CN101653941B - 变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置 - Google Patents

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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand

Abstract

变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,属于拟人机器人手技术领域,包括拇指、食指、中指、无名指、小指和手掌。该装置具有的5个独立控制的手指和15个关节自由度,仅由6个电机驱动,实现了模仿人手的外观和抓取动作,适用于拟人机器人。食指、中指、无名指和小指采用模块化结构,使得零件通用性强和制造维修成本低。各手指均利用连杆机构、滑块移动副、套接指段及簧件综合实现了多关节手指直接欠驱动自适应和可变抓取力的特殊效果。该装置既具有变抓取力抓取功能,抓取力大,能抓牢物体,抓取稳定,适应抓取对象范围广,又具有多关节欠驱动自适应抓取效果,自动适应所抓物体的大小和形状,降低了对控制系统的要求。

Description

变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置
技术领域
[0001] 本发明属于拟人机器人手技术领域,特别涉及一种变抓力的滑块式直接欠驱动仿 生手装置的结构设计。
背景技术
[0002] 已有多种技术用于实现仿生手机构。但是在目前的研究中,存在一些技术难点。如 为了实现多自由度灵巧手,需要较多的电机提供动力。但是,电机数量的增加不仅会导致控 制系统复杂,更会使得整个仿生手机构庞大,破坏其拟人性。欠驱动技术是一个能够较好解 决此矛盾的方案之一。通过利用欠驱动机构,可以由较少的电机驱动较多关节自由度。具 有自适应抓取的突出优点,控制简单。当前欠驱动仿生手已经有若干实例被成功设计出来, 这些装置从其电机是否直接与多个关节相连接来看,可以分为两大类。一类是间接连接方 式,可称为间接欠驱动手,另一类为直接连接方式,可称为直接欠驱动手。
[0003] 另一方面,从抓取物体的方式看,现有的技术中,仿生手抓取物体有多种方式:一 种是采用几何形状包络式抓取,此方式需要将机器人的多个手指弯曲后形成一个网状封闭 的空间实施包络抓取,电机停转后具有自锁或软自锁功能,物体的重力不能够将手指反向 弯曲而保持在手中。第二种是采用具有力保持特点的驱动源,例如液压缸、气缸或可以持续 堵转的特制电机,当手指碰触物体后,驱动源仍然对物体施加抓取力,保持着手的抓取力。 第三种是采用特殊的机构巧妙的实现仿生手对物体的抓取力,此仿生手可以采用普通的电 机,在手指碰触物体并产生抓取力后电机停止工作,在特殊机构的作用下实现了抓取力的 产生和保持,较好的仿生手装置还能够实现抓取力的精确控制。
[0004] 目前,具有欠驱动技术的仿生手多采用前两种抓取方式。上述第一种包络抓取方 式仅满足于较小物体抓取,因而抓取范围有限,而且对所抓物体不能精确抓牢在手中,影响 了手对物体的控制。上述第二种持续加力抓取方式虽然抓取物体的范围大于第一种方式, 但是,液压缸和汽缸体积庞大且机构复杂,可长期堵转使用的特制力矩型电机成本非常昂 贵、寿命较低。上述第三种特殊机构可变抓取力的抓取方式是最有前途的抓取方式,可以实 现稳定抓取,适应抓取物体范围广。
[0005] 目前现有的欠驱动仿生手一般没有考虑变抓取力功能(如中国发明专利 CN1283429C)。又如美国发明专利US5762390A,属于直接欠驱动机械手,采用前述第二种抓 取方式。采用持续保持抓取力的驱动源——液压缸,导致存在油压密封问题和整个手掌体 积过于庞大,而且成本昂贵、制造维修不便。另外,由于采用多套四连杆机构将驱动源的动 力传递到多个关节处,为了达到末端手指转动较大角度和较大的出力,必须设置体积相当 庞大的手指机构,整个机械手外观失去了拟人性。
[0006] 一种如中国发明专利CN1215925C所述的装置虽然具有变抓取力机构的手指但不 具有欠驱动多关节驱动和自适应抓取效果。多数考虑了变抓取力功能的手指采用的是腱绳 驱动,如美国发明专利US4946380。所述的装置使用钢丝绳驱动的变抓力机构。虽然外观 基本拟人化,但是钢丝绳承受力较小,导致手指出力小。另外多套钢丝绳和绳轮机构相当复杂,而且钢丝绳如果拉得不紧起不到较精确的控制驱动要求,如果钢丝绳拉得过紧又寿命 不长,钢丝绳较为容易崩断,维修费时费力。若采用高性能钢丝绳或特殊材料腱绳则成本非
浩曰虫
吊ρ卩贝。
[0007] 综上所述,如果将特别设计的变抓取力机构与直接欠驱动技术融合到同一款仿生 手中,可以得到功能强大、抓取范围广、抓取稳定性好、拟人化程度高、成本较低、出力大的 仿生手。
发明内容
[0008] 本发明的目的是针对已有技术的不足之处,设计出一种变抓力的滑块式直接欠驱 动仿生手装置。该装置具有多个可以主动驱动和独立控制的手指,抓取物体时可以真正抓 牢物体,具有变抓取力抓取功能,从而抓取稳定且抓取范围广,同时具有多关节欠驱动自适 应抓取效果,还要保证良好的外观的拟人化。
[0009] 本发明采用如下技术方案:
[0010] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,包括拇指、食指、中指、无 名指、小指和手掌;其特征在于:
[0011] 所说的手掌包括手掌骨架、手掌电机、手掌关节轴、手掌减速器、手掌连接板;所说 的手掌电机和手掌减速器与所说的手掌骨架固接,手掌电机的输出轴与手掌减速器的输入 轴相连,手掌减速器的输出轴与手掌关节轴相连,手掌关节轴套设在手掌骨架中,所说的手 掌连接板套固在手掌关节轴上;
[0012] 所说的拇指包括拇指基座、拇指第一指段、拇指第二指段、拇指近关节轴、拇指远 关节轴、拇指电机和拇指减速器;所说的拇指电机与拇指基座固接,拇指电机的输出轴与所 说的拇指减速器的输入轴相连,拇指减速器的输出轴与所说的拇指近关节轴相连,拇指近 关节轴套设在拇指基座中,所说的拇指远关节轴套设在所说的拇指第一指段中;拇指第一 指段套接在拇指近关节轴上,所说的拇指第二指段套接在拇指远关节轴上;所说的拇指近 关节轴和拇指远关节轴的轴线相互平行;
[0013] 所说的拇指还包括拇指第一连杆、拇指第一轴、拇指第二连杆、拇指第二轴、拇指 第一滑块、拇指第二滑块、拇指第三轴、拇指第三连杆、拇指第四轴、拇指第一簧件和拇指第 二簧件;
