[发明专利]一种拟人全驱动五指灵巧机械手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械手，特别涉及一种拟人全驱动五指灵巧机械手，属于机器人技术领域。

背景技术

近年来，机器人技术不论在工业还是在民用领域的应用都有飞速的发展。机械手是机器人工作的最终执行机构，其性能直接决定了机器人的工作能力。与人类相似，具有高度通用性与灵巧性的机械手的开发十分必要。

当前，国内包括北航、清华、哈工大和中科院自动化研究所等单位有一些灵巧机械手的技术研究。但是，其体积较大、重量较高、非五指全驱动，灵巧性不足。国外，包括shadowhand等在内的机械手虽然具有较高的灵巧性，但是结构复杂，生产成本较高。机械手断电后不能自锁。

发明内容

本发明要解决现有技术中机械手存在的以下几个技术问题：(1)灵巧性不足；(2)驱动机构的制造成本高；(3)体积大，重量大；(4)机械手断电后不能自锁。

为了实现上述目的，本发明提供了一种拟人机械手，拟人机械手包括手掌组件、至少两套普通手指组件和一套拇指组件；

普通手指组件依次由采用铰链连接的普通手指尖、普通手指中、普通手指根以及普通手指张合座四个部分组成，普通手指组件能够模拟人类手指三个自由度的弯曲运动；普通手指张合座通过铰链连接于手掌组件，使普通手指组件能够模拟人类手指的侧向张合运动；

拇指组件依次由拇指尖、拇指中、拇指根、锥齿轮座以及拇指基座五个部分组成，拇指尖和拇指中采用铰链连接，拇指中和拇指根采用铰链连接，拇指根和锥齿轮座通过传动关节连接，锥齿轮座通过锥齿轮与拇指基座活动连接，拇指基座固定于手掌组件，拇指组件能够实现两个自由度的独立旋转运动和两个自由度的耦合旋转运动。

进一步地，拟人机械手共有四套普通手指组件，分别模拟人类食指、中指、无名指和小指的动作。

进一步地，普通手指组件每个自由度的弯曲运动分别由一个独立受控的驱动机构驱动；

驱动机构包括：

实现普通手指尖和普通手指中相对弯曲运动的第一驱动机构；

实现普通手指中和普通手指根相对弯曲运动的第二驱动机构；

实现普通手指根和普通手指张合座相对弯曲运动的第三驱动机构。

更进一步地，第一驱动机构包括：安装在普通手指中的第一电机，与第一电机连接的第一减速箱，与第一减速箱连接的第一蜗杆，安装在普通手指尖并与第一蜗杆啮合的第一蜗轮；

第二驱动机构包括：安装在普通手指根的第二电机，与第二电机连接的第二减速箱，与第二减速箱连接的第二蜗杆，安装在普通手指中并与第二蜗杆啮合的第二蜗轮；

第三驱动机构包括：安装在普通手指张合座的第三电机，与第三电机连接的第三减速箱，与第三减速箱连接的第三蜗杆，安装在普通手指根并与第三蜗杆啮合的第三蜗轮。

进一步地，普通手指张合座下边缘设置轮齿，手掌组件安装有与轮齿啮合的齿轮，齿轮由齿轮电机驱动并带动普通手指张合座实现侧向张合运动。

进一步地，拇指组件的每个自由度的旋转运动分别由一个独立受控的驱动机构驱动；

驱动机构包括：

实现拇指尖和拇指中相对旋转运动的第四驱动机构；

实现拇指中和拇指根相对旋转运动的第五驱动机构。

更进一步地，第四驱动机构包括：安装在拇指中的第四电机，与第四电机连接的第四减速箱，与第四减速箱连接的第四蜗杆，安装在拇指尖并与第四蜗杆啮合的第四蜗轮；

第五驱动机构包括：安装在拇指根的第五电机，与第五电机连接的第五减速箱，与第五减速箱连接的第五蜗杆，安装在拇指中并与第五蜗杆啮合的第五蜗轮。

进一步地，在锥齿轮座安装有传动关节电机和传动关节减速箱，传动关节电机转动并传至传动关节减速箱，再进一步传至传动关节，实现拇指根相对于锥齿轮座的旋转运动，传动关节减速箱的输出轴于拇指根呈0～90度的夹角。

进一步地，在锥齿轮座的表面加工有盘齿轮轮齿，在拇指基座安装有联动的锥齿轮电机和锥齿轮减速箱，锥齿轮减速箱连接与盘齿轮轮齿啮合的锥齿轮，锥齿轮电机转动并通过锥齿轮减速箱传递至锥齿轮，驱动锥齿轮座做相对于拇指基座的旋转运动。

进一步地，拇指尖表面和普通手指尖表面安装有触觉传感器，手掌组件可采用塑料、金属、碳纤维等材料制造。

本发明的有益效果：(1)灵巧性高，20个自由度，独立控制；(2)体积小，和一般成人手大小相似，小于200*95*35mm；(3)重量轻，小于500g；(4)断电后可以自锁。

附图说明