一种欠驱动的仿人灵巧手的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种欠驱动仿人灵巧手，该灵巧手由拇指、食指、中指、无名指、小指以及手掌组成。灵巧手五个手指相互独立，共有17个关节自由度，由12个微型电机驱动。除拇指有4个自由度以外，其余每个手指有3个自由度，且灵巧手整体可由电机驱动进行旋转。每个手指拥有两个耦合关节，拇指由三个微型电机驱动，其余四个手指均有两个微型电机驱动。本实用新型所述仿人灵巧手灵活度高，结构简单、紧凑，能有效实现不同大小、形状物体的自适应抓取。
【专利说明】
一种欠驱动的仿人灵巧手
技术领域
[0001]本实用新型属于仿生机器人领域，是一种欠驱动的仿人灵巧手。
【背景技术】
[0002]随着人类对自然的不断探索求知，工作空间越来越复杂、危险，而简单的机械手无法完全代替人完成复杂、精密的操作，因此希望出现一种仿人的机械手能够完成人手所能完成的所有工作。所以灵活度高、结构简单、可操作性强、适应各种抓取任务的仿人灵巧手成为了机器人领域研究热点之一。
[0003]传统的末端执行器通用性差，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。仿人灵巧手是末端执行器的先进代表，现代意义机械手是集传感技术、控制技术等多项技术于一身的多关节，多自由度，高灵活度的末端执行器。目前，对仿人灵巧手的研究，已经取得了一定的成果有SHADOW公司推出的Shadow手、Elumot1n公司的Elu-2Hand、加州理工学院的Harada手、哈尔滨工业大学的HIT/DLR手等。
[0004]—种已有的仿人灵巧手装置，如中国实用新型专利CN103128744，包括手掌、拇指、食指、中指、无名指和小指。除拇指外四指均采用相同结构，每个手指设置三个关节由三组四连杆机构耦合，由一个电机驱动。其不足之处为该装置除拇指外四指三个关节按1:1:1的运动速率按固定角度同时弯曲，关节不能单独驱动，灵巧性和人手差别较大，抓取时对不同形状的物体自适应性较差。另一种已有的仿人灵巧手，如中国实用新型专利CN1283429C，包括手掌和五个手指，共12个关节自由度，其手指欠驱动关节的弯曲伸直由多级齿轮传动系统实现，所涉及的齿轮传动系统具有自解耦效果，其中主动驱动的关节仅有三个，并且除拇指、食指外的三个手指采用一个电机进行驱动，单独手指不能进行主动弯曲，与人手差别较大，灵巧性不尚。
[0005]目前，仿人灵巧手的研究主要难点以及关键技术集中在结构设计，驱动，传感器，以及控制上。简单可靠传动机构以及合理的布局是灵活度的关键;驱动主要问题是无法在尺寸和力矩上同时满足要求，小尺寸、大力矩驱动成为缩小仿人灵巧手尺寸的关键;传感器是仿人灵巧手至关重要的技术，仿人类触觉传感器技术的滞后限制了机械手功能发挥。在控制上，模型复杂，控制算法不成熟以及操作对象的多样性和不确定性也是其研究难点。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型目的在于提供一种欠驱动仿人灵巧手，该仿人灵巧手尺寸与人手大小相当，结构简单、可靠、多自由度、多关节，能实现多形状、多尺寸物体自适应抓取。适合作为各类机械手臂末端执行器用，可以配合机械臂完成抓取任务，也可用于助老、助残、送餐等服务机器人。
[0007]本实用新型一种欠驱动的仿人灵巧手装置，所述的仿人灵巧手，包含有一个手掌和五个手指，五个手指包括拇指、食指、中指、无名指、小指。拇指在伸直状态下，与手掌安装面成一定角度安装，除拇指外的其余四个手指按合适的位置分布在手掌上。手掌上有安装电路板、手指和电机的安装凹槽。除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，四个手指主体都由四个部分组成，把四个部分分别命名为手指基座、手指指根、手指指节、手指指尖；四个部分通过三个轴相连，按离手掌由近到远分别命名为手指轴一、手指轴二、手指轴三，三个旋转轴轴线平行，手指轴一连接手指基座和手指指根，手指轴二连接手指指根和手指指节，手指轴三连接手指指节和手指指尖。