[发明专利]一种仿生灵巧手及其控制方法

说明书

一种仿生灵巧手，包括：手臂(7)；多根手指，包括第一手指(1)以及多根第二手指(2，3，4，5)，第一手指(1)与多根第二手指(2，3，4，5)并列设置，且第一手指(1)位于最外侧，其中，每一手指均包括依次连接的远指节、中指节、近指节、十字轴以及掌骨，且相互之间采用铰接的方式连接；腕骨(6)，其一端与多根手指的掌骨连接，另一端与手臂(7)连接；其中，掌骨或/和近指节以及手臂(7)上均设有至少一个SMA弹簧以及控制器。另一方面，本发明还提供了一种仿生灵巧手的控制方法。通过使用SMA弹簧作为驱动器以驱动仿生灵巧手中的各关节的运动，同时将霍尔传感器嵌入仿生灵巧手中，实现仿生灵巧手中各关节运动的精确反馈控制。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种仿生灵巧手及其控制方法。

背景技术

随着机器人设计制造和控制技术的不断发展，机械手由原来的简单夹持器向自适应的仿生灵巧手过渡。仿生灵巧手具有多个关节手指，具有人手一样的通用性、灵巧性和自适应性，能够适应不规则物体的抓取和操作任务。在家庭服务领域，仿生灵巧手可以应用于为人类服务的各种机器人，代替人们从事繁琐而沉重的家庭劳作。在医学领域，医疗机器人是一种智能型服务机器人，种类较多。柔性仿生灵巧手可用于移送病人、运送药品、手术、康复以及残疾人义肢等方面。

目前主流的几种仿生手中：刚性仿生手具有运动精确，从外形上能更好的模仿人手的优势、但是其一般采用电机驱动，环境相容性差，结构和控制都很复杂，自由度越高驱动装置就会越多越笨重；相较而言柔性仿生手具有良好的主被动自适应性，无需复杂的控制算法就可以很好抓握物体，适合于抓取刚度低、易碎和形状不规则的物品。虽然柔性仿生手本身重量不大，但是其提供动力的装置大多仍是传统的气泵或者电机拉线的方式，重量大不利于仿生手的轻量化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供了一种仿生灵巧手及其控制方法，通过使用SMA弹簧作为驱动器以驱动仿生灵巧手中的各关节的运动，同时将霍尔传感器嵌入仿生灵巧手中，实现对仿生灵巧手各关节运动的精确反馈控制。该方案结构简单紧凑、质量轻、成本低、集成度高，自由度多等优点。

(二)技术方案

第一方面，本发明提供了一种仿生灵巧手，包括：手臂7；多根手指，包括第一手指1以及多根第二手指2，3，4，5，所述第一手指1与多根第二手指2，3，4，5并列设置，且第一手指1位于最外侧，其中，每一手指均包括依次连接的远指节、中指节、近指节、十字轴以及掌骨，且相互之间采用铰接的方式连接；腕骨，其一端与多根手指的掌骨连接，另一端与手臂7连接；其中，掌骨或/和近指节以及手臂7上均设有至少一个SMA弹簧以及控制器，其中，SMA弹簧用于实现手指的弯曲、伸展、外展与内收，控制器用于通过控制电流的通断控制手指弯曲、伸展、外展与内收。

可选地，掌骨或/和近指节以及手臂上均设有至少一个SMA弹簧、加热器以及霍尔传感器具体为：第一手指1的近指节前后两侧各设有第一组SMA弹簧和第二组SMA弹簧，第一组SMA弹簧和第二组SMA弹簧一端分别固定于近指节的前后两侧，另一端通过绳索连接于中指节下端；第一手指1的近指节上还包括第三组SMA弹簧，第三组SMA弹簧一端固定于第一手指1的近指节上，另一端通过绳索连接于第一手指1的掌骨上；腕骨上包括第四组SMA弹簧，并通过绳索连接至第一手指1的近指节上；腕骨上还包括第五组SMA弹簧和第六组SMA弹簧，并通过绳索连接于第一手指1的的十字轴上。

可选地，第二手指2，3，4，5掌骨的下端前后两侧设有一组SMA弹簧，所述SMA弹簧一端固定于其他手指掌骨，另一端设置于与掌骨连接的近指节的下端，以控制第二手指2，3，4，5掌骨关节的伸展与弯曲；第二手指2，3，4，5掌骨的上端左右两侧设有一组SMA弹簧，所述SMA弹簧一端固定于第二手指2，3，4，5掌骨，另一端设置于与掌骨连接的近指节的下端，用于控制第二手指2，3，4，5掌骨关节的外展与内收。