基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手制造技术

一种基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手，包括五个手指和一个手掌，手掌内部设有五个手指安装座；五个手指分别是大拇指、食指、中指、无名指以及小拇指，弯曲关节包括气动柔性驱动器、铰链转动副以及两个定位板，所述铰链转动副的两侧与两个定位板固定连接，气动柔性驱动器的前后两个端盖与两个定位板固定连接；侧摆关节包括两个气动柔性驱动器和一个轴向可伸缩铰链，所述的轴向可伸缩铰链由两个活动构件通过腰槽结构形成的一个可伸缩的转动副；所述的活动构件与气动柔性驱动器前后端盖连接，所述两个气动柔性驱动器的轴线平行并垂直于铰链销轴轴线。本发明专利技术结构简单、具有很好的柔性、适用性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人灵巧手。技术背景末端执行器是机器人与外界环境相互作用的执行部件。随着现代科技的飞速 发展，机器人的应用不单单只局限于工业领域，而是逐步应用于农业、医疗以及 服务等领域。机器人的操作对象逐渐变得更加多样化和复杂化，这就要求机器人 的末端执行器要像人手一样灵活和安全。而传统的工业机器人末端执行器往往专 用性强、动作简单、灵活性差以及缺乏感知力等等，这些缺点使得传统的机器人 末端执行器已经不能满足当今社会需求。机器人多指灵巧手以人手为原型，从结 构和功能上模仿人手，具有3-5个手指以及多个自由度，可以实现对不同形状和大 小物体的灵巧操作和精确抓持。机器人多指灵巧手可以代替传统的专用机器人末 端执行器，从而可以扩大机器人的应用领域。目前，国内外科研机构己经研制出多种多指灵巧手，其中以电机驱动，以及 气动人工肌肉通过人工腱驱动的灵巧手居多。以电机驱动的多指灵巧手研究始于20世纪70年代，其中最具代表的是日本"电 子技术实验室"研制的Okada灵巧手。20世纪80年代初，美国斯坦福大学研制成功 了Stanford/JPL手；美国麻省理工学院和犹他大学联合研制了Utah/MIT手。目前 为止，较为著名的电机驱动的多指灵巧手有日本的Hitachi灵巧手、德国的DLR-I 和DLR-II灵巧手、美国的NASA手、哈尔滨工业大学的DLR/HIT灵巧手以及北京 航天航空大学的BH系列灵巧手。基于电机驱动的多指灵巧手依靠电机旋转运动模 拟人手的各个关节转动，往往尺寸大于人手、结构复杂、抓持力小(一般小于20N) 且难于控制。20世纪50年代，美国原子物理学家Joseph L.McKibben专利技术了气动人工肌肉。 进入21世纪，以气动人工肌肉驱动的多指灵巧手相继诞生。其中，比较著名的是英国Shadow机器人公司研制Shadow灵巧手，该灵巧手酷似人手，拥有5根手指和 一个手掌，具有19个自由度，由36根气动人工肌肉通过人工腱驱动各个关节转动。 Shadow灵巧手各个关节安装了角度传感器，手指指尖装有力传感器，可以进行抓、 握等操作。在国内，北京理工大学也设计了基于气动人工肌肉的多指灵巧手。气 动人工肌肉通过人工腱驱动的灵巧手，其外形尺寸和人手差不多，但是也存在以 下两点不足(1)驱动器和手分离，通过人工腱驱动各个关节转动，腱传动系统 中存在摩擦、松弛以及能量损耗的问题无法避免；(2)过多的气动人工肌肉使得 灵巧手的前臂粗大臃肿，给灵巧手与其他机器人系统的配合应用带来不便。
技术实现思路