拇指包含四部分，四个部分分别命名为拇指基座、拇指指根、拇指指节、拇指指尖。拇指单元四部分通过四个轴相连，在拇指伸直的方向，按离手掌由近到远分别命名为拇指轴一、拇指轴二、拇指轴三、拇指轴四。其中拇指轴三和拇指轴四轴线相互平行;拇指轴二与拇指轴三、四的轴线相互垂直;拇指轴一轴线与手掌安装面成一定角度，并且与拇指伸直方向平行。拇指轴一连接拇指基座和手掌，拇指轴二连接拇指基座和拇指指根，拇指轴三连接拇指指根和拇指指节，拇指轴四连接拇指指节和拇指指尖。五个手指和手掌上都安装有力传感器，可对灵巧手在抓取过程中进行力反馈。
[0008]本实用新型所述的手掌，手掌主体由手心、手背、手掌旋转机构三部分组合而成，手心部分包括有电机、减速器和手指安装凹槽，内部安装有电机一和减速器一;另外手心部分还包括相互嗤合圆柱齿轮一和圆柱齿轮二。所述的电机一和减速器一安装在手掌电机减速器安装槽内，电机轴方向与手掌安装面成一定角度，圆柱齿轮一安装在减速器一输出轴上，圆柱齿轮一与圆柱齿轮二啮合，电机一动力通过减速器一和啮合的两个圆柱齿轮，带动拇指基座绕轴一旋转，最终驱动拇指绕手掌旋转。手背部分有电路板和手指安装槽，信号采集、驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌和手背有四组半圆手指安装槽，每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽可相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上限位槽的配合把除拇指以外的四个手指手指固定安装在手掌上。手心、手背、旋转机构三部分固定连接。
[0009]本实用新型所述的手掌旋转机构，手掌旋转机构包括电机二、减速器二、编码器、轴承、固定部分、带有内齿轮的旋转部分、一组圆柱齿轮。电机固定部分与旋转部分通过轴承连接，手掌固定连接在旋转部分上；电机二、减速器二、编码器固定安装在固定部分上；圆柱齿轮三与旋转部分的内齿轮内啮合，电机通过该组内啮合的齿轮，驱动旋转部分以及整个手掌绕固定部分中心旋转；圆柱齿轮三与编码器上圆柱齿轮四啮合，编码器可进行位置反馈。
[0010]本实用新型所述的除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，四个手指主体都包括手指基座、手指指根、手指指节、手指指尖四部分。手指轴一连接手指基座和手指指根，手指轴二连接手指指根和手指指节;手指轴三连接手指指节和手指指尖。手指包含三个可旋转的关节，由两个电机驱动。其中电机三和减速器三安装在手指基座内部，电机三通过一组啮合的锥齿轮把动力传递给手指指根，使手指指根能相对于手指基座绕手指轴一旋转，手指基座外部限位槽可与手掌限位块的配合，使整个手指固定在手掌上。另外电机四和减速器四安装在手指指根内部，电机四驱动“收_放”线齿轮组工作，“收_放”线齿轮组由锥齿轮三、锥齿轮四、锥齿轮五组成。由电机四驱动的“收_放”线齿轮组利用齿轮传动特点，对通过手指指尖与手指指节内部的两条拉线同步进行绕线、放线动作，其中拉线一通过手指指节内弹簧滑块机构，并与滑块固定连接，使滑块能随拉线移动，拉线一端固定在手指指尖，通过滑轮导向支撑后，另一端固定在锥齿轮四上。拉线二一端固定在手指指尖，通过滑轮变导向支撑后固定在锥齿轮五上。“收_放”线齿轮组配合拉线、弹簧滑块机构实现手指指尖、手指指节正向弯曲、复位、反向弯曲。
