[发明专利]一种基于差速器结构的仿生机械手

说明书

一种基于差速器结构的仿生机械手，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指、小指，其中食指、中指、无名指、小指均具有三个可动关节，由一个电机通过一系列差速器齿轮组及绳索实现联动，拇指内/外翻自由度由一个舵机驱动，拇指屈/伸自由度由一个直流电机驱动，可以实现对不同形状物体的自适应抓取。

技术领域

本发明涉及一种基于差速器结构的仿生机械手，用于辅助手部缺失的残疾人生活，属于仿生手领域。

背景技术

仿生手，也称为仿真手，用于安装在残疾人的手臂和胳膊上，一种是具有逼真外观但不具有运动功能的装饰手；一种是具有一个或多个驱动器带动手指运动的功能手。装饰手不具备辅助生活的功能，难以满足需求，现有的功能手由于体积限制，通常手指具有的自由度有限，对物体的抓取功能有限，适应性较差。所以，研制一种能够自动适应物体形状并进行抓取的仿生机械手具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于差速器结构的仿生机械手，能够自适应物体外观并进行抓取的仿生机械手。

技术方案：本发明的一种基于差速器结构的仿生机械手，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指、小指，其中食指、中指、无名指、小指由第一直流电机驱动，拇指内/外翻自由度由舵机驱动，拇指屈伸自由度由第二直流电机驱动。食指、中指、无名指、小指的运动由第一直流电机驱动一系列齿轮组完成，直流电机出轴与第一齿轮固定，第一齿轮转动通过第二齿轮带动第三齿轮转动，第三齿轮通过轴与第四齿轮固连，同时转动，带动第一差速器转动，第一差速器带动第五齿轮、第六齿轮转动，第五齿轮带动第二差速器转动，第六齿轮带动第三差速器转动，第二差速器带动第一线轮、第二线轮转动，第三差速器带动第三线轮、第四线轮转动，第四线轮驱动食指运动，具体方式为：第四线轮通过绳索带动食指第三指节转动，食指第三指节通过绳索带动食指第二指节转动，食指第二指节通过绳索带动食指第一指节转动；以同样方式，第三线轮驱动中指运动，第二线轮驱动无名指运动，第一线轮驱动小指运动。第二差速器驱动方式为：第一冠齿轮、第二冠齿轮转轴固定在在第二差速器上，第一冠齿轮、第二冠齿轮既可以与第二差速器一起转动，也可以各自绕转轴转动，第一直齿轮、第二直齿轮分别与第一线轮、第二线轮固连，第一直齿轮、第二直齿轮可与第二差速器同轴转动，即第二差速器转动可以驱动第一直齿轮、第二直齿轮与其同向转动，或第一直齿轮、第二直齿轮相互反向转动，第二差速器静止时，第一直齿轮、第二直齿轮可以相互反向转动或静止，第一差速器、第三差速器驱动方式同第二差速器相同。第二直流电机通过蜗轮蜗杆结构驱动拇指第一指节转动，拇指第一指节通过绳索带动拇指第二指节转动，舵机与第七齿轮固定，通过第七齿轮带动第八齿轮转动，第八齿轮与拇指基座固连。

该仿生机械手工作时，根据抓取物体大小，拇指运动到适当位置，第一直流电机转动，带动食指、中指、无名指、小指转动，基于差速器结构，某根手指触碰到物体表面时会自动停止，直至四根手指全部触到物体表面，此时，四根手指与大拇指共同作用抓取物体。当某根手指抓取范围内没有物体时，该手指运动到极限位置，其余手指仍按照上述方法抓取物体。

上述整体过程中，通过蜗轮蜗杆结构以及直流电机先独立控制拇指运动，，然后其他四个手指通过各个相应的差速器驱动，自动分配转速以及力矩。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、食指、中指、无名指、小指仅采用一个直流电机驱动，降低了成本，且减轻了整体重量及体积，同时降低了该仿生手的控制难度。

2、三差速器结构使得该仿生手四指(食指、中指、无名指、小指)在仅使用一个驱动器的情况下，能够实现对被抓物体不同形状的自适应功能，能够较好的贴合物体表面，获取更大的有效抓握力，极大的提升了抓握性能。

3、三差速器结构使得该仿生手四指(食指、中指、无名指、小指)能够在拇指的辅助下，实现各自独立的按捏动作，而其余手指会运动到极限位置，不会干扰该手指的动作。