[发明专利]一种耦合自适应的欠驱动仿人灵巧手指

说明书

本发明属于机器人技术领域，并公开了一种耦合自适应的欠驱动仿人灵巧手指。该手指由三个指节和一个基座组成，采用电机、圆锥齿轮系传动，只需要一个电机即可实现手指的转动：首先，电机通过减速器驱动第一圆锥齿轮，进而带动与之相啮合的第二圆锥齿轮，实现近指节的转动；然后，在多连杆机构的连接作用下，将传动传递到中指节，实现中指节的转动；远指节与中指节的传动方式与此类似。该手指实现了耦合运动和自适应运动的融合，通过手指间的配合可以实现对物体的捏取和自适应包络。此外，本发明结构紧凑，传递精度高，体积小，且能根据需要调节两个圆锥齿轮之间的传动比实现不同角度的偏转，适合作为仿人灵巧手使用。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种耦合自适应的欠驱动仿人灵巧手指的结构设计。

背景技术

随着应用范围的扩大和作业水平的提高，机器人为人类完成各种各样的任务的同时，任务的多样化对机器人的末端执行器的要求也日渐提高。传统的机器人专用夹持器只能对特定的少数物体进行抓取和操作，通用性较差，无法广泛应用于各种各样变化的场合。基于仿人手的设想，灵巧手应运而生，具有适应性好、自由度高和抓取模式丰富等优点，在危险环境探测、外太空探索、物流搬运、工业装配、康复医疗以及智能制造等领域都有较为广泛的应用。灵巧手的发展经历了全驱动型灵巧手、单自由度型灵巧手以及欠驱动型灵巧手几个阶段：

全驱动型灵巧手的抓握性能能够与人手相媲美，甚至在抓握输出力和抓取速度等方面还优于人手，但是全驱动型灵巧手通常具有复杂的结构、过多的驱动器和传感器，增加了控制的难度，且质量重、体积大、制造与维护成本高，这类灵巧手的代表有美国麻省理工学院和犹他大学联合研制的Utah/MIT Hand、英国Shadow机器人公司的Shadow Hand、德国宇航中心研发的DLR系列灵巧手、哈尔滨工业大学研制的HIT/DLR Hand等。

单自由度型灵巧手只有一个自由度，结构简单，易于控制，只能实现简单的闭合动作，具有较大的抓握力，相应速度比较快，但是仿生性能差，拟人化程度低。

欠驱动型灵巧手可分为自适应欠驱动灵巧手和耦合欠驱动灵巧手：自适应欠驱动灵巧手指可以根据抓取对象的形状而将之包络于手指中，具有很好的自适应性，但是存在抓取不稳定的现象；耦合欠驱动灵巧手指能够加快手指对物体的包络，从而使手指机构更加紧凑，使抓握过程更加接近自然手，但是不具有自适应性，对多数物体不能实现较好的抓握效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足之处，提供一种耦合自适应的欠驱动仿人灵巧手指，该手指将耦合运动和自适应运动融合为一体，结构紧凑，传递精度高，体积小，适合作为仿人灵巧手使用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

本发明设计的一种耦合自适应的欠驱动仿人灵巧手指，包括：远指节、中指节、近指节、基座、减速器、电机、编码器、第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、近指节轴、中指节轴、远指节轴，以及近指、中指节、远指节中的连杆和弹性元件；所述减速器与基座固接，电机的输出轴与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与所述的第一圆锥齿轮连接，第一圆锥齿轮与所述的第二圆锥齿轮啮合，第二圆锥齿轮与所述的近指节轴采用键连接；所述的近指节与基座通过近指节轴转动连接，中指节与近指节通过中指节轴转动连接，远指节与中指节通过远指节轴转动连接；所述的近指节轴、中指节轴、远指节轴的轴线相互平行，且轴线的初始位置在同一竖直平面内；所述的近指节、中指节、远指节中的连杆和弹性元件还包括中指节连杆、中指节传动连杆、中指节耦合连杆、中指节滑块、中指节压缩弹簧、中指节限位块、近指节连杆、近指节传动连杆、近指节耦合连杆、近指节滑块、近指节压缩弹簧、近指节限位块。