一種7自由度五指機械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型7自由度五指機械手。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來機器人迅猛發(fā)展，已經(jīng)在工廠、戰(zhàn)場、太空等不同環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，而末端執(zhí)行機構(gòu)是其中關(guān)鍵部分。末端執(zhí)行機構(gòu)大多為單自由度的夾鉗式或是平行移動式機構(gòu)，甚至還有用于搬運用的真空吸盤式的機構(gòu)。這些末端執(zhí)行機構(gòu)主要是結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、適合大負(fù)荷的作業(yè)，但是由于其所具有的通用性弱、智能化低、精度差等缺點，這些簡單的末端操作機構(gòu)己經(jīng)不能夠滿足人類對復(fù)雜性任務(wù)的要求，也限制了機器人在眾多領(lǐng)域中的發(fā)展。因此五指靈巧手以其執(zhí)行動作多、靈巧、適應(yīng)性強等優(yōu)勢而備受關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計一款7自由度五指機械手。可以實現(xiàn)五個機械手指的雙向彎曲、食指、無名指和小拇指的合攏張開，以及大拇指的雙向擺動，可以完成精細(xì)抓取任務(wù)。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0005]一種7自由度五指機械手，由大拇指、小指、無名指、中指、食指手掌構(gòu)成，其特征在于，食指、中指、無名指和小指均具有I個彎曲自由度，食指、無名指和小指擁有一個擺動自由度使得三指可以同時張開或合攏，大拇指有I個彎曲自由度和I個擺動自由度，共7個自由度。
[0006]控制食指、中指、無名指和小2的4個電機安置于手掌底端，每個電機分別固定纏繞兩股鋼絲繩，另一端固定在手指根關(guān)節(jié)。同時通過被動鋼絲繩，根關(guān)節(jié)帶動中關(guān)節(jié)和末端關(guān)節(jié)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。通過兩股繩索的一正一反纏繞，實現(xiàn)手指的正反雙向擺動。
[0007]食指、無名指和小指的張合自由度通過齒輪對帶動蝸輪蝸桿、蝸輪蝸桿和蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)三指的同時并攏和張開。
[0008]大拇指由電機和電機驅(qū)動，都安裝在拇指基座，分別控制大拇指的擺動和彎曲。
[0009]本發(fā)明為五指靈巧手，可以實現(xiàn)手指的雙向轉(zhuǎn)動，達(dá)到雙向的抓握功能，同時手指的張開功能可以擴大靈巧手的抓握空間，并且大拇指可以分別和食指、中指實現(xiàn)精細(xì)的指尖捏合動作。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的7自由度五指機械手機構(gòu)示意圖。
[0011]圖1中，I是第一電機，2是第二電機，3是第二電機，4是第四電機，5是第五電機，6是第六電機，7是第七電機，8是大拇指，9是食指，10是中指，11是第無名指，12是小指，13是主動鋼絲繩，14是被動鋼絲繩，15是主動齒輪，16是被動齒輪，17是傳動軸，18是第一蝸桿，19是第一蝸輪，20是第二蝸桿，21是第二蝸輪，22是第二蝸桿，23是第二蝸輪，24是抱箍，25是手指根關(guān)節(jié)，26是手指中關(guān)節(jié)，27是手指末端關(guān)節(jié)，28是大拇指中關(guān)節(jié)，29是大拇指根關(guān)節(jié)，30是手掌，31是大拇指基座，32滾筒。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖1詳細(xì)說明本實施例:
[0013]本發(fā)明的7自由度五指機械手實施例結(jié)構(gòu)如圖1所示，該機械手包括手掌、五個手指；食指9、中指10、無名指11和小指12均具有I個彎曲自由度，食指9、無名指11和小指12擁有一個擺動自由度使得三指可以同時張開或合攏，大拇指8有I個彎曲自由度和I個擺動自由度，共7個自由度。
[0014]該機械手還包括7個電機，主動齒輪15、被動齒輪16、傳動軸17和主動鋼絲繩13、被動鋼絲繩14、三對蝸輪、蝸桿18-23，抱箍24、滾筒32 ;其中，大拇指8由大拇指基座31和兩個指節(jié)28、29組成，第五電機5固定在大拇指基座31上，第五電機5輸出軸與手掌30固連，實現(xiàn)大拇指8相對于手掌30的正反擺動。滾筒32固定在第六電機6上，第六電機6帶動滾筒32轉(zhuǎn)動，滾筒32表面設(shè)有兩個槽，兩個槽纏繞正反兩個方向的兩股主動鋼絲繩13，且一端固定在滾筒32上，另一端與大拇指根關(guān)節(jié)29固連，實現(xiàn)大拇指根關(guān)節(jié)29的彎曲，同時通過被動鋼絲繩14帶動大拇指中關(guān)節(jié)28的彎曲。
[0015]食指9、中指10、無名指11和小指12都由手指根關(guān)節(jié)25、手指中關(guān)節(jié)26和手指末端關(guān)節(jié)27組成。固定在手掌30的第一電機1、第二電機2、第三電機3、第四電機4分別輸出兩股纏繞方向相反的主動鋼絲繩13，且一端固定在電機上，一端固定在手指根關(guān)節(jié)25，通過電機轉(zhuǎn)動帶動兩股主動鋼絲繩13的伸縮，實現(xiàn)手指根關(guān)節(jié)25的正反轉(zhuǎn)動。同時，一組被動鋼絲繩14固定在手指中關(guān)節(jié)26和手指根關(guān)節(jié)25兩端，一組被動鋼絲繩14固定在手指末端關(guān)節(jié)27和手指中關(guān)節(jié)26兩端，帶動手指中關(guān)節(jié)26和手指末端關(guān)節(jié)27隨著手指根關(guān)節(jié)25轉(zhuǎn)動。手指根關(guān)節(jié)25、手指中關(guān)節(jié)26和手指末端關(guān)節(jié)27的直徑比1:1:1，手指能完全捏合。
[0016]每個手指根關(guān)節(jié)25和抱箍24固定。中指10的抱箍24固定在手掌30上，食指9、無名指10和小指11的抱箍24分別裝有第一蝸輪19、第二蝸輪21和第三蝸輪23。第七電機7固定在手掌30上，電機帶動主動齒輪15轉(zhuǎn)動，被動齒輪16固定在傳動軸17上，被動齒輪16和主動齒輪15嚙合中帶動傳動軸17轉(zhuǎn)動。傳動軸17有第一蝸桿18、第二蝸桿20、第三蝸桿22，因此帶動第一蝸桿18、第二蝸桿20、第三蝸桿22轉(zhuǎn)動，第一蝸桿18帶動第一蝸輪19轉(zhuǎn)動，第二蝸桿20帶動第二蝸輪21轉(zhuǎn)動，第三蝸桿22帶動第三蝸輪23轉(zhuǎn)動；第一蝸桿18、第二蝸桿20、第三蝸桿22的頭數(shù)均為I，第一蝸輪19為左旋蝸輪，齒數(shù)42，第二蝸輪21和第三蝸輪23都是右旋蝸輪，齒數(shù)分別為42齒和28齒；第一蝸輪19帶動食指9擺動，第二蝸輪21帶動無名指11擺動，第三蝸輪23帶動小指12擺動，食指9、無名指10和小指11的擺動轉(zhuǎn)速比為2:2:3，且無名指10、小指11和食指9的擺動方向相反。
【主權(quán)項】