[0014] 所说的拇指第一连杆的一端套固在拇指近关节轴上;所说的拇指第二连杆一端通 过所说的拇指第一轴与拇指第一连杆的另一端铰接,拇指第二连杆的另一端通过所说的拇 指第二轴与所说的拇指第一滑块铰接;所说的拇指第三连杆一端通过所说的拇指第三轴与 所说的拇指第二滑块铰接,拇指第二指段通过所说的拇指第四轴与拇指第三连杆的另一端 铰接;拇指第一滑块和拇指第二滑块镶嵌在拇指第一指段中,拇指第一滑块与拇指第二滑 块的滑动方向相同;所说的拇指第一簧件的两端分别连接拇指第一滑块和拇指第一指段, 所说的拇指第二簧件的两端分别连接拇指第一滑块和拇指第二滑块;所说的拇指第一轴、 拇指第二轴、拇指第三轴、拇指第四轴和拇指近关节轴的轴线相互平行;
[0015] 所说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 关节轴、食指中关节轴、食指远关节轴、食指电机和食指减速器;所说的食指电机与食指基 座固接,食指电机的输出轴与所说的食指减速器的输入轴相连,食指减速器的输出轴与所说的食指近关节轴相连,食指近关节轴套设在食指基座中,所说的食指中关节轴套设在食 指第一指段中,所说的食指远关节轴套设在食指第二指段中;所说的食指第一指段套接在 食指近关节轴上,所说的食指第二指段套接在食指中关节轴上,所说的食指末端指段套接 在食指远关节轴上;所说的食指近关节轴、食指中关节轴和食指远关节轴的轴线相互平 行;
[0016] 所说的食指还包括食指第一连杆、食指第一轴、食指第二连杆、食指第二铰接轴、 食指第一滑块、食指第二滑块、食指第三轴、食指第三连杆、食指第四轴、食指第四连杆、食 指第五轴、食指第五连杆、食指第六轴、食指第三滑块、食指第六连杆、食指第七轴、食指第 一簧件、食指第二簧件和食指第三簧件;
[0017] 所说的食指第一连杆的一端套固在食指近关节轴上,所说的食指第二连杆一端通 过所说的食指第一轴与食指第一连杆铰接,食指第二连杆的另一端通过所说的食指第二轴 与所说的食指第一滑块铰接;所说的食指第三连杆一端通过所说的食指第三轴与食指第二 滑块铰接,所说的食指第四连杆的一端套接在食指中关节轴上,食指第三连杆另一端通过 所说的食指第四轴与食指第四连杆的中部铰接,食指第四连杆的另一端通过所说的食指第 五轴与所说的食指第五连杆一端铰接,食指第五连杆另一端通过所说的食指第六轴与所说 的食指第三滑块铰接,所说的食指第六连杆一端通过食指第六轴与食指第三滑块铰接,食 指末端指段通过所说的食指第七轴与食指第六连杆另一端铰接;食指第一滑块和食指第二 滑块镶嵌在食指第一指段中,食指第三滑块镶嵌在食指第二指段中,食指第一滑块与食指 第二滑块的滑动方向相同;所说的食指第一簧件的两端分别连接食指第一滑块和食指第一 指段,所说的食指第二簧件的两端分别连接食指第三滑块和食指第二指段,所说的食指第 三簧件的两端分别连接食指第一滑块和食指第二滑块;所说的食指第一轴、食指第二轴、食 指第三轴、食指第四轴、食指第五轴、食指第六轴、食指第七轴和食指近关节轴的轴线相互 平行;
[0018] 所说的拇指通过拇指基座与手掌连接板固接;所说的食指通过食指基座与手掌骨 架固接;所说的中指、无名指和小指分别与手掌骨架固接,连接方式同食指一致;所说的中 指、无名指、小指与食指结构相同,仅尺寸大小不同。
[0019] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所说的拇指 近关节轴、拇指远关节轴、拇指第一轴、拇指第二轴、拇指第三轴、拇指第一滑块和拇指第二 滑块符合如下关系:设拇指近关节轴的轴线与拇指远关节轴的轴线所在平面为P平面,则 拇指第一轴的轴线、拇指第二轴的轴线和拇指第三轴的轴线在P平面的同侧;所说的拇指 第一滑块和拇指第二滑块的滑动方向均平行于所说的P平面。
[0020] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所说的食指 近关节轴、食指中关节轴、食指远关节轴、食指第一轴、食指第二轴、食指第三轴、食指第四 轴、食指第五轴、食指第六轴、食指第一滑块、食指第二滑块和食指第三滑块符合如下关系: 设食指近关节轴的轴线与食指中关节轴的轴线所在平面为Pi平面,则食指第一轴的轴线、 食指第二轴的轴线和食指第三轴的轴线在Pl平面的同侧;设食指中关节轴的轴线与食指 远关节轴的轴线所在平面为P2平面,则食指第四轴的轴线、食指第五轴的轴线和食指第六 轴的轴线在P2平面的同侧;所说的食指第一滑块和食指第二滑块的滑动方向均平行于所 说的Pl平面,所说的食指第三滑块的滑动方向平行于所说的P2平面。[0021] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所说的拇指 第一簧件和拇指第二簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性绳。
[0022] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所说的食指 第一簧件、食指第二簧件和食指第三簧件采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性绳。
[0023] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所说的拇 指减速器与拇指近关节轴之间设有拇指传动机构,拇指减速器的输出轴通过所说的拇指传 动机构与拇指近关节轴相连。
[0024] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所说的食 指减速器与食指近关节轴之间设有食指传动机构,食指减速器的输出轴通过所说的食指传 动机构与食指近关节轴相连。
[0025] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所说的手 掌减速器与手掌关节轴之间设有手掌传动机构,手掌减速器的输出轴通过所说的手掌传动 机构与手掌关节轴相连。
[0026] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所说的拇 指电机上设有拇指编码器;在所说的食指电机上设有食指编码器;在所说的手掌电机上设 有手掌编码器。
[0027] 本发明具有以下优点及突出性效果:
