专利名称：水下柔性灵巧机械手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人灵巧手，具体地说是涉及具有手指关节、手腕关节、小臂关节、大臂关节和臂肩关节的一种水下柔性灵巧机械手。
背景技术：
随着人类对海洋开发及利用的广度和深度的增加，水下机器人将是人类开发和利用海洋的重要工具。水下机械手是水下机器人的重要组成部分，如果没有水下机械手，水下机器人难以完成复杂的水下作业。目前，大多数实际使用的水下机械手仍使用结构简单的夹钳式或平移式单自由度末端执行器夹持工件，已远远不能适应日益复杂的水下操作任务。美国NOSC在二十世纪七十年代研制了 WSP系统。WSP的末端执行器即手爪共有 15种，统一放置在工具库中，作业时根据不同的作业对象选择相应的手爪。上世纪90年代初，日本株式会社研制了一种三指机械手爪。该机械手爪只能实现利用手掌接触的强力抓取，无法实现利用指尖接触的精确抓取。1993至1999年，欧共体MAST开发了 AMADEUS深海机械手，用于水下科考中的矿物、生物等样本的采集，AMADEUS手采用波纹管方式的手指，其手指的工作空间受到极大的限制。哈尔滨工程大学研制的SIWR II机械手爪，该手爪为单自由度，通过专用的联接机构与机械臂对接，只能抓取特定形状的物体，不能使用指尖精确抓取。2005年，合肥智能机械研究所研制了水下典型操作任务的智能型机械手爪。该手爪有三个手指，手指采用平行四连杆机构实现运动，三指沿圆形手掌隔120度均匀分布，三个手指由一个电机同时驱动。从运动学角度分析，该手还不具备灵巧性特征，功能有限。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水下柔性灵巧机械手。本发明采用的技术方案是
本发明包括结构相同的三个柔性手指、手腕、小臂、大臂和臂肩；三个柔性手指均布在手腕的上端盘，手腕的下端盘与小臂固连，小臂U型叉转动连接大臂的一端，大臂的另一端与臂肩的臂肩U型叉转动连接。所述的手腕包括上端盘、下端盘、二根手腕肌肉管、二根手腕肌肉管头、销轴和手指肌肉管头；三个柔性手指均布插入手腕的上端盘，与三个柔性手指密封连接的手指肌肉管头固连穿过上端盘；上端盘经销轴转动连接下端盘；二根手腕肌肉管分别对称插入上端盘和下端盘，与二根手腕肌肉管密封连接的二根手腕肌肉管头固连穿过下端盘。所述的小臂包括小臂体、固定螺栓、小臂U型叉和小臂轴；手腕的下端盘经固定螺栓与小臂体固连；小臂体和小臂U型叉焊接为一体；小臂U型叉经小臂轴转动连接在大臂的一端外侧。
所述的大臂包括大臂体、同步带轮、同步带、二根大臂肌肉管、二根大臂肌肉管头、大臂电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮和大臂轴；所述小臂轴的两端与小臂U型叉固连，所述小臂轴转动连接在大臂体的一端，所述小臂轴的中心固定有同步带轮；带动同步带轮转动的同步带两侧分别与一根大臂肌肉管相连，大臂肌肉管和大臂肌肉管头固定在大臂体内部中心的一侧；大臂体内部中心的另一侧固定大臂电机，固连在大臂电机上的主动锥齿轮与固连在大臂轴上从动锥齿轮啮合；大臂轴转动连接大臂体的另一端，大臂轴的两端与臂肩U型叉固连。所述的臂肩包括臂肩U型叉、臂肩轴、联轴器和臂肩电机；臂肩U型叉底部和臂肩轴焊接为一体；臂肩U型叉经大臂轴转动连接在大臂体的另一端外侧，臂肩轴经联轴器与臂肩电机连接。本发明与现有技术相比，存在如下特点
I.本发明有手指关节、手腕关节、小臂关节、大臂关节和臂肩关节，增加了机械手的工作空间。
