專利名稱：基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人靈巧手。
技術(shù)背景末端執(zhí)行器是機(jī)器人與外界環(huán)境相互作用的執(zhí)行部件。隨著現(xiàn)代科技的飛速 發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用不單單只局限于工業(yè)領(lǐng)域，而是逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療以及 服務(wù)等領(lǐng)域。機(jī)器人的操作對(duì)象逐漸變得更加多樣化和復(fù)雜化，這就要求機(jī)器人 的末端執(zhí)行器要像人手一樣靈活和安全。而傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器往往專 用性強(qiáng)、動(dòng)作簡(jiǎn)單、靈活性差以及缺乏感知力等等，這些缺點(diǎn)使得傳統(tǒng)的機(jī)器人 末端執(zhí)行器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)需求。機(jī)器人多指靈巧手以人手為原型，從結(jié) 構(gòu)和功能上模仿人手，具有3-5個(gè)手指以及多個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀和大 小物體的靈巧操作和精確抓持。機(jī)器人多指靈巧手可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專用機(jī)器人末 端執(zhí)行器，從而可以擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)己經(jīng)研制出多種多指靈巧手，其中以電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以及 氣動(dòng)人工肌肉通過(guò)人工腱驅(qū)動(dòng)的靈巧手居多。以電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手研究始于20世紀(jì)70年代，其中最具代表的是日本"電 子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室"研制的Okada靈巧手。20世紀(jì)80年代初，美國(guó)斯坦福大學(xué)研制成功 了Stanford/JPL手；美國(guó)麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制了Utah/MIT手。目前 為止，較為著名的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手有日本的Hitachi靈巧手、德國(guó)的DLR-I 和DLR-II靈巧手、美國(guó)的NASA手、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的DLR/HIT靈巧手以及北京 航天航空大學(xué)的BH系列靈巧手。基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手依靠電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模 擬人手的各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，往往尺寸大于人手、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抓持力小(一般小于20N) 且難于控制。20世紀(jì)50年代，美國(guó)原子物理學(xué)家Joseph L.McKibben發(fā)明了氣動(dòng)人工肌肉。 進(jìn)入21世紀(jì)，以氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手相繼誕生。其中，比較著名的是英國(guó)Shadow機(jī)器人公司研制Shadow靈巧手，該靈巧手酷似人手，擁有5根手指和 一個(gè)手掌，具有19個(gè)自由度，由36根氣動(dòng)人工肌肉通過(guò)人工腱驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。 Shadow靈巧手各個(gè)關(guān)節(jié)安裝了角度傳感器，手指指尖裝有力傳感器，可以進(jìn)行抓、 握等操作。在國(guó)內(nèi)，北京理工大學(xué)也設(shè)計(jì)了基于氣動(dòng)人工肌肉的多指靈巧手。氣 動(dòng)人工肌肉通過(guò)人工腱驅(qū)動(dòng)的靈巧手，其外形尺寸和人手差不多，但是也存在以 下兩點(diǎn)不足(1)驅(qū)動(dòng)器和手分離，通過(guò)人工腱驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，腱傳動(dòng)系統(tǒng) 中存在摩擦、松弛以及能量損耗的問(wèn)題無(wú)法避免；(2)過(guò)多的氣動(dòng)人工肌肉使得 靈巧手的前臂粗大臃腫，給靈巧手與其他機(jī)器人系統(tǒng)的配合應(yīng)用帶來(lái)不便。 發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的機(jī)器人靈巧手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、柔性差、適用性差的不足，本發(fā) 明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有很好的柔性、適用性好的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器 人多指靈巧手。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手指和一個(gè)手掌，手 掌內(nèi)部設(shè)有五個(gè)手指安裝座；五個(gè)手指分別是大拇指、食指、中指、無(wú)名指以及 小拇指，其中食指、中指、無(wú)名指以及小拇指結(jié)構(gòu)相同，分別有4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第 一腕骨以及第一指尖，所述的4個(gè)關(guān)節(jié)包括三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和第一側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述 的4個(gè)指節(jié)分別是第一遠(yuǎn)指節(jié)、第一中指節(jié)、第一近指節(jié)和第一掌骨節(jié)，第一遠(yuǎn) 指節(jié)的上端與第一指尖連接，第一遠(yuǎn)指節(jié)的下端與第一彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所 述第一彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一中指節(jié)的上端連接，所述第一中指節(jié)的下端與第二 彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第二彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一近指節(jié)的上端連接，所述 第一近指節(jié)的下端與第三彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第三彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一 掌骨節(jié)的上端連接，所述第一掌骨節(jié)的下端與第一側(cè)擺關(guān)節(jié)的上端連接，所述第 一側(cè)擺關(guān)節(jié)的下端與第一腕骨的上端連接，所述第一腕骨安裝在手掌的手指安裝 座上；所述大拇指包括4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第二腕骨以及第二指尖，所述的4個(gè) 關(guān)節(jié)分別是三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和第二側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述的4個(gè)tt節(jié)分別是第二遠(yuǎn)指節(jié)、第二中指節(jié)、第二近指節(jié)和第二掌骨節(jié)，第二遠(yuǎn)指節(jié)的上端與第二指尖連接，第 