基于fpa驅(qū)動的多指靈巧手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于執(zhí)行器領(lǐng)域，涉及一種多指靈巧手。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的末端執(zhí)行器大多采用夾持式或者平移式的單自由度結(jié)構(gòu)，這種傳統(tǒng)的末端執(zhí)行器操作任務(wù)簡單，不需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，針對特定場合而定制，比如焊槍、吸盤、裝配中的夾持器等。這種末端執(zhí)行器通用性差，極大地限制了機器人的作業(yè)范圍。雖然操作的穩(wěn)定性較好，依然存在著以下的缺點:(1)夾持方式單一，互換性差，影響了整體的作業(yè)效率；
[2]夾持過程中接觸點少，缺乏靈巧性；(3)缺乏對力的可控性，沒有對應(yīng)的傳感系統(tǒng)，無法精確反應(yīng)抓取的位置和力反饋，這樣將導(dǎo)致此類末端執(zhí)行器只能用于夾持力要求不高的場合；
[0003]隨著智能機器人的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的機器人應(yīng)用趨于飽和，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域從工業(yè)領(lǐng)域延伸到農(nóng)業(yè)、航空航天、深海探測、服務(wù)娛樂、醫(yī)療康復(fù)、遠(yuǎn)程操作等，因此受到了國內(nèi)外眾多研究者的關(guān)注。針對如此復(fù)雜多樣的工作環(huán)境，對機器人的配置、適應(yīng)性、靈巧性等方面有了更高的要求，促使了國內(nèi)外的學(xué)者研發(fā)出了新一代末端執(zhí)行器。機器人多指靈巧手以人手為原型，結(jié)合了人手的結(jié)構(gòu)和運動規(guī)律，具有3-5個手指以及多個自由度，可以實現(xiàn)對不同形狀的物體進行抓持和操作，相對于傳統(tǒng)的夾持器就顯得高效靈活，從而擴大了應(yīng)用的領(lǐng)域。
[0004]目前已經(jīng)檢索到的國內(nèi)外出現(xiàn)的靈巧手，大多采用電機驅(qū)動，少數(shù)采用氣動人工肌肉驅(qū)動，采用電機驅(qū)動多指靈巧手，優(yōu)點在于電機可以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，控制精度相對較高。對于輸出力不大的場合可以選用微型電機安裝于手內(nèi)，但是一般的輸出力都不會太小，所以目前大多采用電機與柔索傳動裝置配合，這樣會使靈巧手結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，尺寸難于小型化，而且柔索裝置在傳遞動力的過程中會有摩擦、松弛、振顫等現(xiàn)象，不僅效率低下，而且影響靈巧手控制精度、提高了控制難度。采用氣動人工肌肉驅(qū)動的機器人多指靈巧手，比如Shadow Hand，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但同樣存在兩點不足:(1)驅(qū)動器和機械手分離，通過人工腱驅(qū)動各個關(guān)節(jié)運動，腱傳動系統(tǒng)存在的摩擦、松弛以及能量損耗的問題無法避免；(2)過多的氣動人工肌肉使得多指靈巧手的前臂粗大臃腫，給靈巧手與其他機器人系統(tǒng)的配合應(yīng)用帶來不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服已有機器人靈巧手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、柔順性較差、適應(yīng)性差的不足，本發(fā)明提供了一種簡化結(jié)構(gòu)、柔順性良好、適用性較好的基于FPA(Flexible Pneumatic Actuator，氣動柔性驅(qū)動器)的多指靈巧手。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于FPA驅(qū)動的多指靈巧手，包括五根手指和一個手掌，五個手指分別是拇指、食指、中指、無名指和小指，所述手掌包括拇指掌塊、食指掌塊、中指掌塊、無名指掌塊和小指掌塊，所述拇指掌塊包括托物盤、拇指安裝座以及可繞食指掌塊旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部分，所述托物盤是用來托住物體方便手指抓取的方塊，所述拇指安裝座用來固定拇指，所述轉(zhuǎn)軸部分可轉(zhuǎn)動地安裝在食指掌塊上;所述食指掌塊、中指掌塊、無名指掌塊和小指掌塊均包括手掌身、兩側(cè)配有與相鄰手指配合的安裝座、轉(zhuǎn)動軸銷以及手指安裝座;所述手指安裝座上安裝手指，所述手掌身的左右兩側(cè)面具有傾斜角，所述安裝座為定位擋板或凸臺，相鄰兩個定位擋板之間為供所述凸臺插入的裝配空間，所述轉(zhuǎn)軸銷軸可轉(zhuǎn)動地安裝在兩個定位擋板之間，所述凸臺固定在所述轉(zhuǎn)軸銷軸上。
[0008]進一步，所述手指安裝座設(shè)置圓孔和腰形槽，所述腰形槽以所述圓孔中心為圓形弧形布置用以實現(xiàn)側(cè)擺運動。
