一种拟人五指机械手的制作方法

本发明涉一种多指拟人机械手，该手具有12个自由度，适用于仿人机器人的多指手抓取工作时达到拟人手的效果。

背景技术：

随着工业化的发展，人类的生产活动越来越复杂，危险和多样化，比如在水下、地下、核辐射、空间站等环境下对设备进行检查和维修；对一些大型物体的精确操作，比如汽车的组装；医疗上的微创伤手术等等。这些工作或具有危险性，或难于完成，非常需要机器人来代替人来完成这些工作。

这些复杂的工作需要机器人的手部装置具有完成精细操作的能力，同时通过手指运动能快速地适应对几何形状复杂的物体的抓取。而当今实际应用中的工业机器人大多数使用简单的末端执行器夹持器完成工作，只能完成特定的工作。具有缺少灵活性、夹持方式有限、效率不高、能耗大等缺点。多指灵巧手有助于解决上述问题，它使机器人末端执行器如同人手一样适应各种工作环境，完成各种工作任务

人手非常灵活，不仅可以精确的进行抓取，还具有相当高的感知能力，同时，人手覆盖着柔软的肌肉，抓取时可以适应物体的形状。事实上，在工业中机械手无法完成的工作，都需要利用手工完成，但是人手的效率较低，无法24小时工作。

人手的关节运动并不是完全相互独立的，比如五个手指的张开并拢一般是同时的，人手抓握的过程中，指尖关节转动的角度与指中关节相互耦合。在设计的过程中可以参考人手的运动特点进行设计。

拟人灵巧手按驱动数目分，可以分为冗余驱动，全驱动和欠驱动灵巧手三大类。冗余驱动和全驱动灵巧手由于结构负载，控制困难毕节少见，大多数为欠驱动灵巧手。欠驱动灵巧手常见的耦合传动方式有：腱绳，滑轮机构、连杆机构等，相对简单，制造成本更低。欠驱动机械手存在部分耦合自由度，因此有一些关节并不能自由控制，但是依然能完成大部分的抓取动作。

目前的全驱动多指灵巧手主要采用腱绳与滑轮进行传动，优点是结构简单，紧凑。缺点是一般的腱绳有一定的收缩性，需要张紧装置，负载小，控制复杂，响应速度慢。欠驱动灵巧手控制相对简单，但是丧失了一定的灵巧性。另外目前的大多数灵巧手只能进行手指的屈伸，并不能进行除拇指外四根手指的张开并拢。

在机械手工作过程中，为预防断电使抓取的工件掉落损坏，需要具备一定的断电自锁功能。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种拟人五指机械手，该多指手在手指内内置电机，体积小且具有较强的负载能力。并在关节处安装有角度传感器，可完成精确的控制。五根手指完全相同，模块化设计，制作维修简单。

一种拟人五指机械手，包括手掌基座，手掌及连接在手掌上的五根手指；其特征在于，五根手指的每个手指具有3个关节，包括指尖关节、指根关节和指中关节；指根关节和指中关节受驱动电机驱动，使关节围绕转动轴发生转动，每根手指的指尖与指中通过连杆相连，形成一四连杆，指尖从动于指中；完成手指的抓握动作；该机械手一共有12个电机，每个手指的指根关节和指中关节各有一个，手掌那有一个，大拇指在手指基座额外设置了一个旋转电机，使大拇指能在垂直于手掌的平面作旋转运动；

三个关节分别为指根，指中和指尖，通过关节转动轴连接；指根关节与指中关节转动轴上安装有角度传感器；

中指固定在手掌上，除中指和拇指外的3根手指的基座通过连杆和定位销连接，使除大拇指外的四个手指同时张开并拢。

该机械手一共有10个蜗轮蜗杆传动机构，每个手指的指根关节和指中关节各有一个；关节转动轴装配有蜗轮蜗杆传动机构，改变传动方向和传动速度。

附图说明

图1是根据发明的一种实施方式的拟人多指灵巧手

图2是上述实施方式中的拟人多指灵巧手的手指构成示意图

图3是上述实施方式中的拟人多指灵巧手的手掌构成示意图

图4是指尖与指中通过一连杆相连形成的四连杆(属于现有技术)

图中各标记的含义如下：

1.手指2.手掌上面3.手掌基座4.指尖5.指中6.指根7.连杆8.涡轮蜗杆传动机构

9.手指弯曲驱动电机10角度传感器11手指基座12连杆机构13手掌下面14手指侧摆驱动电机15大拇指侧摆驱动电机

具体实施方式

一种拟人五指机械手，包括手掌基座3，手掌及连接在手掌上的五根手指1。五根手指完全相同，每个手指具有3各关节，其特征在于，还包括。

所述机械手的手指，每个手指具有3个关节。指根关节和指中关节受驱动电机驱动，使关节围绕转动轴发生转动，指尖4与指中5通过一连杆7相连，形成一四连杆，指尖从动于指中。完成手指的抓握动作。

所述机械手的手指，其指根关节与指中关节转动轴上安装有角度传感器10。

所述机械手的大拇指在手指基座11额外设置了一个旋转电机，使大拇指可以在垂直于手掌的平面作旋转运动。

所述机械手的驱动电机，转动轴装配有蜗轮蜗杆传动机构8，改变传动方向和传动速度。

所述的机械手的手掌内部设有连杆机构和五个可转动的手指基座，通过定位销连接，使除大拇指外的四个手指同时张开并拢。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种拟人五指机械手，该手具有12个自由度，适用于仿人机器人的多指手抓取工作时达到拟人手的效果。本发明包括基座，手掌，连接到手掌上的五根手指以及手掌内部的连杆机构。每根手指具有多个关节，指根关节和指中关节采用内置电机主动驱动，电机驱动的关节处传动机构采用蜗轮蜗杆传动，可以断电自锁。指尖关节采用连杆从动驱动，随指中转动而转动。手指可以弯曲/伸直，张开/并拢。张开/并拢通过掌内的连杆机构实现。

技术研发人员：陈国华;余洋洋;张爱军
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2019.03.12
技术公布日：2019.06.25