二遠(yuǎn)指節(jié)的下端與第四彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第四彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二中 指節(jié)的上端連接，所述第二中指節(jié)的下端與第五彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第五 彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二近指節(jié)的上端連接，所述第二近指節(jié)的下端與第六彎曲關(guān) 節(jié)的上端連接，所述第六彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二掌骨節(jié)的上端連接，所述第二掌 骨節(jié)的下端與第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的上端連接，所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的下端與第二腕骨的 上端連接，所述第二腕骨安裝在手掌的手指安裝座上；所述彎曲關(guān)節(jié)包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副以及兩個(gè)定位板，所述鉸鏈 轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩側(cè)與兩個(gè)定位板固定連接，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的前后兩個(gè)端蓋與兩個(gè)定 位板固定連接；所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前后兩個(gè)端蓋、 一個(gè)橡膠管以及一個(gè)管接頭，所述 的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋上還設(shè)有一個(gè)與大氣相連 接的通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲 且螺旋鋼絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述側(cè)擺關(guān)節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)軸向可伸縮鉸鏈，所述的軸向 可伸縮鉸鏈由兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)可伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述的活 動(dòng)構(gòu)件與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器前后端蓋連接，所述兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸軸線；在所述食指、中指、無(wú)名指以及小拇指中，三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線平行，第一 側(cè)擺關(guān)節(jié)豎直放置，第一側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸線和三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直；在所述大拇指中，第四彎曲關(guān)節(jié)和第五彎曲關(guān)節(jié)之間的軸線平行，第六彎曲 關(guān)節(jié)的軸線與前兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線呈20~45度的夾角；所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)是水 平放置，第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸線與第六彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直。作為優(yōu)選的一種方案所述的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副包括兩對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件和一個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸，每對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)側(cè)兩端之間通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸連接，所述 兩對(duì)剛性板狀構(gòu)件的外側(cè)兩端與兩個(gè)定位板固定連接。作為優(yōu)選的另一種方案所述的軸向可伸縮鉸鏈包括兩個(gè)T型剛性連接件和 一個(gè)銷軸，上T型剛性連接件上端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的端蓋固定連接，上T型剛性連接件下端設(shè)有圓孔，所述圓孔上安裝銷軸，下T型剛性連接件的上端設(shè)有長(zhǎng) 孔，所述銷軸穿過(guò)所述長(zhǎng)孔，下T型剛性連接件的下端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的另一 端蓋固定連接。作為優(yōu)選的再另一種方案在所述食指、中指、無(wú)名指以及小拇指中，所述 彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一掌骨節(jié)的上端、第一遠(yuǎn)指節(jié)、第一中指節(jié)和第一近 指節(jié)呈一體，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸向可伸縮鉸鏈與第一掌骨節(jié)的下端、第一腕骨呈 一體；在所述大拇指中，所述彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二掌骨節(jié)的上端、第二遠(yuǎn) 指節(jié)、第二中指節(jié)和第二近指節(jié)呈一體，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸向可伸縮鉸鏈與第二 掌骨節(jié)的下端、第二腕骨呈一體。進(jìn)一步，所述前后端蓋上分別設(shè)有臺(tái)階軸，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器通過(guò)前后兩個(gè)端 蓋上的臺(tái)階軸安裝在兩個(gè)固定板的中間.更進(jìn)一步，所述前后端蓋上分別設(shè)有臺(tái)階軸，T型剛性連接件上分別左右對(duì) 稱設(shè)有兩個(gè)定位孔，所述定位孔和氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器前后端蓋上的定位臺(tái)階軸配合。再進(jìn)一步，所述的手指安裝座包括大拇指安裝座、食指安裝座、中指安裝座、 無(wú)名指安裝座以及小拇指安裝座，所述5個(gè)手指安裝座上分別設(shè)有與所述手指腕 骨上的定位軸配合的手指安裝定位孔，所述的食指安裝座、中指安裝座、無(wú)名指 安裝座以及小拇指安裝座分別設(shè)有兩個(gè)通孔，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的管接頭與相應(yīng)手 指?jìng)?cè)擺關(guān)節(jié)設(shè)有氣管連通，所述氣管與通孔連通。食指、中指、無(wú)名指以及小拇指四指之間的間距為10mm，并且相對(duì)于手掌 根部，中指比無(wú)名指高10mm，無(wú)名指比食指高5mm，食指比小拇指高20mm， 大拇指與食指的夾角可以為30-45°本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其外形尺 寸和普通人手相仿，擁有五個(gè)手指和一個(gè)手掌，具有20個(gè)自由度。相比于以電機(jī) 驅(qū)動(dòng)的多指靈巧手，多指靈巧手尺寸小、具有很好的柔性和柔順性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 抓持力大且易于控制等特點(diǎn)。相比于氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的靈巧手，多指靈巧手采 用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器直接安裝在靈巧手本體上，不需要通過(guò)人工 腱驅(qū)動(dòng)，摩擦力小，能量損耗小，同時(shí)也避免了靈巧手前ftl&^^陷。