本发明专利技术公开了一种可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手,由腱绳欠驱动手指、可偏转手掌和变刚度驱动器三部分组成。腱绳欠驱动手指包括一根依次穿过手指各指节并固定在远指节上的腱绳，腱绳下部与变刚度驱动器相连，且手指各关节装配有复位扭簧；可偏转手掌包括主手掌和分别与两个舵机输出轴相连的副手掌与拇指手掌，两舵机固定在主手掌上；变刚度驱动器包括4个拮抗式变刚度模块，每个模块都由1个负责拉动腱绳驱动手指弯曲的位置电机串联1个变刚度单元机构组成，变刚度单元机构中含有一对拮抗布置的弹簧和1个可改变非线性弹簧变形量的直线电机，可以改变刚度单元机构的刚度，进而改变手指关节的刚度。而改变手指关节的刚度。而改变手指关节的刚度。
【技术实现步骤摘要】
一种可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手
[0001]本专利技术涉及五指手机构，尤其涉及一种可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手。
技术介绍
[0002]灵巧式机械手可充分发挥灵活优势,相较于拾取对象单一、拾取动作唯一、设计结构简单的末端执行器,灵巧式机械手通过模仿人手结构可实现拾取多种对象和多种拾取动作。灵巧式机械手具有高发展上限,对其开展深入研究可获得极高应用价值。
[0003]目前，大多数市面上的多指灵巧手手指关节运动结构，主要还是采用传统的机械式铰链转动关节设计，虽然结构稳定运动可控，但连杆、齿轮等刚性传动方式使得手爪与物体的交互性较差，无法对易改变且不易建模测量的工作环境进行实时响应，增加了其对刚度低、易变形物体安全抓取的难度，限制了灵巧手的应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提升了对抓取目标的适应性以及交互安全性，增强了手部的灵活性，缩小了整手体积，简化了手指内部传动结构的可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手。
[0005]一种可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手，包括手掌及连接在手掌上的五根手指，所述的手掌由主手掌、拇指手掌及副手掌组成，所述的拇指手掌、副手掌与主手掌靠拢状态下，靠拢的所述的手掌的掌面沿竖直方向设置，所述的五根手指包括连接在主手掌上的食指和中指、连接在拇指手掌上的拇指，连接在副手掌上的无名指和小手指，所述的食指、中指、无名指和小手指的结构相同，都包括通过关节以及驱动手指弯曲用的腱绳依次转动相连的三段指节和一个基座，所述的拇指包括通过关节以及驱动手指弯曲的腱绳依次转动相连的两段指节和一个基座；
[0006]每根手指的相邻的两段指节之间以及基座和与基座相邻的指节之间的每个关节的结构均为：上一段指节的下端插入下一段指节上端的装配槽内且彼此之间通过销轴转动相连，与基座相邻的指节的下端插入开在基座中间的装配槽内且彼此之间通过销轴转动相连，所述的销轴的轴线与每个指节的轴线方向彼此垂直设置，沿与指节轴线平行的方向在每个指节以及基座上均开有扭簧插槽和手指腱绳走线槽，在每个销轴上套有一根扭簧和一个轴承，所述的扭簧的上下两侧悬臂分别插入上下相邻的两节指节或上下相邻的指节和基座上的扭簧插槽内，在所述的主手掌、拇指手掌及副手掌上分别开有手掌腱绳走线槽；
[0007]所述的手掌末端与连接手腕的顶部固定相连且连接面为水平面，在所述的主手掌上安装有两个舵机舵盘装配体，在所述的主手掌上的左侧下部和右侧上部分别开有一个舵机槽，每个所述的舵机舵盘装配体包括固定在舵机槽内的舵机，所述的舵机形状与舵机槽形状吻合，所述的舵机的输出轴与舵盘的中心孔过盈配合，两个所述的舵机舵盘装配体的舵盘分别固定在拇指手掌、副手掌上，以使拇指手掌、副手掌可以分别绕各自的舵机输出轴转动；
