[其他]自适应通用柔性机械手机构

说明书

本发明涉及一种柔性型的机械手与机器人的手部机构，特别是一种自适应通用的柔性机械手机构。

现行的机械手、机器人的手部机构，虽式样很多，一般说来有两种类型，一种类型为刚性的夹持机构，一种类型是带有多关指的机械手或机器人的手部机构。前者手指结构简单、主要起夹与卡的作用，称为夹持器（或夹持装置），在工业机器人的应用中，对于不同的工件，往往需要进行更换夹持器，既不方便，又不灵活，影响工作效率。后者带有多关指的机械手，其形状、动作与功能和人的手更接近了一步，有些优点，但其结构与控制较为复杂，手指的每一个关节处，须安装一个小的马达或小型的油缸，或者是一根驱动与控制的传动带。这种机构造价昂贵，承受工作载荷小。

本发明的目的是要提供一种柔性型的机械手和机器人的手部机构这种机构用一个动力驱动控制就能使各柔性手指运动灵活敏捷，能自动协调地抓取各种异形与大小不同的物体或工件。其构造与控制比较简单，载荷易大、造价低，仿真性较强，适用范围广，且能在各种环境和条件下作业的自适应、通用的柔性机械手机构。

本发明所述机构的主要构造，是由一种新的柔性链式机构所组成的柔性手指、柔性手腕和柔性关节、手掌，新型结构的换向段及其装置和空心的或管式的手臂组成柔性机械手机构的柔性支承骨架。在柔性支承骨架的外部，包有一种类似皮肤起保护支承骨架的弹性材料，作为柔性支承骨架的外部维护装置。柔性机械手机构的一切驱动控制与传输线路都在柔性支承骨架中所留有的通道或孔洞中通过，其驱动控制是采用一根或几根（一组或几组）连动的绳索装置进行传动，绳索装置中一种由形状自动协调装置连动手指的分支绳索，最后由一根总的绳索牵引进行驱动控制，使一个动力驱动能使各手指自动协调地去适应于所抓取的不同形状与大小的物体或工件，而手指的运动姿势各有所异，这种绳索装置叫做手指连动绳索装置。绳索装置中的另一种是用来分别驱动控制各柔性关节（包括柔性手腕）的运动，这种绳索装置叫做柔性关节绳索装置，把这两种绳索装置分别与机械手或机器人的主机相连，由主机和控制系统进行驱动与控制，为此这种柔性机械手机构就能按照自己的特点运动和进行作业。

本发明所述机构的主要构造及其主要特征，功能和作用，就具体机构进行描述。柔性手指是由一种新的柔性链式机构所组成的，这种手指适合于抓取各种不同形状和大小的物体，手指的弯曲变化可随所抓物体的形状而变化，总是与所抓物体表面接触贴切。柔性机械手机构有单指手和多指手，在有两个以上手指的柔性机械手机构上，都配有手掌，手指在手掌上的分布和排列方式是多样的。在有两个或三个手指的柔性机械手机构中，驱动控制柔性手指的分支绳索在手掌中进行合并，由一根总的绳索牵引，驱动合并后这一根总的手指连动绳索就可以使各手指对所抓取的不同形状或大小的物体自动协调。而在三个以上手指的柔性机械手机构中，在手掌内的空间里，必须设置一个形状自动协调装置，以自动协调各手指的运动。各柔性手指的分支绳索在手掌中由形状自动协调装置进行连接与连动，自动协调地由一根总的绳索牵引，进行驱动控制。这样就完成了由一个动力驱动控制柔性机械手机构上的若干柔性手指进行自动协调运动，抓取不同形状与大小的物体或工件。由此，使本发明具有结构控制简单而具有自适应通用的性能。柔性手腕是由若干类似园环形的基本组合元件，首先组合成一种柔性链式机构的支承骨架，一般做成单自由度的平面弯曲的支承骨架骨架内所通过的驱动控制绳索装置都使其绳索保持在柔性手腕的运动伸缩中性面上通过，而手指连动协调绳索装置则保持在柔性手腕的运动伸缩中性面的中心线上通过。若柔性手腕需有两个自由度，作前后左右的弯曲运动，就必须在这两个平面弯曲支承骨架之间，设置一个换向段，在换向段中设有换向装置。换向段将改变柔性手腕的性质，由平面柔性机构变为空间柔性机构。换向装置的作用是把换向段两头驱动控制绳索从一个运动伸缩中性面保持稳定地过渡到另一个运动伸缩中性面去。这样，在柔性机械手机构中，各驱动控制绳索分别进行各自的驱动与控制互不牵动，互不影响，这样，可说明本机构的构造和控制简单。柔性手腕在结构上和运动姿态上都更进一步仿真，有良好抗扭和受力性能，适应较大的载荷。柔性关节包括肘关节或肩关节，其结构型式与柔性手腕相同。柔性手臂必须是空心的或管式的，并与其两头的柔性关节相连，手臂内都设有换向装置。一个手臂实际上是一个较长的换向段。若把手臂缩短把柔性关节（或柔性手腕）加长，这种柔性机械手机构，就是一种全柔性机构，其外形和动作姿态象象鼻子一样。柔性机械手机构在具体应用中，根据特定的要求，还可增加特殊的附加装置。柔性机械手机构与主机相连，其中各绳索装置与主机的各动力驱动控制装置分别相连结，可用液压、气压或电机驱动