機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手指和一個(gè)手掌；五個(gè)手指分別是大拇指、食 指、中指、無(wú)名指以及小拇指。根據(jù)仿生學(xué)原理，機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的變化以及為 了避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，食指、中指、無(wú)名指以及小拇指四指之間的間距為10mm， 并且相對(duì)于手掌根部，中指比無(wú)名指高10mm，無(wú)名指比食指高5mm，食指比小 拇指高20mm，大拇指與食指的夾角可以為30-45°。所述的多指靈巧手的食指、中指、無(wú)名指以及小拇指結(jié)構(gòu)、尺寸相同，分別 有4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)以及腕骨，每個(gè)手指有4個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)屈曲以及側(cè) 擺運(yùn)動(dòng)。所述的4個(gè)關(guān)節(jié)包括三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和一個(gè)側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述的4個(gè)指節(jié)分 別是遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)和掌骨節(jié)。所述的三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)相同，各個(gè)關(guān) 節(jié)軸線相互平行，分別包括一個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器(以下簡(jiǎn)稱氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器)，一 個(gè)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副以及兩個(gè)固定板(以下簡(jiǎn)稱固定板)；所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前后 兩個(gè)端蓋、 一個(gè)橡膠管以及一個(gè)管接頭，所述的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端 蓋密封聯(lián)接，前后端蓋上分別設(shè)有臺(tái)階軸，前端蓋上還設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的 通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺 旋鋼絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述指節(jié)可以在氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)作用下繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的兩個(gè)固定板分別通過(guò)螺紋聯(lián)接固 定在鉸鏈兩側(cè)的指節(jié)上，每個(gè)固定板上分別設(shè)置有定位孔，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器通過(guò) 前后兩個(gè)端蓋上的臺(tái)階軸安裝在兩個(gè)固定板的中間，這樣的設(shè)計(jì)便于氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器的更換。所述的側(cè)擺關(guān)節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)軸向可伸縮鉸鏈， 其關(guān)節(jié)軸線和前面所述的三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直；所述的兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器與 前面彎曲關(guān)節(jié)中所述的氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)相同；所述的軸向可伸縮鉸鏈?zhǔn)怯蓛?個(gè)活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)可伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述的活動(dòng)構(gòu)件上分別設(shè) 有左右對(duì)稱兩個(gè)安裝孔，與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器端蓋上的臺(tái)階軸過(guò)盈配合聯(lián)接，從而 將兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器固定在兩個(gè)活動(dòng)體之間，所述的側(cè)擺關(guān)節(jié)中的兩個(gè)氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器的軸線平行，垂直于鉸鏈銷軸軸線。所述的側(cè)擺關(guān)節(jié)是豎直放置，其活 動(dòng)構(gòu)件分別構(gòu)成手指的掌骨節(jié)和腕骨。所述的多指靈巧手的大拇指與其它四指結(jié)構(gòu)不同，包括4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié) 以及腕骨，同時(shí)具有4個(gè)自由度，抓握操縱時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)屈曲以及側(cè)擺運(yùn)動(dòng)。所述的4個(gè)關(guān)節(jié)分別是三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)，以及一個(gè)側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述的4個(gè)指節(jié)分別是 遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)、近指節(jié)和掌骨節(jié)。所述大拇指的三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)與前面所述其它 四指中的彎曲關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理一樣，根據(jù)人類手指結(jié)構(gòu)，大拇指的三個(gè)彎曲關(guān)節(jié) 中，前兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)(靠近指尖的兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié))軸線平行，而與第三個(gè)彎曲關(guān) 節(jié)的軸線呈30度左右?jiàn)A角，這與其它四指不同；所述大拇指的側(cè)擺關(guān)節(jié)是水平放 置，其軸線與第三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直。所述機(jī)器人多指靈巧手的手掌包括手心、手背；手掌內(nèi)部設(shè)有五個(gè)手指安裝 座，這樣設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)手掌強(qiáng)度，每個(gè)手指安裝座分別與手心手背通過(guò)螺釘固定 聯(lián)接；每個(gè)手指安裝座設(shè)有手指安裝定位孔，所述的五個(gè)手指的掌骨節(jié)上分別設(shè) 有手指安裝定位軸與手指安裝座的定位孔配合定位，然后再通過(guò)螺紋聯(lián)接將手掌 與手指固定；所述的手掌根部設(shè)有氣管引出孔，食指、中指、無(wú)名指以及小拇指 4個(gè)手指?jìng)?cè)擺關(guān)節(jié)8個(gè)氣管要從手掌根部引出。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、具有和人手一般大小的尺寸，具有五個(gè)手 指以及20個(gè)自由度，每個(gè)手指都包括了三個(gè)屈曲關(guān)節(jié)以及一個(gè)側(cè)擺關(guān)節(jié)，從而可 以實(shí)現(xiàn)屈曲運(yùn)動(dòng)以及側(cè)擺運(yùn)動(dòng)，因此可以模擬人手的大部分動(dòng)作；2、采用氣動(dòng)柔 性驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器直接安裝在機(jī)器人多指靈巧手本體上，不需要附加任 何傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，摩擦力小，能量損失低；3、尺寸更易小性化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊， 加工方便、裝配以及修理維護(hù)簡(jiǎn)便、成本低廉；4、采用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)使其 具有很好的柔性和適應(yīng)性，同時(shí)手指輸出力大，且容易控制；5、適用性好。