[0028] 该装置具有的5个独立控制的手指和15个关节自由度,仅由6个电机驱动,实现 了模仿人手的外观和抓取动作,适用于拟人机器人。该装置的食指、中指、无名指和小指结 构相同,这种模块化设计使得零件通用性强和制造维修成本低。该装置的手指利用连杆机 构、滑块移动副、套接指段及簧件综合实现了多关节手指直接欠驱动自适应和可变抓取力 的特殊效果。该装置既具有变抓取力抓取功能,抓取力大,能抓牢物体,抓取稳定,适应抓取 对象范围广;同时具有多关节欠驱动自适应抓取效果,自动适应所抓物体的大小和形状,降 低了对控制系统的控制要求。
附图说明
[0029] 图1是本发明提供的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置的一种实施例正面 阶梯剖视图,此时拇指位于手掌侧面。
[0030] 图2是图1所示实施例的正面外观图,此时拇指位于手掌侧面。
[0031] 图3是图1所示实施例的等轴测外观图,此时拇指位于手掌侧面。
[0032] 图4是该实施例的侧面外观图,此时拇指位于手掌的正对面。
[0033] 图5是该实施例的俯视外观图,此时拇指位于手掌的侧面。
[0034] 图6是该实施例的俯视外观图,此时拇指位于手掌的正对面。
[0035] 图7是该实施例的拇指的正面外观图。
[0036] 图8是该实施例的拇指的侧面外观图。
[0037] 图9是该实施例的拇指的立体外观图。
[0038] 图10是该实施例的拇指正面剖视图。
[0039] 图11是该实施例的拇指左侧面剖视图。
[0040] 图12是该实施例的拇指左侧面剖视图。(此时拇指第一指段和拇指第二指段均被
8所抓物体阻挡且到达极限位置)。
[0041] 图13是该实施例的拇指的立体视图(未画出齿轮传动机构中的从动直齿轮、拇指 基座前盖板、拇指基座左侧板、拇指第一指段前盖板和拇指第一指段左侧板)。
[0042] 图14是该实施例的食指的正面外观图。
[0043] 图15是该实施例的食指的侧面外观图。
[0044] 图16是该实施例的食指的立体外观图。
[0045] 图17是该实施例的食指的左侧面剖视图。(此时食指第一指段和食指第二指段均 被所抓物体阻挡时,食指末端指段绕着远关节轴转动且到达极限位置)。
[0046] 图18是该实施例的食指的正面剖视图。
[0047] 图19是该实施例的食指的左侧面剖视图。
[0048] 图20是该实施例的食指的爆炸视图。
[0049] 图21、图22、图23、图24和图25是该实施例的拇指以两个指段完全握持方式抓取 物体过程示意图(拇指第一指段和拇指第二指段分别依次绕拇指近关节轴、拇指远关节轴 轴线转动)。
[0050] 图26是该实施例的拇指以拇指第二指段碰触物体的示意图。
[0051] 图27、图28、图29、图30、图31、图32和图33是该实施例的食指以三个指段完全 握持方式抓取物体过程示意图(食指第一指段、食指第二指段和食指末端指段分别依次绕 食指近关节轴、食指中关节轴、食指远关节轴的中心转动)。
[0052] 图34、图35和图36是该实施例的食指以食指第二指段和食指末端指段握持方式 抓取物体过程示意图(食指第二指段和食指末端指段分别依次绕食指中关节轴、食指远关 节轴的中心转动)。
[0053] 图37是该实施例的食指以食指末端指段碰触物体的示意图。
[0054] 图38是该实施例抓取圆柱状物体的正面外观示意图。
[0055] 图39是该实施例抓取圆柱状物体的侧面外观示意图。
[0056] 图40是该实施例抓取圆柱状物体的等轴测外观示意图。
[0057] 在图1至图40中:
[0058] I-手掌骨架,
[0059] 11-手掌电机, 12-手掌关节轴,
[0060] I4-手掌簧件, 15-手掌减速器,
[0061] 17-手掌连接板,
[0062] 2-拇指,
[0063] 21-拇指基座, 22-拇指第一指段,
[0064] 24-拇指近关节轴,25-拇指远关节轴,
[0065] 27-拇指电机, 28-拇指第一连杆,
[0066] 210-拇指第二连杆,211-拇指第二轴,
[0067] 213-拇指第二滑块,214-拇指第三轴,
[0068] 216-拇指第四轴,217-拇指第一簧件,
[0069] 219-拇指减速器,220-拇指编码器,
[0070] 3-食指,
13-手掌传动机构, 16-手掌编码器
先她 蚝札他
餓赫I滑连簧
Tr 1T 一 三二 二牟 一 0 0 0 _ & _身身身
Λ-^^ ^^匕曰匕曰匕曰 匕曰匕曰匕曰 ί ί ί ITJ ITJ ITJ mMV mMV mMV mMV mMV mMV
*\ ’*\ ’*\ ’ - I I
1 I 12 5 8 3 6 9 1 1 1
2 2 2 2 2 2[0071] 31-食指基座, 32-食指第一指段,33-食指第二指段,
[0072] 34-食指末端指段,35-食指近关节轴,36-食指中关节轴,
[0073] 37-食指远关节轴,38-食指第一连杆,39-食指第一轴,
[0074] 310-食指第二连杆,311-食指第二轴,312-食指第一滑块,
[0075] 313-食指第三轴,314-食指第三连杆,315-食指第四轴,
[0076] 316-食指第四连杆,317-食指第五轴,318-食指第五连杆,
[0077] 319-食指第六轴,320-食指第三滑块,321-食指第六连杆,
[0078] 322-食指第一簧件,323-食指第二簧件,324-食指电机,
[0079] 325-食指减速器,326-食指编码器,327-食指第七轴,
[0080] 328-食指齿轮传动机构,
[0081] 329-食指第三簧件,330-食指第二滑块,
[0082] 4-中指, 5-无名指, 6-小指。
具体实施方式
[0083] 下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明具体结构、工作原理的内容。
[0084] 本发明设计的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置的一种实施例,如图1、图 2、图3、图4、图5、图6、图38、图39和图40所示,该仿生手装置包括拇指2、食指3、中指4、 无名指5、小指6和手掌。
[0085] 所说的手掌包括手掌骨架1、手掌电机11、手掌关节轴12、手掌减速器15、手掌连 接板17 ;所说的手掌电机11和手掌减速器15与所说的手掌骨架1固接,手掌电机11的输 出轴与手掌减速器15的输入轴相连,手掌减速器15的输出轴与手掌关节轴12相连,手掌 关节轴12套设在手掌骨架1中,所说的手掌连接板17套固在手掌关节轴上12。