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2.本发明采用气动柔性关节，能较好的实现机械手关节的运动，具有较好的灵巧性，操作灵活。3.本发明先通过小臂关节、大臂关节和臂肩关节的粗定位，再通过手腕关节和手指关节的精确定位，实现快速和精确得夹取水下物体。
图I是本发明的总装图。图2是本发明的手腕示意图。图3是本发明的小臂、大臂和臂肩的主视剖视装配示意图。图4是本发明的小臂、大臂和臂肩的俯视装配示意图。图中1.柔性手指，2.手腕，3.小臂，4.大臂，5 .臂肩，6.上端盘，7.下端盘，8.小臂U型叉，9.臂肩U型叉，10.手腕肌肉管，11.手腕肌肉管头，12.销轴，13.手指肌肉管头，14.小臂体，15.固定螺栓，16.小臂轴，17.大臂体，18.同步带轮，19.同步带,20.大臂肌肉管,21.大臂肌肉管头,22.大臂电机,23.主动锥齿轮,24.从动锥齿轮,25.大臂轴,26.臂肩轴,27.联轴器,28.臂肩电机。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1，图2，图3、图4所示，本发明包括结构相同的三个柔性手指I、手腕2、小臂3、大臂4和臂肩5 ;三个柔性手指I均布在手腕2的上端盘6，手腕2的下端盘7与小臂3固连，小臂U型叉8转动连接大臂4的一端，大臂4的另一端与臂肩U型叉9转动连接，构成大臂关节。如图2所示，手腕2包括上端盘6、下端盘7、二根手腕肌肉管10、二根手腕肌肉管头11、销轴12和手指肌肉管头13 ;三个柔性手指I均布插入手腕2的上端盘6，与柔性手指I密封连接的手指肌肉管头13固连穿过上端盘6，构成柔性手指关节；上端盘6经销轴12转动连接下端盘7，二根手腕肌肉管10分别对称插入上端盘6和下端盘7，构成手腕关节；与二根手腕肌肉管10密封连接的二根手腕肌肉管头11固连穿过下端盘7。如图1，图3，图4所示，小臂3包括小臂体14、固定螺栓15、小臂U型叉8和小臂轴16 ;手腕2的下端盘7经固定螺栓15与小臂体14固连，小臂体14和小臂U型叉8焊接为一体；小臂U型叉8经小臂轴16转动连接大臂4的一端外侧，构小臂关节。如图1，图3，图4所示，大臂4包括大臂体17、同步带轮18、同步带19、二根大臂肌肉管20、二根大臂肌肉管头21、大臂电机22、主动锥齿轮23、从动锥齿轮24和大臂轴25 ；小臂轴16的两端与小臂U型叉8固连，小臂轴16转动连接大臂体4的一端，小臂轴16的中心固定有同步带轮18 ;带动同步带轮18转动的同步带19两侧分别与一根大臂肌肉管20相连，大臂肌肉管20和大臂肌肉管头21固定在大臂体17内部中心的一侧；大臂体17内部中心的另一侧固定大臂电机22，固连在大臂电机22上的主动锥齿轮23与固连在大臂轴25上从动锥齿轮24啮合；大臂轴25转动连接大臂体4的另一端，大臂轴25的两端与臂肩U型叉9固连；二根大臂肌肉管20经同步带19和同步带轮18驱动小臂轴16，带动小臂3转动；大臂电机22经主动锥齿轮23和从动锥齿轮24驱动大臂轴25，带动大臂4转动。
如图1，图3，图4所示,臂肩5包括臂肩U型叉9、臂肩轴26、联轴器27和臂肩电机28;臂肩U型叉9底部和臂肩轴26焊接为一体；臂肩U型叉9经大臂轴25转动连接在大臂体4的另一端外侧，臂肩轴26经联轴器27与臂肩电机28连接，构成臂肩关节。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种水下柔性灵巧机械手，其特征在于包括结构相同的三个柔性手指(I)、手腕(2)、小臂(3)、大臂(4)和臂肩(5);三个柔性手指(I)均布在手腕(2)的上端盘(6)，手腕(2)的下端盘(7)与小臂(3)固连，小臂U型叉⑶转动连接大臂⑷的一端，大臂⑷的另一端与臂肩(5)的臂肩U型叉(9)转动连接。
