一种变刚度欠驱动的机器人灵巧手手指的制作方法

本发明属于机器人技术领域，涉及一种刚度可变的欠驱动的机器人灵巧手手指。

背景技术：

传统的工业机器人末端夹持器只能进行一些简单的任务。然而，越来越多的实际应用要求机器人末端能实现更加复杂和更加智能的操作，简单的末端夹持器不能满足实际复杂操作任务的要求。机器人灵巧手具有通用性强，抓持精度高，灵巧性、稳定性好等优点，成为解决复杂操作任务的有效方案，从20世纪后期以来成为机器人领域一个热门的研究方向之一。

机器人灵巧手手指作为灵巧手的最重要组成部分，决定着灵巧手的抓持精度、灵巧性、稳定性等性能。

中国发明专利文献CN101941205A、中国发明专利文献CN 10163317A等现有技术中的机器人灵巧手设计结构复杂，灵巧手设计大都是总体尺寸比人手大很多，手指过于粗大、笨重，难以抓取细小物体。又如中国发明专利文献CN1031228744，一种机器人灵巧手，每个手指设置三个关节由三组四连杆机构藕合，由一个电机驱动。三个关节的运动速率按固定角度1:1:1同时弯曲，不能实现不同传动比的联动传动，灵巧性降低。又如中国发明专利文献CN1418765中的灵巧手设计，因所需的驱动器多，系统控制难度高，生产费用巨大等原因，极大地降低了机器人灵巧手的实用性。而且灵巧手指刚度不可变，难以抓取易碎物体，不能满足抓持不同物体所需不同刚度的柔顺性要求。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种变刚度欠驱动的机器人灵巧手手指，该手指结构简单紧凑，质量轻，体积小，指骨间联动传动比可变，欠驱动所需电机少，可以实现变刚度调节。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种变刚度欠驱动的机器人灵巧手手指，包括由远至近依次连接的远端指骨、远端转动关节、近端指骨和近端转动关节，在所述近端转动关节上绕有驱动牵引线，所述驱动牵引线的两端分别与两根传动牵引线连接，两根所述传动牵引线分别缠绕在两个绕线轮上，两个所述绕线轮分别由两个电机驱动，所述驱动牵引线和所述传动牵引线通过弹簧连接；所述远端转动关节和所述近端转动关节通过联动线绳传动；在所述远端转动关节上设有多个深度不同的联动线绳绕线槽Ⅰ，在所述近端转动关节上设有多个深度不同的联动线绳绕线槽Ⅱ。

所述近端指骨和所述近端转动关节通过连接片Ⅰ固定连接在一起。

所述远端转动关节采用两个侧支撑端板支承，所述侧支撑端板与所述近端指骨通过连接片Ⅱ固定连接在一起，所述远端转动关节与所述远端指骨通过连接片Ⅲ固定连接在一起。

本发明具有的优点和积极效果是：一)灵巧手手指采用欠驱动方式，结构简单紧凑，质量轻，体积小，欠驱动所需驱动器数目少，也使得系统控制难度降低；二)灵巧手手指指骨间能实现不同传动比的联动传动，相比传统定传动比运动速率按固定角度同时弯曲的灵巧手手指来说灵巧性更高；三)灵巧手指可以实现手指的弯曲、伸展运动以及变刚度的调节，能满足抓持不同物体所需不同刚度的柔顺性要求。综上所述，本发明具有结构简单紧凑，质量轻，体积小，指骨间联动传动比可变，变刚度，欠驱动等特点，能完成多种灵巧及复杂操作任务，可以在极限或是有害环境下代替人手实现抓取操作，在多个领域中有广阔的应用前景和重要的社会意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的侧示图；

图3为本发明的远端转动关节与近端转动关节传动示意图；

图4为本发明的远端转动关节结构示意图；

图5为本发明的远端转动关节和远端指骨及侧支撑端板连接的结构示意图。

图中：101、远端指骨，102、连接片Ⅰ，103、侧支撑端板，104、远端转动关节，105、近端指骨，106、近端关节，107、弹簧，108、绕线轮，109、联动线绳，110、驱动牵引线，111、传动牵引线，112、连接片Ⅱ，113连接片Ⅲ。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种变刚度欠驱动的机器人灵巧手手指，包括由远至近依次连接的远端指骨101、远端转动关节104、近端指骨105和近端转动关节106，在所述近端转动关节106上绕有驱动牵引线110，所述驱动牵引线110的两端分别与两根传动牵引线111连接，两根所述传动牵引线111分别缠绕在两个绕线轮108上，两个所述绕线轮108分别由两个电机驱动，所述驱动牵引线110和所述传动牵引线111通过弹簧107连接；所述远端转动关节104和所述近端转动关节106通过联动线绳109传动；在所述远端转动关节104上设有多个深度不同的联动线绳绕线槽Ⅰ，在所述近端转动关节106上设有多个深度不同的联动线绳绕线槽Ⅱ，联动线绳109可以张紧在不同深度的联动线绳绕线槽Ⅰ和联动线绳绕线槽Ⅱ内，使得近端指骨105和远端指骨101的联动传动比可以调节，也可通过更换不同的近端转动关节和/或远端转动关节来实现不同传动比的联动传动。当两个电机转动方向相同时实现手指的弯曲和伸展运动，当两电机转动方向不相同时实现手指的变刚度调节。

在本实施例中，所述近端指骨105和所述近端转动关节106通过连接片Ⅰ102固定连接在一起。所述远端转动关节106采用两个侧支撑端板103支承，所述侧支撑端板103与所述近端指骨105通过连接片Ⅱ112固定连接在一起，所述远端转动关节104与所述远端指骨101通过连接片Ⅲ113固定连接在一起。

本发明的工作原理：

当两个电机都逆时针转动时，带动所述近端转动关节106逆时针转动，从而使得所述近端指骨105和所述远端指骨101逆时针转动，实现手指的伸展运动。当两电机都顺时针转动时，带动所述近端转动关节106顺时针转动，所述近端指骨105和所述远端指骨101顺时针转动，实现手指的弯曲运动。当电机一个顺时针转动，一个逆时针转动时，实现手指的变刚度调节。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。