[其他]自适应机械手

说明书

本发明属机械手装置。

目前国内外现有的机械手或假手的手部机构大多数是连杆式的，如贝尔格莱德假手、上海交通大学的JDS肌电控制的前臂假手以及日本的TDH51-1全电动式假手等。也有索轮式的，如Standford/JPLHand，它是十二台电动机控制的三指九关节机械手。由连杆构成的手部机构，因其传动角较小等原因，使其传动效率较低，而且由一台电机驱动的机械手或假手，不能抓取任意形状的物体。由索轮式构成的手部机构，因柔性件在传动过程中变形等原因，使其传动效率较低，而且抓取力有限，如果想要机械手或假手具有抓取任意形状物体的功能，现有的大多数采用多电机或多个驱动件驱动，因而使得手部结构复杂和重量增大。

为了弥补现有的机械手或假手存在的不足之处，特提出本发明。

本发明的自适应机械手，是由二个以上每指各有一个关节的手指组成。由一台驱动件驱动（驱动件可以是电动机，气动、液压马达）。由圆锥齿轮差动轮系（以下简称轮系）和传动链构成。它的轮系个数是根据手指关节数的多少来确定的，即轮系个数等于各手指关节数总和减一的关系。对于有两个关节以上的手指，其关节轴线互相平行。传动链保证手指与手指、手指关节之间的转向确定。

如图一所示的二指每指一关节的机械手的结构原理图。以箭头表示传动链，方框表示轮系，圆圈表示驱动件（以下各图均相同）驱动件〔1〕经传动链驱动轮系〔2〕的系杆转动，系杆经行星轮带动两中心轮与系杆同向转动。一中心轮通过传动链或直接驱动一个手指关节〔11〕转动另一个中心轮经传动链驱动另一个手指关节〔12〕相向关节〔11〕转动。

根据圆锥齿轮差动轮系的工作原理，可知轮系的两中心轮所受的驱动力矩之和等于系杆的驱动力矩。在抓握物体时，两手指在驱动力矩作用下，转向物体。当一指先与物体接触时，其转速降低或者停止转动，但始终与物体接触，另一手指快速接触物体。两指抓握物体並抓紧后，轮系〔2〕的系杆停止转动，驱动件制动並维持抓握力。松开手指依靠驱动件的反向运动即可。

图一：二指各一关节自适应机械手的结构原理框图。

图二：二指各二关节自适应机械手的结构原理框图。

图三：三指各二关节自适应机械手的结构原理框图。

图四：五指各三关节自适应机械手的结构原理框图。

下面是本发明的实施例，通过对实施例描述及结合附图给出本发明的细节。

如图一所示的二指各一关节的机械手的轮系〔2〕的两输出端加二个轮系〔3〕、〔4〕，如图二所示，驱动件〔1〕经传动链驱动轮系〔2〕的系杆转动系杆所获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，其中一中心轮经传动链驱动轮系〔3〕的系杆转动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔4〕的系杆转动。轮系〔3〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔13〕和〔14〕同向转动。轮系〔4〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔15〕和〔16〕同向转动且两手指经传动链保证相向转动。

如图二所示的二指各二关节的机械手的轮系〔4〕的两输出端加两个轮系〔5〕和〔6〕，如图三所示，轮系〔4〕的系杆获得的驱动力矩，经行星轮带动两中心轮同向转动，一中心轮经传动链驱动轮系〔5〕的系杆转动，另一中心轮经传动链驱动轮系〔6〕的系杆转动。轮系〔5〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔18〕和〔17〕同向转动，轮系〔6〕的两中心轮经传动链分别驱动手指关节〔20〕和〔19〕转动。

轮系的个数等于手指关节数总和减一的关系，或者说轮系的个数等于机械手的自由度数减一的关系，手指的数目和手指关节数目，按相同的工作原理，根据使用要求来确定。

以下是由母指A、食指B、中指C、无名指D和小指E组成的五指各三关节的机械手，如图四所示，以该手的中指C为例，介绍它的抓握原理。