专利名称：预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的制作方法
技术领域：
本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的结构 设计。
背景技术：
人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实 现类人的行为作为梦寐以求的目标。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实 现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。
近30年来，灵巧手研究取得了丰硕的成果。灵巧手具有3 5个手指，每个手指2 4个关 节自由度，绝大多数关节为电机、空气肌肉、液压等驱动的主动关节。灵巧手能做出人手的 各种动作，包括抓取和操作两种动作。例如国外研发出来的Hitachi手、Utah/MIT手、 Stanford/JPL手、Shadow公司C5手、DLR手和Robonaut手，国内哈工大研发的HIT灵巧手 和北航研发的BH灵巧手。灵巧手的主要优点是可以灵活主动的抓取物体，并有很好的抓取 稳定性，其不足是不能实现抓取物体时对物体的形状和尺寸自动适应(自适应抓取)，造成对 传感及控制系统要求高，系统复杂、成本高、可靠性低。
欠驱动机械手指可以克服灵巧手的纯主动驱动多关节手指的一些不足，以此为主设计实 现高欠驱动的机器人手在近十年来得到越来越多的重视。例如，以具有一个电机、两个转动 关节的欠驱动手指为例，该手指装置包括基座、近关节、中间指段、远关节、末端指段，初 始时刻，手指为伸直状态，此时电机转动，整个手指绕其近关节转动，当中间指段碰触到物 体被阻挡不动后，电机继续驱动远关节和末端指段转动，从而实现一个电机依次驱动两个关 节转动的欠驱动目的。欠驱动机械手指的优点是能够自动适应物体形状和尺寸的大小，达到 自适应抓取的目的，降低了对传感及控制系统的要求。但是欠驱动机械手指的不足为其手 指初始构形是固定(伸直或呈某个弯曲角度)，这与人手抓取方式有较大不同，不够拟人化， 不便于对某些尺寸、形状的物体进行稳定抓取。人手抓持不同尺寸物体时，手指在还未碰触 物体前就需要事先弯曲到某个角度，只有这样才能更好的抓取。例如，在人手在捏持小尺寸 物体之前，四指(即食指、中指、无名指和小指)中间关节要事先弯曲较大角度，直到四指 末端与拇指末端相接近，之后再进行抓取。而且手指所弯曲的角度对于不同尺寸的物体是需 要调节的。而传统的欠驱动手指(如中国发明专利CN1283429C、 CN1292719C、 CN1289269C 和CN101234489A等)没法实现在碰触物体之前的这种中间关节的转动，因而难以实现更加 拟人化抓取动作和更加稳定地抓持物体效果。另外，当没有所抓物体而执行单纯的握拳动作 时，整个手指只能呈伸直状态绕近关节轴转动，这与人手的可以绕中间关节弯曲的握拳动作 想去甚远，影响了机器人手的拟人化动作效果。己有的一种带轮欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利CN101234489A，包括基座、 电机、减速器、近关节轴、齿轮传动机构、带轮传动机构、中部指段、远关节轴、末端指段 和簧件。电机通过减速器、齿轮和带轮传动机构使末端指段随之转动。由于弹簧的约束作用 使中部指段和末端指段在没有碰触物体前保持固定的伸直状态(中部指段和末端指段之间的 夹角为平角)，只有当中部指段接触物体被阻挡时，末端指段才随远关节轴转动，实现手指弯 曲包络所抓取物体。该装置的不足之处在于在接触物体前，中部指段和末端指段只能呈伸直 状态，以一个整体绕近关节轴转动，影响了抓取效果。
也有传统的具有刚性手指的机械手装置，具有固定弯曲的手指构型，它们模仿了人类抓 取物体时的最常见手指姿态，但是这类装置的手指弯曲状态是固定不可以改变弯曲角度的， 而且关节自由度数过少，不能适应不同尺寸物体的抓取需求。
发明内容
本发明的目的是针对己有技术的不足之处，提供一种预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置， 它可以自由调节手指中间关节的初始状态，同时保证抓取物体时具有自动适应物体形状、尺 寸的抓取效果。该装置利用电机对欠驱动手初始位置进行调节，提高了机械手指抓取不同尺 寸、形状物体的稳定性和拟人化动作效果，实现机器人手指在较低控制系统要求下的灵活自 适应抓取，装置外形与人的手指相似，可以作为拟人机器人手的手指使用。
本发明的技术方案如下