[0008]位于主手掌左侧下部的第一舵机槽的底面与靠拢的手掌的掌面平行，且第一舵机槽与安装在第一舵机槽内的舵机的输出轴相平行的侧壁和手掌与连接手腕的连接面之间的夹角为45
°
，位于主手掌右侧上部的第二舵机槽的底面与靠拢的手掌的掌面平行，且第二舵机槽与安装在第二舵机槽内的舵机的输出轴相平行的侧壁和手掌与连接手腕的连接面之间垂直设置；
[0009]变刚度驱动器由四个相同模块组成，第一个模块与拇指对应、第二个模块与食指对应、第三个模块与中指对应，第四个模块与无名指以及小手指对应；
[0010]每个模块都包括底板，在底板的一侧外壁的上端固定有底盘，在所述的底盘上开有腱绳过孔，所述的底盘与连接手腕底部固定相连，在所述的底盘下方的底板外壁上固定有一个位置直线电机，所述的直线电机的推杆的端部与一个L形连接块的水平段固定相连，所述的L形连接块的竖直段与一个变刚度单元机构的机架的侧壁固定相连，所述的机架设置在底板的凹槽内，所述的机架的下部架体为H形且上部架体内部具有空腔，所述的空腔的底部与H形结构的上槽室连通，在所述的空腔内的顶壁中间设置有一个上部导向筒，在所述的H形结构的上槽室内连接有一个滑块，所述的滑块能够在上槽室以及空腔内上下滑动，在所述的滑块的顶壁中间且与上部导向筒同轴设置有一个下部导向筒，线性弹簧的上端套在上部导向筒上且下端套在下部导向筒上；
[0011]在H形结构的下槽室内安装有电磁铁，在与H形结构的上槽室对应位置处的左右侧壁上以及H形结构的下槽室上部对应位置处的左右侧壁上分别开有夹爪槽，左右两个限位夹爪的下端通过一个安装在H形结构的下槽室上部的复位弹簧相连，所述的左右两个限位夹爪的本体通过垂直于机架设置的销轴转动连接在夹爪槽内，所述的销轴与H形结构的横梁部分固定相连；所述的左右两个限位夹爪的下端之间通过复位弹簧相连，所述的左右两个限位夹爪的下端与电磁铁的触舌接触，左右两个限位夹爪的下端能够在电磁铁以及复位弹簧的作用下分别绕销轴转动彼此靠拢或者分开以使左右两个限位夹爪的上端能够分别与滑块的左右侧壁接触以夹紧滑块或者松开滑块；在每个变刚度单元机构的机架上固定有一个变刚度直线电机，在沿竖直方向设置的所述的变刚度直线电机的推杆的端部固定有一个推杆帽，在所述的变刚度直线电机上套有一个非线性弹簧，所述的推杆帽卡紧设置在所述的非线性弹簧的下端，所述的非线性弹簧与滑块固定相连，所述的非线性弹簧能够在变刚度直线电机的推杆的带动下拉伸或者压缩以改变自身的刚度特性；
[0012]每个变刚度单元机构处的腱绳一端与滑块固连，另一端依次穿过线性弹簧、下部导向筒、上部导向筒、腱绳过孔、连接手腕以及与变刚度驱动器的每个模块分别对应设置的手掌腱绳走线槽，其中穿过拇指手掌、主手掌上的手掌腱绳走线槽的腱绳分别再穿过各手指上的手指腱绳走线槽并与拇指、食指、中指的手指最上端指节固定相连，穿过副手掌上的手掌腱绳走线槽的腱绳分为两个支路，两个支路分别再穿过无名指以及小手指上的手指腱绳走线槽并与无名指以及小手指的手指最上端指节固定相连，所述的腱绳在各个手指处的连接结构为：从下至上依次穿过手指的各个指节内部的腱绳走线槽且在关节位置处与轴承缠绕一周相连。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]1.变刚度驱动器增强了手指抓取物体的适应性。本专利技术提出的变刚度驱动器采用了非线性弹簧拮抗式变刚度的原理，使得柔性手指可以根据不同的抓持对象与应用环境主
动进行连续型刚度调节，并根据抓取的刚度匹配以最合适的刚度完成任务，大大拓展了手爪的灵活操作和应用范围。同时变刚度驱动器采用模块化的设计方式，每个模块中的位置电机和变刚度单元机构并排布置并串联，极大程度的缩小了变刚度驱动器的体积，同时易于装配与维护。
