CN104942818B - 一种7自由度五指机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种7自由度五指机械手，属于机器人技术领域，该机械手包括手掌、五个手指、7个电机，主动齿轮、被动齿轮、传动轴和主动钢丝绳、被动钢丝绳、三对蜗轮、蜗杆，抱箍、滚筒；食指、中指、无名指和小指均具有1个弯曲自由度，食指、无名指和小指拥有一个摆动自由度使得三指可以同时张开或合拢，大拇指有1个弯曲自由度和1个摆动自由度，共7个自由度。本发明的7自由度五指机械手可以实现五个机械手指的双向弯曲、食指、无名指和小拇指的合拢张开，以及大拇指的双向摆动，可以完成精细抓取任务。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种新型7自由度五指机械手。
背景技术
近年来机器人迅猛发展，已经在工厂、战场、太空等不同环境下进行作业，而末端执行机构是其中关键部分。末端执行机构大多为单自由度的夹钳式或是平行移动式机构，甚至还有用于搬运用的真空吸盘式的机构。这些末端执行机构主要是结构简单、控制方便、适合大负荷的作业，但是由于其所具有的通用性弱、智能化低、精度差等缺点，这些简单的末端操作机构己经不能够满足人类对复杂性任务的要求，也限制了机器人在众多领域中的发展。因此五指灵巧手以其执行动作多、灵巧、适应性强等优势而备受关注。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计一款7自由度五指机械手。可以实现五个机械手指的双向弯曲、食指、无名指和小拇指的合拢张开，以及大拇指的双向摆动，可以完成精细抓取任务。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种7自由度五指机械手，由大拇指、小指、无名指、中指、食指手掌构成，其特征在于，食指、中指、无名指和小指均具有1个弯曲自由度，食指、无名指和小指拥有一个摆动自由度使得三指可以同时张开或合拢，大拇指有1个弯曲自由度和1个摆动自由度，共7个自由度。
控制食指、中指、无名指和小2的4个电机安置于手掌底端，每个电机分别固定缠绕两股钢丝绳，另一端固定在手指根关节。同时通过被动钢丝绳，根关节带动中关节和末端关节实现转动。通过两股绳索的一正一反缠绕，实现手指的正反双向摆动。
食指、无名指和小指的张合自由度通过齿轮对带动蜗轮蜗杆、蜗轮蜗杆和蜗轮蜗杆转动，实现三指的同时并拢和张开。
大拇指由电机和电机驱动，都安装在拇指基座，分别控制大拇指的摆动和弯曲。
本发明为五指灵巧手，可以实现手指的双向转动，达到双向的抓握功能，同时手指的张开功能可以扩大灵巧手的抓握空间，并且大拇指可以分别和食指、中指实现精细的指尖捏合动作。
附图说明
图1是本发明的7自由度五指机械手机构示意图。
图1中，1是第一电机，2是第二电机，3是第三电机，4是第四电机，5是第五电机，6是第六电机，7是第七电机，8是大拇指，9是食指，10是中指，11是第无名指，12是小指，13是主动钢丝绳，14是被动钢丝绳，15是主动齿轮，16是被动齿轮，17是传动轴，18是第一蜗杆，19是第一蜗轮，20是第二蜗杆，21是第二蜗轮，22是第三蜗杆，23是第三蜗轮，24是抱箍，25是手指根关节，26是手指中关节，27是手指末端关节，28是大拇指中关节，29是大拇指根关节，30是手掌，31是大拇指基座，32滚筒。
具体实施方式
下面结合附图1详细说明本实施例：
本发明的7自由度五指机械手实施例结构如图1所示，该机械手包括手掌、五个手指；食指9、中指10、无名指11和小指12均具有1个弯曲自由度，食指9、无名指11和小指12拥有一个摆动自由度使得三指可以同时张开或合拢，大拇指8有1个弯曲自由度和1个摆动自由度，共7个自由度。
该机械手还包括7个电机，主动齿轮15、被动齿轮16、传动轴17和主动钢丝绳13、被动钢丝绳14、三对蜗轮、蜗杆18-23，抱箍24、滚筒32；其中，大拇指8由大拇指基座31和两个指节28、29组成，第五电机5固定在大拇指基座31上，第五电机5输出轴与手掌30固连，实现大拇指8相对于手掌30的正反摆动。滚筒32固定在第六电机6上，第六电机6带动滚筒32转动，滚筒32表面设有两个槽，两个槽缠绕正反两个方向的两股主动钢丝绳13，且一端固定在滚筒32上，另一端与大拇指根关节29固连，实现大拇指根关节29的弯曲，同时通过被动钢丝绳14带动大拇指中关节28的弯曲。