1.一種7自由度五指機械手，其特征在于，該機械手包括手掌、五個手指、7個電機，主動齒輪、被動齒輪、傳動軸和主動鋼絲繩、被動鋼絲繩、三對蝸輪、蝸桿，抱箍、滾筒；食指、中指、無名指和小指均具有I個彎曲自由度，食指、無名指和小指擁有一個擺動自由度使得三指可以同時張開或合攏，大拇指有I個彎曲自由度和I個擺動自由度，共7個自由度。2.如權(quán)利要求1所述7自由度五指機械手，其特征在于，該機械手還包括7個電機，主動齒輪、被動齒輪、傳動軸和主動鋼絲繩、被動鋼絲繩、三對蝸輪、蝸桿，抱箍、滾筒；其中，大拇指由大拇指基座和兩個指節(jié)組成，第五電機固定在大拇指基座上，第五電機輸出軸與手掌固連，實現(xiàn)大拇指相對于手掌的正反擺動；第六電機帶動滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒的兩個槽纏繞正反兩個方向的兩股鋼絲繩，且一端固定在滾筒上，另一端與大拇指根關(guān)節(jié)固連，實現(xiàn)大拇指根關(guān)節(jié)的彎曲，同時通過被動鋼絲繩帶動大拇指中關(guān)節(jié)的彎曲； 所述食指、中指、無名指和小指都由手指根關(guān)節(jié)、手指中關(guān)節(jié)和手指末端關(guān)節(jié)組成；固定在手掌的第一電機、第二電機、第三電機、第四電機分別輸出兩股纏繞方向相反的主動鋼絲繩，鋼絲繩一端固定在電機上，一端固定在手指根關(guān)節(jié)，通過電機轉(zhuǎn)動帶動兩股鋼絲繩的伸縮，實現(xiàn)手指根關(guān)節(jié)的正反轉(zhuǎn)動。同時，一組被動鋼絲繩固定在中關(guān)節(jié)和根關(guān)節(jié)兩端，一組被動鋼絲繩固定在末端關(guān)節(jié)和中關(guān)節(jié)兩端，帶動中關(guān)節(jié)和末端關(guān)節(jié)隨著根關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。手指根關(guān)節(jié)、手指中關(guān)節(jié)和手指末端關(guān)節(jié)的直徑比1:1:1，手指能完全捏合； 每個手指的根關(guān)節(jié)和抱箍固定；中指的抱箍固定在手掌上，食指、無名指和小指的抱箍分別裝有第一蝸輪、第二蝸輪和第三蝸輪；第七電機固定在手掌上，電機帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，被動齒輪固定在傳動軸上，被動齒輪和主動齒輪嚙合中帶動傳動軸轉(zhuǎn)動；傳動軸有第一蝸桿、第二蝸桿、第三蝸桿，因此帶動第一蝸桿、第二蝸桿、第三蝸桿轉(zhuǎn)動，第一蝸桿帶動第一蝸輪轉(zhuǎn)動，第二蝸桿帶動第二蝸輪轉(zhuǎn)動，第三蝸桿帶動第三蝸輪轉(zhuǎn)動；第一蝸桿、第二蝸桿、第三蝸桿的頭數(shù)均為1，第一蝸輪為左旋蝸輪，齒數(shù)42，第二蝸輪和第三蝸輪都是右旋蝸輪，齒數(shù)分別為42齒和28齒；第一蝸輪帶動食指擺動，第二蝸輪帶動無名指擺動，第三蝸輪帶動小拇指擺動，食指、無名指和小拇指的擺動轉(zhuǎn)速比為2:2:3，且無名指、小指和食指的擺動方向相反。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種7自由度五指機械手，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，該機械手包括手掌、五個手指、7個電機，主動齒輪、被動齒輪、傳動軸和主動鋼絲繩、被動鋼絲繩、三對蝸輪、蝸桿，抱箍、滾筒；食指、中指、無名指和小指均具有1個彎曲自由度，食指、無名指和小指擁有一個擺動自由度使得三指可以同時張開或合攏，大拇指有1個彎曲自由度和1個擺動自由度，共7個自由度。本發(fā)明的7自由度五指機械手可以實現(xiàn)五個機械手指的雙向彎曲、食指、無名指和小拇指的合攏張開，以及大拇指的雙向擺動，可以完成精細(xì)抓取任務(wù)。
【IPC分類】B25J15/10
【公開號】CN104942818
【申請?zhí)枴緾N201510307450
【發(fā)明人】孫富春, 方斌, 李洪波
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月8日