CN107791266A - 一种机器人液压驱动五指灵巧手 - Google Patents

Abstract

一种机器人液压驱动五指灵巧手，属于操作型机器人领域，是由手心机构、手背机构、腕部被动机构、拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构、小指机构和力传感器组成的，所述手心机构固定在手背机构的上方，对内部的液压阀起到防尘和保护作用，所述腕部被动机构安装在手背机构上，并且可绕安装轴被动转动，起到改变灵巧手姿态的作用，所述拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构具有相同的结构，共同组成了灵巧手的五指，每个手指具有三个主动自由度和一个被动自由度，模拟人类的五指，所述力传感器贴在每个手指的末端，可以精确测量指尖输出力。该机器人液压驱动五指灵巧手采用五指结构，可以抓取任何不规则形状的物体，而液压驱动又保障了灵巧手的抓紧力，由于其独特的结构设计，可以作为绝大部分机器人末端的执行机构。

Description

一种机器人液压驱动五指灵巧手

技术领域

本发明涉及一种机器人液压驱动五指灵巧手，具体说是一种可模拟人类的手，采用液压驱动和指尖力反馈，几乎能抓取人类所能抓取的所有物体，可作为绝大部分机器人末端的执行机构，属于操作型机器人领域。

背景技术

灵巧手作为执行机构，是仿人机器人系统的重要组成部分。在越来越多的未知及高危险环境下，智能化的灵巧手可以代替人类完成某些作业。随着应用的广泛性和作业条件的复杂性，对机器人灵巧手提出了更高的要求。目前，机器人灵巧手多数为伺服电机驱动，通过谐波减速器、同步带以及钢丝绳等实现关节的运动。但是，随着关节自由度的增加，驱动电机的数量也随之增加，这种实现方式会使机械手结构和控制过于复杂。由于受灵巧手尺寸的局限性，电机与减速器的尺寸和性能也会受限，因此电机输出力矩与减速器的减速比较小，这会导致灵巧手指尖的输出力较小，通常小于10N。在抓取质量较大的物体时，这种驱动方式无法满足灵巧手对抓紧力的要求。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种机器人液压驱动五指灵巧手。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种机器人液压驱动五指灵巧手，属于操作型机器人领域，是由手心机构、手背机构、腕部被动机构、拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构、小指机构和力传感器组成的，所述手心机构固定在手背机构的上方，对内部的液压阀起到防尘和保护作用，所述腕部被动机构安装在手背机构上，并且可绕安装轴被动转动，起到改变灵巧手姿态的作用，所述拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构具有相同的结构，共同组成了灵巧手的五指，每个手指具有三个主动自由度和一个被动自由度，模拟人类的五指，所述力传感器贴在每个手指的末端，可以精确测量指尖输出力。

更进一步地，所述手心机构包括手心盖板、第一圆柱头螺钉、第二圆柱头螺钉、第三圆柱头螺钉、第四圆柱头螺钉、第五圆柱头螺钉、第六圆柱头螺钉、第七圆柱头螺钉、第八圆柱头螺钉、第九圆柱头螺钉、第十圆柱头螺钉、第十一圆柱头螺钉和第十二圆柱头螺钉，所述手心盖板设有第一凹形滑槽、第二凹形滑槽、第三凹形滑槽、第四凹形滑槽和第五凹形滑槽，所述手心盖板通过第一圆柱头螺钉和第二圆柱头螺钉固定在手背盖板上，所述第三圆柱头螺钉和第四圆柱头螺钉固定在拇指机构上，所述第五圆柱头螺钉和第六圆柱头螺钉固定在食指机构上，所述第七圆柱头螺钉和第八圆柱头螺钉固定在中指机构上，所述第九圆柱头螺钉和第十圆柱头螺钉固定在无名指机构上，所述第十一圆柱头螺钉和第十二圆柱头螺钉固定在小指机构上，所述拇指机构在绕第三圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第四圆柱头螺钉在第一凹形滑槽内滑动，所述食指机构在绕第五圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第六圆柱头螺钉在第二凹形滑槽内滑动，所述中指机构在绕第七圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第八圆柱头螺钉在第三凹形滑槽内滑动，所述无名指机构在绕第九圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第十圆柱头螺钉在第四凹形滑槽内滑动，所述小指机构在绕第十一圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第十二圆柱头螺钉在第五凹形滑槽内滑动。

更进一步地，所述手背机构包括手背盖板、液压控制阀、第一阀块、第二阀块、第三阀块、第四阀块和第五阀块，所述手背盖板上设置有进油口和出油口，所述液压控制阀固定在手背盖板上，所述第一阀块固定在手背盖板上，其上设置有拇指进油口和拇指出油口，所述第二阀块固定在手背盖板上，其上设置有食指进油口和食指出油口，所述第三阀块固定在手背盖板上，其上设置有中指进油口和中指出油口，所述第四阀块固定在手背盖板上，其上设置有无名指进油口和无名指出油口，所述第五阀块固定在手背盖板上，其上设置有小指进油口和小指出油口。

更进一步地，所述腕部被动机构包括腕部转轴、扭簧、圆环、第一紧定螺钉和端盖，所述腕部转轴通过端盖与手背盖板连接，所述扭簧一端与腕部转轴连接，另一端与圆环连接，所述圆环通过第一紧定螺钉与手背盖板连接。

