一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手的制作方法

本发明涉及灵巧手领域，涉及自动抓取，尤其是涉及一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，主要用于多种不同特征的物体的柔性抓取。

背景技术：

作为近几十年的热点，灵巧手作为机器人进行物体抓放操作的关键部件，其研究得到了大量关注,具有广泛的应用。传统的灵巧手一般采用多刚性机电驱动关节手指的设计方式，其动作的柔性往往需要非常复杂的控制技术才能实现，限制了它的使用范围。目前基于气动驱动技术的，诸如由气动人工肌肉等构成的新型柔性灵巧手，具有着很好的运动柔性，在抓取易碎易破等物体方面显现出了优势，但是这类柔性灵巧手往往又不能满足所需要的刚度要求。

因此，为改变现阶段多为单一驱动方式的灵巧手设计现状，设计刚软耦合的多指灵巧手，增加可抓取物体的类型成为一个重要的需求。

本发明提出了一种新的驱动方式，采用腱绳和电磁力联合驱动的驱动方式，相比已有的灵巧手，具有刚软耦合的特点,具有更好的稳定性和抓取力，并且可以适应多种外形具有较大差异的物体，具有很好的适应性和实用性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，它具有简单的结构设计，能够适应更多不同类型的物体，采用腱绳拉力和电磁力联合驱动的驱动方式，抓取可靠性高，抓取力大。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：本发明的腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手由四个机械手指部分、机械手掌模块、以及传动模块三个部分组成。其中机械手指部分由四个大小成比例的单关节单元组成。

单关节单元由铁质球形凸球和两片半弧形电磁凹槽组成，关节之间有限制尺寸以确保关节之间的单自由度摆动。其中每根机械手指由四个大小成比例的中间连杆及一个指尖连杆组成,每根手指具有5个俯仰转动关节,整个手爪具有20个自由度。

机械手掌模块用于连接四个机械手指部分和传动模块。传动模块用于控制各个机械手指部分的舒展和抓取，实现机械爪的驱动。连杆之间有尺寸限制以确保关节只能单个自由度俯仰转动。关节之间有尺寸限制以确保关节只能单个自由度俯仰转动。电磁凹槽按电磁铁原理设计，通电时可以给关节提供位置的保持力矩。

所述的机械手是16个自由度。当抓取指令到来时，灵巧手通过后方机械手臂移动到被抓取物体正上方，控制舒张传动模块和抓紧传动模块来包络被抓物体，当达到所需预紧力后对电磁凹关节通电来达到固紧，把物体抓取。再通过机械手臂的移动抓取物体到指定位置。

本发明的优点在于：

1、设计新颖，操作可靠，结构轻便，便于拆装维护。

2、抓取过程中，灵巧手包络性好，两种驱动方式结合的方式抓取力大，能够适应较重的物体。

3、具有四个灵活的手指，能适应各种不同的物体。

4、可以实现多种抓取方式，工作环境的适应性强。

附图说明

图1是本发明灵巧手的整体结构图；

图2是本发明装置的机械手掌结构图；

图3是本发明装置的抓紧传动模块结构图；

图4是本发明装置的舒张传动模块结构图；

图5是本发明装置的手指连杆结构图。

图6是本发明装置的手指指尖部分图。

上图中的标号名称：1.机械手指部分101.手指连杆部分10101.铁质凸球10102.电磁凹槽10103.长方体台阶10104.内部小孔10105.外部小孔102.外侧腱绳103.手指指尖部分10301.外侧小孔10302.内侧小孔10303.电磁凹槽104.内侧腱绳2.机械手掌部分3.驱动控制部分201.铁质凸球202.传动控制模块通孔及凹槽处301.抓紧控制模块302.舒张控制模块30201.抓紧控制模块通孔处

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要由四个机械手指部分(1)、机械手掌模块(2)、传动模块(3)三部分组成如图1所示。其中，机械手指部分(1)是该灵巧手的核心部分。机械手指部分(1)放置在机械手掌模块(2)上，利用传动模块(3)控制机械手指部分的开合，在抓取到指定物体之后通过传动模块的内侧腱绳(104)拉紧，再利用机械手指彼此关节间的电磁力进行固定。

图2是本发明装置的机械手掌结构图，通过铁质凸球(201)来连接四个机械手指(1)，通过中间的通孔(202)保证抓紧传动模块(301)的滑动。机械手掌作为连接部分，起到联通上下的作用。

图3，4所述的是灵巧手的传动模块。抓紧传动模块(301)利用内侧腱绳(102)来链接四个单关节单元的内部小孔(10104),通过抓紧传动模块(301)的向上滑动来控制机械手指(1)的抓紧，传动模块(301)在手掌处具有一定的预设滑动空间，即凹槽处(202)，避免滑动时与物体发生干扰；舒张传动模块(302)利用外侧腱绳(102)来链接四个连杆的外部小孔(10105),通过舒张传动模块(302)的向上滑动来控制机械手指(1)的舒张。

图5是机械手指部分所包含连杆单元(101)。通过四组手指连杆(101)中的铁质凸球(10101)和电磁凹槽(10102)的配合,利用凹槽的内侧端面与凸球下方长方体台阶的左右端面配合面，使每一个机械手指只能绕电磁凹槽的轴线做俯仰运动.,避免手指的周向转动。

图6是机械手指部分指尖连杆部分(103)。指尖上端面有两个孔槽(10301,10302)用来连接外腱绳(102)和内侧腱绳(104)。作为腱绳的末端固定位置，上端面左右各有一个凹形槽，与连杆机构上的类似，上带有电磁凹槽(10303)，可以实现指尖的舒张和力矩的保持。

根据上述结构特点可知，一种腱绳-电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，它具有可靠的机械外形，包络性好，能够适应更多不同类型的物体。它是一种利用腱绳-电磁力联合驱动的驱动方式，抓取可靠性高，抓取力大。具有四个灵活的手指，能适应各种不同的物体，并且可以实现多种抓取方式，工作环境的适应性强。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种腱绳‑电磁力联合驱动的刚软耦合多指灵巧手，由四个机械手指部分、机械手掌部分、以及传动模块组成。机械手指部分包括四个大小成比例的连杆单元组成。连杆单元由铁质凸球和两片半弧形电磁凹槽组成，关节之间有限制尺寸确保关节之间的单轴摆动。手掌部分用于连接四个机械手指部分和传动模块。传动模块用于控制各个机械手指部分的舒展和抓取，实现机械爪的传动。本发明相比已有的灵巧手，具有刚软耦合的特点,具有更好的稳定性和抓取力，并且可以适应多种外形具有较大差异的物体，具有很好的适应性和实用性。

技术研发人员：宋荆洲;王钒宇
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2018.09.28
技术公布日：2019.01.11