專利名稱：機(jī)器人手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人手，特別是涉及擬人機(jī)器人手。
技術(shù)背景
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的生產(chǎn)制造中使用了機(jī)器人技術(shù)。擬人機(jī)器人是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。擬人機(jī)器人重要的組件之一就是機(jī)器人手，其抓取物體、適應(yīng)未知物體表面、形狀的能力直接關(guān)系著機(jī)器人手的使用價值。人手具有20多個自由度，主要分布在手指上，目前的控制這些自由度的控制方法主要有兩個。一種方法是全部采用電機(jī)控制，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對每個自由度進(jìn)行獨(dú)立控制，機(jī)器人手運(yùn)動靈巧。但是這種方法的控制難度很高，往往一種簡單抓取模式的實(shí)現(xiàn)也需要同時控制多個電機(jī)。另一種方法是減少電機(jī)數(shù)量，使用相對較少的電機(jī)控制機(jī)器人手的若干個自由度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是降低了控制難度，同時抓取效果可靠穩(wěn)定。
已有的機(jī)器人手的手掌基本上是一個完整的部件，其手掌內(nèi)側(cè)面是平面或者是一定程度的曲面。手掌內(nèi)側(cè)面為平面的機(jī)器人手在抓取帶曲面的物體時，手掌和物體表面的接觸面積非常有限，主要是靠手指的包絡(luò)、手掌內(nèi)側(cè)面與曲面物體的接觸實(shí)現(xiàn)對物體的抓取，如抓取一個棒球。而手掌內(nèi)側(cè)面是帶一定程度的曲面的機(jī)器人手在抓取帶曲面的物體時，雖然手掌與物體的接觸面積會比上述手掌內(nèi)側(cè)面為平面的機(jī)器人手有所增加，但是由于這種手掌內(nèi)側(cè)面的曲面是固定不變的，抓取時不能適應(yīng)多種不同曲面的物體，也就難以實(shí)現(xiàn)抓取不同曲面的物體時，依舊保持良好的接觸效果。同時這種手掌內(nèi)側(cè)面為曲面的機(jī)器人手在抓取不帶有曲面的物體時，又有實(shí)際接觸面積小的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器人手，使手掌具有對所抓物體的形狀、大小有自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能，提高機(jī)器人手對未知形狀、大小物體的抓取效果，而且手掌可以自適應(yīng)地包絡(luò)物體表面，從而增加手掌和被握物體之間的接觸面積，提高機(jī)器人手抓取物體的可靠性，實(shí)現(xiàn)控制難度低、自適應(yīng)抓取性能高的效果。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)如下抓取模式1)手掌獨(dú)立抓取模式；幻手指獨(dú)立抓取模式；；3)手掌和手指配合抓取模式。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種機(jī)器人手，包括多個手指和手掌，手指包括多個手指段和多個手指關(guān)節(jié)軸，其特征在于，手掌包括多個握持單元，鄰接的握持單元之間通過鉸鏈連接。
另外，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述的多個握持單元通過所述的鉸鏈能夠自適應(yīng)包絡(luò)被握物體。
而且，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述的各鉸鏈的軸向相互平行。
另外，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述的握持單元之間鉸鏈的軸向，與垂直于手掌面并與手指關(guān)節(jié)軸平行的平面相交。
而且，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述的握持單元之間鉸鏈的軸向，與垂直于手掌面并與手指關(guān)節(jié)軸平行的平面垂直。
另外，上所述的機(jī)器人手的特征在于，所述的各握持單元通過關(guān)節(jié)軸與手指連接。
而且，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述的各鉸鏈由電機(jī)驅(qū)動。
另外，上述的機(jī)器人手的特征在于，所述握持單元的數(shù)量至少是三個。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果
