專利名稱：耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置
的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
仿生手裝置作為機(jī)器人的重要部分，近年來(lái)成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域研究的熱門(mén)和重 點(diǎn)。但是在目前的研究中，存在一些技術(shù)難點(diǎn)。如為了實(shí)現(xiàn)多自由度靈巧手，需要較多的電 機(jī)。但電機(jī)數(shù)量的增加不僅會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜，更會(huì)使得整個(gè)裝置機(jī)構(gòu)龐大，破壞其擬人 性。欠驅(qū)動(dòng)技術(shù)是能夠較好解決此矛盾的方案之一。通過(guò)利用欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以由較少的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)較多關(guān)節(jié)自由度，從而降低了對(duì)控制系統(tǒng)的要求。特別的，一類采用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng) 機(jī)構(gòu)的仿生手裝置應(yīng)運(yùn)而生。以該類裝置三關(guān)節(jié)的手指為例說(shuō)明欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)手指裝置的 工作方式電機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)手指(通常包括第一指段、第二指段和末端指段)類似于一個(gè)剛體 呈伸直狀態(tài)繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝恢付闻鲇|物體后受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，在電機(jī)的作用下第 二指段轉(zhuǎn)動(dòng)，直至第二指段碰觸物體后受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，末端指段轉(zhuǎn)動(dòng)，直至碰觸物體，實(shí) 現(xiàn)了三個(gè)指段先后按順序轉(zhuǎn)動(dòng)。該類仿生手裝置具有自動(dòng)適應(yīng)物體大小的特殊效果，適應(yīng) 抓取對(duì)象范圍廣，有利于抓取的穩(wěn)定。 —種欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置如美國(guó)發(fā)明專利US5762390A，屬于欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)裝置，采
用多套四連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力傳遞到多個(gè)關(guān)節(jié)處，具有自適應(yīng)性和抓取的穩(wěn)定性。 另一種欠驅(qū)動(dòng)擬人機(jī)器人多指手裝置，(中國(guó)發(fā)明專利CN 101214653A)，采用模
塊化帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同樣實(shí)現(xiàn)了欠驅(qū)動(dòng)彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應(yīng)性。 但是，該類欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)仿生手裝置具有一定的不足其手指在未碰觸物體前始
終呈伸直狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅與人手動(dòng)作有較大差異，缺乏擬人性，而且當(dāng)?shù)谝恢付谓佑|物體
后，在第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)到與物體接觸之前，物體有可能在第一指段的作用下被推開(kāi)，離開(kāi)手指
的抓取范圍；該類仿生手只能以握持方式抓取物體，而不能實(shí)現(xiàn)末端捏持；當(dāng)手指末端碰
觸物體時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的自然彎曲，從而較難將物體撥至手中抓牢；不能做到類似人手
的空手"握拳"的動(dòng)作等。 另一種在機(jī)器人領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的技術(shù)為耦合技術(shù)。通過(guò)采用耦合機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)器人 手指裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多指段多關(guān)節(jié)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)作過(guò)程類似人手握持時(shí)手指的自 然彎曲。仍以三關(guān)節(jié)機(jī)器人手指為例說(shuō)明耦合式手指裝置的工作方式當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)手指轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，不僅手指第一指段繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二指段在隨第一指段運(yùn)動(dòng)的同時(shí)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸 相對(duì)于第一指段轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者轉(zhuǎn)動(dòng)的角度有一個(gè)固定的比例關(guān)系，該比例關(guān)系由具體的耦合 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)決定，并始終保持不變，此即為耦合抓取模式。多關(guān)節(jié)的手指依然可以由較少的 驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)，故耦合式機(jī)器人手指繼承了欠驅(qū)動(dòng)式手指具有較少驅(qū)動(dòng)源，控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)， 而且克服了欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)手指裝置的一些缺點(diǎn)，其抓取動(dòng)作具有良好的擬人性，可以實(shí)現(xiàn) 捏持方式抓取，采用耦合式手指裝置的機(jī)器人手以做出握拳動(dòng)作，同時(shí)還可以避免欠驅(qū)動(dòng) 自適應(yīng)手指有可能將物體推開(kāi)的缺點(diǎn)。
5
已有的一種耦合式多關(guān)節(jié)機(jī)器人手裝置(日本發(fā)明專利JP2004-130405A)，包括 基座、第一指段、第二指段、第三指段、電機(jī)、第一齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第一帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、第二齒 輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。該裝置采用齒輪和帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)多個(gè)關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。 但是，耦合式手指裝置由于各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度比例保持不變，不具有欠驅(qū)動(dòng)自適 應(yīng)手指的自適應(yīng)抓取功能。各關(guān)節(jié)以固定角度比例轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，無(wú)法以恰好適應(yīng)物體表面大小 尺寸的握持方式抓取，不具備對(duì)物體的自動(dòng)適應(yīng)性，抓取效果不好，抓取不穩(wěn)定。
由上述情況可知，欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)式手指與耦合式手指機(jī)構(gòu)各具優(yōu)劣，如果能將 兩者結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將成為未來(lái)仿生手發(fā)展的趨勢(shì)。目前已有一種機(jī)器人手指裝置具 有耦合和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)的效果，但是為串聯(lián)式耦合加欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)手指(中國(guó)發(fā)明專利 CN101190528A)，該裝置屬于三關(guān)節(jié)手指，其中指節(jié)與指尖采用耦合傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了兩關(guān) 節(jié)的l : l角度的耦合運(yùn)動(dòng)，近指節(jié)和中指節(jié)采用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自適應(yīng) 抓取。但是該裝置的耦合抓取和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取是分離開(kāi)的，僅以手指上半部分實(shí)現(xiàn)耦 合抓取，以手指下半部分實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取，實(shí)為兩種抓取的簡(jiǎn)單合成，并沒(méi)有把兩種 抓取方式真正融合在一起。 綜上所述，如果能采用合為一體的耦合機(jī)構(gòu)與欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在同一抓 取過(guò)程中先后依次以耦合和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)的方式實(shí)施抓取，將真正結(jié)合兩種抓取方式的優(yōu) 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以得到功能強(qiáng)大、抓取范圍廣、抓取穩(wěn)定性好的實(shí)用型仿生手裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手