[0009 ]再進一步，所述轉(zhuǎn)軸部分包括轉(zhuǎn)軸和用以帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動地微型電機。
[0010]更進一步，所述托物盤是一塊凹形方塊。
[0011 ]所述拇指安裝座與手掌成75ο夾角。當(dāng)然，也可以為其他角度。
[0012]所述拇指、食指、中指、無名指和小指分別有3個關(guān)節(jié)、4個指節(jié)和1個指尖，所述3個關(guān)節(jié)就是手指的彎曲關(guān)節(jié);所述4個指節(jié)分別對應(yīng)著遠(yuǎn)指節(jié)、中指節(jié)和近指節(jié)和掌骨節(jié);所述遠(yuǎn)指節(jié)上端與傳感器相連，下端與第一彎曲關(guān)節(jié)上端連接;所述第一彎曲關(guān)節(jié)下端與中指節(jié)上端連接;所述中指節(jié)下端與第二彎曲關(guān)節(jié)上端連接;所述第二彎曲關(guān)節(jié)下端與近指節(jié)上端連接;所述近指節(jié)下端與第三彎曲關(guān)節(jié)上端連接;所述第三彎曲關(guān)節(jié)下端與掌骨節(jié)連接;所述掌骨節(jié)末端將安裝于手掌安裝座;所述指尖與傳感器連接在一起。
[0013]所述第一彎曲關(guān)節(jié)、第二彎曲關(guān)節(jié)和第三彎曲關(guān)節(jié)均包括FPA驅(qū)動器、鉸鏈轉(zhuǎn)動副、轉(zhuǎn)動軸銷以及兩個定位板，所述鉸鏈轉(zhuǎn)動副將兩個定位板固定連接，并能夠圍繞轉(zhuǎn)動軸銷彎曲，F(xiàn)PA驅(qū)動器的前后端蓋與定位板固定連接;所述FPA驅(qū)動器是彈性的橡膠管，橡膠管壁內(nèi)嵌入彈簧;橡膠管兩端與端蓋密封連接，其中一端的端蓋上安裝管接頭;所述前后端蓋上分別設(shè)有臺階軸，氣動柔性驅(qū)動器通過前后兩個端蓋上的臺階軸安裝在兩個固定板的中間；所述前后端蓋上分別設(shè)有臺階軸，剛性連接件上分別在左右對稱的地方設(shè)有兩個定位孔，所述定位孔和氣動柔性驅(qū)動器前后端蓋上的定位臺階軸配合，彎曲關(guān)節(jié)的鉸鏈轉(zhuǎn)動副與第二掌骨節(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。
[0014]所述食指、中指、無名指以及小指四指之間的間距為10mm，并且相對于手掌根部，中指比無名指高10mm，無名指比食指高5mm，食指比小指高15mm，拇指與食指的夾角為75度。
[0015]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:(1)具有類人手的結(jié)構(gòu)和尺寸，五根手指和一個手掌，具有20個自由度，能夠進行彎曲和側(cè)擺，基本實現(xiàn)人手的動作。(2)采用FPA直接驅(qū)動，不需要附加的傳動減速機構(gòu)，摩擦力小，能量損耗小，外加結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝方便，大大減少了成本。(3)采用氣動驅(qū)動器使得靈巧手具有較好的柔順性和適應(yīng)性，同時能夠輸出較大的力，且易于控制操作。
【附圖說明】
[0016]圖1是多指靈巧手的三維實體圖，其中，拇指掌身與手掌平行。
[0017]圖2是多指靈巧手的三維實體，其中，拇指位與手掌平行。
[0018]圖3是多指靈巧手裝配工程圖。
[0019]圖4是多指靈巧手三維實體圖，其中，拇指掌身與手掌垂直。
[0020]圖5是多指靈巧手裝配工程圖，其中，拇指掌身與手掌垂直。
[0021]圖6是手指三維實體圖。
[0022]圖7是手指二維圖。
[0023]圖8是彎曲原理結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖9是彎曲結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0025]圖10是手掌工程圖。
[0026]圖11是手掌三維圖。
[0027]圖12是食指掌身二維圖。
[0028]圖13是食指掌身三維圖。。
[0029]圖14是拇指掌身三維圖
[0030]圖15是手背主視的中指掌身三維圖。
[0031 ]圖16是手掌主視的中指掌身三維圖。
[0032]圖17是無名指與手掌配合三維圖。
[0033]圖18是以手掌主視的自適應(yīng)彎曲一定角度三維圖。
[0034]圖19是以手背主視的手掌自適應(yīng)彎曲一定角度三維圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0036]參照圖1?圖19，一種基于FPA驅(qū)動的多指靈巧手，包括五根手指和一個手掌，五個手指分別是拇指、食指、中指、無名指和小指，所述手掌包括拇指掌塊、食指掌塊、中指掌塊、無名指掌塊和小指掌塊，所述拇指掌塊包括托物盤、拇指安裝座以及可繞食指掌塊旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸部分，所述托物盤是用來托住物體方便手指抓取的方塊，所述拇指安裝座用來固定拇指，所述轉(zhuǎn)軸部分可轉(zhuǎn)動地安裝在食指掌塊上;所述食指掌塊、