[发明专利]基于改进柔索传动的19自由度解耦灵巧手

说明书

本发明涉及19自由度解耦灵巧手，具体的说是一种基于改进柔索传动的19自由度解耦灵巧手，包括手掌、大拇指、食指、中指、无名指和小拇指等。本灵巧手采用仿生设计，共有19个自由度，其中大拇指3个自由度，其余手指4个自由度，各自由度间解耦。通过改进的柔索传动可以克服腱传动的缺点，实现关节解耦，使灵巧手更灵活、更便于控制，驱动电机后置也可以使灵巧手更加轻质。改进的柔索传动能够实现远距离和大转角的传动，可以使灵巧手具有结构简单、低成本、高精度、高刚度的优点。

技术领域

本发明涉及灵巧手，具体的说是一种基于改进柔索传动的19自由度解耦灵巧手。

背景技术

灵巧手是机器人技术中重要的末端执行器，是实现机器人局部精细操作的重要部件。相对于功能单一的末端执行器，灵巧手具有通用性强、感知能力丰富、能够实现满足几何封闭和力封闭的精确、稳固抓取等优点。由于工程应用的迫切需求，灵巧手已发展成为专门的研究领域。

传统的仿人灵巧手大多采用电机直驱，即将电机直接安装于手指内部。一方面，这使系统变得复杂，增加了灵巧手的重量，无法达到灵巧、轻质的要求。另一方面，由于体积的限制，相应电机和减速器的成本较高，且后期维护困难。基于腱传动的灵巧手因其结构相对简单、便于集成，且柔顺性较好， 因而得到了众多青睐。但现在基于腱传动的灵巧手多为欠驱动设计，即一个驱动带动多个自由度，各自由度间无法解耦，这增加了控制的难度，也大大降低了灵巧手的灵巧度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于改进柔索传动的19自由度解耦灵巧手，通过改进的柔索传动可以克服腱传动的缺点，实现关节解耦，使灵巧手更灵活、更便于控制，驱动电机后置也可以使灵巧手更加轻质。改进的柔索传动能够实现远距离和大转角的传动，使灵巧手具有结构简单、低成本、高精度、高刚度的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于改进柔索传动的19自由度解耦灵巧手，其特征在于：包括手掌、大拇指下、大拇指中、大拇指上、食指摆轮、食指下、食指中、食指上、中指摆轮、中指下、中指中、中指上、无名指摆轮、无名指下、无名指中、无名指上、小拇指摆轮，小拇指下、小拇指中和小拇指上，其中大拇指下、食指摆轮、中指摆轮、无名指摆轮和小拇指摆轮安装于手掌上；大拇指中安装于大拇指下上，大拇指上安装于大拇指中上；食指下安装于食指摆轮上，食指中安装于食指下上，食指上安装于食指中上；中指下安装于中指摆轮上，中指中安装于中指下上，中指上安装于中指中上；无名指下安装于无名指摆轮上，无名指中安装于无名指下上，无名指上安装于无名指中上；小拇指下安装于小拇指摆轮上，小拇指中安装于小拇指下上，小拇指上安装于小拇指中上。

优选地，本灵巧手采用仿生设计，共有19个自由度，其中大拇指3个自由度，其余手指4个自由度，各自由度间解耦。

优选地，所述手掌分为手掌前和手掌后两半，大拇指下、食指摆轮、中指摆轮、无名指摆轮和小拇指摆轮安装于手掌前和手掌后之间。

优选地，主动轮Ⅰ上按顺时针与逆时针方向分别缠绕有钢丝绳Ⅰ和钢丝绳Ⅱ两根钢丝绳经过承力软管挡板Ⅰ后分别经过承力软管Ⅰ和承力软管Ⅱ，然后经过承力软管挡板Ⅱ后固定于从动轮Ⅰ上。当主动轮转动时，从动轮会跟随运动，这种传动方式被应用于本发明本灵巧手中使大拇指下、食指摆轮、中指摆轮、无名指摆轮和小拇指摆轮转动。

优选地，钢丝绳Ⅲ一端固定于主动轮Ⅱ上，绕主动轮Ⅱ缠绕后经承力软管挡板Ⅱ进入承力软管Ⅲ，经过承力软管挡板Ⅲ后缠绕并固定于从动轮Ⅱ上，从动轮Ⅱ上安装有扭簧Ⅰ。当主动轮Ⅱ顺时针转动时，从动轮Ⅱ在钢丝绳Ⅲ的牵引下跟随转动，同时扭簧Ⅰ被拉紧。当主动轮Ⅱ逆时针转动时，从动轮Ⅱ在扭簧Ⅰ弹性的作用下转动。这种传动方式被应用于本发明灵巧手中使大拇指中、大拇指上、食指下、食指中、食指上、中指下、中指中、中指上、无名指下、无名指中、无名指上、小拇指下、小拇指中和小拇指上转动。