[0011]本实用新型所述的拇指主体包含拇指基座、拇指指根、拇指指节、拇指指尖四部分。拇指轴一连接拇指基座和手掌，拇指轴二连接拇指基座和拇指指根，拇指轴三连接拇指指根和拇指指节，拇指轴四连接拇指指节和拇指指尖。拇指包含四个可转动关节，由三个电机驱动。电机一和减速器一安装在手心内，动力通过一组啮合圆柱齿轮，驱动拇指整体绕拇指轴一转动。电机五和减速器五安装在拇指基座内，减速器五上安装有绕线轮，绕线轮与拇指指根底部之间绕有两条交叉分布的拉线，电机通过拉线带动拇指指根相对于拇指基座绕拇指轴二进行转动;拇指指根内部装有电机六和减速器六，以及由锥齿轮六、锥齿轮七、锥齿轮八组成的“收_放”线齿轮组，由电机六驱动的“收_放”线齿轮组利用齿轮传动特点，对通过拇指指尖与拇指指节内部的两条拉线同步进行绕线、放线动作。拉线三通过拇指指节内弹簧滑块机构，并于滑块固定连接，使滑块能随拉线移动，拉线三一端固定在拇指指尖，另一端固定在锥齿轮七绕上。拉线四一端固定在拇指指尖，通过滑轮变向后固定在锥齿轮八上。“收_放”线齿轮组配合拉线和弹簧滑块机构实现拇指指尖、拇指指节正向弯曲、复位、反向弯曲。
[0012]拇指结构与其余四指结构中所述的弹簧滑块机构结构相同，整体形状为一个圆柱形弹簧滑块机构包括一个外壳，一个滑块，弹簧一，弹簧二，封堵一，封堵二，端盖一，端盖二。封堵一，封堵二，滑块，可在外壳内腔里滑动。弹簧一，弹簧二被压缩一定量分别放置在封堵一与端盖一，封堵二与端盖一之间，并且两弹簧能被自由压缩。拉线通过弹簧滑块机构内部，并与滑块固定连接，左右端拉线的移动可带动滑块在相应方向移动，并压缩相应方向的弹簧。放置在拇指指节和手指指节安装槽内，其位置沿拉线方向，弹簧一在远手掌端，弹簧二在近手掌端。
[0013]本实用新型的效果与益处:
[0014]本实用新型一种欠驱动仿人灵巧手，该机械手与人手类似，由拇指、食指、中指、无名指、小指以及手掌组成。该机械手共有17个自由度，由12个微型电机提供动力。其中，每个手指远端两个关节为耦合关节，拇指有4个自由度，由3个电机驱动；除拇指以外的其余4个手指结构类似，每个手指有3个自由度，由两个电机驱动；另外由一个电机驱动的手掌根部旋转关节可实现机械手整体旋转。本实用新型手指含有欠驱动结构形式，灵活度高，结构简单、紧凑，总量轻，易安装，能够有效实施对不同形状、大小物体的自适应抓取。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0016]图2为本实用新型手掌结构示意图。
[0017]图3为本实用新型手心结构不意图。
[0018]图4为本实用新型手背结构示意图。
[0019]图5为手掌旋转结构示意图。
[0020]图6为本实用新型手指结构示意图。
[0021]图7为本实用新型手指左侧内部结构示意图。
[0022]图8为本实用新型手指右侧内部结构不意图。
[0023]图9为本实用新型拇指结构示意图。
[0024]图10为本实用新型拇指左侧内部结构示意图。
[0025]图11为本实用新型拇指右侧内部结构示意图。
[0026]图12为弹簧滑块机构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图对本实用新型的具体结构和工作原理作进一步说明。
[0028]下文所述关节转动角度均以各手指伸直，且拇指与其余手指在同一平面内时，手指的相对位置为关节转动零点。
[0029]本实用新型一种欠驱动的仿人灵巧手装置，如图1所示，所述的仿人灵巧手，包含有一个手掌6和五个手指，五个手指单元包括拇指1、食指2、中指3、无名指4、小指5。拇指在伸直状态下，与手掌安装面7成一定角度安装在手掌上，除拇指外的其余四个手指按合适的位置分布在手掌上;手心表面以及五个手指在靠近手心侧表面上都安装有力传感器，图1中阴影部分表示为力传感器，力传感器在灵巧手对物体进行抓取时可反馈与被作用物体接触面的力信息。