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，包括基座、第一电机、近关节轴、中部 指段、远关节轴、末端指段、第一传动机构和第一簧件；所述的第一电机与基座固接，第一 电机的输出轴与近关节轴相连；所述的近关节轴套设在基座中，远关节轴套设在中部指段中， 近关节轴和远关节轴相互平行；所述的中部指段套接在近关节轴上，所述的末端指段与远关 节轴固接；所述的第一传动机构的输入轴与近关节轴相连，第一传动机构的输出轴与远关节 轴相连，近关节轴与远关节轴的转动方向相同，所述的第一簧件的两端分别连接中部指段和 末端指段；其特征在于该预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置还包括第二电机、柔性件和第二 簧件；所述的第二电机与末端指段固接，所述的柔性件的两端分别连接第二电机的输出轴和 中部指段，所述的第二簧件作为连接件串联安装到从近关节轴到第一传动机构再到远关节轴 的传动链中。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一传动机构采用 平带轮传动机构、齿形带轮传动机构、绳轮传动机构、链条传动机构、齿轮齿条传动机构、 齿轮传动机构或连杆传动机构中的一种或几种的组合。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一传动机构包括 主动轮、传动件和从动轮；所述的主动轮与近关节轴相连，从动轮与远关节轴相连，传动件 连接主动轮与从动轮，所述的传动件采用平带、齿形带、齿条、腱绳、钢丝或链条，所述的 主动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的从动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的 传动件、主动轮和从动轮三者之间能够配合形成传动关系。本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一簧件采用扭簧、 拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二簧件采用扭簧、 拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的柔性件采用绳、带、 筋、丝或链条中一种或几种的组合。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于还包括第二传动机构，所 述的第二传动机构的输入端与第二电机的输出轴相连，第二传动机构的输出端与柔性件的一 端相连。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二传动机构包括 丝杆和螺母，所述的丝杆与第二电机的输出轴相连，所述的螺母与丝杆形成螺纹传动关系， 螺母与柔性件的一端相连，螺母镶嵌在末端指段中。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二传动机构包括 第一齿轮、第二齿轮、中间轮和中间轴；所述的第一齿轮与第二电机的输出轴相连，所述的 第二齿轮与第一齿轮相啮合形成齿轮传动关系，所述的第二齿轮与中间轴相连，所述的中间 轴套设在末端指段中，所述的中间轮套固在中间轴上，中间轮与柔性件的一端相连。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于还包括第三传动机构；所 述的第三传动机构的输入端与第一电机的输出轴相连，第三传动机构的输出端与近关节轴相 连。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果
本发明装置利用双电机、传动机构、柔性件和簧件综合实现了手指可变初始构型自适应 抓取的特殊效果。该装置在抓取前弯曲中间关节以达到良好的准备抓取姿态，在抓取时按照
自适应欠驱动方式抓取物体。该装置可以调节不同的手指初始构型，更好的提高了抓取的稳 定性，降低了对传感及控制系统的要求。该装置在积极利用欠驱动手自适应抓取效果的基础 上，对抓取的灵活性和稳定性上有了很大的提高。该装置结构紧凑、体积小、形态动作更趋 近于人手、可以稳定抓取和自动适应各种形状、尺寸的物体，适合作为拟人机器人手的手指 或手指一部分使用。
图1是本发明提供的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的第一种实施例的左侧剖视图。
图2是图1所示实施例的正面剖视图。
图3是图1所示实施例的外观图。
图4是图2的外观图。
图5是图1所示实施例实施例的远关节簧件的安装示意图。 图6是图1所示实施例的近关节簧件的安装示意图。 图7是图1在A—A处的剖视图。图8、图9、图10、图ll是图l所示实施例在末端指段与中部指段以伸直姿态为初始姿 态下抓取大物体的过程示意图，此时全过程为第一电机工作。
图12、图13、图14、图15是图1所示实施例在末端指段与中部指段以弯曲某个角度的 姿态下抓取小物体的过程示意图，此时小物体碰触到中部指段和末端指段，属于握持状态， 在此全过程中先第二电机工作再第一电机工作。
