一种多指灵巧手的制作方法

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种多指灵巧手。

背景技术：

随着机器人应用领域的不断扩大，越来越多的实际应用中要求机器人的末端执行器能从事更加复杂，更加智能化的操作。原有简单的末端执行器因其通用性差，自由度少，灵活性低，无法对多形状、多尺寸的物体进行灵活性抓取，难以满足实际应用需求。多指灵巧手可以抓取多种形状、多尺寸、不同材质的物体，具有灵活度高、可操作性强等特性，安装到机器人末端，不仅能扩大机器人的作业范围，还能提高机器人的作业质量，成为了机器人领域研究热点之一。

传统多指灵巧手手掌普遍采用刚性结构，其缺点在于：多指灵巧手刚性结构的手掌，仅起支撑和固定作用，灵巧手只能通过手指关节的运动来调整手指的位姿，在很大程度上限制了机器人灵巧手的灵巧性和工作空间；手掌不可动，无法改变其形状，灵巧手手指间相对位置保持不变，灵巧手只能通过改变手指姿态来实现抓取、放置物体等操作，手掌对灵巧手抓取、放置等操作调节不起任何作用，降低了多指灵巧手的操作质量；手掌固定，灵巧手的整体尺寸和构型不变，降低了灵巧手对不同形状物体抓取的适应能力。现有技术中采用五杆球面连接件的手掌可变的灵巧手制造难度高，平面内机构尺寸姿态变化幅度较小，逆运动学存在多解情况使得控制难度大等缺点。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种多指灵巧手，该多指可变自由度、灵巧性高，工作空间大，操作质量好，抓取适应能力更强。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种多指灵巧手，包括一条闭链和多条开链，其特征在于：

所述闭链是由第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆构成的一个平面五杆变胞机构，其中，第一杆和第二杆通过第二转动铰链相连，第二杆和第三杆通过第三转动铰链相连，第三杆和第四杆通过第四转动铰链相连，第四杆和第五杆通过第五转动铰链相连，第五杆和第一杆通过第一转动铰链相连；

所述开链均包括第六杆、第七杆和基座，其中，第六杆的一端通过第六转动铰链与基座转动铰接，所述基座均固定在所述闭链上。

进一步的，所述多条开开链的基座分别与第二杆、第三杆和第五杆固连。

进一步的，所述第一转动铰链、所述第二转动铰链、所述第三转动铰链、所述第四转动铰链以及所述第五转动铰链的轴线相互平行。

进一步的，所述第六转动铰链的轴线与所述第一转动铰链的轴线垂直。

进一步的，所述第六杆的另一端通过第七转动铰链与所述第七杆转动铰接。

进一步的，所述第七转动铰链的轴线与所述第六转动铰链的轴线平行。

本发明的多指灵巧手，包括一条闭链和多条开链，其中，闭链是由第一杆、第二杆、第三杆、第四杆、第五杆构成的一个平面五杆变胞机构，其中，第一杆和第二杆通过第二转动铰链相连，第二杆和第三杆通过第三转动铰链相连，第三杆和第四杆通过第四转动铰链相连，第四杆和第五杆通过第五转动铰链相连，第五杆和第一杆通过第一转动铰链相连；多条开链均包括第六杆、第七杆和基座，其中，第六杆的一端通过第六转动铰链与基座转动铰接，所述基座均固定在所述闭链上。本发明提供的多指灵巧手灵巧性高，工作空间大，操作质量好，抓取适应能力强。

附图说明

图1是本发明多指灵巧手的结构示意图；

图2是本发明多指灵巧手中闭链的结构示意图；

图3是本发明多指灵巧手中一条开链的结构示意图；

图4是本发明多指灵巧手的变形示意图；

图5是本发明多指灵巧手的另一变形示意图；

图6是本发明多指灵巧手的另一变形示意图；

图7是本发明多指灵巧手的另一变形示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图7，以下通过图1至图7对本发明多指灵巧手进行详细说明。