裝置。該裝置具有多個(gè)可以主動(dòng)驅(qū)動(dòng)和獨(dú)立控制的手指，具有耦合彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)功能，可以模擬 人手的各種動(dòng)作，同時(shí)具有多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取效果，抓取物體時(shí)可以真正抓牢物體， 抓取穩(wěn)定且范圍廣泛，還要保證良好的外觀的擬人化。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，包括拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指 和手掌；所說(shuō)的手掌包括手掌骨架、手掌電機(jī)、手掌關(guān)節(jié)軸、手掌減速器、手掌連接板；所說(shuō) 的手掌電機(jī)和手掌減速器與所說(shuō)的手掌骨架固接，手掌電機(jī)的輸出軸與手掌減速器的輸入 軸相連，手掌減速器的輸出軸與手掌關(guān)節(jié)軸相連，手掌關(guān)節(jié)軸套設(shè)在手掌骨架中，所說(shuō)的手 掌連接板套固在手掌關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的拇指包括拇指基座、拇指第一指段、拇指第二指段、 拇指近關(guān)節(jié)軸、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、拇指電機(jī)和拇指減速器；所說(shuō)的拇指電機(jī)與拇指基座固接， 拇指電機(jī)的輸出軸與所說(shuō)的拇指減速器的輸入軸相連，拇指減速器的輸出軸與所說(shuō)的拇 指近關(guān)節(jié)軸相連，拇指近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在拇指基座中，所說(shuō)的拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所說(shuō)的拇 指第一指段中；拇指第一指段套接在拇指近關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō)的拇指第二指段套接在拇指遠(yuǎn) 關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸和拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行；所說(shuō)的食指包括食指基 座、食指第一指段、食指第二指段、食指末端指段、食指近關(guān)節(jié)軸、食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、食指減速 器和食指電機(jī)；所說(shuō)的食指電機(jī)與食指基座固接，食指電機(jī)的輸出軸與所說(shuō)的食指減速器 的輸入軸相連，食指減速器的輸出軸與所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸相連，食指近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在食 指基座中，所說(shuō)的食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所說(shuō)的食指第二指段中，所說(shuō)的食指第一指段套接在食指近關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō)的食指末端指段套接在食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；
其特征在于 所說(shuō)的拇指還包括拇指第一連桿、拇指第一軸、拇指第二連桿、拇指第二軸、拇指第三連桿、拇指第三軸、拇指第四連桿、拇指第一簧件和拇指第二簧件； 所說(shuō)的拇指第一連桿的一端套固在拇指近關(guān)節(jié)軸上，拇指第一連桿的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第一軸與所說(shuō)的拇指第二連桿一端鉸接，拇指第二連桿的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第二軸與拇指第二指段鉸接；所說(shuō)的拇指第三連桿的一端套接在拇指近關(guān)節(jié)軸上，拇指第三連桿的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第三軸與所說(shuō)的拇指第四連桿的一端鉸接，拇指第四連桿的另一端套接在拇指第二軸上；所說(shuō)的拇指第一簧件的兩端分別連接拇指第一連桿和拇指第一指段，所說(shuō)的拇指第二簧件的兩端分別連接拇指第三連桿和拇指基座；所說(shuō)的拇指第一軸、拇指第二軸、拇指第三軸和拇指近關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行； 所說(shuō)的食指還包括食指第一中關(guān)節(jié)軸和食指第二中關(guān)節(jié)軸；所說(shuō)的食指第一中關(guān)節(jié)軸和食指第二中關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所說(shuō)的食指第一指段中，食指第二指段套接在食指第一中關(guān)節(jié)軸和食指第二中關(guān)節(jié)軸上，所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸、食指第一中關(guān)節(jié)軸、食指第二中關(guān)節(jié)軸和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行；食指第一中關(guān)節(jié)軸和食指第二中關(guān)節(jié)軸同軸線；
所說(shuō)的食指還包括食指第一連桿、食指第一軸、食指第二連桿、食指第二軸、食指第三連桿、食指第三軸、食指第四連桿、食指第五連桿、食指第六連桿、食指第四軸、食指第七連桿、食指第五軸、食指第八連桿、食指第一簧件、食指第二簧件、食指第三簧件和食指第四簧件； 所說(shuō)的食指第一連桿的一端套固在食指近關(guān)節(jié)軸上，食指第一連桿的另一端通過(guò)
所說(shuō)的食指第一軸與所說(shuō)的食指第二連桿一端鉸接，食指第二連桿的另一端通過(guò)所說(shuō)的食
指第二軸與所說(shuō)的食指第五連桿的一端鉸接，食指第五連桿的另一端套接在所說(shuō)的食指第
二中關(guān)節(jié)軸上；所說(shuō)的食指第三連桿的一端套接在食指近關(guān)節(jié)軸上，食指第三連桿的另一
端通過(guò)所說(shuō)的食指第三軸與所說(shuō)的食指第四連桿的一端鉸接，食指第四連桿的另一端套接
在食指第二軸上；所說(shuō)的食指第六連桿的一端套接在食指第二軸上，食指第六連桿的另一
端通過(guò)所說(shuō)的食指第四軸與食指末端指段鉸接；所說(shuō)的食指第七連桿的一端套接在所說(shuō)的
食指第一中關(guān)節(jié)軸上，食指第七連桿的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第五軸與食指第八連桿的一
端鉸接，食指第八連桿的另一端套接在食指第四軸上；所說(shuō)的食指第一簧件的兩端分別連
接食指第一連桿和食指第一指段，所說(shuō)的食指第二簧件的兩端分別連接食指第三連桿和食
指基座，所說(shuō)的食指第三簧件的兩端分別連接食指第五連桿和食指第二指段，所說(shuō)的食指
第四簧件的食指兩端分別連接食指第七連桿和食指第一指段；所說(shuō)的食指第一軸、食指第
二軸、食指第三軸、食指第四軸、食指第五軸和食指近關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行； 所說(shuō)的拇指通過(guò)拇指基座與手掌連接板固接；所說(shuō)的食指通過(guò)食指基座與手掌骨
架固接；所說(shuō)的中指、無(wú)名指和小指分別與手掌骨架固接，連接方式同食指一致；所說(shuō)的中
指、無(wú)名指、小指與食指結(jié)構(gòu)相同，僅尺寸大小不同。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、拇指第一軸、拇指第二軸和拇指第三軸符合如下關(guān)系設(shè)拇指近關(guān)節(jié)軸的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為Pi平面，拇指第一軸的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為P2平面；則拇指第一軸的軸線和拇指第三軸的軸線在Pi平面的兩側(cè)，拇指第二軸的軸線和拇指第三軸的軸線在P2平面的兩側(cè)。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸、
食指第一中關(guān)節(jié)軸、食指第一軸、食指第二軸、食指第三軸、食指第四軸、食指第五軸和食指
遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸符合如下關(guān)系設(shè)食指近關(guān)節(jié)軸的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為P3
平面，食指第一軸的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為P4平面，食指第一中關(guān)節(jié)
軸的軸線與食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為P5平面，食指第二軸的軸線與食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的
軸線所在平面為P6平面；則食指第一軸的軸線和食指第三軸的軸線在P3平面的兩側(cè)，食指
第二軸的軸線和食指第三軸的軸線在P4平面的兩側(cè)，食指第二軸的軸線和食指第五軸的軸
線在P5平面的兩側(cè)，食指第四軸的軸線和食指第五軸的軸線在P6平面的兩側(cè)。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指第一簧件、
拇指第二簧件、食指第一簧件、食指第二簧件、食指第三簧件和食指第四簧件采用扭簧、拉
簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指第二簧件 的彈力限制作用強(qiáng)于拇指第一簧件的彈力限制作用；所說(shuō)的食指第二簧件的彈力限制作用 強(qiáng)于食指第一簧件的彈力限制作用；所說(shuō)的食指第四簧件的彈力限制作用強(qiáng)于食指第三簧 件的彈力限制作用。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的拇指減速器 與拇指近關(guān)節(jié)軸之間設(shè)有拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，拇指減速器的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)與 拇指近關(guān)節(jié)軸相連。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的食指減速器 與食指近關(guān)節(jié)軸之間設(shè)有食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，食指減速器的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)與 食指近關(guān)節(jié)軸相連。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的手掌減速器 與手掌關(guān)節(jié)軸之間設(shè)有手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，手掌減速器的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與手 掌關(guān)節(jié)軸相連。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的拇指電機(jī)上 設(shè)有拇指編碼器；在所說(shuō)的食指電機(jī)上設(shè)有食指編碼器；在所說(shuō)的手掌電機(jī)上設(shè)有手掌編 碼器。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果 該裝置具有的5個(gè)獨(dú)立控制的手指和15個(gè)關(guān)節(jié)自由度，僅由6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 了高度模仿人手的外觀和抓取動(dòng)作，適用于擬人機(jī)器人。該裝置的食指、中指、無(wú)名指和小 指結(jié)構(gòu)相同，該模塊化設(shè)計(jì)使得零件通用性強(qiáng)和制造維修成本低。各手指均利用連桿和簧 件構(gòu)成一體的耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，綜合實(shí)現(xiàn)了耦合與欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過(guò)程 融合于一體的特殊效果。抓取過(guò)程中，碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)，在碰觸物體后可以采 用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)抓取物體，自動(dòng)適應(yīng)物體大小和形狀。該裝置出力大，抓取動(dòng)作穩(wěn) 定，抓取對(duì)象范圍廣，對(duì)控制系統(tǒng)要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合長(zhǎng)期使用。


圖1是本發(fā)明提供的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置的一種實(shí)施例正面階梯剖視
8圖，此時(shí)拇指位于手掌側(cè)面。 圖2是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖，此時(shí)拇指位于手掌的側(cè)面。
圖3是該實(shí)施例的俯視外觀圖，此時(shí)拇指位于手掌的側(cè)面。
圖4是該實(shí)施例的側(cè)面外觀圖，此時(shí)拇指位于手掌的正對(duì)面。
圖5是該實(shí)施例的俯視外觀圖，此時(shí)拇指位于手掌的正對(duì)面。
圖6是該實(shí)施例的拇指的正面外觀圖。
圖7是該實(shí)施例的拇指的左側(cè)視圖。
圖8是該實(shí)施例的拇指的立體外觀圖。 圖9是該實(shí)施例拇指的拇指近關(guān)節(jié)軸24、拇指第三連桿212和拇指第二簧件216的位置關(guān)系圖。 圖10是該實(shí)施例的拇指的左側(cè)面剖視圖。
圖11是該實(shí)施例的拇指的右側(cè)面剖視圖。 圖12是該實(shí)施例的拇指的正視圖(未畫(huà)出拇指基座底板和拇指第一指段底板)。
圖13是該實(shí)施例的拇指的爆炸視圖。
圖14是該實(shí)施例的食指的正面外觀圖。
圖15是該實(shí)施例的食指的左側(cè)視圖。
圖16是該實(shí)施例的食指的立體外觀圖。 圖17是該實(shí)施例食指的食指近關(guān)節(jié)軸35、食指第三連桿15和食指第二簧件25的位置關(guān)系圖。 圖18是該實(shí)施例食指的食指第一中關(guān)節(jié)軸36、食指第七連桿321和食指第四簧件327的位置關(guān)系圖。 圖19是該實(shí)施例的食指的左側(cè)面剖視圖。
圖20是該實(shí)施例的食指的右側(cè)面剖視圖。 圖21是該實(shí)施例的食指的正視圖(未畫(huà)出食指基座底板、食指第一指段底板和食指第二指段底板) 圖22是該實(shí)施例的食指的爆炸視圖。 圖23、圖24、圖25、圖26和圖27是該實(shí)施例的拇指以兩個(gè)指段完全握持方式抓取物體過(guò)程示意圖(拇指第一指段22和拇指第二指段23分別繞拇指近關(guān)節(jié)軸24、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的軸線轉(zhuǎn)動(dòng))。 圖28是該實(shí)施例的拇指以兩個(gè)指段捏持方式抓取物體的示意圖。 圖29是該實(shí)施例的拇指以拇指第二指段23碰觸物體的示意圖。 圖30是該實(shí)施例的拇指以耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置做出"握拳"動(dòng)作示意圖。 圖31、圖32、圖33、圖34、圖35、圖36和圖37是該實(shí)施例的食指以三個(gè)指段完全
握持方式抓取物體過(guò)程示意圖(食指第一指段32、食指第二指段33和食指末端指段34分
別繞食指近關(guān)節(jié)軸35、食指第一中關(guān)節(jié)軸36和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38軸線轉(zhuǎn)動(dòng))。 圖38、圖39、圖40和圖41是該實(shí)施例的食指以食指第二指段33和食指末端指段
34握持方式抓取物體過(guò)程示意圖(食指第二指段33和食指末端指段34分別依次繞食指第
一中關(guān)節(jié)軸36、食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸軸線38轉(zhuǎn)動(dòng))。 圖42是該實(shí)施例的食指以食指第二指段33和食指末端指段34捏持方式抓取物
9體示意圖。 圖43是該實(shí)施例的食指三個(gè)指段以耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)至極限位置做出"握拳"動(dòng)作示 意圖。 圖44是該實(shí)施例的食指以食指末端指段34碰觸物體的示意圖。 圖45、圖46、圖47和圖48是該實(shí)施例手指以耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)作出各種人手的動(dòng)作
的示意圖。 圖49是該實(shí)施例抓取圓柱狀物體的側(cè)面外觀示意圖。
圖50是該實(shí)施例抓取圓柱狀物體的正面外觀示意圖。
圖51是該實(shí)施例抓取圓柱狀物體的等軸測(cè)外觀示意圖。在圖1至圖51中l(wèi)-手掌骨架，11-手掌電機(jī)，12-手掌關(guān)節(jié)軸，13-手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，14-手掌扭簧，15-手掌減速器，16-手掌編碼器17-手掌連接板，2_拇指，21-拇指基座，22-拇指第一指段，23-拇指第二指段，24-拇指近關(guān)節(jié)軸，25-拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，26-拇指減速器，27-拇指電機(jī)，28-拇指第一連桿，29-拇指第一軸，210-拇指第二連桿，211--拇指第二軸，212.-拇指第三連桿，213-拇指第三軸，214--拇指第四連桿，215.-拇指第一簧件，216-拇指第二簧件，217--拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，218.-拇指編碼器，3_食指，31-食指基座，32-食指第一指段，33-食指第二指段，34-食指末端指段，35-食指近關(guān)節(jié)軸，36-食指第一中關(guān)節(jié)軸，37-食指第二中關(guān)節(jié)軸，38--食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，39-食指減速器，310--食指電機(jī)，311-食指第一連桿，312-食指第一軸，313--食指第二連桿，314.-食指第二軸，315-食指第三連桿，316--食指第三軸，317.-食指第四連桿，318-食指第五連桿，319--食指第六連桿，320-食指第四軸，321-食指第七連桿，322--食指第五軸，323-食指第八連桿，324-食指第一簧件，325--食指第二簧件，326.-食指第三簧件，327-食指第四簧件，328--食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，329-食指編碼器，4_中指，5_無(wú)名指，6- /J、指。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置的一種實(shí)施例，如圖1、圖2、圖3、圖 4、圖5、圖45、圖46、圖47、圖48、圖49、圖50和圖51所示，該仿生手裝置包括拇指2、食指 3、中指4、無(wú)名指5、小指6和手掌。
10
所說(shuō)的手掌包括手掌骨架1、手掌電機(jī)11、手掌關(guān)節(jié)軸12、手掌減速器15、手掌連
接板17 ;所說(shuō)的手掌電機(jī)11和手掌減速器15與所說(shuō)的手掌骨架1固接，手掌電機(jī)11的輸
出軸與手掌減速器15的輸入軸相連，手掌減速器15的輸出軸與手掌關(guān)節(jié)軸12相連，手掌
關(guān)節(jié)軸12套設(shè)在手掌骨架1中，所說(shuō)的手掌連接板17套固在手掌關(guān)節(jié)軸上12。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，在所說(shuō)的手掌減速器15與手掌關(guān)
節(jié)軸12之間設(shè)有手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13，手掌減速器15的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13與
手掌關(guān)節(jié)軸12相連。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本實(shí)施例中，在所說(shuō)的手掌電機(jī)11上設(shè)有手掌編碼器16。 本實(shí)施例還包括手掌扭簧14，所說(shuō)的手掌扭簧14的一端連接手掌關(guān)節(jié)軸12，另一端連接手掌骨架l。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的拇指2，如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13所