[0086] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,在所说的手掌减速器15 与手掌关节轴12之间设有手掌传动机构13,手掌减速器15的输出轴通过所说的手掌传动 机构13与手掌关节轴12相连。
[0087] 本实施例中,所说的手掌传动机构13采用齿轮传动机构。
[0088] 本实施例中,在所说的手掌电机11上设有手掌编码器16。
[0089] 本实施例还包括手掌扭簧14,所说的手掌扭簧14的一端连接手掌关节轴12,另一 端连接手掌骨架1。
[0090] 本实施例中,所说的拇指2,如图7、图8、图9、图10、图11、图12和图13所示,包 括拇指基座21、拇指第一指段22、拇指第二指段23、拇指近关节轴24、拇指远关节轴25、拇 指电机27和拇指减速器219 ;所说的拇指2通过拇指基座21与手掌连接板17固接;所说 的拇指电机27与拇指基座21固接,拇指电机27的输出轴与所说的拇指减速器219的输入 轴相连,拇指减速器219的输出轴与所说的拇指近关节轴24相连,拇指近关节轴24套设在 拇指基座21中,所说的拇指远关节轴25套设在所说的拇指第一指段22中;拇指第一指段 22套接在拇指近关节轴24上,所说的拇指第二指段23套接在拇指远关节轴25上;所说的 拇指近关节轴24和拇指远关节轴25的轴线相互平行。
[0091] 所说的拇指2还包括拇指第一连杆28、拇指第一轴29、拇指第二连杆210、拇指第 二轴211、拇指第一滑块212、拇指第二滑块213、拇指第三轴214、拇指第三连杆215、拇指第
10四轴216、拇指第一簧件217和拇指第二簧件218 ;所说的拇指第一连杆28的一端套固在拇 指近关节轴24上;所说的拇指第二连杆210 —端通过所说的拇指第一轴29与拇指第一连 杆28的另一端铰接,拇指第二连杆210的另一端通过所说的拇指第二轴211与所说的拇指 第一滑块212铰接;所说的拇指第三连杆215 —端通过所说的拇指第三轴214与所说的拇 指第二滑块213铰接,拇指第二指段23通过所说的拇指第四轴216与拇指第三连杆215的 另一端铰接;拇指第一滑块212和拇指第二滑块213镶嵌在拇指第一指段22中,拇指第一 滑块212与拇指第二滑块213的滑动方向相同;所说的拇指第一簧件217的两端分别连接 拇指第一滑块212和拇指第一指段22,所说的拇指第二簧件218的两端分别连接拇指第一 滑块212和拇指第二滑块213 ;所说的拇指第一轴29、拇指第二轴211、拇指第三轴214、拇 指第四轴216和拇指近关节轴24的轴线相互平行。
[0092] 本实施例中,所说的拇指近关节轴24、拇指远关节轴25、拇指第一轴29、拇指第二 轴211、拇指第三轴214、拇指第一滑块212和拇指第二滑块213符合如下关系:设拇指近关 节轴24的轴线与拇指远关节轴25的轴线所在平面为P平面,则拇指第一轴29的轴线、拇 指第二轴211的轴线和拇指第三轴214的轴线在P平面的同侧;所说的拇指第一滑块212 和拇指第二滑块213的滑动方向均平行于所说的P平面。
[0093] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,所说的拇指第一簧件217 和拇指第二簧件218采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性绳。
[0094] 本实施例中,所说的拇指第一簧件217采用拉簧,所说的拇指第二簧件218采用压
ο
[0095] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,在所说的拇指减速器219 与拇指近关节轴24之间设有拇指传动机构26,拇指减速器219的输出轴通过所说的拇指传 动机构26与拇指近关节轴24相连。
[0096] 本实施例中,所说的拇指传动机构26采用齿轮传动机构。
[0097] 本实施例中,在所说的拇指电机27上设有拇指编码器220。
[0098] 本实施例中,所说的食指3的结构如图14、图15、图16、图17、图18、图19和图20 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、食指近关节 轴35、食指中关节轴36、食指远关节轴37、食指电机324和食指减速器325 ;所说的食指3通 过食指基座31与手掌骨架1固接;所说的食指电机324与食指基座31固接,食指电机324 的输出轴与所说的食指减速器325的输入轴相连,食指减速器325的输出轴与所说的食指 近关节轴35相连,食指近关节轴35套设在食指基座31中,所说的食指中关节轴36套设在 食指第一指段32中,所说的食指远关节轴37套设在食指第二指段33中;所说的食指第一 指段32套接在食指近关节轴35上,所说的食指第二指段33套接在食指中关节轴36上,所 说的食指末端指段34套接在食指远关节轴37上;所说的食指近关节轴35、食指中关节轴 36和食指远关节轴37的轴线相互平行。
[0099] 所说的食指3还包括食指第一连杆38、食指第一轴39、食指第二连杆310、食指第 二铰接轴311、食指第一滑块312、食指第二滑块330、食指第三轴313、食指第三连杆314、食 指第四轴315、食指第四连杆316、食指第五轴317、食指第五连杆318、食指第六轴319、食指 第三滑块320、食指第六连杆321、食指第七轴327、食指第一簧件322、食指第二簧件323和 食指第三簧件329。[0100] 所说的食指第一连杆38的一端套固在食指近关节轴35上,所说的食指第二连杆 310 —端通过所说的食指第一轴39与食指第一连杆38铰接,食指第二连杆310的另一端 通过所说的食指第二轴311与所说的食指第一滑块312铰接;所说的食指第三连杆314 — 端通过所说的食指第三轴313与食指第二滑块330铰接,所说的食指第四连杆316的一端 套接在食指中关节轴36上,食指第三连杆314另一端通过所说的食指第四轴315与食指第 四连杆316的中部铰接,食指第四连杆316的另一端通过所说的食指第五轴317与所说的 食指第五连杆318 —端铰接,食指第五连杆318另一端通过所说的食指第六轴319与所说 的食指第三滑块320铰接,所说的食指第六连杆321 —端通过食指第六轴319与食指第三 滑块320铰接,食指末端指段34通过所说的食指第七轴327与食指第六连杆321另一端铰 接;食指第一滑块312和食指第二滑块330镶嵌在食指第一指段32中,食指第三滑块320镶 嵌在食指第二指段33中,食指第一滑块312与食指第二滑块330的滑动方向相同;所说的 食指第一簧件322的两端分别连接食指第一滑块312和食指第一指段32,所说的食指第二 簧件323的两端分别连接食指第三滑块320和食指第二指段33,所说的食指第三簧件329 的两端分别连接食指第一滑块312和食指第二滑块330 ;所说的食指第一轴39、食指第二轴 311、食指第三轴313、食指第四轴315、食指第五轴317、食指第六轴319、食指第七轴327和 食指近关节轴35的轴线相互平行;