首先请参阅图1和图2，一种在手掌处使用平面五杆变胞机构的多指灵巧手，包括一个闭链和多条开链，其中，闭链是由第一杆（101）、第二杆（102）、第三杆（103）、第四杆（104）、第五杆（105）构成的一个变胞五杆机构；第一杆（101）和第二杆（102）通过第二转动铰链（202）相连；第二杆（102）和第三杆（103）通过第三转动铰链（203）相连；第三杆（103）和第四杆(104)通过第四转动铰链（204）相连；第四杆（104）和第五杆(105)通过第五转动铰链(205)相连；第五杆(105)和第一杆（101）通过第一转动铰链（201）相连；第一转动铰链（201）、第二转动铰链（202）、第三转动铰链（203）、第四转动铰链（204）以及第五转动铰链（205）的轴线相互平行。

请参阅图1和图3，本发明提供的多指灵巧手中的每条开链的结构都相同，本实施例中只对其中的一条开链进行详细说明，具体的：开链包括第六杆（106）、第七杆（107）和基座（108），其中第六杆（106）的一端通过第六转动铰链（206）与基座（108）转动铰接，第六杆（106）的另一端通过第七转动铰链（207）与第七杆（107）转动铰接。基座（108）固定在闭链上，具体的，三条开链的基座分别与第二杆（102）、第三杆（103）和第五杆（105）固连。

本实施例中的开链与固连在第二杆（102）的基座（108）之间的第六转动铰链（206）的轴线与第一转动铰链（201）的轴线垂直。第六转动铰链（206）的轴线与第七转动铰链（207）的轴线平行。

本发明中将变胞机构应用到多指灵巧手的手掌，即本发明中多指灵巧手的闭链处，平面五杆变胞机构结构相对简单，制造难度低，控制简单，可以轻松的实现手掌尺寸和姿态的变化，且变化幅度可以很大，从而使得手掌可以轻松的变换到适合抓取长圆柱体、球体、小的物体、拧物体、捏物体等构型状态。且通过变胞机构在运动过程中改变机构构态，自由度，实现了手掌构型的改变，大大提高了灵巧手对不同形状物体抓取的适应能力；本发明中多指灵巧手的闭链应用到多指灵巧手的手掌处，使得手掌可动，通过改变手掌位置、形状，使得灵巧手手指间相对位置发生变化，当通过灵巧手来实现抓取、放置物体等操作时，手掌起到了对灵巧手抓取、放置等操作调节的作用，提高了多指灵巧手的操作质量。

图4至图7是本发明多指灵巧手的变形示意图，具体的：

如图4所示，在图1基础上，驱动第一转动铰链（201），第五转动铰链（205）使得第一杆（101）和第四杆（104）与第五杆（105）之间的内角夹角近似为80度，从而使得三根手指，即本发明多指灵巧手中的开链，可以相互平行且均匀的相互错开，变形到这种手掌构型适合抓取长圆柱体等物体，例如矿泉水瓶等，而且手掌对抓取过程中也可以起调节作用，提高了多指灵巧手的操作质量。

如图5所示，在图1基础上，驱动第一转动铰链（201），使得第一杆（101）与第五杆（105）之间的内角夹角近似为75度，变形到这种手掌构型适合抓取球体等物体，使得手指接触点分布均匀且延长线过球形心，提高了多指灵巧手的抓取质量，例如网球或矿泉水瓶竖着抓取，同时也可以如图1所示手掌构型抓取球体等物体。

如图6所示，在图1基础上，驱动第一转动铰链（201），第五转动铰链（205）使得第一杆（101）和第四杆（104）与第五杆（105）重合，变形到这种手掌构型适合抓取小的物体，例如弹珠。

如图7所示，在图1基础上，驱动第一转动铰链（201），第五转动铰链（205）使得第一杆（101）与第五杆（105）之间的内角近似为160度，第四杆（104）与第五杆（105）之间的内角近似为20度，变形到这种手掌构型，使得右边的两根手指处于正对的状态，右边的两根手指适合灵巧手的捏、拧等操作，例如拧螺丝。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。