[0030]所述手掌，如图2、3、4所示，手掌主体由手心61、手背62、旋转机构63三部分组合而成，手心61部分上有电机一611和减速器一612，圆柱齿轮一613，圆柱齿轮二614以及拇指轴一 15。所述的电机一611和减速器一612安装在手掌电机减速器安装槽内，电机轴方向与手掌安装面7成合适角度，圆柱齿轮二614与圆柱齿轮一613嗤合，电机611动力通过减速器一612和啮合的两个圆柱齿轮，带动与圆柱齿轮二 614固定连接的拇指基座绕拇指轴一 15旋转，从而带动拇指I绕手掌旋转。手背62部分有电路板和手指安装槽，信号采集、驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌61和手背62有四组半圆手指安装槽，每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽可相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上两个凹槽的配合把除拇指以外的四个手指固定安装在手掌上。旋转机构63，可实现整个手掌在安装面7上进行旋转，手心61、手背62、旋转机构63三部分部分固定连接。
[0031]所述手掌旋转机构，如图5所示，手掌旋转机构包括电机、减速器、编码器、轴承633、固定部分631、带有内齿轮的旋转部分632、一组啮合圆柱齿轮。电机固定部分与旋转部分通过轴承633连接，手掌固定连接在旋转部分632上，电机、减速器与编码器安装在固定部分631上，电机二动力通过减速器二驱动圆柱齿轮三634与旋转部分632上的内齿轮啮合，使与旋转部分固定连接的手掌转动。另外圆柱齿轮四635固定安装在编码器轴上，并与圆柱齿轮三634啮合，编码器能对旋转位置进行反馈，以此实现旋转部分以及整个手掌绕固定部分中心精确旋转。
[0032]所述除拇指以外的其余四个手指结构布局相同，如图6、7、8所示，四个手指主体都包括手指基座31、手指指根32、手指指节33、手指指尖34四部分。手指轴一 35连接手指基座31和手指指根32，手指轴二 36连接手指指根32和手指指节33;手指轴三37连接手指指节33和手指指尖34。手指轴一、手指轴二、手指轴三所在的关节，类人手的都能实现-15°?+90°范围的转动。手指指尖34与手指指节33由手指指根32内部的电机四322进行驱动，手指指根32电机四322动力通过减速器四323输出给“收_放”线齿轮组，“收_放”线齿轮组通过旋转运动可以分别对手指指尖和手指指节内部两条拉线进行缠绕和回放。拉线一 343的一端与手指指尖34固定，另一端固定在锥齿轮四325绕线槽上，中间由滑轮332、341进行支撑和导向；拉线一 343从弹簧滑块机构内部通过，滑块被固定在拉线上，能随拉线的运动而滑动。拉线二344的一端与手指指尖固定，另一端固定在锥齿轮五326上，中间只由滑轮342、334、333支撑和导向。当电机四322带动“收_放”线齿轮组中锥齿轮四325、锥齿轮五326转动，可实现拉线一 343收线而拉线二 344放线，或者拉线一 343放线而拉线二 344收线，两个动作同步进行。两条拉线“收-放” “放-收”的两种状态，配合手指指节33上的弹簧滑块机构331，使手指指尖34和手指指节33实现正向弯曲、复位、反向弯曲。并且手指指节33与手指指尖34的运动为欠驱动形式，手指指节在没接触物体时，手指指尖34不相对手指指节33运动，当碰到物体后手指指尖34才绕手指轴三37相对手指指节33转动。手指基座内部电机三311通过相互啮合的锥齿轮一 313和啮合的锥齿轮二 321，驱动整个手指绕手指轴一 35旋转;手指基座31外部限位槽，可与手掌限位块的配合，使整个手指固定在手掌上。