2.根据权利要求I所述的一种水下柔性灵巧机械手，其特征在于所述的手腕(2)包括上端盘￠)、下端盘(7)、二根手腕肌肉管(10)、二根手腕肌肉管头(11)、销轴(12)和手指肌肉管头(13);三个柔性手指⑴均布插入手腕⑵的上端盘(6)，与三个柔性手指(I)密封连接的手指肌肉管头(13)固连穿过上端盘￠);上端盘(6)经销轴(12)转动连接下端盘⑵；二根手腕肌肉管(10)分别对称插入上端盘(6)和下端盘(7)，与二根手腕肌肉管(10)密封连接的二根手腕肌肉管头(11)固连穿过下端盘(7)。
3.根据权利要求I所述的一种水下柔性灵巧机械手，其特征在于所述的小臂(3)包括小臂体(14)、固定螺栓(15)、小臂U型叉⑶和小臂轴(16);手腕⑵的下端盘(7)经固定螺栓(15)与小臂体(14)固连；小臂体(14)和小臂U型叉⑶焊接为一体；小臂U型叉(8)经小臂轴(16)转动连接在大臂(4)的一端外侧。
4.根据权利要求I所述的一种水下柔性灵巧机械手，其特征在于所述的大臂(4)包括大臂体(17)、同步带轮(18)、同步带(19)、二根大臂肌肉管(20)、二根大臂肌肉管头(21)、大臂电机(22)、主动锥齿轮(23)、从动锥齿轮(24)和大臂轴(25);所述小臂轴(16)的两端与小臂U型叉(8)固连，所述小臂轴(16)转动连接在大臂体(4)的一端，所述小臂轴(16)的中心固定有同步带轮(18);带动同步带轮(18)转动的同步带(19)两侧分别与一根大臂肌肉管(20)相连，大臂肌肉管(20)和大臂肌肉管头(21)固定在大臂体(17)内部中心的一侧；大臂体(17)内部中心的另一侧固定大臂电机(22)，固连在大臂电机(22)上的主动锥齿轮(23)与固连在大臂轴(25)上从动锥齿轮(24)啮合；大臂轴(25)转动连接大臂体(4)的另一端，大臂轴(25)的两端与臂肩U型叉(9)固连。
5.根据权利要求I所述的一种水下柔性灵巧机械手，其特征在于所述的臂肩(5)包括臂肩U型叉(9)、臂肩轴(26)、联轴器(27)和臂肩电机(28);臂肩U型叉(9)底部和臂肩轴(26)焊接为一体；臂肩U型叉(9)经大臂轴(25)转动连接在大臂体(4)的另一端外侦牝臂肩轴(26)经联轴器(27)与臂肩电机(28)连接。
全文摘要
本发明公开了一种水下柔性灵巧机械手。包括结构相同的三个柔性手指、手腕、小臂、大臂和臂肩；三个柔性手指均布在手腕的上端盘，手腕的下端盘与小臂固连，小臂U型叉转动连接大臂的一端，大臂的另一端与臂肩的臂肩U型叉转动连接。本发明有手指关节、手腕关节、小臂关节、大臂关节和臂肩关节，增加了机械手的工作空间；采用气动柔性关节，能较好的实现机械手关节的运动，具有较好的灵巧性，操作灵活；先通过小臂关节、大臂关节和臂肩关节的粗定位，再通过手腕关节和手指关节的精确定位，实现快速和精确得夹取水下物体，具有较好的灵巧性。
文档编号B25J9/08GK102794766SQ201210333298
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者杨文珍, 颜传武, 吴新丽, 蒋金武, 邵明朝, 朱梁, 余岭, 周江, 竺志超, 陈文华 申请人:浙江理工大学