[发明专利]基于FPA驱动的多指灵巧手

说明书

技术领域

本发明属于执行器领域，涉及一种多指灵巧手。

背景技术

传统的末端执行器大多采用夹持式或者平移式的单自由度结构，这种传统的末端执行器操作任务简单，不需要复杂的控制系统，针对特定场合而定制，比如焊枪、吸盘、装配中的夹持器等。这种末端执行器通用性差，极大地限制了机器人的作业范围。虽然操作的稳定性较好，依然存在着以下的缺点：(1)夹持方式单一，互换性差，影响了整体的作业效率；(2)夹持过程中接触点少，缺乏灵巧性；(3)缺乏对力的可控性，没有对应的传感系统，无法精确反应抓取的位置和力反馈，这样将导致此类末端执行器只能用于夹持力要求不高的场合；

随着智能机器人的出现，传统的机器人应用趋于饱和，机器人的应用领域从工业领域延伸到农业、航空航天、深海探测、服务娱乐、医疗康复、远程操作等，因此受到了国内外众多研究者的关注。针对如此复杂多样的工作环境，对机器人的配置、适应性、灵巧性等方面有了更高的要求，促使了国内外的学者研发出了新一代末端执行器。机器人多指灵巧手以人手为原型，结合了人手的结构和运动规律，具有3-5个手指以及多个自由度，可以实现对不同形状的物体进行抓持和操作，相对于传统的夹持器就显得高效灵活，从而扩大了应用的领域。

目前已经检索到的国内外出现的灵巧手，大多采用电机驱动，少数采用气动人工肌肉驱动，采用电机驱动多指灵巧手，优点在于电机可以实现准确定位，控制精度相对较高。对于输出力不大的场合可以选用微型电机安装于手内，但是一般的输出力都不会太小，所以目前大多采用电机与柔索传动装置配合，这样会使灵巧手结构变得复杂，尺寸难于小型化，而且柔索装置在传递动力的过程中会有摩擦、松弛、振颤等现象，不仅效率低下，而且影响灵巧手控制精度、提高了控制难度。采用气动人工肌肉驱动的机器人多指灵巧手，比如ShadowHand，虽然结构简单，但同样存在两点不足：(1)驱动器和机械手分离，通过人工腱驱动各个关节运动，腱传动系统存在的摩擦、松弛以及能量损耗的问题无法避免；(2)过多的气动人工肌肉使得多指灵巧手的前臂粗大臃肿，给灵巧手与其他机器人系统的配合应用带来不便。

发明内容

为了克服已有机器人灵巧手的结构复杂、柔顺性较差、适应性差的不足，本发明提供了一种简化结构、柔顺性良好、适用性较好的基于FPA(FlexiblePneumaticActuator，气动柔性驱动器)的多指灵巧手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于FPA驱动的多指灵巧手，包括五根手指和一个手掌，五个手指分别是拇指、食指、中指、无名指和小指，所述手掌包括拇指掌块、食指掌块、中指掌块、无名指掌块和小指掌块，所述拇指掌块包括托物盘、拇指安装座以及可绕食指掌块旋转的转轴部分，所述托物盘是用来托住物体方便手指抓取的方块，所述拇指安装座用来固定拇指，所述转轴部分可转动地安装在食指掌块上；所述食指掌块、中指掌块、无名指掌块和小指掌块均包括手掌身、两侧配有与相邻手指配合的安装座、转动轴销以及手指安装座；所述手指安装座上安装手指，所述手掌身的左右两侧面具有倾斜角，所述安装座为定位挡板或凸台，相邻两个定位挡板之间为供所述凸台插入的装配空间，所述转轴销轴可转动地安装在两个定位挡板之间，所述凸台固定在所述转轴销轴上。

进一步，所述手指安装座设置圆孔和腰形槽，所述腰形槽以所述圆孔中心为圆形弧形布置用以实现侧摆运动。

再进一步，所述转轴部分包括转轴和用以带动转轴转动地微型电机。

更进一步，所述托物盘是一块凹形方块。

所述拇指安装座与手掌成75o夹角。当然，也可以为其他角度。

所述拇指、食指、中指、无名指和小指分别有3个关节、4个指节和1个指尖，所述3个关节就是手指的弯曲关节；所述4个指节分别对应着远指节、中指节和近指节和掌骨节；所述远指节上端与传感器相连，下端与第一弯曲关节上端连接；所述第一弯曲关节下端与中指节上端连接；所述中指节下端与第二弯曲关节上端连接；所述第二弯曲关节下端与近指节上端连接；所述近指节下端与第三弯曲关节上端连接；所述第三弯曲关节下端与掌骨节连接；所述掌骨节末端将安装于手掌安装座；所述指尖与传感器连接在一起。