圖1是機(jī)器人多指靈巧手立體圖。圖2是機(jī)器人多指靈巧手手心向結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是機(jī)器人多指靈巧手手背向結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是機(jī)器人多指靈巧手手指中的彎曲關(guān)節(jié)立體圖。圖5是機(jī)器人多指靈巧手手指中的彎曲關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖6是圖5的仰視圖。圖7是彎曲關(guān)節(jié)某一工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是機(jī)器人多指靈巧手手指中倒擺關(guān)節(jié)立體衝。圖9是側(cè)擺關(guān)節(jié)各個(gè)構(gòu)件聯(lián)接示意圖。圖io是側(cè)擺關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖11是側(cè)擺關(guān)節(jié)向右側(cè)擺某一工作狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖12是食指、中指、無(wú)名指以及小拇指的立體圖。 圖13是食指、中指、無(wú)名指以及小拇指的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖14是圖13的左視圖。圖15是食指、中指、無(wú)名指以及小拇指某一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖16是圖15的左視圖。圖17是食指、中指、無(wú)名指以及小拇指中掌骨節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是大拇指的立體圖。圖19是大拇指的各個(gè)構(gòu)件聯(lián)接示意圖。圖20是大拇指某一工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖21是手掌的結(jié)構(gòu)示意圖。圖22是圖21全剖視圖。圖23是手掌各個(gè)構(gòu)件聯(lián)接示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 參照?qǐng)D1 圖23， 一種基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手 指和一個(gè)手掌6，手掌內(nèi)部設(shè)有五個(gè)手指安裝座；五個(gè)手指分別是大拇指l、食指 2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5，其中食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇 指5結(jié)構(gòu)相同，分別有4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第一腕骨23以及第一指尖18，所述 的4個(gè)關(guān)節(jié)包括三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV;所述的4個(gè)指節(jié)分別是第一遠(yuǎn) 指節(jié)19、第一中指節(jié)20、第一近指節(jié)21和第一掌骨節(jié)22，第一遠(yuǎn)指節(jié)19的上 端與第一指尖18連接，第一遠(yuǎn)指節(jié)19的下端與第一彎曲關(guān)節(jié)I的上端連接，所 述第一彎曲關(guān)節(jié)I的下端與第一中指節(jié)20的上端連接，所述第一中指節(jié)20的下 端與第二彎曲關(guān)節(jié)n的上端連接，所述第二彎曲關(guān)節(jié)II的下端與第一近指節(jié)21 的上端連接，所述第一近指節(jié)21的下端與第三彎曲關(guān)節(jié)m的上端連接，所述第 三彎曲關(guān)節(jié)III的下端與第一掌骨節(jié)22的上端連接，所述第一掌骨節(jié)22的下端與12第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV的上端連接，所述第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV的下端與第一腕骨23的上 端連接，所述第一腕骨23安裝在手掌的手指安裝座上；所述大拇指1包括4個(gè)關(guān) 節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第二腕骨28以及第二指尖29，所述的4個(gè)關(guān)節(jié)分別是三個(gè)彎曲關(guān) 節(jié)和第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII;所述的4個(gè)指節(jié)分別是第二遠(yuǎn)指節(jié)24、第二中指節(jié)25、 第二近指節(jié)26和第二掌骨節(jié)27，第二遠(yuǎn)指節(jié)24的上端與第二指尖29連接，第 二遠(yuǎn)指節(jié)24的下端與第四彎曲關(guān)節(jié)V的上端連接，所述第四彎曲關(guān)節(jié)V的下端 與第二中指節(jié)25的上端連接，所述第二中指節(jié)25的下端與第五彎曲關(guān)節(jié)VI的 上端連接，所述第五彎曲VI關(guān)節(jié)的下端與第二近指節(jié)26的上端連接，所述第二 近指節(jié)26的下端與第六彎曲關(guān)節(jié)VII的上端連接，所述第六彎曲關(guān)節(jié)VII的下端 與第二掌骨節(jié)27的上端連接，所述第二掌骨節(jié)27的下端與第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII的 上端連接，所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII的下端與第二腕骨28的上端連接，所述第二 腕骨28安裝在手掌的手指安裝座上；所述彎曲關(guān)節(jié)包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副以及兩個(gè)定位板8、 12，所 述鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩側(cè)與兩個(gè)定位板固定連接，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的前后兩個(gè)端蓋 與兩個(gè)定位板8、 12固定連接；所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前后兩個(gè)端蓋73、 74、 一個(gè)橡膠管71以及一個(gè)管 接頭16，所述的橡膠管71兩端分別與前端蓋73、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋73 上還設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，所述的管接頭16安裝在前端蓋73上，所述 的橡膠管71管壁中嵌套有螺旋鋼絲72且螺旋鋼絲72是沿著橡膠管71的徑向螺 旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中；所述側(cè)擺關(guān)節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7和一個(gè)軸向可伸縮鉸鏈，所述的軸 