[0033]所述拇指结构，如图9、10、11所示，拇指主体包含拇指基座11、拇指指根12、拇指指节13、拇指指尖15四部分。拇指轴一 15连接拇指基座11和手掌6，拇指轴二 16连接拇指基座11和拇指指根12，拇指轴三17连接拇指指根12和拇指指节13，拇指轴四18连接拇指指节13和拇指指尖14。拇指轴一所在关节能实现0°?120°范围转动，拇指轴二所在关节能实现-90°?+90°范围转动，拇指轴三与拇指轴四所在关节能实现-15°?+90°范围转动。拇指指根12内部装有电机六121和减速器六122，以及由锥齿轮六123、锥齿轮七124、锥齿轮八125组成的“收_放”线齿轮组，电机六121带动“收_放”线齿轮组工作可以分别对两条拉线同步进行缠绕和回放。拉线三143的一端与拇指指尖14固定，另一端固定在锥齿轮七124上，中间由滑轮132、141进行支撑和导向；拉线三143从弹簧滑块机构内部通过，滑块1314被固定在拉线三143上，并能随拉线三143的运动而滑动。拉线四144的一端与拇指指尖14固定，另一端固定在锥齿轮八125上，中间由滑轮133、134、142支撑和导向。当电机121带动“收_放”线齿轮组中锥齿轮七124、锥齿轮八125转动，可实现拉线三143收线而拉线四144放线，或者拉线三143放线而拉线四144收线，两个动作同步进行。两条拉线“收-放”和“放-收”的两种状态，配合拇指指节13上的弹簧滑块机构131，使手指指尖14和手指指节13正向弯曲、复位、反向弯曲。并且手指指节13与手指指尖14的运动为欠驱动形式，使在没接触物体时，手指指尖14不相对手指指节13运动，当碰到物体后手指指尖14才绕手指轴四18相对手指指节13转动。拇指基座11内安装有一组电机五111和减速器五112，减速器五112上安装有绕线轮113，绕线轮与拇指指根之间绕有两条拉线，两条拉线按交叉的方式一头固定在拇指指根根部侧面，另一头固定在绕线轮113上，电机五通过绕线轮驱动两条拉线实现拇指指根绕拇指轴二16转动;拇指基座11固定安装在手掌的圆柱齿轮二 614上，拇指基座11可随圆柱齿轮二 614绕拇指轴一 15旋转，实现拇指I绕手掌6转动。
[0034]拇指结构与其余四指结构中所述的弹簧滑块机构结构相同，如图12所示，整体形状为一个圆柱形，包括一个外壳1311，一个滑块1314，弹簧一 1315，弹簧二 1316，封堵一1312，封堵二 1333，端盖一 1317，端盖二 1318。封堵一 1312，封堵二 1333，滑块1314，可在外壳内腔里滑动。弹簧一1315和弹簧二 1316被压缩一定量分别放置在封堵一 1312与端盖一1317，封堵二 1333与端盖一 1318之间，并且两弹簧能被自由压缩。拉线143通过弹簧滑块机构内部，并与滑块固定连接，左右端拉线的移动可带动滑块在相应方向上滑动，并压缩相应方向的弹簧，弹簧滑块机构放置在拇指指节和手指指节安装槽内，其位置沿拉线方向，弹簧一在远手掌端，弹簧二在近手掌端。
[0035]所述欠驱动实施方式，由于拇指与其余四个手实现欠驱动方式相同，所以选取如图6、7、8所示手指结构进行说明。手指分为4个部分，手指基座31、手指指根32、手指指节33、手指指尖34。由手指基座31、手指指根32、手指轴一35组成的手指关节，由电机二311驱动，且手指指根32可相对于手指基座31在-15°?+90°范围转动；由手指指根32、手指指节33、手指轴二 36组成的手指关节和由手指指节33、手指指尖34、手指轴三37组成的手指关节相互耦合，由电机三311驱动，且手指指节33可相对于手指指根32在-15°?+90°范围转动，手指指尖34可相对于手指指节33在-15°?+90°范围转动。欠驱动实现主要由手指指尖34、手指指节33、手指指根34三部分组成实现，实现欠驱动主要部件有手指指节33中的弹簧滑块机构331，手指指根32的“收_放”绕线齿轮组以及存在于手指指尖与手指指节中的两组拉线滑轮组合。下面是工作原理:1、当电机驱动锥齿轮四325绕线，同时锥齿轮五326放线，由于弹簧滑块机构中弹簧有一定预紧力，所以拉线一 143带动手指指节与手指指尖一起转动，且手指指尖不与手指指节发生相对转动。当手指指节33碰到抓取物体时，手指指节33位置被限制，锥齿轮四325继续绕线，同步的锥齿轮五326继续放线，当有拉线一 143作用在滑块上的力大于弹簧二 1316预紧力时，拉线143拉动滑块压缩弹簧1316，并把位移与力通过拉线传递手指指尖34，拉动手指指尖34相对于手指指节33转动，最终把力作用于别抓取物体上。2、当电机三311驱动锥齿轮四325放线，同时锥齿轮五326绕线时，拉线二344带动手指指尖34与手指指节33回到伸直状态，当锥齿轮四325继续放线线，同时锥齿轮五326继续绕线，拉线二344与原理I所述拉线一 343相同，拉线二 344先带动手指指节33相对手指指根32转动，到达极限位置后，再带动滑块1314在拉线一 143作用下压缩弹簧1315，并实现手指指尖34相对手指指节33转动。
