一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构的制作方法
【专利摘要】本
【发明内容】
设计了一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，在满足各手指灵巧运动的同时，具有断电自锁的位姿保持能力，显著提高了五指灵巧手的抓取功能，适用于五指灵巧手对不同物品实现可靠抓取的不同需求。以丝杠连杆机构为核心部件设计的侧摆机构与对掌机构，其基本结构主要由动力部件N20丝杠减速电机、滑块、连杆副、手掌主板、大拇指D轴固定架、合页及其附件所构成。大拇指D轴固定架是用来固定大拇指指根关节的D轴。手掌主板是丝杠减速电机及手指、对掌小板与合页相连的基座。连杆是连接滑块与手指根部及手掌主板与对掌小板、手掌主板与大拇指D轴固定架的运动传递部件。合页用来连接对掌小板与机架，轴承与轴主要用在手指侧摆的传动方面，可提高转动效率与运动灵活性。
【专利说明】
一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构
技术领域
[0001 ]本发明属于机械灵巧手技术领域，具体涉及丝杠机构在仿人灵巧手中的应用，提出了一种新型手指侧摆遇对掌机构，优化了整个灵巧手的结构，利用丝杠机构断电自锁的特性，实现了灵巧手断电后原有位姿的保持能力。
【背景技术】
[0002]随着科技水平的不断进步和新兴交叉学科的不断涌现，太空探索、核能开发、医疗器械等领域都对机器人技术提出了更高的要求，而传统的工业机器人末端夹持器存在一些显著缺点，如灵活性差、感知力低、位置与力的控制精度不高等。近年来，由于工程应用的迫切需要，多指灵巧手的研究得到了迅速发展，已逐渐成为一个专门的研究领域，涵盖从空间探索到医疗器械等领域中的一些重大课题。因此，无论从理论上还是从工程应用上看，大力加强多指灵巧手的研究都显得格外迫切。但国内外灵巧手绝大多数都是利用线绳传动，少数灵巧手采用电机锥齿轮传动，受电机性能和功率限制，无法对一个大的力矩干扰起到位姿保持能力，导致可靠性降低。现实急需改变这种不足。
【发明内容】
[0003]本
【发明内容】
设计了一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，在满足各手指灵巧运动的同时，具有断电自锁的位姿保持能力，显著提高了五指灵巧手的抓取功能，适用于五指灵巧手对不同物品实现可靠抓取的不同需求。以丝杠连杆机构为核心部件设计的侧摆机构与对掌机构，其基本结构主要由动力部件N20丝杠减速电机、滑块、连杆副、手掌主板、大拇指D轴固定架、合页及其附件所构成。大拇指D轴固定架是用来固定大拇指指根关节的D轴。手掌主板是丝杠减速电机及手指、对掌小板与合页相连的基座。连杆是连接滑块与手指根部及手掌主板与对掌小板、手掌主板与大拇指D轴固定架的运动传递部件。合页用来连接对掌小板与机架，轴承与轴主要用在手指侧摆的传动方面，可提高转动效率与运动灵活性。
[0004]技术实现:
[0005]为了实现上述发明目的，我们基于丝杠传动和连杆机构的工作原理，设计了五指灵巧手的手指侧摆与对掌机构，在保证其工作力矩的同时，充分减小了手掌机械动力结构的空间体积。
[0006]这种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌结构分为大拇指U形固定槽结构、内收外展机构、食指侧摆机构、无名指小拇指联动侧摆机构、手掌对掌机构。大拇指指根电机模块的输出D轴I固定在大拇指U形固定槽，大拇指U形固定槽通过D轴2铰接在手掌主板上。大拇指U形固定槽是由大拇指U形固定槽零件一、大拇指U形固定槽零件二通过螺栓连接。横向固定在手掌主板上的大拇指丝杠电机通过拇指滑块连杆一使U形固定槽绕D轴2旋转。食指丝杠电机通过食指滑块上铰接的连杆二推动着食指根部电机固定零件绕着由上下一组螺栓组合形成的食指轴转动。手掌主板与对掌小板由一对合页铰接固定。横向固定在手掌主板上的对掌运动丝杠电机通过对掌机构滑块上面铰接的连杆三推动着对掌小板绕合页转动。连杆五铰接着无名指根部电机固定件和小拇指根部电机固定件。竖直固定在对掌小板上的丝杠电机通过无名指小拇指联动滑块上面铰接的连杆四推动着无名指根部电机固定零件绕着无名指轴转动。小拇指根部电机固定件绕着小拇指轴转动。
[0007]本发明优点在于:
[0008](I)充分拟合人手的运动规律，具有很高的灵活性；
[0009](2)可以实现仿人手掌的各种开合运动；
[0010](3)运行平稳、噪音小、经久耐用；
[0011](4)具有断电自锁功能，可控性能好；
【附图说明】
[0012]附图1为五指灵巧手的整体示意图；