图16、图17、图18是图1所示实施例在末端指段与中部指段以弯曲某个角度的姿态下 抓取小物体的过程示意图，此时小物体碰触到末端指段，属于捏持状态，在此全过程中先第 二电机工作再第一电机工作。
图19、图20、图21是图1所示实施例仅让第二电机工作时抓取物体的过程示意图。
图22是本发明提供的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的第二种实施例的右侧剖视图。
图23是图22所示第二种实施例的正面剖视图。
图24是图1所示第一种实施例抓取物体时的左侧剖视图。
在图l至图24中
l一基座， 4一中部指段， 7—第三齿轮， IO —主动轮， 13 —丝杆， 16 —柔性件(绳)， 19一第二减速器， 22—第二齿轮，
2—第一电机，
5 —远关节轴，
8—第四齿轮，
ll一传动件，
14一螺母，
17—第一减速器，
20 —柔性件(带)，
3 —近关节轴， 6—末端指段， 9一第二簧件， 12—从动轮， 15 —第一簧件， 18 —第二电机， 21—第一齿轮， 24—中间轴， 40—第二传动机构， 43 —第一传动机构。
23 —中间轮， 30、 31、 32、 33 —手指要抓的物体， 4I一其他手指， 42—第三传动机构，
具体实施例方式
下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理的内容。 本发明设计的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的第一种实施例，如图l、图2、图3、图 4、图5、图6、图7所示，包括基座l、第一电机2、近关节轴3、中部指段4、远关节轴5、 末端指段6、第一传动机构43和第一簧件15;所述的第一电机2与基座1固接，第一电机2 的输出轴与近关节轴3相连；所述的近关节轴3套设在基座1中，远关节轴5套设在中部指 段4中，近关节轴3和远关节轴5相互平行；所述的中部指段4套接在近关节轴3上，所述 的末端指段6与远关节轴5固接；所述的第一传动机构43的输入轴与近关节轴3相连，第一 传动机构43的输出轴与远关节轴5相连，近关节轴3与远关节轴5的转动方向相同，所述的 第一簧件15的两端分别连接中部指段4和末端指段6;该预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置还 包括第二电机18、柔性件16和第二簧件9;所述的第二电机18与末端指段6固接，所述的 柔性件16的两端分别连接第二电机18的输出轴和中部指段4，所述的第二簧件9作为连接件串联安装到从近关节轴3到第一传动机构43再到远关节轴5的传动链中，本实施例中，第 二簧件9的两端分别连接近关节轴3和第一传动机构43的输入端。图24是该实施例抓取物 体时的左侧剖视图。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的第一传动机构采用平带轮传动机 构、齿形带轮传动机构、绳轮传动机构、链条传动机构、齿轮齿条传动机构、齿轮传动机构 或连杆传动机构中的一种或几种的组合。
本实施例中，所述的第一传动机构43采用平带轮传动机构。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的第一传动机构包括主动轮、传动 件和从动轮；所述的主动轮与近关节轴相连，从动轮与远关节轴相连，传动件连接主动轮与 从动轮，所述的传动件采用平带、齿形带、齿条、腱绳、钢丝或链条，所述的主动轮采用带 轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的从动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的传动件、主动 轮和从动轮三者之间能够配合形成传动关系。
本实施例中，所述的第一传动机构43包括主动轮10、传动件11和从动轮12;所述的主 动轮10通过第二簧件9与近关节轴3相连，从动轮12与远关节轴5相连，传动件11连接主 动轮10与从动轮12，所述的传动件11采用平带，所述的主动轮10采用带轮，所述的从动 轮12采用带轮，所述的传动件11、主动轮10和从动轮12三者之间能够配合形成平带轮传 动关系。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的第一簧件采用扭簧、拉簧、压簧、 片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。 本实施例中，所述的第一簧件15采用扭簧。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、 片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。 本实施例中，所述的第二簧件9采用扭簧。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的柔性件采用绳16、带20、筋、丝 或链条中一种或几种的组合。