本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)器人手，使手掌具有對所抓物體的形狀、大小有自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能，提高機(jī)器人手對未知形狀、大小的物體的抓取效果，而且手掌可以自適應(yīng)地包絡(luò)物體表面，從而增加手掌和被握物體之間的接觸面積，提高機(jī)器人手抓取物體的可靠性，實(shí)現(xiàn)控制難度低、自適應(yīng)抓取性能高的效果。


圖1是本發(fā)明提供的機(jī)器人手的一種是實(shí)施例的正面外觀圖。
圖2是本實(shí)施例的機(jī)器人手的握持單元的正面剖視圖。
圖3是本實(shí)施例的機(jī)器人手的背部立體圖。
圖4是本實(shí)施例的機(jī)器人手的握持單元包絡(luò)物體的狀態(tài)的示例圖。
圖5是本實(shí)施例的機(jī)器人手的一種抓取示例圖。
圖6是從本實(shí)施例的機(jī)器人手中拆卸手指后的握持單元的立體圖。
圖7是從本實(shí)施例的機(jī)器人手中拆卸手指后的握持單元的俯視圖。
圖8是本實(shí)施例的機(jī)器人手的握持單元的驅(qū)動原理圖。
符號說明
11-第--握持單元，12-第二握持單元，13-第三握持單元，14-第四握持單元，
21-第--鉸鏈，22-第二鉸鏈，23-第三鉸鏈，
31-第--手指，32-第二手指，33-第三手指，34-第四手指，35-第五手指，
41-第--繩輪，42-第二繩輪，43-第三繩輪，44-第四繩輪，
51-第--鉸鏈軸，52-第二鉸鏈軸，53-第三鉸鏈軸，
71-第--關(guān)節(jié)軸，72-第二關(guān)節(jié)軸，73-第三關(guān)節(jié)軸，74-第四關(guān)節(jié)軸，
81-第--電機(jī)，82-第一減速器，83-第一固定孔，84-第二固定孔，85-繩輪銷，
91-第--腱繩，91-第二腱繩。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理。
本發(fā)明設(shè)計的一種機(jī)器人手的實(shí)施例，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖8所示，包括第一手指31、第二手指32、第三手指33、第四手指34和第五手指35 ；第一握持單元11、 第二握持單元12、第三握持單元13和第四握持單元14 ；第一手指31套接在第一關(guān)節(jié)軸71 上，第一握持單元11套接在第一關(guān)節(jié)軸71上，第二手指32套接在第二關(guān)節(jié)軸72上，第二握持單元12套接在第二關(guān)節(jié)軸72上，第三手指33套接在第三關(guān)節(jié)軸73上，第三握持單元 13套接在第三關(guān)節(jié)軸73上，第四手指34套接在第四關(guān)節(jié)軸74上，第四握持單元14套接在第四關(guān)節(jié)軸74上；
第一握持單元11與第二握持單元12通過第一鉸鏈21連接，并且第一握持單元11與第二握持單元12能繞第一鉸鏈軸51轉(zhuǎn)動，第二握持單元12與第三握持單元13通過第二鉸鏈22連接，并且第二握持單元12與第三握持單元13能繞第二鉸鏈軸52轉(zhuǎn)動，第三握持單元13與第四握持單元14通過第三鉸鏈23連接，并且第三握持單元13與第四握持單元14能繞第三鉸鏈軸53轉(zhuǎn)動；
本發(fā)明設(shè)計的一種機(jī)器人手的實(shí)施例還包括第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪 43、第四繩輪44、繩輪銷85、第一電機(jī)81、第一減速器82，第一腱繩91和第二腱繩92 ；第一電機(jī)81的輸出軸與第一減速器82的輸入軸相連，第一繩輪41套接在第一鉸鏈軸51上，第二繩輪42套接在第二鉸鏈軸52上，第三繩輪43套接在第三鉸鏈軸53上，第四繩輪44套固在第一減速器82的輸出軸上；如圖8所示，第一腱繩91的一端穿過第四繩輪44的銷孔后，以逆時針方向繞第四繩輪44 一圈后，再以逆時針方向繞第一繩輪41 一圈之后，再以逆時針方向繞第二繩輪42—圈之后，再以逆時針方向繞第三繩輪43—圈之后，固定在第四握持單元14的固定孔83，第一腱繩91的另一端與第二腱繩的一端固結(jié)；第二腱繩92的另一端與以順時針方向繞第四繩輪44 一圈后，再以順時針方向繞第一繩輪41 一圈之后，再以順時針方向繞第二繩輪42—圈之后，再以順時針方向繞第三繩輪43—圈之后，固定在第四握持單元14的固定孔84。使用繩輪銷85把第四繩輪44套固在第一減速器82的輸出軸上。
