一种可解耦的灵巧手结构

1.本实用新型涉及机器人的技术领域，尤其是涉及一种可解耦的灵巧手结构。


背景技术：

2.作为一种智能化装备，机器人(特别是仿人型机器人)在结构、外形、运动、感知、操作等诸多方面日趋接近人类。同时机器人的应用场景也越来越广泛，比如物流快递、医疗服务、太空抓取和家庭服务等。灵巧手亦称作末端执行器，是机械与环境、人类相互交流的直接媒介，其自重大小、成本高低、运动灵活性、环境适应能力、信赖性指标等关键因素决定了其在市场上的应用和扩展。近年来，人们对灵巧手需求日渐增高，它可以代替人类完成很多艰难而又复杂的操作任务，因此灵巧手作为机器人与外界交互中必不可少的组成部件，引起众多学者持续深入的探索。
3.为了使灵巧手具有更加优越的抓取性能，发明者设计一种可解耦的灵巧手结构，手指在关节耦合的时候为欠驱动模式，手指在关节解耦模式时为全驱动模式。同时手指采用模块化思想，将驱动器集成在手指内，同时手指大小和人手相似，手指具有3个关节，远指关节、中指关节与基关节。远指关节和近指关节上布置有由关节耦合滑轮及关节可解耦传动机构，欠驱动模式远指关节与近指关节耦合，共2个自由度。全驱动模式远指关节与近指关节解除耦合，每个关节都由电机单独驱动，使用腱绳和滑轮进行远距离传动。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可解耦的灵巧手结构。
5.为实现上述目的，本实用新型的可解耦的灵巧手结构的具体技术方案如下：
6.一种可解耦的灵巧手结构，包括基座，所述基座一端通过基关节转动连接有近指节，所述近指节通过近指关节转动连接有中指节，所述中指节通过远指关节转动连接有远指节；
7.所述基座内部固定安装有第一电机，所述基座内壁上固定连接有第一导向轮，所述第一电机一端固定连接有第一腱绳，所述第一腱绳另一端经过第一导向轮后从基座穿出并与第一滑轮缠绕一圈后固定在近指节下端，所述第一滑轮固定套设在第一转轴上，所述第一转轴一侧设有第一复位扭簧；
8.所述近指节内部固定安装有第二电机，所述近指节内壁上固定连接有第二导向轮，所述第二电机一端固定连接有第二腱绳，所述第二腱绳另一端经过第二导向轮后从近指节穿出并与第二滑轮缠绕一圈后固定在中指节下端，所述第二滑轮固定套设在第二转轴上，所述第二转轴一侧设有第二复位扭簧；
9.所述中指节内部固定安装有第三电机，所述中指节内壁上固定连接有第三导向轮，所述第三电机一端固定连接有第三腱绳，所述第三腱绳另一端经过第三导向轮后从中指节穿出并与第三滑轮缠绕一圈后固定在第三滑轮上，所述第三滑轮固定套设在第三转轴
上；
10.所述第三转轴转动套设有第二耦合滑轮，所述第二转轴转动套设有第一耦合滑轮，所述第一耦合滑轮和第二耦合滑轮通过第四腱绳进行传动，所述第二耦合滑轮和第三滑轮之间设有第一电磁铁。
11.进一步，所述中指节和远指节之间连接有弹性绳。
12.进一步，所述第一电磁铁固定在所述远指节的底端，所述第一电磁铁下方位置设有通孔，所述第三转轴贯穿所述通孔。
13.进一步，所述第二耦合滑轮嵌入式安装有铁块，所述中指节顶端一侧固定安装有第二电磁铁。
14.进一步，所述第一电磁铁靠近第二耦合滑轮的一侧固定安装有固定件，所述固定件由两个定位销组成，所述第二耦合滑轮开设有与定位销相适应的通孔。
15.进一步，所述远指节、中指节以及近指节外侧均设有橡胶层。
16.进一步，所述第一耦合滑轮和第二耦合滑轮尺寸相同。
17.进一步，所述第一滑轮和第二滑轮尺寸相同。
18.进一步，所述远指节与中指节、近指节的长度比例为1:1:1.6。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型设计了一种可解耦的灵巧手结构，手指具有3个关节；远指关节、近指关节与基关节。远指关节和近指关节上布置有关节耦合滑轮及关节可解耦传动机构。本实用新型的核心创新点就是可以实现欠驱动灵巧手每个关节转动的可控性，使每个关节的转动可以实现独立控制。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型的整体结构示意图；
22.图2为本实用新型的内部结构示意图；
23.图3为本实用新型第一耦合滑轮和第二耦合滑轮配合的示意图；
24.图4为本实用新型中的远指关节位置的局部放大图；
25.图5为本实用新型耦合传动的示意图；
26.图6为本实用新型单独传动的示意图；
27.图中标记说明：1、远指节；2、远指关节；3、中指节；4、近指关节；5、近指节；6、基关节；7、基座；8、第一电机；9、第一导向轮；10、第一腱绳；11、第一滑轮；12、第一复位扭簧；13、第一转轴；14、第二电机；15、第二导向轮；16、第二腱绳；17、第二复位扭簧；18、第二滑轮；19、第二转轴；20、第一耦合滑轮；21、第三电机；22、第三导向轮；23、第三腱绳；24、第三滑轮；25、第四腱绳；26、第三转轴；27、第二耦合滑轮；28、弹性绳；29、第一电磁铁；30、铁块；31、第二电磁铁；32、固定件。
具体实施方式