[0101] 本实施例中,所说的食指近关节轴35、食指中关节轴36、食指远关节轴37、食指第 一轴39、食指第二轴311、食指第三轴313、食指第四轴315、食指第五轴317、食指第六轴 319、食指第一滑块312、食指第二滑块330和食指第三滑块320符合如下关系:设食指近关 节轴35的轴线与食指中关节轴36的轴线所在平面为P1平面,则食指第一轴39的轴线、食 指第二轴311的轴线和食指第三轴313的轴线在P1平面的同侧;设食指中关节轴36的轴线 与食指远关节轴37的轴线所在平面为P2平面,则食指第四轴315的轴线、食指第五轴317 的轴线和食指第六轴319的轴线在P2平面的同侧;所说的食指第一滑块312和食指第二滑 块330的滑动方向均平行于所说的P1平面,所说的食指第三滑块320的滑动方向平行于所 说的P2平面。
[0102] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,所说的食指第一簧件322、 食指第二簧件323和食指第三簧件329采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性绳。
[0103] 本实施例中,所说的食指第一簧件322和食指第二簧件323采用拉簧,所说的食指 第三簧件329采用压簧。
[0104] 本发明所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,在所说的食指减速器325 与食指近关节轴35之间设有食指传动机构328,食指减速器325的输出轴通过所说的食指 传动机构328与食指近关节轴35相连。
[0105] 本实施例中,所说的食指传动机构328采用齿轮传动机构。
[0106] 本实施例中,在所说的食指电机324上设有食指编码器326。
[0107] 本实施例中,所说的中指4、无名指5和小指6分别与手掌骨架1固接,连接方式同 食指一致;所说的拇指2、食指3、中指4、无名指5和小指6与手掌之间的相对位置模仿人 手各手指和手掌的相对位置;所说的中指4、无名指5、小指6与食指3结构相同,仅尺寸大 小不同。
[0108] 下面介绍本实施例的工作原理。
12[0109] (a)手掌关节轴12转动的工作原理,如图2、图3、图4、图5、图6,叙述如下:
[0110] 手掌电机11转动,带动手掌减速器15转动,通过手掌传动机构13使手掌关节轴 12转动,于是带动手掌连接板17转动,拇指2随着手掌连接板17整体绕着手掌关节轴12 的轴线转动,实现了拇指2在手掌1侧面和正对面的反复侧向摆动。当需要抓取物体时,先 将拇指2摆动到手掌1正对面,如图4和图6所示。不需要抓取物体时,将拇指2摆动到手 掌1侧面,如图2、图3和图5所示拇指位置。
[0111] (b)拇指2的工作原理,如图21、图22、图23、图24、图25、图26,叙述如下:
[0112] 拇指2的初始状态如图21所示,类似人的手指伸直状态。
[0113] 当拇指2抓取物体时,拇指电机27转动,通过拇指减速器219、拇指齿轮传动机构 26带动拇指近关节轴24转动,拇指近关节轴24带动与之固接的拇指第一连杆28转动,由 于拇指第一簧件217和拇指第二簧件218的共同限制作用,拇指第一滑块212和拇指第二 滑块213不发生滑动,拇指第一连杆28、拇指第二连杆210和拇指第三连杆215相对位置关 系不变,拇指第一指段22和拇指第二指段23仿佛一个“刚体”,因此拇指近关节轴24的转 动将通过拇指第一连杆28带动拇指第一指段22和拇指第二指段23作为一个整体绕拇指 近关节轴24的轴线转动,如图22所示。此时会遇到以下两种情况:
[0114] (bl)拇指第二指段23碰到物体,拇指第二指段23受限制无法运动,此时拇指第 一连杆28在拇指近关节轴24的带动下继续转动,依次通过拇指第一轴29、拇指第二连杆 210、拇指第二轴211驱动拇指第一滑块212克服拇指第一簧件217和拇指第二簧件218的 变形弹力在拇指第一指段22内滑动,拇指第二滑块213由于拇指第二指段23被限制并不 滑动,随着拇指第二簧件218变形的增加,拇指第二指段23上的抓取力逐渐增大,直到拇指 第二簧件218不再变形为止,抓取结束,如图26所示。
[0115] (b2)拇指第一指段22碰到物体,如图23所示,拇指第一指段22受限制无法运动, 此时拇指第一连杆28在拇指近关节轴24的带动下继续转动,依次通过拇指第一轴29、拇指 第二连杆210、拇指第二轴11驱动拇指第一滑块212克服拇指第一簧件217的变形弹力在 拇指第一指段22内滑动,此时拇指第一簧件217发生变形,而拇指第二簧件218由于拇指 第二指段23没有限制不发生变形,在拇指第二簧件218的作用下,拇指第一滑块212驱动 拇指第二滑块213在拇指第一指段22内滑动,拇指第二滑块213通过拇指第三轴214、拇指 第三连杆215和拇指第四轴216推动拇指第二指段23绕拇指远关节轴5轴线转动,如图24 所示。直到拇指第二指段23接触到物体,此时拇指第一连杆28在拇指近关节轴24的带动 下继续转动,依次通过拇指第一轴29、拇指第二连杆210、拇指第二轴211继续驱动拇指第 一滑块212克服拇指第一簧件217和拇指第二簧件218的变形弹力在拇指第一指段22内滑 动,拇指第二滑块213由于拇指第二指段23被限制并不滑动,随着拇指第二簧件218变形 的增加,拇指第一指段22和拇指第二指段23上的抓取力逐渐增大,直到拇指第二簧件218 不再变形为止,抓取结束,如图25所示。
[0116] 当放开物体时,拇指电机27反转,通过拇指减速器219、拇指齿轮传动机构26带动 拇指近关节轴24反转,拇指第一连杆28在拇指近关节轴24带动下反转,拇指第一连杆28 依次通过拇指第一轴29、拇指第二连杆210、拇指第二轴211拉动拇指第一滑块212运动, 此时拇指第一簧件217和拇指第二簧件218的变形逐渐减小,拇指第二滑块213并不滑动, 拇指第一指段22和拇指第二指段23上的抓取力逐渐减小,直到拇指第二簧件218完全恢