向可伸縮鉸鏈由兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件14、 15通過(guò)腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)可伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)副； 所述的活動(dòng)構(gòu)件14、 15與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7前后端蓋73、 74連接，所述兩個(gè)氣 動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸10的軸線；在所述食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5中，三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線平行， 第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV豎直放置，第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV的軸線和三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直；在所述大拇指l中，靠近指尖29的前兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)之間的軸線平行，即第四 彎曲關(guān)節(jié)V和第五彎曲關(guān)節(jié)VI之間的軸線平行，第六彎曲關(guān)節(jié)VII的軸線與前兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線呈20-45度的夾角；所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)vm是水平放置，第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII的軸線與第六彎曲關(guān)節(jié)VII軸線垂直。在所述食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5中，所述彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng) 副與第一掌骨節(jié)22的上端、第一遠(yuǎn)指節(jié)19、第一中指節(jié)20和第一近指節(jié)21呈 一體，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸向可伸縮鉸鏈與第一掌骨節(jié)22的下端、第一腕骨23呈 一體；在所述大拇指1中，所述彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二掌骨節(jié)27的上端、第 二遠(yuǎn)指節(jié)24、第二中指節(jié)25和第二近指節(jié)26呈一體，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸向可伸 縮鉸鏈與第二掌骨節(jié)27的下端、第二腕骨28呈一體。本實(shí)施例的機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手指和一個(gè)手掌6。所述的五個(gè)手 指包括大拇指l、食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5。本發(fā)明的機(jī)器人多指 靈巧手的手指布局以人手結(jié)構(gòu)為依據(jù)，食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5 相互平行且間距為10mm，給手指佩戴人工皮膚留下充足空間，同時(shí)這四指指尖 相對(duì)于手掌6根部的高度不同，其中中指3比食指4高15mm，比無(wú)名指高10mm， 而無(wú)名指比小拇指高25mm;大拇指1與食指2之間的角度呈45°。五個(gè)手指中總共使用了 15個(gè)基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的彎曲關(guān)節(jié)(簡(jiǎn)稱彎曲 關(guān)節(jié))。彎曲關(guān)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)手指的屈曲運(yùn)動(dòng)，是本發(fā)明的重要組成部件，故對(duì)彎曲 關(guān)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。參照?qǐng)D4 圖6，所述的彎曲關(guān)節(jié)包括一個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器 7，兩個(gè)固定板8、 12，兩對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件9、 11， 一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸IO、 一個(gè)管 接頭16以及4個(gè)內(nèi)六角螺栓13。所述的氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7包括前端蓋73、后端 蓋74以及橡膠管71，所述的橡膠管71的兩端分別與前端蓋73、后端蓋74密封 聯(lián)接，其中前后端蓋分別設(shè)有定位臺(tái)階軸，且前端蓋73上設(shè)有一個(gè)與大氣相連通 的通孔與管接頭16通過(guò)螺紋固定聯(lián)接，所述的橡膠管71管壁中嵌套有螺旋鋼絲 72且螺旋鋼絲72是沿著橡膠管71的徑向螺旋密繞在橡膠管71的內(nèi)壁中，當(dāng)高 壓氣體通過(guò)管接頭16進(jìn)入橡膠管71內(nèi)腔，由于螺旋鋼絲72的徑向限制作用，在 壓縮氣體的壓力下，橡膠管71與螺旋鋼絲72發(fā)生軸向形變，而其徑向變形可以 忽略，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)效果；所述的兩個(gè)固定板8、 12通過(guò)四個(gè)內(nèi)六角螺栓13固定 聯(lián)接在兩對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件9、 n中間，其中固定板S、 i2中設(shè)有定位孔與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的前后端蓋上的定位臺(tái)階軸過(guò)盈配合，從而將驅(qū)動(dòng)器7裝配在彎 曲關(guān)節(jié)上；所述的兩對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件9、 11和銷軸10構(gòu)成一個(gè)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副。 參照?qǐng)D7，基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的彎曲關(guān)節(jié)的工作原理是通過(guò)管接頭16把 壓縮空氣通入氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的內(nèi)腔中，在壓縮空氣的壓力作用下，由于螺旋 鋼絲72的限制左右，驅(qū)動(dòng)器7發(fā)生軸向變形，從而對(duì)驅(qū)動(dòng)器固定板8、 12產(chǎn)生一 定的推力，推力對(duì)銷軸10中心線產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而使得固定板8、 12帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件9、 11繞銷軸10中心線轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)減小壓縮空氣的壓力，由于橡膠管71和螺 旋鋼絲72的回彈作用，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7收縮，從而帶動(dòng)固定板8、 12繞銷軸 IO回轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)彎曲效果，由于彎曲關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，橡膠管71會(huì)產(chǎn)生弧形變形。 