【主权项】
1.一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:所述的仿人灵巧手与人类似，包含有一个手掌(6)和五个手指，五个手指单元为拇指(I)、食指(2)、手指(3)、无名指(4)、小指(5);拇指在伸直状态下，与手掌安装面(7)成一定角度安装在掌上，除拇指外的其余四个手指按手掌位置分布，手心表面以及五个手指在靠近手心侧表面上都安装有力传感器，力传感器在灵巧手对物体进行抓取时可反馈与被作用物体接触面的力信息;所有电机以及控制电路安装在手掌或者手指内部； 所述的手掌主体由手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分组合而成，手心(61)部分有电机一(611)和减速器一(612)，一组嗤合的齿轮以及拇指轴一(15);所述的电机一(611)和减速器一(612)在电机轴方向上与手掌安装面(7)成一定角度安装在手掌内；电机一(611)动力通过减速器一 (612)和啮合的一组齿轮，带动拇指基座绕拇指轴一(15)旋转，从而带动拇指(I)绕手掌旋转;手背(62)部分有电路板和手指安装槽，信号采集、驱动、控制电路安装在电路板安装槽内；手掌(61)和手背(62)有四组半圆手指安装槽，每个半圆槽内都有限位块，每组半圆槽相互组合为一圆形孔，通过限位块和手指基座上两个凹槽的配合把除拇指以外的四个手指固定安装在手掌上;旋转机构(63)，实现整个手掌在安装面(7)上进行旋转，手心(61)、手背(62)、旋转机构(63)三部分固定连接。2.根据权利要求1所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:所述的除拇指以外，其余四个手指结构都包括手指基座(31)、手指指根(32)、手指指节(33)、手指指尖(34)四部分，手指四部分通过三个轴进行连接，三个轴为手指轴一(35)、手指轴二(36)、手指轴三(37)，三个旋转轴轴线平行，手指轴一(35)连接手指基座(31)和手指指根(32)，手指轴二(36)连接手指指根(32)和手指指节(33)，手指轴三(37)连接手指指节(33)和手指指尖(34);手指基座(31)内部安装有一组电机三(311)和减速器三(312)，电机三(331)通过一组啮合的锥齿轮使手指指根(32)相对于手指基座(31)绕手指轴一 (35)转动，手指基座外部有限位槽，外部限位槽与手掌限位块的配合，使手指能固定连接在手掌上;一组电机四(322)和减速器四(323)安装在手指指根(32)内部，手指指根(32)内部安装有可同步对手指指尖(34)和手指指节(33)内部两条拉线进行收线、放线功能的齿轮组，电机四通过带动该齿轮组实现两条拉线的缠绕和回放;另外手指指节(33)中安装有一个弹簧滑块机构(331)，拉线一 (343)的一端固定在手指指尖上，拉线一(343)通过弹簧滑块内部与滑块固定连接，使滑块能够随拉线一 (343) —起移动，通过滑轮导向和支撑，拉线一 (343)另一端绕在齿轮组中的齿轮上;拉线二 (344)—端固定在手指指尖，通过滑轮导向和支撑，拉线二 (344)另一端绕在齿轮组中的齿轮上。3.