在本實(shí)施例中，說明了包括五個手指和四個握持單元的例，但手指和握持單元的數(shù)量并不限定于此。但從考慮抓握物體的效果方面考慮，握持單元的數(shù)量最好是三個以上。
本發(fā)明的工作原理結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8，敘述如下
在本實(shí)施例中，手指采用了手指彎曲自適應(yīng)抓取物體的手指結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案是本領(lǐng)域技術(shù)公開的常見技術(shù)方案，故不做解釋。
以下說明本實(shí)施例的手掌通過多個握持單元之間的相互工作，實(shí)現(xiàn)握持動作的工作原理。
本實(shí)施例采用第一電機(jī)81、第一減速器82、第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪 43、第四繩輪44、繩輪銷85、腱繩91和腱繩92實(shí)現(xiàn)了握持單元的自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的運(yùn)動。
在未握持物體時，手掌處于如圖1所示的初始位置，此時握持單元11、握持單元 12、握持單元13和握持單元14的內(nèi)側(cè)面互相平行，手掌處于伸直狀態(tài)。設(shè)第一電機(jī)81輸出軸的順時針旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槠湔D(zhuǎn)方向，當(dāng)使用本實(shí)施例的機(jī)器人手抓取物體時，如圖7和圖8 所示，第一電機(jī)81正轉(zhuǎn)，第一電機(jī)81的輸出軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)第一減速器82帶動第四繩輪44順時針轉(zhuǎn)動，使第一腱繩91纏繞在第四繩輪44上，隨著第一腱繩91纏繞在第四繩輪44上， 第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪43也順時針轉(zhuǎn)動，使第一腱繩91在第三繩輪43上解繞，同時，第四繩輪44順時針轉(zhuǎn)動會使第二腱繩92在第四繩輪44上解繞，并且隨著第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪43順時針轉(zhuǎn)動會使第二腱繩92在第三繩輪43上纏繞，從而使握持單元12繞第一鉸鏈軸51順時針轉(zhuǎn)動，使握持單元13繞第二鉸鏈軸52順時針轉(zhuǎn)動， 使握持單元14繞第三鉸鏈軸53順時針轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)手掌向一側(cè)彎曲運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)一個電機(jī) 81帶動多個自由度彎曲運(yùn)動的自適應(yīng)欠驅(qū)動包絡(luò)物體的運(yùn)動；此時，第二握持單元12、第三握持單元13和第四握持單元14會靠向物體，直到第四握持單元14與物體表面接觸，然后再使第一電機(jī)81停轉(zhuǎn)，則自適應(yīng)抓取過程結(jié)束；如果，最先接觸物體的第四握持單元14， 然后再使第一電機(jī)81停轉(zhuǎn)，則自適應(yīng)抓取過程結(jié)束。
從抓取結(jié)束恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程，敘述如下。第一電機(jī)81反轉(zhuǎn)，第一電機(jī)81的輸出軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)第一減速器82帶動第四繩輪44逆時針轉(zhuǎn)動，使第二腱繩92纏繞在第四繩輪44上，隨著第二腱繩92纏繞在第四繩輪44上，第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪43 也逆時針轉(zhuǎn)動，使第二腱繩92在第三繩輪43上解繞；同時第四繩輪44逆時針轉(zhuǎn)動使第一腱繩91在第四繩輪44上解繞，并且隨著第一繩輪41、第二繩輪42、第三繩輪43逆時針轉(zhuǎn)動，會使第一腱繩91在第三繩輪43上纏繞，從而使握持單元12繞第一鉸鏈軸51逆時針轉(zhuǎn)動，使握持單元13繞第二鉸鏈軸52逆時針轉(zhuǎn)動，使握持單元14繞第三鉸鏈軸53逆時針轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)手掌向相反一側(cè)的彎曲運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)一個電機(jī)81帶動多個自由度彎曲運(yùn)動的欠驅(qū)動運(yùn)動，使手掌伸直。此時，第二握持單元12、第三握持單元13和第四握持單元14會背離物體，直到手掌完全伸直為止，然后再使第一電機(jī)81停轉(zhuǎn)，手掌伸直過程結(jié)束。