本实施例中，所述的柔性件16采用绳。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，还包括第二传动机构，所述的第二传动 机构的输入端与第二电机的输出轴相连，第二传动机构的输出端与柔性件的一端相连。
本实施例还包括第二传动机构40,所述的第二传动机构40的输入端与第二电机18的输 出轴相连，第二传动机构40的输出端与柔性件16的一端相连；所述的第二传动机构40采用 丝杆螺母传动机构。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，所述的第二传动机构包括丝杆和螺母， 所述的丝杆与第二电机的输出轴相连，所述的螺母与丝杆形成螺纹传动关系，螺母与柔性件 的一端相连，螺母镶嵌在末端指段中。
本实施例中，所述的第二传动机构包括丝杆13和螺母14，所述的丝杆13与第二电机18的输出轴相连，所述的螺母14与丝杆13形成螺纹传动关系，螺母14与柔性件16的一端相 连，螺母14镶嵌在末端指段6中。
本发明设计的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置的第二种实施例，如图22、图23所示， 其第二传动机构40与第一种实施例不同，包括第一齿轮21、第二齿轮22、中间轮23和中间 轴24;所述的第一齿轮21与第二电机18的输出轴相连，所述的第二齿轮22与第一齿轮21 相啮合形成齿轮传动关系，所述的第二齿轮22与中间轴24相连，所述的中间轴24套设在末 端指段6中，所述的中间轮23套固在中间轴24上，中间轮23与柔性件20的一端相连。该 实施例中，所述的柔性件20采用带。
本发明所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，还包括第三传动机构；所述的第三传动 机构的输入端与第一电机的输出轴相连，第三传动机构的输出端与近关节轴相连。
第一种实施例和第二种实施例还包括第三传动机构42;所述的第三传动机构42的输入 端与第一电机2的输出轴相连，第三传动机构42的输出端与近关节轴3相连。
在第一种实施例和第二种实施例中，所述的第三传动机构42采用齿轮传动机构，包括第 三齿轮7和第四齿轮8;所述的第三齿轮7与第一电机2的输出轴相连，第四齿轮8与第三 齿轮7相啮合形成齿轮传动关系，第四齿轮8与近关节轴3相连。
第一种实施例和第二种实施例还包括第一减速器17，所述的第一减速器17与第一电机2 固接，第一减速器17的输入轴与第一电机2的输出轴相连，第一减速器17的输出轴与第三 传动机构42的输入端相连，第一减速器17的输出轴与第三齿轮7相连。
第一种实施例和第二种实施例还包括第二减速器19，所述的第二减速器19与第二电机 18固接，第二减速器19的输入轴与第二电机18的输出轴相连，第二减速器19的输出轴与 第二传动机构40的输入端相连。在第一种实施例中，第二减速器19的输出轴与丝杆13相连。 在第二种实施例中，第二减速器19的输出轴与第一齿轮21相连。
下面以图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示的第一种实施例为例介绍工作原理。 该实施例的工作原理，如图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图 17、图18，叙述如下。
该装置的初始位置如图8、图12、图16和图19，此时中部指段4和末端指段6与基座1 呈一条直线，即相当于人的手指完全伸直的状态，此时近关节和远关节均为伸直状态，这是 整个装置的最初状态。分几种情况加以说明。
(a)若仅第一电机工作，此时，手指远关节以伸直作为即将抓取物体时的姿态
第二电机18不用工作，第一电机2工作，其抓取物体的过程和原理为第一电机2的输 出轴转动，通过第三齿轮7带动固接有第四齿轮8的近关节轴3转动，拉动第二簧件9的一 端绕近关节轴3的轴线转动，拉动第二簧件9的另一端的主动轮10转动。由于第一簧件15 的约束作用，中部指段4与末端指段6好像固接为一个刚性整体，因此主动轮10的转动将通 过传动件11和从动轮12，优先使得中部指段4和末端指段6 —起绕着近关节轴3转动。此 过程直到中部指段4接触到手指要抓取的物体30为止，此时如图9所示。当中部指段4被物体30阻挡而无法继续转动时，此时主动轮IO继续拉动传动件11，使从动轮12转动，使得 远关节轴5转动，从而使末端指段6克服第一簧件15的弹力而转动，同时第一簧件5的形 变量增大，如图10所示，直到末端指段6也碰到物体30不能再转动。第一电机2继续转动， 拉动第二簧件9变形产生相应的弹力施加在物体上，第一电机2再停转，完成抓取，如图ll 所示。至此，本实施例装置抓紧了物体30。