食指9、中指10、无名指11和小指12都由手指根关节25、手指中关节26和手指末端关节27组成。固定在手掌30的第一电机1、第二电机2、第三电机3、第四电机4分别输出两股缠绕方向相反的主动钢丝绳13，且一端固定在电机上，一端固定在手指根关节25，通过电机转动带动两股主动钢丝绳13的伸缩，实现手指根关节25的正反转动。同时，一组被动钢丝绳14固定在手指中关节26和手指根关节25两端，一组被动钢丝绳14固定在手指末端关节27和手指中关节26两端，带动手指中关节26和手指末端关节27随着手指根关节25转动。手指根关节25、手指中关节26和手指末端关节27的直径比1：1：1，手指能完全捏合。
每个手指根关节25和抱箍24固定。中指10的抱箍24固定在手掌30上，食指9、无名指10和小指11的抱箍24分别装有第一蜗轮19、第二蜗轮21和第三蜗轮23。第七电机7固定在手掌30上，电机带动主动齿轮15转动，被动齿轮16固定在传动轴17上，被动齿轮16和主动齿轮15啮合中带动传动轴17转动。传动轴17有第一蜗杆18、第二蜗杆20、第三蜗杆22，因此带动第一蜗杆18、第二蜗杆20、第三蜗杆22转动，第一蜗杆18带动第一蜗轮19转动，第二蜗杆20带动第二蜗轮21转动，第三蜗杆22带动第三蜗轮23转动；第一蜗杆18、第二蜗杆20、第三蜗杆22的头数均为1，第一蜗轮19为左旋蜗轮，齿数42，第二蜗轮21和第三蜗轮23都是右旋蜗轮，齿数分别为42齿和28齿；第一蜗轮19带动食指9摆动，第二蜗轮21带动无名指11摆动，第三蜗轮23带动小指12摆动，食指9、无名指10和小指11的摆动转速比为2:2:3，且无名指10、小指11和食指9的摆动方向相反。
Claims (1)
1.一种7自由度五指机械手，其特征在于，该机械手包括手掌、五个手指、7个电机、主动齿轮、被动齿轮、传动轴、主动钢丝绳、被动钢丝绳、三对蜗轮蜗杆、抱箍和滚筒；所述的五个手指中的食指、中指、无名指和小指均具有1个弯曲自由度，食指、无名指和小指拥有一个摆动自由度，使得食指、无名指和小指同时张开或合拢，大拇指有1个弯曲自由度和1个摆动自由度，共7个自由度；
所述的大拇指由大拇指基座和两个指节组成，7个电机中的第五电机固定在大拇指基座上，第五电机输出轴与手掌固连，实现大拇指相对于手掌的正反摆动；第六电机带动滚筒转动，滚筒的两个槽缠绕正反两个方向的两股钢丝绳，两股钢丝绳中的第一根钢丝绳的一端固定在滚筒上，第一根钢丝绳的另一端与大拇指根关节固连，实现大拇指根关节的弯曲，通过第二根钢丝绳带动大拇指中关节的弯曲，第二根钢丝绳为被动钢丝绳；
所述的食指、中指、无名指和小指都由手指根关节、手指中关节和手指末端关节组成；7个电机中的第一电机、第二电机、第三电机和第四电机分别固定在手掌上，第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的每个输出轴分别输出两股缠绕方向相反的主动钢丝绳，两股钢丝绳固定方式均为：一端固定在相应的电机上，另一端固定在相应的手指根关节，通过电机转动带动两股钢丝绳的伸缩，实现手指根关节的正反转动；同时，第一股钢丝绳的两端分别固定在中关节和根关节，第二股钢丝绳的两端分别固定在末端关节和中关节，这两股被动钢丝绳共同带动中关节和末端关节随根关节转动，其中，手指根关节、手指中关节和手指末端关节的直径比1：1：1，手指能完全捏合；
每个手指的根关节和抱箍固定；中指的抱箍固定在手掌上，食指、无名指和小指的抱箍分别装有第一蜗轮、第二蜗轮和第三蜗轮；第七电机固定在手掌上，电机带动主动齿轮转动，被动齿轮固定在传动轴上，被动齿轮和主动齿轮啮合中带动传动轴转动；传动轴有第一蜗杆、第二蜗杆、第三蜗杆，因此带动第一蜗杆、第二蜗杆、第三蜗杆转动，第一蜗杆带动第一蜗轮转动，第二蜗杆带动第二蜗轮转动，第三蜗杆带动第三蜗轮转动；第一蜗杆、第二蜗杆、第三蜗杆的头数均为1，第一蜗轮为左旋蜗轮，齿数42，第二蜗轮和第三蜗轮都是右旋蜗轮，齿数分别为42齿和28齿；第一蜗轮带动食指摆动，第二蜗轮带动无名指摆动，第三蜗轮带动小拇指摆动，食指、无名指和小拇指的摆动转速比为2:2:3，无名指和小指摆动方向相同，食指与无名指和小指的摆动方向相反。
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