13复到未变形状态,继而拇指第一滑块212通过拇指第二簧件218拉动拇指第二滑块213运 动,拇指第二簧件218不再发生变形,拇指第二滑块拇指13通过拇指第三轴214、拇指第三 连杆215、拇指第四轴216拉动拇指第二指段23绕拇指远关节轴25轴线反转。由于在拇 指第一指段22的后背上方有凸台,此凸台将限制拇指第二指段23反转时超过其相对于拇 指第一指段22的初始伸直位置,起到限位作用,因此拇指第二指段23将受到拇指第一指段 22的阻挡不能再反向转动,此时拇指第二指段23已经反转到手指伸直的位置,如图23所 示。同时,拇指第一连杆28将继续反转,拉动处于伸直状态的拇指第一指段22和拇指第二 指段23作为一个整体一起绕拇指近关节轴25轴线反转。由于在拇指基座21的后背上方 有凸台,此凸台将限制拇指第一指段22反转时超过其相对于拇指基座21的初始伸直位置, 起到限位作用,因此拇指第一指段22将受到拇指基座21的阻挡不能再反向转动,直到手指 装置完全恢复到初始的伸直位置,如图21所示。
[0117] (c)食指3、中指4、无名指5、小指6结构和工作原理相同,所不同的仅是尺寸大 小,以食指3为例,其工作原理,如图27、图28、图29、图30、图31、图32、图33、图34、图35、 图36和图37,叙述如下:
[0118] 食指3的初始状态如图27所示,类似人的手指伸直状态。
[0119] 当食指3抓取物体时,食指电机32转动,通过食指减速器325、食指齿轮传动机构 328带动食指近关节轴35转动,食指近关节轴35带动与之固接的食指第一连杆38转动,由 于食指第一簧件322、食指第二簧件323和食指第三簧件329的共同限制作用,食指第一滑 块312、食指第二滑块330、食指第三滑块320不发生滑动,食指第一连杆38、食指第二连杆 310、食指第三连杆314、食指第四连杆316、食指第五连杆318、食指第六连杆321相对位置 关系不变,食指第一指段32、食指第二指段33和食指末端指段34仿佛一个“刚体”,因此食 指近关节轴35的转动将通过食指第一连杆38带动食指第一指段32、食指第二指段33和食 指末端指段34作为一个整体绕食指近关节轴35的轴线转动。此时会遇到以下三种情况:
[0120] (cl)食指末端指段34碰到物体,食指末端指段34受限制无法运动,此时食指第 一连杆38在食指近关节轴35的带动下继续转动,依次通过食指第一轴39、食指第二连杆 310、食指第二轴311驱动食指第一滑块312克服食指第一簧件322和食指第三簧件329的 变形弹力在食指第一指段32内滑动,食指第二滑块330并不滑动,随着食指第三簧件变形 的329增加,食指末端指段34上的抓取力逐渐增大,直到食指第三簧件329不再变形为止, 抓取结束,如图37所示。
[0121] (c2)食指第二指段33碰到物体,如图35所示,食指第二指段33受限制无法运动, 此时食指第一连杆38在食指近关节轴35的带动下继续转动,依次通过食指第一轴39、食 指第二连杆310、食指第二轴311驱动食指第一滑块312克服食指第一簧件322的变形弹 力在食指第一指段32内滑动,此时食指第一簧件322发生变形,食指第三簧件329不发生 变形,继而食指第一滑块312通过食指第三簧件329驱动食指第二滑块330在食指第一指 段32内滑动,食指第二滑块330通过食指第三轴313、食指第三连杆314、食指第四轴315、 食指第四连杆316、食指第五轴317、食指第五连杆318、食指第六轴319驱动食指第三滑块 320克服食指第二簧件323的变形弹力在食指第二指段33内滑动,此时食指第二簧件323 发生变形,食指第三滑块320通过食指第六轴319、食指第六连杆321、食指第七轴327推动 食指末端指段34绕食指远关节轴37轴线转动,直到食指末端指段34接触到物体,此时食指第一连杆38在食指近关节轴35的带动下继续转动,依次通过食指第一轴39、食指第二连 杆310、食指第二轴311继续驱动食指第一滑块312克服食指第一簧件322和食指第三簧 件329的变形弹力在食指第一指段32内滑动,食指第二滑块330并不滑动,随着食指第三 簧件变形的329增加,食指第二指段33和食指末端指段34上的抓取力逐渐增大,直到食指 第三簧件329不再变形为止,抓取结束,如图36所示。
[0122] (c3)食指第一指段32碰到物体,如图29所示,食指第一指段32受限制无法运动, 此时食指第一连杆38在食指近关节轴35的带动下继续转动,依次通过食指第一轴39、食指 第二连杆310、第二轴食指311驱动食指第一滑块312克服食指第一簧件322的变形弹力在 食指第一指段32内滑动,此时食指第一簧件322发生变形,食指第三簧件329不发生变形, 继而食指第一滑块312通过食指第三簧件329驱动食指第二滑块330在食指第一指段32 内滑动,食指第二滑块330通过食指第三轴313、食指第三连杆314、食指第四轴315驱动食 指第四连杆316转动,由于食指第二簧件323的限制作用,食指第三滑块320不发生滑动, 食指第四连杆316、食指第五连杆318、食指第六连杆321相对位置关系不变,食指第二指段 33和食指末端指段34仿佛一个“刚体”,因此食指第四连杆316的转动将带动食指第二指 段33和食指末端指段34作为一个整体绕食指中关节轴36的轴线转动,直到食指第二指段 33接触到物体,如图31所示,食指第二指段33受限制无法运动,此时食指第四连杆316继 续转动,通过手指时第五轴317、食指第五连杆318、食指第六轴319驱动食指第三滑块320 克服食指第二簧件323的变形弹力在食指第二指段33内滑动,此时食指第二簧件323发生 变形,食指第三滑块320通过食指第六轴319、食指第六连杆321、食指第七轴327推动食指 末端指段34绕食指远关节轴37轴线转动,直到食指末端指段34接触到物体,此时食指第 一连杆38在食指近关节轴35的带动下继续转动,依次通过食指第一轴39、食指第二连杆 310、食指第二轴311继续驱动食指第一滑块312克服食指第一簧件322和食指第三簧件 329的变形弹力在食指第一指段32内滑动,食指第二滑块330并不滑动,随着食指第三簧件 变形的329增加,食指第一指段32、食指第二指段33和食指末端指段34上的抓取力逐渐增 大,直到食指第三簧件329不再变形为止,抓取结束,如图33所示。