[0013]附图2为五指灵巧手手掌结构的示意图；
[0014]附图3为食指侧摆机构的示意图；
[0015]附图4为无名指与小拇指联动侧摆机构的示意图；
[0016]附图5为手掌的对掌机构示意图；
[0017]附图6为大拇指内收外展运动机构的示意图；
[0018]附图7为大拇指U形槽结构示意图；
[0019]附图中:I一大拇指根部关节D轴，2一大拇指旋转D轴，3一食指轴，4一无名指轴，5—小拇指轴，6—连杆一，7—连杆二，8—连杆三，9一连杆四，10—连杆五，11一拇指滑块，12—食指滑块，13—对掌机构滑块，14 一无名指小拇指联动滑块，15—食指根部电机固定件，16一无名指根部电机固定件，17一小拇指根部电机固定件，18一大拇指丝杠电机，19一食指丝杠电机，20—对掌运动丝杠电机，21 —无名指小拇指联动运动丝杠电机，22—合页，23—手掌主板，24—对掌小板，25—大拇指U形固定槽零件一，26—大拇指U形固定槽零件
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【具体实施方式】
[0020]附图2为五指灵巧手手掌结构的示意图。手掌主板(23)上固定着大拇指丝杠电机
(18)，与拇指滑块(11)通过丝杠副相连。大拇指旋转D轴(2)通过圆柱副与手掌主板(23)结合，大拇指U形固定槽通过紧定螺钉与大拇指旋转D轴(2)相连。对掌运动丝杠电机(20)横向固定在手掌主板(23)上，通过对掌机构滑块(13)上面铰接的连杆三(8)推动着对掌小板
(24)绕合页(22)的轴转动。
[0021]附图4为无名指与小拇指联动侧摆机构的示意图。竖直固定在对掌小板(24)上的丝杠电机(21)通过无名指小拇指联动滑块(14)上面铰接的连杆四(9)推动着无名指根部电机固定件(16)绕着无名指轴(4)转动。小拇指根部电机固定件(17)绕着小拇指轴(5)转动。连杆五(10)铰接着无名指根部电机固定件(16)和小拇指根部电机固定件(17)。连杆五的长度稍短于无名指轴(4)与小拇指轴(5)的距离，构成一个连杆联动机构，实现了由一个丝杠电机控制的无名指与小拇指同时开合的运动方式。
[0022]附图7为大拇指U形槽结构示意图。大拇指U形槽由大拇指U形固定槽零件一(25)、大拇指U形固定槽零件二 (26)，通过3个Ml.6的螺栓连接，U形槽的两侧有D型孔，用来固定大拇指指根电机的输出D轴。
【主权项】
1.一种基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，其特征在于充分拟合了人手的运动规律，最大程度地优化了手掌机械动力单元的空间结构，将丝杠驱动电机合理的放置在狭窄的手掌空间结构中，并具有位置锁定功能。基于人体工学设计的对掌小板拓展了该灵巧手各个手指的灵活性，无名指与小指通过连杆机构可去掉传统灵巧手冗余的自由度，实现了由单个丝杠电机控制的精确联动。在充分研究大拇指运动规律的基础上，设计了一种以空间交错轴传动的运动方式，其运动范围大，运动方式十分灵活。2.根据权利要求1，基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，其特征在于对掌小板与手掌主板通过合页连接，手掌主板上横向固定着控制对掌运动的丝杠电机，通过连杆连接滑块与对掌小板，实现了灵巧手对掌的自由度。3.根据权利要求1，基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，其特征在于通过连杆机构，无名指与小指的侧摆冗余自由度降低后变成了一个。竖向固定在对掌小板上的丝杠减速电机通过滑块连杆控制着无名指-小指连杆机构的复合运动。4.根据权利要求1，基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，其特征在于中指通过螺丝固定不动，食指通过一个横向固定的丝杠电机推动滑块运动，滑块上的连杆推动食指根部末端产生运动，从而实现食指的侧摆。5.根据权利要求1，基于丝杠连杆机构的五指灵巧手手指侧摆与对掌机构，其特征在于大拇指的运动方式和固定方式。大拇指的关节电机模块倒置，输出D轴朝下，固定在可拆卸的U型固定槽中，从而节省了宝贵的指根驱动空间。横向固定在手掌主板上的丝杠电机上的滑块通过连杆连接着U型槽上固定的摇臂，可实现U型槽绕固定轴的转动。
【文档编号】B25J15/02GK105881566SQ201610371609
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】罗庆生, 汪常进, 孙尧, 刘星栋, 徐佳锋, 周信兵
【申请人】北京理工大学