为了克服已有的机器人灵巧手的结构复杂、柔性差、适用性差的不足，本发 明提供一种结构简单、具有很好的柔性、适用性好的基于气动柔性驱动器的机器 人多指灵巧手。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手，包括五个手指和一个手掌，手 掌内部设有五个手指安装座；五个手指分别是大拇指、食指、中指、无名指以及 小拇指，其中食指、中指、无名指以及小拇指结构相同，分别有4个关节、4个指节、第 一腕骨以及第一指尖，所述的4个关节包括三个弯曲关节和第一侧摆关节；所述 的4个指节分别是第一远指节、第一中指节、第一近指节和第一掌骨节，第一远 指节的上端与第一指尖连接，第一远指节的下端与第一弯曲关节的上端连接，所 述第一弯曲关节的下端与第一中指节的上端连接，所述第一中指节的下端与第二 弯曲关节的上端连接，所述第二弯曲关节的下端与第一近指节的上端连接，所述 第一近指节的下端与第三弯曲关节的上端连接，所述第三弯曲关节的下端与第一 掌骨节的上端连接，所述第一掌骨节的下端与第一侧摆关节的上端连接，所述第 一侧摆关节的下端与第一腕骨的上端连接，所述第一腕骨安装在手掌的手指安装 座上；所述大拇指包括4个关节、4个指节、第二腕骨以及第二指尖，所述的4个 关节分别是三个弯曲关节和第二侧摆关节；所述的4个tt节分别是第二远指节、第二中指节、第二近指节和第二掌骨节，第二远指节的上端与第二指尖连接，第 二远指节的下端与第四弯曲关节的上端连接，所述第四弯曲关节的下端与第二中 指节的上端连接，所述第二中指节的下端与第五弯曲关节的上端连接，所述第五 弯曲关节的下端与第二近指节的上端连接，所述第二近指节的下端与第六弯曲关 节的上端连接，所述第六弯曲关节的下端与第二掌骨节的上端连接，所述第二掌 骨节的下端与第二侧摆关节的上端连接，所述第二侧摆关节的下端与第二腕骨的 上端连接，所述第二腕骨安装在手掌的手指安装座上；所述弯曲关节包括气动柔性驱动器、铰链转动副以及两个定位板，所述铰链 转动副的两侧与两个定位板固定连接，气动柔性驱动器的前后两个端盖与两个定 位板固定连接；所述气动柔性驱动器包括前后两个端盖、 一个橡胶管以及一个管接头，所述 的橡胶管两端分别与前端盖、后端盖密封联接，前端盖上还设有一个与大气相连 接的通孔，所述的管接头安装在前端盖上，所述的橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝 且螺旋钢丝是沿着橡胶管的径向螺旋密绕在橡胶管的内壁中；所述侧摆关节包括两个气动柔性驱动器和一个轴向可伸缩铰链，所述的轴向 可伸縮铰链由两个活动构件通过腰槽结构形成的一个可伸縮的转动副；所述的活 动构件与气动柔性驱动器前后端盖连接，所述两个气动柔性驱动器的轴线平行并垂直于铰链销轴轴线；在所述食指、中指、无名指以及小拇指中，三个弯曲关节的轴线平行，第一 侧摆关节竖直放置，第一侧摆关节的轴线和三个弯曲关节轴线垂直；在所述大拇指中，第四弯曲关节和第五弯曲关节之间的轴线平行，第六弯曲 关节的轴线与前两个弯曲关节的轴线呈20~45度的夹角；所述第二侧摆关节是水 平放置，第二侧摆关节的轴线与第六弯曲关节轴线垂直。作为优选的一种方案所述的铰链转动副包括两对刚性板状转动构件和一个 转动销轴，每对刚性板状转动构件的内侧两端之间通过所述转动销轴连接，所述 两对刚性板状构件的外侧两端与两个定位板固定连接。作为优选的另一种方案所述的轴向可伸縮铰链包括两个T型刚性连接件和 一个销轴，上T型刚性连接件上端与气动柔性驱动器的端盖固定连接，上T型刚性连接件下端设有圆孔，所述圆孔上安装销轴，下T型刚性连接件的上端设有长 孔，所述销轴穿过所述长孔，下T型刚性连接件的下端与气动柔性驱动器的另一 端盖固定连接。