当放开物体30时，第一电机2反向转动，带动近关节轴3反转，带动第二簧件9反转， 从而带动主动轮10反转，从而通过传动件11拉动从动轮12反向转动，此时第一簧件15的 形变量逐渐减小，末端指段6绕远关节轴5的轴线反转而离开物体30表面，如图10所示。 直到末端指段6已到达伸直状态，如图9所示。由于末端指段6被中部指段4阻挡而不能再 继续反转，此时第一电机2继续反向转动，将带动整个中部指段4、远关节轴5、从动轮9和 末端指段6 —起绕着近关节轴3的轴线反向转动，中部指段4离开物体30表面。直到恢复到 初始手指伸直的位置，如图8所示。
(b)若第二电机先工作，之后第一电机再工作，此时，手指远关节以弯曲作为即将抓取 物体时的姿态
第二电机18与第一电机2将依次先后使用。首先仅让第二电机18工作，其输出轴转动， 带动第二传动机构40工作，此处具体为带动丝杆13转动，带动螺母14向上移动，螺母14 向上拉拽柔性件16 (此处为绳)的一端，柔性件(绳)16牵拉中部指端4，使末端指段6发 生转动，此时第一簧件15发生变形，同时由于末端指段6通过远关节轴5、从动轮12和传 动件11拉动主动轮10发生转动，第二簧件9发生变形。此时，第二电机18停止工作不再转 动，此时末端指段6已经转动了一个角度。由于柔性件(绳)16不可以被拉回但可以弯曲， 因而它对末端指段的转动范围起到了单向约束作用，即柔性件16限制住了末端指段6不能往 回到伸直的初始位置，但是末端指段可以在其他机构作用下继续向前转动(此时柔性件处于 松弛弯曲状态)，因此，此时该手指远关节弯曲的状态作为后续欠驱动抓取动作的初始位置被 确定下来。之后第一电机2工作时实现的双关节欠驱动抓取过程仍可以正常进行。前述过程 可以自由调节末端指段6转动角度， 一旦调节完成第二电机18就停止工作，此后转为第一电 机2再开始工作，之后第一电机2工作时手指的后续转动抓取物体过程与前述(a)过程相同， 只是手指的初始姿态变为弯曲的状态了。
此后的抓取物体情形又可以细分为两种状态(bl) —种是如图12、图13、图14和图 15所示的中部指段4先碰到物体被阻挡后，第一电机2继续转动将拉动末端指段6在原来弯 曲的基础上继续转动直到碰到物体，属于握持物体。(b2)另一种是如图16、图17和图18 所示的末端指段6先碰到物体就结束了抓取，属于捏持物体。
对于(bl)情形，当放开物体31时，第一电机2反向转动，带动近关节轴3反转，带动 第二簧件9反转，从而带动主动轮10反转，从而通过传动件11拉动从动轮12反向转动，此 吋第一簧件15的形变量逐渐减小，末端指段6绕远关节轴5的轴线反转，直到末端指段6已 到达柔性件16约束的弯曲姿态位置，如图14所示。由于末端指段6被中部指段4阻挡而不能再继续反转，此时第一电机2继续反向转动，将带动整个中部指段4、远关节轴5、从动轮 9和末端指段6—起绕着近关节轴3的轴线反向转动，中部指段4离开物体31表面。直到恢 复到如图13所示状态，此时第一电机2停转，第二电机18开始反向转动，带动螺母14向下 运动，柔性件16反向不再拉紧中部指端，于是末端指段6在第一簧件15的作用下恢复伸直 到最开始位置，如图12所示。
对于(b2)情形，当放开物体的过程与(bl)过程相似，只是第一电机2的反转直接拉 动整个中部指段、末端指段反转到图17所示位置，之后第一电机2停转，第二电机18反转， 带动螺母14向下运动，柔性件16反向不再拉紧中部指端4，于是末端指段6在第一簧件15 的作用下恢复伸直到最开始位置，如图16所示。
(c)若仅第二电机工作，此时，手指用末端指段主动去接触物体
若只是使用第二电机18转动让手指抓取物体31。第二电机18的输出轴转动，带动丝杆 13转动，带动螺母14向上移动，螺母14向上拉柔性件(绳)16，牵拉中部指端4，带动末 端指段6转动。因为末端指段6与远关节轴5固接，末端指端6旋转会带动远关节轴5转动， 通过从动轮12将转动传给主动轮10，由于第一电机2没有转动工作，第二簧件9产生变形， 此过程直到末端指段6碰到物体31为止，如图20所示。此时，在其他约束条件(手指、手 掌或物体所在桌面等)的帮助下，本实施例装置抓紧了物体31。或者，当末端指段6继续转 动时，末端指段6有可能将物体向其旋转方向推动，物体31与中部指段接触，如图20所示。 在其他约束条件(手指、手掌或物体所在桌面等)的帮助下，本实施例装置抓紧了物体31。
放开物体时，第二电机18反转，带动丝杆13反转，螺母14下降，柔性件(绳)16不在 抓拽中部指端4，第一簧件15带动末端指段6反转离开物体31。此后，第二电机18继续反 转，直到手指恢复到初始伸直的位置，如图19所示。
上述各种情况下，本发明所提出的该实施例装置都可以正常工作。 图22、图23所示的第二种实施例的工作原理与前一种实施例基本相同。 本发明所述的装置利用双电机、传动机构、柔性件和簧件综合实现了手指可变初始构型 自适应抓取的特殊效果。对于不同大小的物体，手指在即将抓取该物体时需要有事先不同的 弯曲准备，本发明的装置实现了这一非常重要功能，使得机器人手的动作更加拟人化，抓取 物体更加灵活和稳定。
权利要求
