[发明专利]一种仿人灵巧手基关节机构

说明书

本发明提供了一种仿人灵巧手基关节机构，属于机器人技术领域。所述仿人灵巧手包括手掌、指中、指尖、基关节、支撑杆、扣件、铝套、滑轮、滑轮支座、绳索、绳轮、电机、绳轮、齿轮和法兰盘。该机构能够实现拇指从手掌侧面到正面的摆动运动以及拇指贴合手掌和远离手掌的张合运动或者其余四指在平行于手掌与垂直于手掌平面内的运动。该机构具有仿人手指基部的球铰连接方式，并且采用绳索传动能实现电机布置于手掌内或手掌外，节省手部空间。

技术领域

本发明涉及一种仿人灵巧手，特别是具有两自由度的仿人灵巧手基关节机构，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人需要一双灵巧的双手来完成各种各样的任务，赋予其通用性。机器人也需要通过双手，手眼配合，提升其智能程度，走进人类的生活，渗入到各个领域。随着机器人科学技术的快速发展与进步，仿人灵巧手的设计面临着小型化、轻型与控制更灵活的要求。

除大拇指以外，人类手指基关节均由两个自由度组成，分别是实现手指在平行于手掌与垂直于手掌平面内摆动。大拇指基关节的运动最为复杂和灵活，可将其看成球铰的连接方式。拇指基关节的运动可以分解为两个正交自由度方向上的运动，即从手掌侧面到正面的摆动运动以及拇指贴合手掌和远离手掌的张合运动。

在实现手指基关节运动的机构中，主要使用齿轮或连杆传动，如中国发明专利CN200810136803.4提供一种预紧和传动间隙可调的机器人灵巧手手指基关节传动机构；中国发明专利CN201110263577.8提供了一种球铰连杆双自由度拇指根部关节装置，采用双电机与螺纹连接和人字连杆机构等，综合实现拇指根部的独立摆动和贴合动作，但其只是实现了球铰运动的特点而没有在结构上模仿球铰连接。中国发明专利CN201610371609.9提供一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，利用丝杠螺母与连杆系统实现手指基关节两自由度的运动，但是运动空间有限。上述专利文献所提出的基关节传动方式，电机放置位置受被驱动对象限制大量占用手掌空间，增加手的重量降低灵活性，而且配合安装复杂精度要求高，没有驱动方式的通用性。

专利文献1(US6379393B1)提供了一种基于绳传动两自由度球铰机构，使用三根绳索牵引，其中的球状部为运动部件，可绕其中心点实现两自由度转动，从而实现类似于肩关节的运动。然而其在控制时，需要三根绳索相互配合才能实现基关节运动，即控制复杂，并且导致驱动装置增多。

非专利文献1(“高仿真灵巧仿人手设计与验证”，冀承骏，北京理工大学学位论文，2016年)公开了一种采用绳驱动的欠驱动机械灵巧手，驱动器使用电机推杆并将其放置于机械臂前臂中，通过绳传动传递至手指，但其还是使用锥齿轮传动。

现有技术中以差动齿轮系传动机构实现基关节两自由度运动为主，而齿轮系不能远距离传动，驱动装置需要就近摆放，但是手掌尺寸空间小，不利于电机的摆放，从而导致整个手部体积增加，重量加大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿人灵巧手基关节机构，使用绳索传动方式及球铰机械结构来实现手指基关节运动，且该结构具有通用性即适用于所有手指基关节传动。

本发明的技术方案是如下。

一种仿人灵巧手基关节机构，包括支撑杆、基关节，以及绳驱动装置，其中：

所述支撑杆与基关节通过球铰连接，所述基关节上有多个绳索固定装置；

所述绳驱动装置包括至少两组驱动绳索，其中的每组驱动绳索包括两段，分别通过所述绳索固定装置基本对称地固定在所述基关节(26)，从而使所述基关节实现至少两个自由度的运动。

优选地，所述基关节通过中间球窝与支撑杆上小球接触，第一扣件与第二扣件通过螺钉将支撑杆与基关节连接在一起形成球铰连接