基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的彎曲關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍為0。 100。，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性 好，易于小型化，動(dòng)作靈活，具有較大的實(shí)施價(jià)值。每個(gè)手指不僅可以實(shí)現(xiàn)屈曲(彎曲)運(yùn)動(dòng)，而且可以實(shí)現(xiàn)側(cè)擺運(yùn)動(dòng)?；跉?動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器發(fā)明了側(cè)擺關(guān)節(jié)。參照?qǐng)D8 圖11，基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的側(cè)擺關(guān) 節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7，兩個(gè)T型剛性連接件14、 15， 一個(gè)銷軸10以及 兩個(gè)管接頭16。所述的氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7工作原理在前面已經(jīng)闡述清楚，其前后 端蓋73、 74分別設(shè)有定位臺(tái)階軸，前端蓋73設(shè)有與大氣相連接的通孔與管接頭 16通過(guò)螺紋固定聯(lián)接；所述的T型剛性連接件14、 15上端分別左右對(duì)稱設(shè)有兩 個(gè)定位孔，用于和氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7端蓋上的定位臺(tái)階軸配合，配合為過(guò)盈配合， T型剛性連接件14的下端設(shè)有圓孔與銷軸10過(guò)盈配合，T型剛性連接件15的下 端對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)長(zhǎng)孔，故T型剛性連接件14、 15以及銷軸10通過(guò)一個(gè)腰槽結(jié)構(gòu) 行成可上下伸縮的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副。參照?qǐng)Dll，基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的側(cè)擺關(guān)節(jié) 的工作原理是在發(fā)生側(cè)擺運(yùn)動(dòng)前，由于橡膠管71的不可壓縮性，要預(yù)先向側(cè)擺 關(guān)節(jié)的兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的內(nèi)腔中通入相同壓力的壓縮空氣，在等壓氣體的 作用下，兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7發(fā)生相同的軸向伸長(zhǎng)，又由于T型剛性連接件14、 15之間是軸向可伸縮的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副，故兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7將推動(dòng)T型剛性連 接件軸向伸長(zhǎng)直至銷軸10兩端與T型剛性連接件15的長(zhǎng)孔上端接觸為止，預(yù)充 氣的目的在于使得兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的橡膠管71分別有一定的預(yù)伸長(zhǎng)量便于 側(cè)擺關(guān)節(jié)發(fā)生側(cè)擺運(yùn)動(dòng)；預(yù)充氣結(jié)束后，通過(guò)改變兩個(gè)氣^I4驅(qū)動(dòng)器7 M空的壓縮空氣的壓力，使得兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器7的橡膠管71發(fā)生不同的伸長(zhǎng)，從而可以實(shí)現(xiàn) 側(cè)擺關(guān)節(jié)的左右擺動(dòng)，當(dāng)左邊驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)腔氣壓大于右邊驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)腔氣壓時(shí)， 側(cè)擺關(guān)節(jié)向右擺動(dòng)，反之向左擺動(dòng)；當(dāng)減小壓縮空氣的壓力，兩邊的氣動(dòng)柔性驅(qū) 動(dòng)器7在橡膠管71以及螺旋鋼絲72的回彈力作用下收縮，從而帶動(dòng)側(cè)擺關(guān)節(jié)恢 復(fù)原狀?；跉鈩?dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的側(cè)擺關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍為-20° 20°，其剛性好， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于小型化，拆裝維護(hù)方便，動(dòng)作靈活，具有較大的實(shí)施價(jià)值。食指2、中指3、無(wú)名指4以及小拇指5結(jié)構(gòu)、尺寸相同，分別有4個(gè)指節(jié)、 4個(gè)關(guān)節(jié)、第一腕骨23以及第一指尖18。參照?qǐng)D12 圖14，所述的4個(gè)指節(jié)分 別是第一遠(yuǎn)指節(jié)19、第一中指節(jié)20、第一近指節(jié)21以及第一掌骨節(jié)22，是由各 個(gè)關(guān)節(jié)的鉸鏈活動(dòng)構(gòu)件所構(gòu)成，第一掌骨節(jié)22的結(jié)構(gòu)如圖17所示；4個(gè)關(guān)節(jié)分 別是第一彎曲關(guān)節(jié)I、第二彎曲關(guān)節(jié)II、第三彎曲關(guān)節(jié)m以及第一側(cè)擺關(guān)節(jié)iv， 其中彎曲關(guān)節(jié)和側(cè)擺關(guān)節(jié)的工作原理以及結(jié)構(gòu)組成前面已經(jīng)做了詳細(xì)的敘述；第 一彎曲關(guān)節(jié)I、第二彎曲關(guān)節(jié)II和第三彎曲關(guān)節(jié)III的軸線相互平行；第一側(cè)擺關(guān) 節(jié)IV豎直放置，其軸線與前面所述三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相互垂直；所述第一腕骨23上設(shè) 有手指裝配定位軸以及兩個(gè)與手掌固定聯(lián)接的安裝孔;所述的第一指尖18是第一 遠(yuǎn)指節(jié)19的一部分，是一個(gè)五維力傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)手指的抓持力。每個(gè)手 指具有4個(gè)自由度，第一遠(yuǎn)指節(jié)19、第一中指節(jié)20以及第一近指節(jié)21分別有一 個(gè)屈曲自由度，第一掌骨節(jié)22有一個(gè)側(cè)擺自由度。所述的食指2、中指3、無(wú)名 指4以及小拇指5的工作原理是參照?qǐng)D15 圖16，通過(guò)控制第一彎曲關(guān)節(jié)I、 第二彎曲關(guān)節(jié)II，第三彎曲關(guān)節(jié)III以及第一側(cè)擺關(guān)節(jié)IV中氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器7的 內(nèi)腔壓縮空氣的壓力，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)手指的彎曲和側(cè)擺。大拇指1具有4個(gè)指節(jié)、4個(gè)關(guān)節(jié)、第二腕骨28以及第二指尖29，結(jié)構(gòu)與其 他4指不同。