示，包括基拇指座21、拇指第一指段22、拇指第二指段23、拇指近關(guān)節(jié)軸24、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25、拇指減速器26和拇指電機(jī)27 ;所說(shuō)的拇指電機(jī)27與拇指基座21固接，拇指電機(jī)27的輸出軸與所說(shuō)的拇指減速器26的輸入軸相連，拇指減速器26的輸出軸與所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸24相連，拇指近關(guān)節(jié)軸24套設(shè)在基座21中，所說(shuō)的拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25套設(shè)在所說(shuō)的拇指第一指段22中；拇指第一指段22套接在拇指近關(guān)節(jié)軸24上，所說(shuō)的拇指第二指段23套接在拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25上；所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸24和拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的軸線相互平行；
所說(shuō)的拇指2還包括拇指第一連桿28、拇指第一軸29、拇指第二連桿210、拇指第二軸211、拇指第三連桿212、拇指第三軸213、拇指第四連桿214、拇指第一簧件215和拇指第二簧件216 ;所說(shuō)的拇指第一連桿28的一端套固在拇指近關(guān)節(jié)軸24上，拇指第一連桿28的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第一軸29與所說(shuō)的拇指第二連桿210 —端鉸接，拇指第二連桿210的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第二軸211與拇指第二指段23鉸接；所說(shuō)的拇指第三連桿212的一端套接在拇指近關(guān)節(jié)軸24上，拇指第三連桿212的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第三軸213與所說(shuō)的拇指第四連桿214的一端鉸接，拇指第四連桿214的另一端套接在拇指第二軸211上；所說(shuō)的拇指第一簧件215的兩端分別連接拇指第一連桿28和拇指第一指段22，所說(shuō)的拇指第二簧件216的兩端分別連接拇指第三連桿212和拇指基座21 ;所說(shuō)的拇指第一軸29、拇指第二軸211、拇指第三軸213和拇指近關(guān)節(jié)軸24的軸線相互平行；
本實(shí)施例中，所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸24、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25、拇指第一軸29、拇指第二軸211和拇指第三軸213符合如下關(guān)系設(shè)拇指近關(guān)節(jié)軸24的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的軸線所在平面為Pi平面，拇指第一軸29的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的軸線所在平面為P2平面；則拇指第一軸29的軸線和拇指第三軸213的軸線在P工平面的兩側(cè)，拇指第二軸211的軸線和拇指第三軸213的軸線在P2平面的兩側(cè)。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，所說(shuō)的拇指第一簧件215和拇指第
二簧件216采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的拇指第一簧件215和拇指第二簧件216采用扭簧。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，在所說(shuō)的拇指減速器26與拇指近
關(guān)節(jié)軸24之間設(shè)有拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)217，拇指減速器26的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)
217與拇指近關(guān)節(jié)軸24相連。
本實(shí)施例中，所說(shuō)的拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)217采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本實(shí)施例中，在所說(shuō)的拇指電機(jī)27上設(shè)有拇指編碼器218。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的食指3的結(jié)構(gòu)如圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21和圖22所示，包括食指基座31 、食指第一指段32、食指第二指段33、食指末端指段34、食指近關(guān)節(jié)軸35、食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38、食指減速器39和食指電機(jī)310 ;所說(shuō)的食指電機(jī)310與食指基座31固接，食指電機(jī)310的輸出軸與所說(shuō)的食指減速器39的輸入軸相連，食指減速器39的輸出軸與所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸35相連，食指近關(guān)節(jié)軸35套設(shè)在食指基座31中，所說(shuō)的食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38套設(shè)在所說(shuō)的食指第二指段33中，所說(shuō)的食指第一指段32套接在食指近關(guān)節(jié)軸35上，所說(shuō)的食指末端指段3套接在食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38上；
所說(shuō)的食指3還包括食指第一中關(guān)節(jié)軸36和食指第二中關(guān)節(jié)軸37 ;所說(shuō)的食指第一中關(guān)節(jié)軸36和食指第二中關(guān)節(jié)軸37套設(shè)在所說(shuō)的食指第一指段32中，食指第二指段33套接在食指第一中關(guān)節(jié)軸36和食指第二中關(guān)節(jié)軸37上，所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸35、食指第一中關(guān)節(jié)軸36、食指第二中關(guān)節(jié)軸37和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38的軸線相互平行；食指第一中關(guān)節(jié)軸36和食指第二中關(guān)節(jié)軸37同軸線； 所說(shuō)的食指3還包括食指第一連桿311、食指第一軸312、食指第二連桿313、食指第二軸314、食指第三連桿315、食指第三軸316、食指第四連桿317、食指第五連桿318、食指第六連桿319、食指第四軸320、食指第七連桿321、食指第五軸322、食指第八連桿323、食指第一簧件324、食指第二簧件325、食指第三簧件326和食指第四簧件327 ;所說(shuō)的食指第一連桿311的一端套固在食指近關(guān)節(jié)軸35上，食指第一連桿311的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第一軸312與所說(shuō)的食指第二連桿313 —端鉸接，食指第二連桿313的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第二軸314與所說(shuō)的食指第五連桿318的一端鉸接，食指第五連桿318的另一端套接在所說(shuō)的食指第二中關(guān)節(jié)軸37上；所說(shuō)的食指第三連桿315的一端套接在食指近關(guān)節(jié)軸35上，食指第三連桿315的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第三軸316與所說(shuō)的食指第四連桿317的一端鉸接，食指第四連桿317的另一端套接在食指第二軸314上；所說(shuō)的食指第六連桿319的一端套接在食指第二軸314上，食指第六連桿319的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第四軸320與食指末端指段34鉸接；所說(shuō)的食指第七連桿321的一端套接在所說(shuō)的食指第一中關(guān)節(jié)軸36上，食指第七連桿321的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第五軸322與食指第八連桿323的一端鉸接，食指第八連桿323的另一端套接在食指第四軸20上；所說(shuō)的食指第一簧件324的兩端分別連接食指第一連桿311和食指第一指段32，所說(shuō)的食指第二簧件325的兩端分別連接食指第三連桿315和食指基座31，所說(shuō)的食指第三簧件326的兩端分別連接食指第五連桿318和食指第二指段33，所說(shuō)的食指第四簧件327的食指兩端分別連接食指第七連桿321和食指第一指段32 ;所說(shuō)的食指第一軸312、食指第二軸314、食指第三軸316、食指第四軸320、食指第五軸322和食指近關(guān)節(jié)軸35的軸線相互平行； 本實(shí)施例中，所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸35、食指第一中關(guān)節(jié)軸36、食指第一軸312、食指第二軸314、食指第三軸316、食指第四軸320、食指第五軸322和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38符合如下關(guān)系設(shè)食指近關(guān)節(jié)軸35的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸36的軸線所在平面為&平面，食指第一軸312的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸36的軸線所在平面為P4平面，食指第一中關(guān)節(jié)軸36的軸線與食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38的軸線所在平面為P5平面，食指第二軸314的軸線與食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38的軸線所在平面為P6平面；則食指第一軸312的軸線和食指第三軸316的軸線在P3平面的兩側(cè)，食指第二軸314的軸線和食指第三軸316的軸線在P4平面的兩側(cè)，食 指第二軸314的軸線和食指第五軸322的軸線在P5平面的兩側(cè)，食指第四軸320的軸線和 食指第五軸322的軸線在P6平面的兩側(cè)。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，所說(shuō)的食指第一簧件324、食指第二 簧件325、食指第三簧件326和食指第四簧件327采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或 彈性繩。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的食指第一簧件324、食指第二簧件325、食指第三簧件326和是 第四簧件327采用扭簧。 本發(fā)明所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，在所說(shuō)的食指減速器39與食指近 關(guān)節(jié)軸35之間設(shè)有食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)328，食指減速器39的輸出軸通過(guò)所說(shuō)的食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 328與食指近關(guān)節(jié)軸35相連。本實(shí)施例中，所說(shuō)的食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)328采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本實(shí)施例中，在所說(shuō)的食指電機(jī)310上設(shè)有食指編碼器329。 本實(shí)施例中，所說(shuō)的拇指2通過(guò)拇指基座21與手掌連接板17固接；所說(shuō)的食指3
