[发明专利]一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手

说明书

本发明公开了一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手，其包括有欠驱动手指部分、安装底座部分和动力驱动部分，欠驱动手指部分经安装底座部分与动力驱动部分相连接，机械手则通过安装底座部分安装在机械臂末端或固定基座上。本发明的四个欠驱动手指两两并排分布，一组驱动器同时驱动并排的两个欠驱动手指，结构简单，可靠，体积小，重量轻；由于具有弹性关节，对抓取物体形状、大小具有很强的适应性，降低了抓取物体时需要的控制难度，降低了装置对控制系统的要求，实现了较少驱动器驱动较多的手指关节自由度，并具有抓取不同形状、大小物体的自适应性；且可以使用两个指节形成的手指组成二指节欠驱动手指，在一定程度上实现了手指模块化。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体为一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手。

技术背景

与人类似，手部结构是机器人类人执行器的重要组成部分，为了增加手部的仿人化，手部要设计较多的关节自由度；然而，为了减轻控制难度，减小手部体积、重量，需要减少驱动器数目，这两者有一定矛盾；另外，为了更好的抓取物体，还需要手指在抓取物体时具有一定的自适应性。已有的一种自适应欠驱动机械手装置，如美国发明专利US5762390，该装置的不足之处为：该装置的电机、带轮传动机构、丝杆传动机构不仅装置复杂，而且较重、体积较大，不能安装于手指指节中，只能安装在手掌底座里，造成手掌底座体积很大；实现手指指节依次转动的多个四连杆机构装置复杂、制造成本高；不适合安装在工业机器人上使用。已有的一种自适应欠驱动机械手指装置，如中国发明专利CN1365875A，包括第一指节、主动板、第二指节、欠驱动关节。该装置的不足之处为，该装置采用多级齿轮传动，在关节处为一个齿轮箱，体积较大：其主动板作转动运动，致使其远离关节的一端距离第一指节表面过远，造成手指一端比另一端粗许多，与人手差别较大；该装置虽然模仿拇指是基本可行的，但不适合模仿除拇指以外的其他手指，而且，若将多个该装置连接起来构成食指、中指、无名指和小指，外观将与人手差别过大。

因此，本发明设计一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手，能够更好的实现较多关节自由度、较少的驱动器数目、抓取不同形状、尺寸的物体时的较强的自适应性这三个目标。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术上的不足之处，提出一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手，是一种基于软橡胶弹性体关节的4根钢丝柔索牵引的欠驱动四指机械手，该装置结构简单，体积小，成本较低，用以实现较少驱动器驱动较多的手指关节自由度，具有较好抓取性能和一定的操作性能，具有较好的研究和应用价值。

本发明的具体结构如下：

一种具有弹性关节的柔索牵引欠驱动四指机械手，其特征在于：包括有欠驱动手指部分、安装底座部分和动力驱动部分，欠驱动手指部分经安装底座部分与动力驱动部分相连接；

所述欠驱动手指部分包括四根结构完全相同的欠驱动手指，欠驱动手指包括末端指节、中部指节、近端指节、两个弹性体关节，所述的两个弹性体关节两端分别嵌在末端指节、中部指节之间和中部指节、近端指节之间；所述的末端指节包括末端指节内板、末端指节外板和末端指节增摩橡胶垫，末端指节内板和末端指节外板通过燕尾槽楔合，末端指节增摩橡胶垫嵌入末端指节内板内侧开有的T形槽中；所述的中部指节包括中部指节内板、中部指节外板和中部指节增摩橡胶垫，中部指节内板和中部指节外板通过燕尾槽楔合，中部指节增摩橡胶垫嵌入中部指节内板内侧开有的T形槽中；所述的近端指节包括近端指节内板、近端指节外板和近端指节增摩橡胶垫，近端指节内板和近端指节外板通过燕尾槽楔合，近端指节增摩橡胶垫嵌入近端指节内板内侧开有的T形槽中；各增摩橡胶垫覆盖各指节内板表面，这样一方面手指表面与物体之间形成软指面接触增加了手指对物体的约束程度，另一方面也可以增加摩擦力，从而提高抓取物体的稳定性；

所述动力驱动部分用于整个机械手抓取过程中的动力提供，包括步进电机、联轴器、牵引柔索绕线轮和电机同步驱动转轴；