參照?qǐng)D18 圖20，所述的4個(gè)指節(jié)分別是第二遠(yuǎn)指節(jié)24、第二中指 節(jié)25、第二近指節(jié)26以及第二掌骨節(jié)27，是由各個(gè)關(guān)節(jié)的鉸鏈活動(dòng)構(gòu)件所構(gòu)成； 所述4個(gè)關(guān)節(jié)分別是第四彎曲關(guān)節(jié)V、第五彎曲關(guān)節(jié)VI、第六彎曲關(guān)節(jié)VII以及 第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII，其中關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理這里不再贅述；第四彎曲關(guān)節(jié)V以及第 五彎曲關(guān)節(jié)VI的軸向相互平行，根據(jù)人手的結(jié)構(gòu)，第六彎曲關(guān)節(jié)VII的軸線與前 兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線呈20-45度(優(yōu)選為30度)夾角；第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII水平放置，其軸線與第六彎曲關(guān)節(jié)VII的軸線垂直；所述第二腕骨28上設(shè)有手指裝配 的定位放軸以及與手掌安裝固定孔；所述的第二指尖29是第二遠(yuǎn)指節(jié)24的一部 分，是一個(gè)五維力傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)手指的抓持力。大拇指1具有4個(gè)自由 度，第二遠(yuǎn)指節(jié)24、第二中指節(jié)25以及第二近指節(jié)26分別有一個(gè)屈曲自由度， 第二掌骨節(jié)27有一個(gè)側(cè)擺自由度。通過(guò)控制第四彎曲關(guān)節(jié)V、第五彎曲關(guān)節(jié)VI， 第六彎曲關(guān)節(jié)VII以及第二側(cè)擺關(guān)節(jié)VIII中氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)腔壓縮空氣的壓 力，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指節(jié)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大拇指l的彎曲和側(cè)擺，從而可以實(shí)現(xiàn)大拇指l與 其他四指的對(duì)捏和抓握。機(jī)器人多指靈巧手的手掌6包括手心31、手背32、 5個(gè)手指安裝座以及若干 緊固螺釘30。參照?qǐng)D21 圖23，所述的手心31、手背32是剛性板狀材料，上面 設(shè)有手指裝配固定孔；所述的手指安裝座包括大拇指安裝座33、食指安裝座34、 中指安裝座35、無(wú)名指安裝座36以及小拇指安裝座37，分別通過(guò)緊固螺釘30 與手心31、手背32固定聯(lián)接，加強(qiáng)手掌6的強(qiáng)度；所述5個(gè)手指安裝座上分別 設(shè)有手指安裝定位孔，與所述手指腕骨上的定位軸配合，從而對(duì)手指定位；所述 的食指安裝座34、中指安裝座35、無(wú)名指安裝座36以及小拇指安裝座37分別設(shè) 有兩個(gè)通孔，相應(yīng)手指?jìng)?cè)擺關(guān)節(jié)的氣管從孔引出；根據(jù)解剖學(xué)知識(shí)，人類手指的 掌骨節(jié)包于手掌內(nèi)，故本發(fā)明的所有手指的掌骨節(jié)也是設(shè)置在手掌內(nèi)。本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制測(cè)量系統(tǒng)包括氣泵、控制卡、工控機(jī)、五維力傳 感器以及計(jì)算機(jī)軟件，其中五維力傳感器是由合肥中科院機(jī)器人智能研究所根據(jù) 使用要求研制。
權(quán)利要求
1、一種基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手指和一個(gè)手掌，手掌內(nèi)部設(shè)有五個(gè)手指安裝座；五個(gè)手指分別是拇指、食指、中指、無(wú)名指以及小拇指，其中食指、中指、無(wú)名指以及小拇指結(jié)構(gòu)相同，分別有4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第一腕骨以及第一指尖，所述的4個(gè)關(guān)節(jié)包括三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和第一側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述的4個(gè)指節(jié)分別是第一遠(yuǎn)指節(jié)、第一中指節(jié)、第一近指節(jié)和第一掌骨節(jié)，第一遠(yuǎn)指節(jié)的上端與第一指尖連接，第一遠(yuǎn)指節(jié)的下端與第一彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第一彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一中指節(jié)的上端連接，所述第一中指節(jié)的下端與第二彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第二彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一近指節(jié)的上端連接，所述第一近指節(jié)的下端與第三彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第三彎曲關(guān)節(jié)的下端與第一掌骨節(jié)的上端連接，所述第一掌骨節(jié)的下端與第一側(cè)擺關(guān)節(jié)的上端連接，所述第一側(cè)擺關(guān)節(jié)的下端與第一腕骨的上端連接，所述第一腕骨安裝在手掌的手指安裝座上；所述大拇指包括4個(gè)關(guān)節(jié)、4個(gè)指節(jié)、第二腕骨以及第二指尖，所述的4個(gè)關(guān)節(jié)分別是三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)和第二側(cè)擺關(guān)節(jié)；所述的4個(gè)指節(jié)分別是第二遠(yuǎn)指節(jié)、第二中指節(jié)、第二近指節(jié)和第二掌骨節(jié)，第二遠(yuǎn)指節(jié)的上端與第二指尖連接，第二遠(yuǎn)指節(jié)的下端與第四彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第四彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二中指節(jié)的上端連接，所述第二中指節(jié)的下端與第五彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第五彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二近指節(jié)的上端連接，所述第二近指節(jié)的下端與第六彎曲關(guān)節(jié)的上端連接，所述第六彎曲關(guān)節(jié)的下端與第二掌骨節(jié)的上端連接，所述第二掌骨節(jié)的下端與第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的上端連接，所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的下端與第二腕骨的上端連接，所述第二腕骨安裝在手掌的手指安裝座上；其特征在于所述彎曲關(guān)節(jié)包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副以及兩個(gè)定位板，所述鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩側(cè)與兩個(gè)定位板固定連接，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的前后兩個(gè)端蓋與兩個(gè)定位板固定連接；所述氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器包括前后兩個(gè)端蓋、一個(gè)橡膠管以及一個(gè)管接頭，所述的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋上還設(shè)有一個(gè)與大氣相連接的通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著粗橡膠管的徑向螺旋密繞在粗橡膠管的內(nèi)壁中；所述側(cè)擺關(guān)節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)軸向可伸縮鉸鏈，所述的軸向可伸縮鉸鏈由兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)可伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述的活動(dòng)構(gòu)件與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器前后端蓋連接，所述兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸軸線；在所述食指、中指、無(wú)名指以及小拇指中，三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線平行，第一側(cè)擺關(guān)節(jié)豎直放置，第一側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸線和三個(gè)彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直；在所述大拇指中，第四彎曲關(guān)節(jié)和第五彎曲關(guān)節(jié)之間的軸線平行，第六彎曲關(guān)節(jié)的軸線與前兩個(gè)彎曲關(guān)節(jié)的軸線呈20～45度的夾角；所述第二側(cè)擺關(guān)節(jié)是水平放置，第二側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸線與第六彎曲關(guān)節(jié)軸線垂直。