通過(guò)食指基座31與手掌骨架1固接；所說(shuō)的中指4、無(wú)名指5和小指6分別與手掌骨架1固
接，連接方式同食指一致；所說(shuō)的拇指2、食指3、中指4、無(wú)名指5和小指6與手掌之間的相
對(duì)位置模仿人手各手指和手掌的相對(duì)位置；所說(shuō)的中指4、無(wú)名指5、小指6與食指3結(jié)構(gòu)相
同，僅尺寸大小不同。 下面介紹本實(shí)施例的工作原理。 (a)手掌關(guān)節(jié)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)的工作原理，如圖2、圖3、圖4、圖5，敘述如下
手掌電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)手掌減速器15轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)13使手掌關(guān)節(jié)軸 12轉(zhuǎn)動(dòng)，于是帶動(dòng)手掌連接板17轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指2隨著手掌連接板17整體繞著手掌關(guān)節(jié)軸12 的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了拇指2在手掌1側(cè)面和正對(duì)面的反復(fù)側(cè)向擺動(dòng)。當(dāng)需要抓取物體時(shí)，先 將拇指2擺動(dòng)到手掌1正對(duì)面，如圖4和圖5所示。不需要抓取物體時(shí)，將拇指2擺動(dòng)到手 掌1側(cè)面，如圖2、圖3所示拇指位置。 (b)拇指2的工作原理，如圖23、圖24、圖25、圖26、圖27、圖28、圖29、圖30，敘述
如下 拇指2的初始狀態(tài)如圖23所示，類似人的手指伸直狀態(tài)。 當(dāng)拇指2抓取物體時(shí)，拇指電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)拇指減速器26、拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)217帶 動(dòng)拇指近關(guān)節(jié)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指近關(guān)節(jié)軸24帶動(dòng)與之固接的拇指第一連桿28轉(zhuǎn)動(dòng)；由于拇 指第一簧件215的彈力限制作用，拇指第一連桿28通過(guò)拇指第一簧件215帶動(dòng)拇指第一指 段22繞拇指近關(guān)節(jié)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)；拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25套接在拇指第一指段22中，帶動(dòng)拇指第二 指段23跟隨拇指第一指段22—起運(yùn)動(dòng)；由于拇指第二簧件216的彈力限制作用，拇指第三 連桿212不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其位置相對(duì)于拇指基座21固定不變，但由于拇指第二軸211跟隨拇 指第二指段23相對(duì)于拇指近關(guān)節(jié)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)，拇指第四連桿214相對(duì)于拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的 位置改變，從而拇指第四連桿214推動(dòng)拇指第二指段23在拇指第一指段22繞拇指近關(guān)節(jié) 軸24轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)繞拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25相對(duì)于拇指第一指段22轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)拇指第一簧件215 產(chǎn)生變形，但由于拇指第二簧件216的彈力限制作用強(qiáng)于拇指第一簧件215，故拇指第二簧 件216仍不發(fā)生變形，此即為手指兩個(gè)指段采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，如圖24所示。通過(guò)
13、拇指第二連桿210、拇指第三連桿212、拇指第四連桿214的長(zhǎng)度，以
及拇指第二軸211與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的軸線的距離，可以獲得不同的耦合效果，即耦合轉(zhuǎn)
動(dòng)時(shí)拇指第一指段22繞拇指近關(guān)節(jié)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與拇指第二指段23繞拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸
25相對(duì)于拇指第一指端22轉(zhuǎn)動(dòng)的角度的不同比例。此時(shí)會(huì)遇到以下四種情況 (bl)拇指第二指段23碰到物體，拇指第二指段23受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，并依次通過(guò)拇
指第二軸211、拇指第二連桿210、拇指第一軸29和拇指第一連桿28限制拇指近關(guān)節(jié)軸24
轉(zhuǎn)動(dòng)，抓取結(jié)束，如圖29所示。 (b2)各指段均不與物體接觸，以耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置，相當(dāng)于做出"握拳"動(dòng)作，如圖30所示。 (b3)拇指第一指段22和拇指第二指段23同時(shí)碰到物體，拇指第一指段22和拇指第二指段23均受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，以兩個(gè)指段捏持方式抓取物體，抓取結(jié)束，如圖28所示。
(b4)拇指第一指段22碰到物體，如圖25所示，拇指第一指段22受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拇指第一連桿28在拇指近關(guān)節(jié)軸24的帶動(dòng)下克服拇指第一簧件215的變形彈力繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過(guò)拇指第一軸29、拇指第二連桿210和拇指第二軸211推動(dòng)拇指第二指段23繞拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)拇指第二軸211通過(guò)拇指第四連桿214和拇指第三軸213拉動(dòng)拇指第三連桿212克服拇指第二簧件216的變形彈力繞拇指近關(guān)節(jié)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)，此即為手指采用欠驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，如圖26所示；直到拇指第二指段23碰到物體，拇指第一指段22和拇指第二指段23均受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，抓取結(jié)束，如圖27所示。
當(dāng)放開(kāi)物體時(shí)，拇指電機(jī)27反轉(zhuǎn)，通過(guò)拇指減速器26、拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)217帶動(dòng)拇指近關(guān)節(jié)軸24反轉(zhuǎn)，拇指第一連桿28在拇指近關(guān)節(jié)軸24帶動(dòng)下反轉(zhuǎn)，拇指第一連桿28依次通過(guò)拇指第一軸29、拇指第二連桿210和拇指第二軸211拉動(dòng)拇指第二指段23繞拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25反轉(zhuǎn)，同時(shí)拇指第二軸211通過(guò)拇指第四連桿214和拇指第三軸213推動(dòng)拇指第三連桿212反轉(zhuǎn)，此時(shí)拇指第一簧件215和拇指第二簧件216的變形逐漸較小，直到拇指第二簧件216完全恢復(fù)到未變形狀態(tài)，如圖25所示；拇指第一連桿28繼續(xù)反轉(zhuǎn)，通過(guò)拇指第一軸29、拇指第二連桿210和拇指第二軸211拉動(dòng)拇指第二指段23繼續(xù)繞拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25反轉(zhuǎn)，由于拇指第二簧件216的彈力限制作用，拇指第三連桿212不再轉(zhuǎn)動(dòng)，故拇指第四連桿214相對(duì)于拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25的位置改變，拇指第四連桿214通過(guò)拇指第二軸211、拇指第二指段23和拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸25拉動(dòng)拇指第一指段22繞拇指近關(guān)節(jié)軸24反轉(zhuǎn)，直到拇指第一指段22與拇指第三指段23同時(shí)反轉(zhuǎn)到初始的手指伸直狀態(tài)，在拇指基座1和拇指第一指段2后背上方均有凸臺(tái)，此凸臺(tái)將限制手指反轉(zhuǎn)時(shí)超過(guò)其初始伸直位置，起到限位作用，反轉(zhuǎn)結(jié)束，如圖23所示。 (c)食指3、中指4、無(wú)名指5、小指6結(jié)構(gòu)和工作原理相同，所不同的僅是尺寸大小，以食指3為例，其工作原理，如圖31、圖32、圖33、圖34、圖35、圖36、圖37、圖38、圖39、圖40、圖41、圖42、圖43和圖44，敘述如下: 食指3的初始狀態(tài)如圖31所示，類似人的手指伸直狀態(tài)。 當(dāng)食指3抓取物體時(shí)，食指電機(jī)310轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)食指減速器39、食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)328帶動(dòng)食指近關(guān)節(jié)軸35轉(zhuǎn)動(dòng)，食指近關(guān)節(jié)軸35帶動(dòng)與之固接的食指第一連桿311轉(zhuǎn)動(dòng)；由于食指第一簧件324的彈力限制作用，食指第一連桿311通過(guò)食指第一簧件324帶動(dòng)食指第一指段32繞食指近關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)；食指第二指段33和食指末端指段34隨食指第一指段