[0123] 当放开物体时,食指电机324反转,通过食指减速器325、食指传动齿轮传动机构 328带动食指近关节轴35反转,食指第一连杆38在食指近关节轴35带动下反转,食指第一 连杆38依次通过食指第一轴39、食指第二连杆310、食指第二轴311拉动食指第一滑块312 运动,此时食指第一簧件322和食指第三簧件329的变形逐渐减小,食指第二滑块330并不 滑动,食指第一指段32、食指第二指段33、食指末端指段34上的抓取力逐渐减小,直到食指 第三簧件329完全恢复到未变形状态,继而食指第一滑块312通过食指第三簧件329拉动 食指第二滑块330运动,食指第三簧件329不再发生变形,食指第二滑块330通过食指第三 轴313、食指第三连杆314、食指第四轴315、食指第四连杆316、食指第五轴317、食指第五 连杆318、食指第六轴319拉动食指第三滑块320运动,此时食指第二簧件323的变形逐渐 减小,食指第三滑块320又通过食指第六轴319、食指第六连杆321、食指第七轴327拉动食 指末端指段34绕食指远关节轴37轴线反转。由于在食指第二指段33的后背上方有凸台, 此凸台将限制食指末端指段34反转时超过其相对于食指第二指段33的初始伸直位置,起 到限位作用,因此食指末端指段34将受到食指第二指段33的阻挡不能再反向转动,此时食 指末端指段34已经反转到手指伸直的位置,如图31所示。同时,食指第四连杆316将继续
15反转,拉动处于伸直状态的食指第二指段33和食指末端指段34作为一个整体一起绕食指 中关节轴36轴线反转,由于在食指第一指段32的后背上方有凸台,此凸台将限制食指第二 指段33反转时超过其相对于食指第一指段32的初始伸直位置,起到限位作用,因此食指第 二指段33将受到食指第一指段32的阻挡不能再反向转动,此时食指第二指段33已经反转 到手指伸直的位置,如图29所示。同时,食指第一连杆38将继续反转,拉动处于伸直状态 的食指第一指段32、食指第二指段33、食指末端指段34作为一个整体一起绕食指近关节轴 35轴线反转,直到食指3完全恢复到最开始的伸直位置,如图27所示。 [0124] 本发明具有5个独立控制的手指和15个关节自由度,仅由6个电机驱动。四指(食 指、中指、无名指和小指)均采用结构相同的一种模块化结构。利用连杆机构、滑块移动副、 套接指段及簧件综合实现了多关节手指直接欠驱动自适应和可变抓取力的特殊效果。同时 具有直接欠驱动和变抓取力的双重功能。由于采用弹簧作为储能元件,设计了变抓取力机 构,使得该装置仿生手在抓到物体后,电机可以继续转动,改变手指上的抓取力,实现了稳 定抓牢物体。适用抓取对象广泛。由于采用连杆机构,连杆本身结构坚固,相对于其他机构 如腱绳等承受力大,使得该装置可以采用大功率电机驱动,从而抓取力大,抓取稳定。由于 采用滑块移动副,优化了欠驱动机构,使得通常庞大的连杆机构变得紧凑,占用空间少,取 得了良好的拟人化外观和动作的效果。每个手指仅采用一个电机驱动二至三个关节自由 度,自动适应所抓物体的大小和形状,降低了对控制系统的要求。整个装置结构简单紧凑、 成本低,适合长期使用,与人手相似,适用于拟人机器人。

Claims (7)

  1. 一种变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,包括拇指(2)、食指(3)、中指(4)、无名指(5)、小指(6)和手掌;其特征在于:所述的手掌包括手掌骨架(1)、手掌电机(11)、手掌关节轴(12)、手掌减速器(15)、手掌连接板(17);所述的手掌电机(11)和手掌减速器(15)与所述的手掌骨架(1)固接,手掌电机(11)的输出轴与手掌减速器(15)的输入轴相连,手掌减速器(15)的输出轴与手掌关节轴(12)相连,手掌关节轴(12)套设在手掌骨架(1)中,所述的手掌连接板(17)套固在手掌关节轴上(12);所述的拇指(2)包括拇指基座(21)、拇指第一指段(22)、拇指第二指段(23)、拇指近关节轴(24)、拇指远关节轴(25)、拇指电机(27)和拇指减速器(219);所述的拇指电机(27)与拇指基座(21)固接,拇指电机(27)的输出轴与所述的拇指减速器(219)的输入轴相连,拇指减速器(219)的输出轴与所述的拇指近关节轴(24)相连,拇指近关节轴(24)套设在拇指基座(21)中,所述的拇指远关节轴(25)套设在所述的拇指第一指段(22)中;拇指第一指段(22)套接在拇指近关节轴(24)上,所述的拇指第二指段(23)套接在拇指远关节轴(25)上;所述的拇指近关节轴(24)和拇指远关节轴(25)的轴线相互平行;所述的拇指(2)还包括拇指第一连杆(28)、拇指第一轴(29)、拇指第二连杆(210)、拇指第二轴(211)、拇指第一滑块(212)、拇指第二滑块(213)、拇指第三轴(214)、拇指第三连杆(215)、拇指第四轴(216)、拇指第一簧件(217)和拇指第二簧件(218);所述的拇指第一连杆(28)的一端套固在拇指近关节轴(24)上;所述的拇指第二连杆(210)一端通过所述的拇指第一轴(29)与拇指第一连杆(28)的另一端铰接,拇指第二连杆(210)的另一端通过所述的拇指第二轴(211)与所述的拇指第一滑块(212)铰接;所述的拇指第三连杆(215)一端通过所述的拇指第三轴(214)与所述的拇指第二滑块(213)铰接,拇指第二指段(23)通过所述的拇指第四轴(216)与拇指第三连杆(215)的另一端铰接;拇指第一滑块(212)和拇指第二滑块(213)镶嵌在拇指第一指段(22)中,拇指第一滑块(212)与拇指第二滑块(213)的滑动方向相同;所述的拇指第一簧件(217)的两端分别连接拇指第一滑块(212)和拇指第一指段(22),所述的拇指第二簧件(218)的两端分别连接拇指第一滑块(212)和拇指第二滑块(213);所述的拇指第一轴(29)、拇指第二轴(211)、拇指第三轴(214)、拇指第四轴(216)和拇指近关节轴(24)的轴线相互平行;所述的食指(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)、食指近关节轴(35)、食指中关节轴(36)、食指远关节轴(37)、食指电机(324)和食指减速器(325);所述的食指电机(324)与食指基座(31)固接,食指电机(324)的输出轴与所述的食指减速器(325)的输入轴相连,食指减速器(325)的输出轴与所述的食指近关节轴(35)相连,食指近关节轴(35)套设在食指基座(31)中,所述的食指中关节轴(36)套设在食指第一指段(32)中,所述的食指远关节轴(