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于 所述的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副包括兩對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸，每對(duì)剛性板狀轉(zhuǎn) 動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)側(cè)兩端之間通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸連接，所述兩對(duì)剛性板狀構(gòu)件的外側(cè)兩 端與兩個(gè)定位板固定連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于 所述的軸向可伸縮鉸鏈包括兩個(gè)T型剛性連接件和一個(gè)銷軸，上T型剛性連接件 上端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的端蓋固定連接，上T型剛性連接件下端設(shè)有圓孔，所述圓孔上安裝銷軸，下T型剛性連接件的上端設(shè)有長(zhǎng)孔，所述銷軸穿過(guò)所述長(zhǎng)孔， 下T型剛性連接件的下端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的另一端蓋固定連接。
4、 如權(quán)利要求2所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于 所述的軸向可伸縮鉸鏈包括兩個(gè)T型剛性連接件和一個(gè)銷軸，上T型剛性連接件 上端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的端蓋固定連接，上T型剛性連接件下端設(shè)有圓孔，所述 圓孔上安裝銷軸，下T型剛性連接件的上端設(shè)有長(zhǎng)孔，所述銷軸穿過(guò)所述長(zhǎng)孔， 下T型剛性連接件的下端與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的另一端蓋固定連接。
5、 如權(quán)利要求l一4之一所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特 征在于在所述食指、中指、無(wú)名指以及小拇指中，所述彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副 與第一掌骨節(jié)的上端、第一遠(yuǎn)指節(jié)、第一中指節(jié)和第一近指節(jié)呈一體，所述側(cè)擺 關(guān)節(jié)的軸向可伸縮鉸鏈與第一掌骨節(jié)的下端、第一腕骨呈一體； 在所述大拇指中，所述彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二掌骨節(jié)的上端、第二遠(yuǎn)指節(jié)、 第二中指節(jié)和第二近指節(jié)呈一體，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)的軸向可伸縮鉸鏈與第二掌骨節(jié) 的下端、第二腕骨呈一體。
6、 如權(quán)利要求5所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于 所述前后端蓋上分別設(shè)有臺(tái)階軸，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器通過(guò)前后兩個(gè)端蓋上的臺(tái)階軸 安裝在兩個(gè)固定板的中間。
7、 如權(quán)利要求5所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于所述前后端蓋上分別設(shè)有臺(tái)階軸，T型剛性連接件上分別左右對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)定位 孔，所述定位孔和氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器前后端蓋上的定位臺(tái)階軸配合。
8、 如權(quán)利要求5所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于所述的手指安裝座包括大拇指安裝座、食指安裝座、中指安裝座、無(wú)名指安裝座以及小拇指安裝座，所述5個(gè)手指安裝座上分別設(shè)有與所述手指腕骨上的定位軸配合的手指安裝定位孔，所述的食指安裝座、中指安裝座、無(wú)名指安裝座以及小 拇指安裝座分別設(shè)有兩個(gè)通孔，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的管接頭與相應(yīng)手指?jìng)?cè)擺關(guān)節(jié)設(shè) 有氣管連通，所述氣管與通孔連通。
9、如權(quán)利要求8所述的基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，其特征在于 所述食指、中指、無(wú)名指以及小拇指四指之間的間距為10mm，并且相對(duì)于手掌 根部，中指比無(wú)名指高10mm，無(wú)名指比食指高5mm,食指比小拇指高20mm， 大拇指與食指的夾角可以為30-45°。
全文摘要
一種基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)器人多指靈巧手，包括五個(gè)手指和一個(gè)手掌，手掌內(nèi)部設(shè)有五個(gè)手指安裝座；五個(gè)手指分別是大拇指、食指、中指、無(wú)名指以及小拇指，彎曲關(guān)節(jié)包括氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副以及兩個(gè)定位板，所述鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩側(cè)與兩個(gè)定位板固定連接，氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的前后兩個(gè)端蓋與兩個(gè)定位板固定連接；側(cè)擺關(guān)節(jié)包括兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)軸向可伸縮鉸鏈，所述的軸向可伸縮鉸鏈由兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件通過(guò)腰槽結(jié)構(gòu)形成的一個(gè)可伸縮的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述的活動(dòng)構(gòu)件與氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器前后端蓋連接，所述兩個(gè)氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的軸線平行并垂直于鉸鏈銷軸軸線。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有很好的柔性、適用性好。
文檔編號(hào)B25J15/10GK101402200SQ20081012200
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者張立彬, 楊慶華, 王志恒, 錢少明, 鮑官軍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)