[发明专利]一种压电驱动仿人机械手指及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种压电驱动仿人机械手指及其驱动方法，涉及压电驱动及机械人领域，体积小，不需要安装额外的驱动器，具有高拟人度。本发明包括：末端指节、中间指节、基指节、第一夹持组件、第二夹持组件。末端指节、中间指节、基指节均为长方形，在左右两侧通过第一夹持组件和第二夹持组件依次连接，连接后末端指节、中间指节、基指节在水平方向上固定，在竖直方向上能够转动。末端指节上下两侧分别安装第一压电陶瓷片，中间指节上下两侧分别安装第二压电陶瓷片，基指节上下两侧分别安装第三压电陶瓷片。本发明结构简单紧凑、易于微型化，能够满足仿人机械手拟人度高的需求。

技术领域

本发明涉及压电驱动及机械人领域，尤其涉及一种压电驱动仿人机械手指及其驱动方法。

背景技术

现有的仿人机械手驱动架构分为两类：远程驱动和关节内置驱动器驱动。远程驱动将驱动器置于手掌或者前臂内，利用弹性元件如弹簧、绳索等将动力传输至驱动关节，由于关节结构不需要设计额外的用于安装驱动器的空间，该类型的仿人机械手的关节结构拟人程度较高，但是该类机械手必须设置前臂机构以放置驱动器，难以实现整体的小型化设计，拟人程度较低。关节内置驱动器框架将驱动器置于关节内部，该类型的仿人机械手拟人程度完全取决于驱动器的微型化程度，现有的电磁电机难以解决微型化和输出功率之间的矛盾。

综上,现有技术中缺乏具有高拟人程度的小型仿人机械手。

发明内容

本发明提供一种压电驱动仿人机械手指及其驱动方法，体积小，不需要安装额外的驱动器，具有高拟人度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电驱动仿人机械手指，包括：末端指节、中间指节、基指节、第一夹持组件、第二夹持组件。

末端指节、中间指节、基指节均为长方形，在左右两侧通过第一夹持组件和第二夹持组件依次连接，连接后末端指节、中间指节、基指节在水平方向上固定，在竖直方向上能够转动。

末端指节上下两侧分别安装第一压电陶瓷片，中间指节上下两侧分别安装第二压电陶瓷片，基指节上下两侧分别安装第三压电陶瓷片。

进一步的，末端指节一端设置圆弧结构，一端设置第一圆柱结构，第一圆柱结构上设置第一阶梯通孔，第一夹持组件的第一圆柱销穿过第一阶梯通孔，第一圆柱销通过第一轴承连接分别安装在末端指节左右两侧的第一夹具板，第一夹具板另一端安装第一螺栓，第一螺栓穿过中间指节的第一通孔，将第一夹具板和中间指节固定。

中间指节一端和末端指节连接，另一端设置第二圆柱结构，和基指节连接，第二圆柱结构上设置第二阶梯通孔，第二夹持组件的第二圆柱销穿过第二阶梯通孔，第二圆柱销通过第二轴承连接分别安装在中间指节左右两侧的第二夹具板，第二夹具板另一端安装第二螺栓，第二螺栓穿过基指节的第一通孔，将第二夹具板和基指节固定。

进一步的，末端指节和中间指节的连接处，中间指节设置三角形凹槽，和第一圆柱结构配合；中间指节和基指节的连接处，基指节设置三角形凹槽，和第一圆柱结构配合。

本发明还提供了一种压电驱动仿人机械手指的驱动方法，包括：

对第一压电陶瓷和第二压电陶瓷片施加具有π/2相位差的驱动信号，将激励出所述的末端关节和所述的中间关节的一阶纵振模态，两关节的接触界面的质点的相对运动轨迹为椭圆，利用摩擦作用实现末端关节转动；对第一压电陶瓷和第二压电陶瓷片施加具有-π/2相位差的驱动信号，末端指节和中间指节产生反向协同的转动。

对第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片和第三压电陶瓷片依次施加所述具有π/2相位差的驱动信号，中间指节和末端指节产生同向协同的转动，对第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片和第三压电陶瓷片依次施加所述具有-π/2相位差的驱动信号，中间指节和末端指节产生反向协同的转动。

本发明的有益效果是：