作为优选的再另一种方案在所述食指、中指、无名指以及小拇指中，所述 弯曲关节的铰链转动副与第一掌骨节的上端、第一远指节、第一中指节和第一近 指节呈一体，所述侧摆关节的轴向可伸縮铰链与第一掌骨节的下端、第一腕骨呈 一体；在所述大拇指中，所述弯曲关节的铰链转动副与第二掌骨节的上端、第二远 指节、第二中指节和第二近指节呈一体，所述侧摆关节的轴向可伸縮铰链与第二 掌骨节的下端、第二腕骨呈一体。进一步，所述前后端盖上分别设有台阶轴，气动柔性驱动器通过前后两个端 盖上的台阶轴安装在两个固定板的中间.更进一步，所述前后端盖上分别设有台阶轴，T型刚性连接件上分别左右对 称设有两个定位孔，所述定位孔和气动柔性驱动器前后端盖上的定位台阶轴配合。再进一步，所述的手指安装座包括大拇指安装座、食指安装座、中指安装座、 无名指安装座以及小拇指安装座，所述5个手指安装座上分别设有与所述手指腕 骨上的定位轴配合的手指安装定位孔，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手，包括五个手指和一个手掌，手掌内部设有五个手指安装座；五个手指分别是拇指、食指、中指、无名指以及小拇指，其中：　食指、中指、无名指以及小拇指结构相同，分别有４个关节、４个指节、第一腕骨以及第一指尖，所述的４个关节包括三个弯曲关节和第一侧摆关节；所述的４个指节分别是第一远指节、第一中指节、第一近指节和第一掌骨节，第一远指节的上端与第一指尖连接，第一远指节的下端与第一弯曲关节的上端连接，所述第一弯曲关节的下端与第一中指节的上端连接，所述第一中指节的下端与第二弯曲关节的上端连接，所述第二弯曲关节的下端与第一近指节的上端连接，所述第一近指节的下端与第三弯曲关节的上端连接，所述第三弯曲关节的下端与第一掌骨节的上端连接，所述第一掌骨节的下端与第一侧摆关节的上端连接，所述第一侧摆关节的下端与第一腕骨的上端连接，所述第一腕骨安装在手掌的手指安装座上；　所述大拇指包括４个关节、４个指节、第二腕骨以及第二指尖，所述的４个关节分别是三个弯曲关节和第二侧摆关节；所述的４个指节分别是第二远指节、第二中指节、第二近指节和第二掌骨节，第二远指节的上端与第二指尖连接，第二远指节的下端与第四弯曲关节的上端连接，所述第四弯曲关节的下端与第二中指节的上端连接，所述第二中指节的下端与第五弯曲关节的上端连接，所述第五弯曲关节的下端与第二近指节的上端连接，所述第二近指节的下端与第六弯曲关节的上端连接，所述第六弯曲关节的下端与第二掌骨节的上端连接，所述第二掌骨节的下端与第二侧摆关节的上端连接，所述第二侧摆关节的下端与第二腕骨的上端连接，所述第二腕骨安装在手掌的手指安装座上；　其特征在于：所述弯曲关节包括气动柔性驱动器、铰链转动副以及两个定位板，所述铰链转动副的两侧与两个定位板固定连接，气动柔性驱动器的前后两个端盖与两个定位板固定连接；　所述气动柔性驱动器包括前后两个端盖、一个橡胶管以及一个管接头，所述的橡胶管两端分别与前端盖、后端盖密封联接，前端盖上还设有一个与大气相连接的通孔，所述的管接头安装在前端盖上，所述的橡胶管管壁中嵌套有螺旋钢丝且螺旋钢丝是沿着粗橡胶管的径向螺旋密绕在粗橡胶管的内壁中；　所述侧摆关节包括两个气动柔性驱动器和一个轴向可伸缩铰链，所述的轴向可伸缩铰链由两个活动构件通过腰槽结构形成的一个可伸缩的转动副；所述的活动构件与气动柔性驱动器前后端盖连接，所述两个气动柔性驱动器的轴线平行并垂直于铰链销轴轴线...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张立彬，王志恒，杨庆华，钱少明，鲍官军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]