1432運(yùn)動(dòng)；由于食指第二簧件325的彈力限制作用，食指第三連桿315不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其位置相對(duì)于食指基座31固定不變，但由于食指第二軸314隨食指第二連桿313相對(duì)于食指近關(guān)節(jié)軸35移動(dòng)，食指第四連桿317相對(duì)于食指第二中關(guān)節(jié)軸37的位置改變，從而食指第四連桿317推動(dòng)食指第五連桿318繞食指第二中關(guān)節(jié)軸37轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第一簧件324發(fā)生變形，食指第二簧件325不發(fā)生變形；由于食指第三簧件326的彈力限制作用，食指第五連桿318通過(guò)食指第三簧件326帶動(dòng)食指第二指段33繞食指第二中關(guān)節(jié)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)；由于食指第四簧件327的彈力限制作用，食指第七連桿321不發(fā)生繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36轉(zhuǎn)動(dòng)，其位置相對(duì)于食指第一指段32固定不變，但食指第四軸320隨食指第六連桿319相對(duì)于食指第一中關(guān)節(jié)軸36移動(dòng)，食指第八連桿323相對(duì)于食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸8的位置改變，從而食指第八連桿323推動(dòng)食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第一簧件324和食指第三簧件326發(fā)生變形，食指第二簧件325和食指第四簧件327不發(fā)生變形，此為手指三個(gè)指段采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，即食指第一指段32繞食指近關(guān)節(jié)軸35相對(duì)于食指基座31轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)食指第二指段33繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36(或食指第二中關(guān)節(jié)軸37)相對(duì)于食指第一指段32轉(zhuǎn)動(dòng)，食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38相對(duì)于食指第二指段33轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖32所示。之后會(huì)遇到以下五種情況 (cl)食指末端指段34碰到物體，食指末端指段34受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，并依次通過(guò)食指第四軸320、食指第六連桿319、食指第二軸314、食指第二連桿313、食指第一軸312和食指第一連桿311限制食指近關(guān)節(jié)軸35轉(zhuǎn)動(dòng)，抓取結(jié)束，如圖44所示。 (c2)各指段均不與物體接觸，依照前述耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置，相當(dāng)于做出"握拳"動(dòng)作，如圖43所示。 (c3)食指第二指段33和食指末端指段34同時(shí)碰到物體，食指第二指段33和食指末端指段34均受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)指段以捏持方式抓取物體，抓取結(jié)束，如圖42所示。
(c4)食指第二指段33碰到物體，如圖40所示，食指第二指段33受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，此時(shí)食指第一連桿311在食指近關(guān)節(jié)軸35的帶動(dòng)下克服食指第一簧件324的變形彈力繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過(guò)食指第一軸312、食指第二連桿313和食指第二軸314推動(dòng)食指第五連桿318克服食指第三簧件326的變形彈力繞食指第二中關(guān)節(jié)軸37轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第二軸314通過(guò)食指第四連桿317和食指第三軸316拉動(dòng)食指第三連桿315繞食指近關(guān)節(jié)軸35轉(zhuǎn)動(dòng)，食指第二簧件325發(fā)生變形；食指第五連桿318通過(guò)食指第二軸314、食指第六連桿319和食指第四軸320推動(dòng)食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第四軸320通過(guò)食指第八連桿323和食指第五軸322拉動(dòng)食指第七連桿321繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36轉(zhuǎn)動(dòng)，食指第四簧件327發(fā)生變形，此即為食指末端指段34采用欠驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，直到食指末端指段34碰到物體，食指第二指段33和食指末端指段34均受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，抓取結(jié)束，如圖41所示。 (c5)食指第一指段32碰到物體，如圖33所示，食指第一指段32受限制無(wú)法運(yùn)動(dòng)，此時(shí)食指第一連桿311在食指近關(guān)節(jié)軸35的帶動(dòng)下克服食指第一簧件324的變形彈力繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并依次通過(guò)食指第一軸312、食指第二連桿313和食指第二軸314推動(dòng)食指第五連桿318繞食指第二中關(guān)節(jié)軸37轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第二軸314通過(guò)食指第四連桿317和食指第三軸316拉動(dòng)食指第三連桿315繞食指近關(guān)節(jié)軸35轉(zhuǎn)動(dòng)，食指第二簧件325發(fā)生變形；由于食指第三簧件326的彈力限制作用，食指第五連桿318通過(guò)食指第三簧件326帶動(dòng)食指第二指段33繞食指第二中關(guān)節(jié)軸37轉(zhuǎn)動(dòng)；由于食指第四簧件327的彈力限制作用，食指第七連桿321不發(fā)生繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36轉(zhuǎn)動(dòng)，其位置相對(duì)于食指第一指段32固定不變，但食指第四軸320隨食指第六連桿319相對(duì)于食指第一中關(guān)節(jié)軸36移動(dòng)，食指第八連桿323相對(duì)于食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38的位置改變，從而食指第八連桿323推動(dòng)食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)食指第一簧件324、食指第二簧件325和食指第三簧件326發(fā)生變形，食指第四簧件327不發(fā)生變形；此即手指同時(shí)以欠驅(qū)動(dòng)方式與耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)，食指第二指段33繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36 (或食指第二中關(guān)節(jié)軸37)相對(duì)于食指第一指段32的轉(zhuǎn)動(dòng)為欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，具自適應(yīng)性，食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38相對(duì)于食指第二指段33的轉(zhuǎn)動(dòng)為耦合轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖34所示；食指第二指段33與食指末端指段34轉(zhuǎn)動(dòng)直至食指第二指段33碰觸物體，如圖35所示，之后轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程同過(guò)程(c4)，最終三個(gè)指段以握持方式抓取物體，抓取結(jié)束，如圖37所示。 當(dāng)放開(kāi)物體時(shí)，食指電機(jī)310反轉(zhuǎn)，通過(guò)食指減速器39、食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)328帶動(dòng)食指近關(guān)節(jié)軸35反轉(zhuǎn)，食指第一連桿311在食指近關(guān)節(jié)軸35帶動(dòng)下反轉(zhuǎn)，食指第一連桿311依次通過(guò)食指第一軸312、食指第二連桿313和食指第二軸314拉動(dòng)食指第五連桿318繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36反轉(zhuǎn)，同時(shí)食指第二軸314通過(guò)食指第四連桿317和食指第三軸316推動(dòng)食指第三連桿315反轉(zhuǎn)，此時(shí)食指第一簧件324和食指第二簧件325的變形減??