37)套设在食指第二指段(33)中;所述的食指第一指段(32)套接在食指近关节轴(35)上,所述的食指第二指段(33)套接在食指中关节轴(36)上,所述的食指末端指段(34)套接在食指远关节轴(37)上;所述的食指近关节轴(35)、食指中关节轴(36)和食指远关节轴(37)的轴线相互平行;所述的食指(3)还包括食指第一连杆(38)、食指第一轴(39)、食指第二连杆(310)、食指第二铰接轴(311)、食指第一滑块(312)、食指第二滑块(330)、食指第三轴(313)、食指第三连杆(314)、食指第四轴(315)、食指第四连杆(316)、食指第五轴(317)、食指第五连杆(318)、食指第六轴(319)、食指第三滑块(320)、食指第六连杆(321)、食指第七轴(327)、食指第一簧件(322)、食指第二簧件(323)和食指第三簧件(329);所述的食指第一连杆(38)的一端套固在食指近关节轴(35)上,所述的食指第二连杆(310)一端通过所述的食指第一轴(39)与食指第一连杆(38)的另一端铰接,食指第二连杆(310)的另一端通过所述的食指第二轴(311)与所述的食指第一滑块(312)铰接;所述的食指第三连杆(314)一端通过所述的食指第三轴(313)与食指第二滑块(330)铰接,所述的食指第四连杆(316)的一端套接在食指中关节轴(36)上,食指第三连杆(314)另一端通过所述的食指第四轴(315)与食指第四连杆(316)的中部铰接,食指第四连杆(316)的另一端通过所述的食指第五轴(317)与所述的食指第五连杆(318)一端铰接,食指第五连杆(318)另一端通过所述的食指第六轴(319)与所述的食指第三滑块(320)铰接,所述的食指第六连杆(321)一端通过食指第六轴(319)与食指第三滑块(320)铰接,食指末端指段(34)通过所述的食指第七轴(327)与食指第六连杆(321)另一端铰接;食指第一滑块(312)和食指第二滑块(330)镶嵌在食指第一指段(32)中,食指第三滑块(320)镶嵌在食指第二指段(33)中,食指第一滑块(312)与食指第二滑块(330)的滑动方向相同;所述的食指第一簧件(322)的两端分别连接食指第一滑块(312)和食指第一指段(32),所述的食指第二簧件(323)的两端分别连接食指第三滑块(320)和食指第二指段(33),所述的食指第三簧件(329)的两端分别连接食指第一滑块(312)和食指第二滑块(330);所述的食指第一轴(39)、食指第二轴(311)、食指第三轴(313)、食指第四轴(315)、食指第五轴(317)、食指第六轴(319)、食指第七轴(327)和食指近关节轴(35)的轴线相互平行;所述的拇指(2)通过拇指基座(21)与手掌连接板(17)固接;所述的食指(3)通过食指基座(31)与手掌骨架(1)固接;所述的中指(4)、无名指(5)和小指(6)分别与手掌骨架(1)固接,连接方式同食指(3)一致;所述的中指(4)、无名指(5)和小指(6)的结构与食指(3)的结构相同,仅尺寸大小不同;所述的拇指近关节轴(24)、拇指远关节轴(25)、拇指第一轴(29)、拇指第二轴(211)、拇指第三轴(214)、拇指第一滑块(212)和拇指第二滑块(213)符合如下关系:设拇指近关节轴(24)的轴线与拇指远关节轴(25)的轴线所在平面为P平面,则拇指第一轴(29)的轴线、拇指第二轴(211)的轴线和拇指第三轴(214)的轴线在P平面的同侧;所述的拇指第一滑块(212)和拇指第二滑块(213)的滑动方向均平行于所述的P平面;所述的食指近关节轴(35)、食指中关节轴(36)、食指远关节轴(37)、食指第一轴(39)、食指第二轴(311)、食指第三轴(313)、食指第四轴(315)、食指第五轴(317)、食指第六轴(319)、食指第一滑块(312)、食指第二滑块(330)和食指第三滑块(320)符合如下关系:设食指近关节轴(35)的轴线与食指中关节轴(36)的轴线所在平面为P1平面,则食指第一轴(39)的轴线、食指第二轴(311)的轴线和食指第三轴(313)的轴线在P1平面的同侧;设食指中关节轴(36)的轴线与食指远关节轴(37)的轴线所在平面为P2平面,则食指第四轴(315)的轴线、食指第五轴(317)的轴线和食指第六轴(319)的轴线在P2平面的同侧;所述的食指第一滑块(312)和食指第二滑块(330)的滑动方向均平行于所述的P1平面,所述的食指第三滑块(320)的滑动方向平行于所述的P2平面。
  2. 2.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所述的 拇指第一簧件(217)和拇指第二簧件(218)采用扭簧、拉簧、压簧、片簧、板簧、发条或弹性3绳。
  3. 3.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:所述的 食指第一簧件(322)、食指第二簧件(323)和食指第三簧件(329)采用扭簧、拉簧、压簧、片 簧、板簧、发条或弹性绳。
  4. 4.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所述 的拇指减速器(219)与拇指近关节轴(24)之间设有拇指传动机构(26),拇指减速器(219) 的输出轴通过所述的拇指传动机构(26)与拇指近关节轴(24)相连。
  5. 5.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所 述的食指减速器(325)与食指近关节轴(35)之间设有食指传动机构(328),食指减速器(325)的输出轴通过所述的食指传动机构(328)与食指近关节轴(35)相连。
  6. 6.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所述 的手掌减速器(15)与手掌关节轴(12)之间设有手掌传动机构(13),手掌减速器(15)的输 出轴通过所述的手掌传动机构(13)与手掌关节轴(12)相连。
  7. 7.如权利要求1所述的变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置,其特征在于:在所述 的拇指电机(27)上设有拇指编码器(220);在所述的食指电机(324)上设有食指编码器(326);在所述的手掌电机(11)上设有手掌编码器(16)。4
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