[0015]2.腱绳欠驱动简化了传动方式。本专利技术通过一根腱绳依次缠绕各关节的方式将手指各指节的运动耦合起来，1个驱动器即可对3个关节进行驱动，无需建立复杂的控制系统，简化了手指传动结构，使灵巧手的体积、重量更加接近人手。同时腱绳具有一定的弹性，为手指运动提供了一定程度的柔顺性和抓持适应性。
[0016]3.两对掌自由度增强了手部的灵活性。本专利技术在手掌部位增加了小指、无名本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可变手指刚度的腱绳欠驱动五指灵巧手，包括手掌及连接在手掌上的五根手指，所述的手掌由主手掌(1)、拇指手掌(2)及副手掌(3)组成，所述的拇指手掌、副手掌与主手掌靠拢状态下，靠拢的所述的手掌的掌面沿竖直方向设置，所述的五根手指包括连接在主手掌上的食指(4)和中指、连接在拇指手掌上的拇指，连接在副手掌上的无名指和小手指,其特征在于：所述的食指、中指、无名指和小手指的结构相同，都包括通过关节以及驱动手指弯曲用的腱绳依次转动相连的三段指节和一个基座，所述的拇指包括通过关节以及驱动手指弯曲的腱绳依次转动相连的两段指节和一个基座；每根手指的相邻的两段指节之间以及基座和与基座相邻的指节之间的每个关节的结构均为：上一段指节的下端插入下一段指节上端的装配槽内且彼此之间通过销轴(45)转动相连，与基座相邻的指节的下端插入开在基座(44)中间的装配槽内且彼此之间通过销轴转动相连，所述的销轴的轴线与每个指节的轴线方向彼此垂直设置，沿与指节轴线平行的方向在每个指节以及基座上均开有扭簧插槽(431)和手指腱绳走线槽(432)，在每个销轴上套有一根扭簧(47)和一个轴承(46)，所述的扭簧的上下两侧悬臂分别插入上下相邻的两节指节或上下相邻的指节和基座上的扭簧插槽(431)内，在所述的主手掌、拇指手掌及副手掌上分别开有手掌腱绳走线槽(13)；所述的手掌末端与连接手腕(6)的顶部固定相连且连接面为水平面，在所述的主手掌(1)上安装有两个舵机舵盘装配体(5)，在所述的主手掌(1)上的左侧下部和右侧上部分别开有一个舵机槽，每个所述的舵机舵盘装配体包括固定在舵机槽内的舵机(51)，所述的舵机形状与舵机槽形状吻合，所述的舵机的输出轴与舵盘(52)的中心孔过盈配合，两个所述的舵机舵盘装配体的舵盘分别固定在拇指手掌、副手掌上，以使拇指手掌、副手掌可以分别绕各自的舵机输出轴转动；位于主手掌(1)左侧下部的第一舵机槽(111)的底面与靠拢的手掌的掌面平行，且第一舵机槽与安装在第一舵机槽内的舵机的输出轴相平行的侧壁和手掌与连接手腕的连接面之间的夹角为45
°
，位于主手掌1右侧上部的第二舵机槽的底面与靠拢的手掌的掌面平行，且第二舵机槽与安装在第二舵机槽内的舵机的输出轴相平行的侧壁和手掌与连接手腕的连接面之间垂直设置；变刚度驱动器(7)由四个相同模块组成，第一个模块与拇指对应、第二个模块与食指(4)对应、第三个模块与中指对应，第四个模块与无名指以及小手指对应；每个模块都包括底板，在底板的一侧外壁的上端固定有底盘(75)，在所述的底盘上开有腱绳过孔，所述的底盘与连接手腕底部固定相连，在所述的底盘下方的底板外壁上固定有一个位置直线电机(71)，所述的直线电机的推杆的端部与一个L形连接块的水平段固定相连，所述的L形连接块的竖直段与一个变刚度单元机构(74)的机架(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晨宁，康荣杰，万淑敏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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