；食指第五連桿318反轉(zhuǎn)時(shí)，依次通過(guò)食指第二軸314、食指第六連桿319和食指第四軸320拉動(dòng)食指末端指段34繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38反轉(zhuǎn)，同時(shí)食指第四軸320通過(guò)食指第八連桿323和食指第五軸322推動(dòng)食指第七連桿321反轉(zhuǎn)，此時(shí)食指第三簧件326和食指第四簧件327的變形減小，直到食指第四簧件327完全恢復(fù)到未變形狀態(tài)，如圖35所示；食指第五連桿318繼續(xù)反轉(zhuǎn)，通過(guò)食指第二軸314、食指第六連桿319和食指第四軸320拉動(dòng)食指末端指段34繼續(xù)繞食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38反轉(zhuǎn)，由于食指第四簧件327的彈力限制作用，食指第七連桿321不再轉(zhuǎn)動(dòng)，故食指第八連桿323相對(duì)于食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38的位置改變，食指第八連桿323通過(guò)食指第四軸320、食指末端指段34和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸38拉動(dòng)食指第二指段33繞食指第一中關(guān)節(jié)軸36(或食指第二中關(guān)節(jié)軸37)反轉(zhuǎn)，此時(shí)食指第一簧件324、食指第二簧件325和食指第三簧件326變形減小，直到食指第二簧件325完全恢復(fù)到未變形狀態(tài)，如圖33所示；食指第一連桿311繼續(xù)反轉(zhuǎn)，通過(guò)食指第一軸312、食指第二連桿313和食指第二軸314拉動(dòng)食指第五連桿318反轉(zhuǎn)，如前所述，食指第五連桿318將帶動(dòng)食指第二指段33和食指末端指段34同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；由于食指第二簧件325的彈力限制作用，食指第三連桿315不再轉(zhuǎn)動(dòng)，故食指第四連桿317相對(duì)于食指第一中關(guān)節(jié)軸36的位置改變，食指第四連桿317通過(guò)食指第二軸314、食指第五連桿318和食指第二中關(guān)節(jié)軸37拉動(dòng)食指第一指段32繞食指近關(guān)節(jié)軸35反轉(zhuǎn)，如圖32所示；此時(shí)食指第一簧件324和食指第三簧件326的變形減小，直到食指第一指段32、食指第二指段33和食指末端指段34同時(shí)反轉(zhuǎn)到初始的手指伸直狀態(tài)，在食指基座31和食指第一指段32后背上方均有凸臺(tái)，此凸臺(tái)將限制手指反轉(zhuǎn)時(shí)超過(guò)其初始伸直位置，起到限位作用，反轉(zhuǎn)結(jié)束，如圖31所示。 本發(fā)明具有5個(gè)獨(dú)立控制的手指和15個(gè)關(guān)節(jié)自由度，僅由6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。四指(食指、中指、無(wú)名指和小指)均采用結(jié)構(gòu)相同的一種模塊化結(jié)構(gòu)。各手指均利用多個(gè)連桿和簧件構(gòu)成一體的耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，綜合實(shí)現(xiàn)了耦合抓取過(guò)程與欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過(guò)程融合于一體的特殊效果。由兩個(gè)連桿和一個(gè)簧件構(gòu)成耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；由另外兩個(gè)連桿和一個(gè)簧件構(gòu)成欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)結(jié)合為一體，同時(shí)工作；可以實(shí)現(xiàn)手指耦合轉(zhuǎn)動(dòng)及自動(dòng)解耦以欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置在碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)作高度擬人化，可以做出各種類似人手的動(dòng)作，包括人手"握拳"的動(dòng)作，同時(shí)有
利于對(duì)物體的包絡(luò)，防止物體離開(kāi)手指抓取范圍，并可實(shí)現(xiàn)捏持方式抓取物體，在碰觸物體后，又可以采用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)抓取物體，自動(dòng)適應(yīng)所抓物體的大小和形狀，實(shí)現(xiàn)握持方式抓取，抓取穩(wěn)定，集耦合抓取方式和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取方式的優(yōu)點(diǎn)于一身。該裝置僅采用連桿構(gòu)成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)異常簡(jiǎn)單，體積小，工作穩(wěn)定可靠，又因?yàn)檫B桿本身結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，相對(duì)于其他機(jī)構(gòu)如腱繩等承受力大，使得該裝置可以采用大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而抓取力大，抓取穩(wěn)定。同時(shí)成本低廉，對(duì)控制系統(tǒng)要求低，適合長(zhǎng)期使用，與人手的手指外觀和動(dòng)作相似，適用于擬人機(jī)器人手上。
權(quán)利要求
一種耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，包括拇指(2)、食指(3)、中指(4)、無(wú)名指(5)、小指(6)和手掌；所說(shuō)的手掌包括手掌骨架(1)、手掌電機(jī)(11)、手掌關(guān)節(jié)軸(12)、手掌減速器(15)、手掌連接板(17)；所說(shuō)的手掌電機(jī)(11)和手掌減速器(15)與所說(shuō)的手掌骨架(1)固接，手掌電機(jī)(11)的輸出軸與手掌減速器(15)的輸入軸相連，手掌減速器(15)的輸出軸與手掌關(guān)節(jié)軸(12)相連，手掌關(guān)節(jié)軸(12)套設(shè)在手掌骨架(1)中，所說(shuō)的手掌連接板(17)套固在手掌關(guān)節(jié)軸上(12)；所說(shuō)的拇指(2)包括基拇指座(21)、拇指第一指段(22)、拇指第二指段(23)、拇指近關(guān)節(jié)軸(24)、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)、拇指減速器(26)和拇指電機(jī)(27)；所說(shuō)的拇指電機(jī)(27)與拇指基座(21)固接，拇指電機(jī)(27)的輸出軸與所說(shuō)的拇指減速器(26)的輸入軸相連，拇指減速器(26)的輸出軸與所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸(24)相連，拇指近關(guān)節(jié)軸(24)套設(shè)在基座(21)中，所說(shuō)的拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)套設(shè)在所說(shuō)的拇指第一指段(22)中；拇指第一指段(22)套接在拇指近關(guān)節(jié)軸(24)上，所說(shuō)的拇指第二指段(23)套接在拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)上；所說(shuō)的拇指近關(guān)節(jié)軸(24)和拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)的軸線相互平行；所說(shuō)的食指(3)包括食指基座(31)、食指第一指段(32)、食指第二指段(33)、食指末端指段(34)、食指近關(guān)節(jié)軸(35)、食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)、食指減速器(39)和食指電機(jī)(310)；所說(shuō)的食指電機(jī)(310)與食指基座(31)固接，食指電機(jī)(310)的輸出軸與所說(shuō)的食指減速器(39)的輸入軸相連，食指減速器(39)的輸出軸與所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸(35)相連，食指近關(guān)節(jié)軸(35)套設(shè)在食指基座(31)中，所說(shuō)的食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)套設(shè)在所說(shuō)的食指第二指段(33)中，所說(shuō)的食指第一指段(32)套接在食指近關(guān)節(jié)軸(35)上，所說(shuō)的食指末端指段(3)套接在食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)上；其特征在于所說(shuō)的拇指(2)還包括拇指第一連桿(28)、拇指第一軸(29)、拇指第二連桿(210)、拇指第二軸(211)、拇指第三連桿(212)、拇指第三軸(213)、拇指第四連桿(214)、拇指第一簧件(215)和拇指第二簧件(216)；所說(shuō)的拇指第一連桿(28)的一端套固在拇指近關(guān)節(jié)軸(24)上，拇指第一連桿(28)的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第一軸(29)與所說(shuō)的拇指第二連桿(210)一端鉸接，拇指第二連桿(210)的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第二軸(211)與拇指第二指段(23)鉸接；所說(shuō)的拇指第三連桿(212)的一端套接在拇指近關(guān)節(jié)軸(24)上，拇指第三連桿(212)的另一端通過(guò)所說(shuō)的拇指第三軸(213)與所說(shuō)的拇指第四連桿(214)的一端鉸接，拇指第四連桿(214)的另一端套接在拇指第二軸(211)上；所說(shuō)的拇指第一簧件(215)的兩端分別連接拇指第一連桿(28)和拇指第一指段(22)，所說(shuō)的拇指第二簧件(216)的兩端分別連接拇指第三連桿(212)和拇指基座(21)；所說(shuō)的拇指第一軸(29)、拇指第二軸(211)、拇指第三軸(213)和拇指近關(guān)節(jié)軸(24)的軸線相互平行；所說(shuō)的食指(3)還包括食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)和食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)；所說(shuō)的食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)和食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)套設(shè)在所說(shuō)的食指第一指段(32)中，食指第二指段(33)套接在食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)和食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)上，所說(shuō)的食指近關(guān)節(jié)軸(35)、食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)、食