等特点。一方面，希望设计的机械手具有较多的自由度，驱动器数相应增加，另一方面，为了减轻机械手的体积、重量以及控制难度，又需要减少驱动器数，这两者之间存在着一定的矛盾，本发明就是在这种情况下设计的，具有驱动器少、体积小、重量轻、控制简单、加工简单、自适应性强等特点。 

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种多自由度欠驱动机械手，具有自由度多、驱动元件少、控制简单、加工简单、体积小、重量轻等特点，为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多自由度欠驱动机械手，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指、小指、导绳轮、驱动腱，其特征在于：所述食指、中指、无名指、小指通过轴与手掌铰接，可绕轴转动。每个手指由3个指节构成，拇指包括近拇指节、中拇指节、远拇指节，食指包括近食指节、中食指节、远食指节，中指包括近中指节、中中指节、远中指节，无名指包括近无名指节、中无名指节、远无名指节，小指包括近小指节、中小指节、远小指节，每个手指的各个指节之间通过一细长簧片连接，簧片通过螺钉固定。腱A与电机输出轴相连，并穿过第1、第15导绳轮与第2导绳轮固接，腱C一端与第2导绳轮固接，另一端绕过第7导绳轮并穿过大拇指各指节与远拇指节固接，腱B一端套在第2导绳轮上，被分成两段，一段绕过第4、6、5导绳轮与第8导绳轮固接，另一段绕过第3、14导绳轮与第13导绳轮固接，腱D、E 套在第7、13导绳轮上经第9、10、11、12导绳轮穿过各指节并与远指节固接，大拇指基座与手掌立柱固接。所述手掌内部各导绳轮的布局是基于驱动拇指的力要比较大，在不计较摩擦的情况下，腱C上的力等于电机驱动力，腱B上的力为驱动力的一半，腱D、E上的力为腱B上的一半。所述第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15导绳轮中间外部开有小槽，能够使腱更好地与导绳轮连接。所述手掌形状为一个无盖中空的盒子，手掌底部开有滑槽以便第8、13、2导绳轮，滑槽行程在20-35mm之间，与人手指节长度相仿，在其间滑动改变行程从而带动各个指节运动。所述腱D、E不通过各关节的旋转中心，腱D、E的张力对各关节产生力矩，驱动各指节向安装有腱D、E的一侧弯曲。所述簧片为一细长薄片， 所述腱A、B、C、D、E为钢丝或绳索。所述簧片是在每个指节上放置一个垫块，然后通过螺钉将垫块固定至簧片上，垫块能够紧固簧片、增加强度。所述第8、13、2导绳轮能够在各自滑槽内移动，导绳轮通过铆钉与手掌固接，各腱在手掌外部依次穿过近指节、中指节和远指节的端部小孔并最终与远指节固接。所述各个指节和手掌均为铝合金或注塑成品。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明与现有机械手相比不需要在指节关节处加扭簧。该欠驱动机械手具有传动机构简单、驱动数较少、自由度较多、重量轻、体积小、操作简单、加工简单、自适应性较强等优点。

附图说明

图1为欠驱动机械手的轴视图；

图2为欠驱动机械手的主剖图；

图3为欠驱动机械手中指主视图；

图4为欠驱动机械手大拇指主视图；

图5为欠驱动机械手大拇指侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例进一步详细介绍本发明的具体结构及工作原理。