在這過程中，第一繩輪41、第二繩輪42和第三繩輪43起到傳遞第一腱繩91和第二腱繩92的張力的作用。
本實(shí)施例的機(jī)器人手在抓取物體時，可以采用如下的抓取模式。
1)僅通過手指彎曲，實(shí)現(xiàn)手指獨(dú)立抓取模式，此時，手掌的握持單元之間不相互工作。
2)僅通過第一電機(jī)81的驅(qū)動，使手掌的握持單元實(shí)現(xiàn)抓取物體的手掌獨(dú)立抓取模式，此時，控制手指的電機(jī)不工作，即手指不進(jìn)行抓取物體的動作，如圖4所示。
3)通過手掌和手指同時進(jìn)行抓取動作，實(shí)現(xiàn)手掌和手指配合抓取模式，此時，第一電機(jī)81和驅(qū)動其他手指的電機(jī)同時工作，實(shí)現(xiàn)手掌和手指的配合動作，如圖5所示。
可以根據(jù)所要抓取的物體的大小和形狀等，適當(dāng)選擇機(jī)器人手的抓取物體的模式。本發(fā)明的機(jī)器人手掌具有對所抓物體的形狀、大小有自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能，能夠提高機(jī)器人手對未知形狀、大小的物體的抓取效果，而且手掌可以自適應(yīng)地包絡(luò)物體表面，從而增加手掌和被握物體之間的接觸面積，提高機(jī)器人手抓取物體的可靠性，實(shí)現(xiàn)控制難度低、 自適應(yīng)抓取性能高的效果。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人手，包括手掌和多個手指，所述的手指包括多個手指段和多個手指關(guān)節(jié)軸，其特征在于，手掌包括多個握持單元，鄰接的握持單元之間通過鉸鏈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于，所述的手掌的多個握持單元通過所述的鉸鏈能夠轉(zhuǎn)動，使手掌能繞著鉸鏈軸向彎曲， 自適應(yīng)包絡(luò)被握物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于， 所述的各鉸鏈的軸向相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于，所述的握持單元之間鉸鏈的軸向，與垂直于手掌面并與手指關(guān)節(jié)軸平行的平面相交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于，所述的握持單元之間鉸鏈的軸向，與垂直于手掌面并與手指關(guān)節(jié)軸平行的平面垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于， 所述的各握持單元通過關(guān)節(jié)軸與手指連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于， 所述的各鉸鏈由電機(jī)驅(qū)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手，其特征在于， 所述的握持單元的數(shù)量至少是三個。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人手，包括手掌和多個手指，手指包括多個手指段和多個手指關(guān)節(jié)軸，手掌包括多個握持單元，鄰接的握持單元之間通過鉸鏈連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)如下抓取模式1)手掌獨(dú)立抓取模式；2)手指獨(dú)立抓取模式；3)手掌和手指配合抓取模式。本發(fā)明的機(jī)器人手的優(yōu)點(diǎn)是通過對一個電機(jī)的控制可以實(shí)現(xiàn)手掌對所抓物體的形狀、大小有自適應(yīng)包絡(luò)抓取的功能，提高機(jī)器人手對未知表面的物體的抓取效果，而且手掌可以自適應(yīng)地包絡(luò)物體表面，從而增加手掌和被握物體之間的接觸面積，提高機(jī)器人手抓握物體的可靠性，實(shí)現(xiàn)控制難度低、自適應(yīng)抓取性能高的效果。
文檔編號B25J15/10GK102554934SQ20121005181
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者李端玲, 鄭龍和 申請人:北京郵電大學(xué)