28.为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图和具体较佳实施方式，对本实用新型一种可解耦的灵巧手结构做进一步详细的描述。
29.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
30.实施例1：
31.请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种可解耦的灵巧手结构，包括基座7，所述基座7一端通过基关节6转动连接有近指节5，所述近指节5通过近指关节4转动连接有中指节3，所述中指节3通过远指关节2转动连接有远指节1；远指关节2和近指关节4上布置有由关节耦合滑轮及关节可解耦传动机构，实现手指的欠驱动与全驱动；关节可解耦传动机构包括关节转轴、铁块30、弹性绳28、电磁铁、滑轮，当可解耦传动机构不动作时远指关节与中指关节采用槽型耦合传动，手指共2个自由度；
32.所述基座7内部固定安装有第一电机8，所述基座7内壁上固定连接有第一导向轮9，所述第一电机8一端固定连接有第一腱绳10，所述第一腱绳10另一端经过第一导向轮9后从基座7穿出并与第一滑轮11缠绕一圈后固定在近指节5下端，所述第一滑轮11固定套设在第一转轴13上，所述第一转轴13一侧设有第一复位扭簧12；
33.所述近指节5内部固定安装有第二电机14，所述近指节5内壁上固定连接有第二导向轮15，所述第二电机14一端固定连接有第二腱绳16，所述第二腱绳16另一端经过第二导向轮15后从近指节5穿出并与第二滑轮18缠绕一圈后固定在中指节3下端，所述第二滑轮18固定套设在第二转轴19上，所述第二转轴19一侧设有第二复位扭簧17；
34.所述中指节3内部固定安装有第三电机21，所述中指节3内壁上固定连接有第三导向轮22，所述第三电机21一端固定连接有第三腱绳23，所述第三腱绳23另一端经过第三导向轮22后从中指节3穿出并与第三滑轮24缠绕一圈后固定在第三滑轮24上，所述第三滑轮24固定套设在第三转轴26上；所述第一腱绳10、第二腱绳16、第三腱绳23采用钢丝绳；所述基座7、近指节5、中指节3、远指节1采用3d打印技术；所述第一转轴13、第二转轴19、第三转轴26为铜质材料；所述第一复位扭簧12、第二复位扭簧17采用铁质材料；
35.所述第三转轴26转动套设有第二耦合滑轮27，所述第二转轴19转动套设有第一耦合滑轮20，所述第一耦合滑轮20和第二耦合滑轮27通过第四腱绳25进行传动，所述第四腱绳25采用钢丝绳，所述第四腱绳25两端固定在第一耦合滑轮20和第二耦合滑轮27上，采用“c”字型缠绕于第一耦合滑轮20和第二耦合滑轮27上，实现联合传动，所述第二耦合滑轮27和第三滑轮24之间设有第一电磁铁29。
36.进一步，所述中指节3和远指节1之间连接有弹性绳28，用于实现关节复位。
37.进一步，所述第一电磁铁29固定在所述远指节1的底端，所述第一电磁铁29下方位置设有通孔，所述第三转轴26贯穿所述通孔。
38.进一步，所述第二耦合滑轮27嵌入式安装有铁块30，所述中指节3顶端一侧固定安
装有第二电磁铁31。
39.进一步，所述第一电磁铁29靠近第二耦合滑轮27的一侧固定安装有固定件32，所述固定件32由两个定位销组成，所述第二耦合滑轮27开设有两个与定位销相适应的通孔。
40.进一步，所述远指节1、中指节3以及近指节5外侧均设有橡胶层，以增强手指与物体间的摩擦力。
41.进一步，所述第一耦合滑轮20和第二耦合滑轮27尺寸相同，即两个关节耦合滑轮直径相同，故受到近指关节4牵引释放相等长度的腱绳，耦合滑轮也转过相同的角度，腱绳随动而动，实现了1:1的耦合传动关系；也就是说远指关节2通过第二耦合滑轮27实现与近指关节4的1:1的耦合传动关系，同时，远指关节2还可以通过解耦传动机构实现关节单独控制。
42.进一步，所述第一滑轮11和第二滑轮18尺寸相同。
43.进一步，所述远指节1与中指节3、近指节5的长度比例为1:1:1.6，近似于人手的比例关系，使手指的外观更具拟人性。
44.工作原理：远指关节2和近指关节4上布置的关节耦合滑轮及关节可解耦传动机构如图3和图4所示。当远指关节2和近指关节4耦合传动时远指关节2为图5所示的耦合传动，此时远指节1中第一电磁铁29通电有磁性，吸附铁块30使第二耦合滑轮27与固定件32固定实现与第一电磁铁29贴合，此时中指节3中第三电机21不动作。当近指关节4转动时，带动第二耦合滑轮27转动，由于第二耦合滑轮27与第一电磁铁29贴合带动远指节1转动，同时，当转动结束时，远指关节2通过弹性绳28进行复位。远指关节2单独转动时为图6所示的单独传动。此时远指节1中第一电磁铁29断电，中指节3中第二电磁铁31通电有磁性，吸附铁块30使第二耦合滑轮27实现贴合，此时，第二耦合滑轮27不起作用，第二耦合滑轮27通过固定件32与第一电磁铁29固定贴合，此时中指节3中第三电机21带动第三滑轮24转动，实现远指关节2单独转动。同时，远指关节2通过弹性绳28进行复位。
45.可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。