[发明专利]一种腱-连杆混合传动的多自由度指式机械手

说明书

本发明公开了一种腱‑连杆混合传动的多自由度指式机械手，手掌采用仿形设计，手指采用模块化设计，拇指、食指和中指各具有三个自由度，无名指和小指各具有两个自由度；运用腱驱动方式对手指各关节进行驱动，能够实现驱动电机的后置，避免在手指的狭窄空间下布置驱动电机。同时能够在相同的结构尺寸限制下，提供比齿轮、链、带传动等传统传动方式更高的驱动力；指节通过连杆耦合驱动远指节，实现了远指节与中指节的连动，使得远指节与中指节之间具有确定的相对运动关系，使用一个电机实现了中指节和远指节中两个关节的控制。既实现了手指的抓取，又节省了驱动电机数量；采用四个驱动源实现手指的弯曲展开和侧偏等三个自由度，该驱动方式省去了腱驱动中的张紧机构，简化了手指结构，降低了成本，提高了可靠性。

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种腱-连杆混合传动的多自由度指式机械手。

背景技术

机械手是工业领域或空间领域实施抓取操作的重要执行机构，机械手能够执行精细操作、灵巧操作，完成抓握、旋拧、插拔、移动、对准等典型的操作，这些操作在地面和空间任务中都具有代表性。当机械手指应用于工业生产和空间环境时，机械手指应尽可能结构简单、性能稳定可靠、具有实现抓取操作所需的传感器等。

目前机械手的自由度和内部传感器数量种类均较少，使得机械手的灵巧性较差，此外各手指单独设计，手指之间互换性较差。机械手的驱动以电机直接置于关节内部为主，由于受到手指空间的限制，电机体积较小，导致手指的抓取力较小；目前机械手指的传感器以位置传感器为主，也有部分手指具有指尖力传感器，腱驱动手指中能够测量驱动力的手指更少。本发明提供了一种模块化、多传感器融合的腱-连杆混合驱动多自由度机械手，该机械手能够测量关节位置、速度、指尖力、腱驱动力，该机械手的驱动电机置于外部，驱动电机的选择不受手指尺寸的限制。该机械手具有传感器丰富、结构简单、指尖出力大、可靠性高、操作性强等优点。

专利US6244644B1中介绍了一种驱动后置的五指灵巧手，其五个手指中拇指、食指、中指结构相同，每个手指具有三个关节；无名指和小指结构相同，每个手指有两个关节。每个手指的各关节之间通过连杆形成耦合，分别由两个电机驱动；腕部设计有两个自由度，整手共计12个电机驱动。该灵巧手的优点是手指控制相对简单，缺点是手指缺少侧偏自由度，灵巧操作能力不足。专利US8459711B2中设计了一种液压驱动的五指机械手，该手采用液压驱动，也可采用电机驱动，每个手指具有三个弯曲关节，三个关节之间采用连杆形成耦合传动形成一个弯曲自由度，该手指具有出力大的优点。该机械手的缺点表现为自由度较少，操作灵活性较弱。文献《The Robonant 2Hand-Designed To Do Work With Tools，2012IEEE International Conference on Robotics and Automation，River Centre,Saint Paul,Minnesota,USA,May 14-18,2012》中介绍了一种腱驱动的灵巧手，整手包括腕部关节共有14个自由度，文献中只对手指的驱动原理进行了介绍，未对详细的结构设计进行说明。专利US8401700B2提出了一种灵巧手控制系统的安装方法，控制系统硬件被分成多个模块分别安装于手臂的外侧，控制系统集成度较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种腱-连杆混合传动的多自由度指式机械手，具有多自由度、多传感器、操作灵活的特点。

一种机械手，包括五个手指、手掌，腕部以及手臂；五个手指安装在所述手掌上；手掌通过腕部与手臂连接；

所述五个手指中的拇指、食指和中指定义为第一类手指；无名指和小指定义为第二类手指；

所述第一类手指包括四根驱动腱J1-1、J1-2、J1-3、J1-4以及顺次相连的第一基座、第一基指节、第一近指节、第一中指节和第一远指节；