1. 预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，包括基座(1)、第一电机(2)、近关节轴(3)、中部指段(4)、远关节轴(5)、末端指段(6)、第一传动机构(43)和第一簧件(15)；所述的第一电机与基座固接，第一电机的输出轴与近关节轴相连；所述的近关节轴套设在基座中，远关节轴套设在中部指段中，近关节轴和远关节轴相互平行；所述的中部指段套接在近关节轴上，所述的末端指段与远关节轴固接；所述的第一传动机构的输入轴与近关节轴相连，第一传动机构的输出轴与远关节轴相连，近关节轴与远关节轴的转动方向相同，所述的第一簧件的两端分别连接中部指段和末端指段；其特征在于该预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置还包括第二电机(18)、柔性件(16)和第二簧件(9)；所述的第二电机与末端指段固接，所述的柔性件的两端分别连接第二电机的输出轴和中部指段，所述的第二簧件作为连接件串联安装到从近关节轴到第一传动机构再到远关节轴的传动链中。
2. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一传动 机构采用平带轮传动机构、齿形带轮传动机构、绳轮传动机构、链条传动机构、齿轮齿条传 动机构、齿轮传动机构或连杆传动机构中的一种或几种的组合。
3. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一传动 机构包括主动轮(IO)、传动件(11)和从动轮(12);所述的主动轮与近关节轴相连，从动轮与远关节轴相连，传动件连接主动轮与从动轮，所述的传动件采用平带、齿形带、齿条、腱绳、 钢丝或链条，所述的主动轮采用带轮、齿轮、绳轮或链轮，所述的从动轮采用带轮、齿轮、 绳轮或链轮，所述的传动件、主动轮和从动轮三者之间能够配合形成传动关系。
4. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第一簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。
5. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二簧件 采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条、弹性绳或橡皮筋中一种或几种的组合。
6. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的柔性件采用 绳(16)、带(20)、筋、丝或链条中一种或几种的组合。
7. 如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于还包括第二传动机构(40)，所述的第二传动机构的输入端与第二电机的输出轴相连，第二传动机构的输出端与柔性件的一端相连。
8. 如权利要求7所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二传动机构包括丝杆(13)和螺母(14)，所述的丝杆与第二电机的输出轴相连，所述的螺母与丝杆形成螺纹传动关系，螺母与柔性件的一端相连，螺母镶嵌在末端指段中。
9. 如权利要求7所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于所述的第二传动机构包括第一齿轮(21)、第二齿轮(22)、中间轮(23)和中间轴(24);所述的第一齿轮与第二电机的输出轴相连，所述的第二齿轮与第一齿轮相啮合形成齿轮传动关系，所述的第二齿轮与 中间轴相连，所述的中间轴套设在末端指段中，所述的中间轮套固在中间轴上，中间轮与柔 性件的一端相连。
10.如权利要求1所述的预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，其特征在于还包括第三传动 机构(42);所述的第三传动机构的输入端与第一电机的输出轴相连，第三传动机构的输出端 与近关节轴相连。
全文摘要
预弯曲抓取欠驱动仿生手指装置，属于拟人机器人技术领域，包括基座、第一电机、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、第一传动机构和第一簧件。该装置还包括第二电机、柔性件和第二簧件。第二电机与末端指段固接，柔性件的两端分别连接第二电机的输出轴和中部指段，第二簧件串联到从近关节轴到远关节轴的传动链中。该装置利用电机、传动机构、柔性件和簧件综合实现了手指可变初始构型自适应抓取的特殊效果。该装置在抓取前弯曲中间关节以达到良好的准备抓取姿态，在抓取时按照自适应欠驱动方式抓取物体。该装置抓取动作更趋近于人手，可以稳定抓取和自动适应各种形状、尺寸的物体，适用于机器人手。
文档编号B25J15/00GK101444918SQ200810240899
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者张文增, 车德梦, 东 都, 强 陈 申请人:清华大学