根据权利要求1或2所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:拇指(I)包括拇指基座(U)、拇指指根(12)、拇指指节(13)、拇指指尖(14);拇指(I)四部分通过旋转轴相连，拇指轴一(15)、拇指轴二(16)、拇指轴三(17)、拇指轴四(18);其中拇指轴三(17)和拇指轴四(18)旋转轴线相互平行;拇指轴二(16)与拇指轴三(16)、拇指轴四(17)的旋转轴线相互垂直;拇指轴一(15)旋转轴线与手掌安装面(7)成一定角度，并且与拇指伸直方向平行;拇指轴一(15)连接拇指基座(11)和手掌(6)，拇指轴二(16)连接拇指基座(11)和拇指指根，拇指轴三(17)连接拇指指根(12)和拇指指节(13)，拇指轴四(18)连接拇指指节(13)和拇指指尖(14);拇指基座(11)内安装有一组电机五(111)和减速器五(112)，减速器(112)上安装有绕线轮(113)，电机五(111)通过绕线轮(113)带动两条拉线运动，实现拇指指根(12)绕拇指关节二(16)转动；电机一(611)通过一组嗤合圆柱齿轮带动拇指绕拇指轴一(15)旋转;拇指指根(12)内部装有一组电机六(121)和减速器六(122)，以及一个实现绕线功能齿轮组，电机五通过该齿轮组带动通过拇指指尖(14)和拇指指节(13)内部的两组拉线滑轮组合工作，拇指指节(33)中安装有一个弹簧滑块机构(331)，其中拉线三的一端固定在拇指指尖，拉线三通过弹簧滑块内部与滑块固定链接，使滑块能够随拉线三起移动，通过滑轮导向和支撑，拉线三另一端绕齿轮组的齿轮上;拉线四的一端固定在拇指指尖，通过滑轮导向和支撑，缠绕齿轮组的齿轮上。4.根据权利要求3所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:所述的手掌旋转机构包括电机二、减速器二、编码器、轴承(633)、固定部分(631)、带有内齿轮的旋转部分(632)、一组啮合圆柱齿轮;电机固定部分与旋转部分通过轴承(633)连接，手掌固定连接在旋转部分(632)上，电机、减速器与编码器安装在固定部分(631)上，圆柱齿轮三(634)与旋转部分(632)上的内齿轮内啮合，电机二动力通过减速器二驱动内啮合的圆柱齿轮三(634)与旋转部分(632)上的圆柱齿轮、使与旋转部分固定连接的手掌转动；另外圆柱齿轮四(635)固定安装在编码器轴上，并与圆柱齿轮三(634)啮合，编码器能对旋转位置进行反馈，实现旋转部分以及整个手掌绕固定部分中心精确旋转。5.根据权利要求2或4所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:所述弹簧滑块机构，主要由弹簧一(1315)和弹簧二(1316)、滑块(1314)、以及外壳组成;弹簧一(1315)和弹簧二(1316)、滑块(1314)都被放置在外壳内部空腔内，且滑块放置在两弹簧中间，能通过左右移动滑块压缩相应方向上弹簧;拉线(143)通过弹簧滑块机构内部，并与滑块固定连接，左右端拉线的移动可带动滑块在相应方向上滑动，并压缩相应方向的弹簧。6.根据权利要求5所述的一种欠驱动的仿人灵巧手，其特征在于:每个手指有一个欠驱动结构形式，所述的欠驱动机构形式由手指指尖(34)、手指指节(33)、手指指根(32)、弹簧滑块机构(331)、锥齿轮三(324)、锥齿轮四(325)、锥齿轮五(316)、轴二(327)、电机四(322)、减速器四(323)、拉线一(343)、拉线二(344)以及多个滑轮组合成的欠驱动结构形式，该结构形式由电机驱动锥齿轮三(324)、锥齿轮四(325)、锥齿轮五(316)组成的“收_放”线齿轮组，对拉线一(343)、拉线二(344)同步进行收_放或者放_收的动作，同时拉线一(343)、拉线二(344)带动弹簧滑块机构(331)中滑块滑动压缩弹簧，最终实现手指的欠驱动。
【文档编号】B25J9/12GK205552566SQ201620223760
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】杜宇, 温礼刚, 丛明
【申请人】杜宇