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)的軸線相互平行；食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)和食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)同軸線；所說(shuō)的食指(3)還包括食指第一連桿(311)、食指第一軸(312)、食指第二連桿(313)、食指第二軸(314)、食指第三連桿(315)、食指第三軸(316)、食指第四連桿(317)、食指第五連桿(318)、食指第六連桿(319)、食指第四軸(320)、食指第七連桿(321)、食指第五軸(322)、食指第八連桿(323)、食指第一簧件(324)、食指第二簧件(325)、食指第三簧件(326)和食指第四簧件(327)；所說(shuō)的食指第一連桿(311)的一端套固在食指近關(guān)節(jié)軸(35)上，食指第一連桿(311)的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第一軸(312)與所說(shuō)的食指第二連桿(313)一端鉸接，食指第二連桿(313)的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第二軸(314)與所說(shuō)的食指第五連桿(318)的一端鉸接，食指第五連桿(318)的另一端套接在所說(shuō)的食指第二中關(guān)節(jié)軸(37)上；所說(shuō)的食指第三連桿(315)的一端套接在食指近關(guān)節(jié)軸(35)上，食指第三連桿(315)的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第三軸(316)與所說(shuō)的食指第四連桿(317)的一端鉸接，食指第四連桿(317)的另一端套接在食指第二軸(314)上；所說(shuō)的食指第六連桿(319)的一端套接在食指第二軸(314)上，食指第六連桿(319)的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第四軸(320)與食指末端指段(34)鉸接；所說(shuō)的食指第七連桿(321)的一端套接在所說(shuō)的食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)上，食指第七連桿(321)的另一端通過(guò)所說(shuō)的食指第五軸(322)與食指第八連桿(323)的一端鉸接，食指第八連桿(323)的另一端套接在食指第四軸(320)上；所說(shuō)的食指第一簧件(324)的兩端分別連接食指第一連桿(311)和食指第一指段(32)，所說(shuō)的食指第二簧件(325)的兩端分別連接食指第三連桿(315)和食指基座(31)，所說(shuō)的食指第三簧件(326)的兩端分別連接食指第五連桿(318)和食指第二指段(33)，所說(shuō)的食指第四簧件(327)的食指兩端分別連接食指第七連桿(321)和食指第一指段(32)；所說(shuō)的食指第一軸(312)、食指第二軸(314)、食指第三軸(316)、食指第四軸(320)、食指第五軸(322)和食指近關(guān)節(jié)軸(35)的軸線相互平行；所說(shuō)的拇指(2)通過(guò)拇指基座(21)與手掌連接板(17)固接；所說(shuō)的食指(3)通過(guò)食指基座(31)與手掌骨架(1)固接；所說(shuō)的中指(4)、無(wú)名指(5)和小指(6)分別與手掌骨架(1)固接，連接方式同食指(3)一致；所說(shuō)的中指(4)、無(wú)名指(5)和小指(6)的結(jié)構(gòu)與食指(3)的結(jié)構(gòu)相同，僅尺寸大小不同。
2. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指近關(guān) 節(jié)軸(24)、拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)、拇指第一軸(29)、拇指第二軸(211)和拇指第三軸(2丄3) 符合如下關(guān)系設(shè)拇指近關(guān)節(jié)軸(24)的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)的軸線所在平面為P工平 面，拇指第一軸(29)的軸線與拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(25)的軸線所在平面為^平面；則拇指第一 軸(29)的軸線和拇指第三軸(213)的軸線在P工平面的兩側(cè)，拇指第二軸(211)的軸線和 拇指第三軸(213)的軸線在&平面的兩側(cè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的食指近 關(guān)節(jié)軸(35)、食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)、食指第一軸(312)、食指第二軸(314)、食指第三軸 (316)、食指第四軸(320)、食指第五軸(322)和食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)符合如下關(guān)系設(shè)食指 近關(guān)節(jié)軸(35)的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)的軸線所在平面為P3平面，食指第一軸 (312)的軸線與食指第一中關(guān)節(jié)軸(36)的軸線所在平面為P4平面，食指第一中關(guān)節(jié)軸(36) 的軸線與食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)的軸線所在平面為&平面，食指第二軸(314)的軸線與食指 遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸(38)的軸線所在平面為Pe平面；則食指第一軸(312)的軸線和食指第三軸(316)的軸線在P3平面的兩側(cè)，食指第二軸(314)的軸線和食指第三軸(316)的軸線在P4平面的 兩側(cè)，食指第二軸(314)的軸線和食指第五軸(322)的軸線在Ps平面的兩側(cè)，食指第四軸 (320)的軸線和食指第五軸(322)的軸線在Pe平面的兩側(cè)。
4. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指第一 簧件(215)、拇指第二簧件(216)、食指第一簧件(324)、食指第二簧件(325)、食指第三簧件(326) 和食指第四簧件(327)采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。
5. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于所說(shuō)的拇指第二 簧件(216)的彈力限制作用強(qiáng)于拇指第一簧件(215)的彈力限制作用；所說(shuō)的食指第二簧 件(325)的彈力限制作用強(qiáng)于食指第一簧件(324)的彈力限制作用；所說(shuō)的食指第四簧件(327) 的彈力限制作用強(qiáng)于食指第三簧件(326)的彈力限制作用。
6. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的拇指減 速器(26)與拇指近關(guān)節(jié)軸(24)之間設(shè)有拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)(217)，拇指減速器(26)的輸出軸 通過(guò)所說(shuō)的拇指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)(217)與拇指近關(guān)節(jié)軸(24)相連。
7. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的食指減 速器(39)與食指近關(guān)節(jié)軸(35)之間設(shè)有食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)(328)，食指減速器(39)的輸出軸 通過(guò)所說(shuō)的食指?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)(328)與食指近關(guān)節(jié)軸(35)相連。
8. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的手掌減 速器(15)與手掌關(guān)節(jié)軸(12)之間設(shè)有手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)，手掌減速器(15)的輸出軸通過(guò) 所說(shuō)的手掌傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)與手掌關(guān)節(jié)軸(12)相連。
9. 如權(quán)利要求1所述的耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，其特征在于在所說(shuō)的拇指電 機(jī)(27)上設(shè)有拇指編碼器(218);在所說(shuō)的食指電機(jī)(310)上設(shè)有食指編碼器(329);在所 說(shuō)的手掌電機(jī)(11)上設(shè)有手掌編碼器(16)。
全文摘要
耦合欠驅(qū)動(dòng)一體化仿生手裝置，屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，包括拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指和手掌。該裝置具有的5個(gè)獨(dú)立控制的手指和15個(gè)關(guān)節(jié)自由度，由6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高度模仿人手的外觀和抓取動(dòng)作功能，適用于擬人機(jī)器人。食指、中指、無(wú)名指和小指采用模塊化結(jié)構(gòu)，零件通用性強(qiáng)。各手指均利用連桿和簧件構(gòu)成一體的耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，綜合實(shí)現(xiàn)了耦合與欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過(guò)程融合于一體的特殊效果。抓取過(guò)程中，碰觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)，在碰觸物體后采用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)抓取物體，自動(dòng)適應(yīng)物體大小和形狀。該仿生手裝置出力大，抓取動(dòng)作穩(wěn)定，抓取對(duì)象范圍廣，對(duì)控制系統(tǒng)要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合長(zhǎng)期使用。
文檔編號(hào)B25J17/00GK101716767SQ20091024125
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者孫振國(guó), 張文增, 趙得洋, 都東, 陳強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)