[发明专利]机器人的三指灵巧手执行装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人装置，特别是涉及一种多指机器手，应用于末端夹持器技术领域。

背景技术

目前，国内对机械手研究的机构主要有北京航空航天大学与哈尔滨工业大学。北航研制了BUAA四指机械手，具有4个相同的手指，共16个自由度，且可以通过变化拇指的位置来满足不同的抓取要求，但是由于无手掌结构与表面力传感能力，因此使其抓取姿势与范围受限，不具有拟人化的特点。哈工大机器人研究所与德国宇航中心合作研发的HIT/DLR四指机械手采用微型直线电机和腱传动系统相结合的方式实现手指的驱动，控制复杂，成本高昂。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种欠驱动拟人三指机械手，该机械手不仅能实现多种物体的抓取，具有丰富的抓取姿势，而且采用基于欠驱动原理的腱传动机构，控制简单，成本低廉，抓取能够自适应物体形状。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种欠驱动拟人三指机械手，包括手指、手掌和控制系统，在手掌内部设置一系列独立驱动不同手指的微型电机，手指包括拇指、食指和中指共3根手指，每根手指包括分别依次由上指节、中指节和下指节连接而成，相邻两指节间设有转动轴，使手指形成具有3个自由度的手指关节系统，下指节也通过转动轴与手掌转动连接，手指的屈伸采用基于欠驱动原理的腱传动机构，腱传动机构包括设置于手指正面的腱绳和设置于手指背面的弹簧片，弹簧片同时与手指的各指节固定连接，腱绳的一端固定于靠近上指节自由端的位置处，腱绳依次穿过上指节、中指节和下指节中的腱绳孔，腱绳的另一端固定于安装在手掌中的主轴绕子上，主轴绕子由安装在手掌中的微型电机驱动，当微型电机输出正向转动时，主轴绕子卷绕收紧腱绳，从而使得手指进行内弯曲，当微型电机输出反向转动时，依靠弹簧片的弹力，主轴绕子放松腱绳，手指依靠弹簧片的弹力使手指伸直，实现手指的欠驱动式屈伸，在手指的各指节正表面上分别对应设置薄片式压力传感器，将每个指节正面作为独立的压力采集面，各压力传感器的信号输出端与控制系统的信号接收端连接，控制系统的指令输出端分别向手掌中的各微型电机传输手指动作指令，使3根手指相互辅助配合实现相应仿生手部动作。本发明采用基于欠驱动原理的腱传动机构，通过直流电机来牵引腱绳，在机械手指背面弹簧片的配合下实现抓取，抓取动作能够自适应物体形状，并具有丰富的抓取姿势。

作为本发明优选的技术方案，在各微型电机上，分别安装角度传感器，角度传感器的信号输出端也与控制系统的信号接收端连接，角度传感器将检测到微型电机的转子的转角信息向控制系统输送，通过计算机械手指位置信息，得到机械手的各手指的位置信息，实现对各手指的动作实时控制。

作为本发明进一步优选的技术方案，角度传感器采用无接触式磁旋转编码器。

作为上述方案的进一步优选技术方案，在拇指的根部设置一个使拇指摆动的动作机构，使拇指具有4个自由度，拇指的根部的动作机构由在手掌内部设置的另一台微型电机驱动。

作为上述方案的进一步优选技术方案，控制系统还通信外联上位机。

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优点：

1. 本发明机器人的三指灵巧手执行装置可以实现不同种类、不同形状物体的准确抓取，由于机械手配备了力感知与位置感知，可以防止因抓取力过大损坏物体以及手指运动过度对机械手结构的损害。因此可作为家庭服务机器人末端执行装置，替代或协助人类完成部分服务工作；

2. 本发明机器人的三指灵巧手执行装置采用拟人化的外形设计，使其具有了一定的表意功能，可以做出一些手势表示一些简单的手语，从而可以应用于助老助残领域，为残疾人提供比较人性化的、多功能的义手；

3. 本发明机器人的三指灵巧手执行装置作为机器人末端执行装置，可用于家庭服务、农业生产、空间探测等领域，替代或协助人类完成工作，尤其可为家庭服务机器人对于多功能机械手的需求提供一套良好的解决方案。

附图说明

图1是本发明优选实施例机器人的三指灵巧手执行装置结构示意图。

图2是本发明优选实施例的压力传感器转换电路图。

图3是本发明优选实施例的上指节R-F(电阻-压力)关系图。

图4是本发明优选实施例的上指节V-F(电压-压力)关系图。

图5是本发明优选实施例的中指节R-F(电阻-压力)关系图。

图6是本发明优选实施例的中指节V-F(电压-压力)关系图。