更进一步地，所述拇指机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一输出杆、第一密封件、第一销轴、第二紧定螺钉、第二输出杆、第二密封件、第二销轴、第一转轴、第一挡圈、第一油管、第二油管、第三输出杆、第三密封件、第三销轴、第三紧定螺钉、第四输出杆、第四密封件、第四销轴、第二转轴、第二挡圈、第三油管、第四油管、第五输出杆、第五密封件、第五销轴、第六输出杆、第六密封件、第六销轴、第三转轴和第三挡圈，所述第一连杆固定在手背盖板上，所述第一密封件安装在第一输出杆上，所述第一销轴通过第二紧定螺钉固定在第一输出杆上，所述第一销轴两端与第二连杆连接，所述第二连杆通过第一转轴与第一连杆连接，所述第一挡圈与第一转轴的末端连接，所述第二密封件安装在第二输出杆上，所述第二销轴固定在第二输出杆上，其两端与第二连杆连接，所述第三密封件安装在第三输出杆上，所述第三销轴通过第三紧定螺钉固定在第三输出杆上，所述第三销轴两端与第三连杆连接，所述第三连杆通过第二转轴与第二连杆连接，所述第二挡圈与第二转轴的末端连接，所述第四密封件安装在第四输出杆上，所述第四销轴固定在第四输出杆上，其两端与第三连杆连接，所述第五密封件安装在第五输出杆上，所述第五销轴固定在第五输出杆上，并且两端与第四连杆连接，所述第四连杆通过第三转轴与第三连杆连接，所述第三挡圈与第三转轴的末端连接，所述第六密封件安装在第六输出杆上，所述第六销轴固定在第六输出杆上，其两端与第四连杆连接。

更进一步地，所述力传感器固定在各手指的末端。

该发明的有益之处是，该发明采用液压驱动灵巧手的五指，并且只利用一个液压阀控制灵巧手的15个主动关节，每个关节由两个单方向液压缸驱动，每个手指在靠近手掌处设置一个被动关节可改变整个手指的转动，在每个手指的末端装有压力传感器，可实时监测灵巧手在抓取物体的夹紧力，避免由于夹紧力过大而导致被夹取物体的损坏。整个灵巧手结构紧凑，控制简单，不需要对单个关节进行闭环控制。此外，该发明具有简易的安装接口，可作为绝大部分机器人末端的执行机构。

附图说明

图1为本发明的机器人液压驱动五指灵巧手结构示意图；

图2为本发明图1的手心机构示意图；

图3为本发明图1的腕部、手背以及五指机构示意图；

图4为本发明图1的腕部以及手背机构示意图；

图5为本发明图1的五指机构示意图；

图中，1、手心机构，101、手心盖板，102、第一圆柱头螺钉，103、第二圆柱头螺钉，104、第三圆柱头螺钉，105、第四圆柱头螺钉，106、第一凹形滑槽，107、第五圆柱头螺钉，108、第六圆柱头螺钉，109、第二凹形滑槽，110、第七圆柱头螺钉，111、第八圆柱头螺钉，112、第三凹形滑槽，113、第九圆柱头螺钉，114、第十圆柱头螺钉，115、第四凹形滑槽，116、第十一圆柱头螺钉，117、第十二圆柱头螺钉，118、第五凹形滑槽，2、手背机构，201、手背盖板，202、液压控制阀，203、进油口，204、出油口，205第一阀块，206、拇指进油口，207、拇指出油口，208第二阀块，209、食指进油口，210、食指出油口，211、第三阀块，212、中指进油口，213、中指出油口，214、第四阀块，215、无名指进油口，216、无名指出油口，217、第五阀块，218、小指进油口，219、小指出油口，3、腕部被动机构，301、腕部转轴，302、扭簧，303、圆环，304、第一紧定螺钉，305、端盖，4、拇指机构，401、第一连杆，402、第二连杆，403、第三连杆，404、第四连杆，405、第一输出杆，406、第一密封件，407、第一销轴，408、第二紧定螺钉，409、第二输出杆，410、第二密封件，411、第二销轴，412、第一转轴，413、第一挡圈，414、第一油管，415、第二油管，416、第三输出杆，417、第三密封件，418、第三销轴，419、第三紧定螺钉，420、第四输出杆，421、第四密封件，422、第四销轴，423、第二转轴，424、第二挡圈，425、第三油管，426、第四油管，427、第五输出杆，428、第五密封件，429、第五销轴，430、第六输出杆，431、第六密封件，432、第六销轴，433、第三转轴，434、第三挡圈，5、食指机构，6、中指机构，7、无名指机构，8、小指机构和9、力传感器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合图1-5对发明的一种机器人液压驱动五指灵巧手的结构做详细的描述。

一种机器人液压驱动五指灵巧手，是由手心机构1、手背机构2、腕部被动机构3、拇指机构4、食指机构5、中指机构6、无名指机构7、小指机构8和力传感器9组成的，所述手心机构1固定在手背机构2的上方，对内部的液压控制阀202起到防尘和保护作用，所述腕部被动机构3安装在手背机构2上，并且可绕安装轴被动转动，起到改变灵巧手姿态的作用，所述拇指机构4、食指机构5、中指机构6、无名指机构7和小指机构8具有相同的结构，共同组成了灵巧手的五指，每个手指具有三个主动自由度和一个被动自由度，模拟人类的五指，所述力传感器9贴在每个手指的末端，可以精确测量指尖输出力。

更进一步地，所述手心机构1包括手心盖板101、第一圆柱头螺钉102、第二圆柱头螺钉103、第三圆柱头螺钉104、第四圆柱头螺钉105、第五圆柱头螺钉107、第六圆柱头螺钉108、第七圆柱头螺钉110、第八圆柱头螺钉111、第九圆柱头螺钉113、第十圆柱头螺钉114、第十一圆柱头螺钉116和第十二圆柱头螺钉117，所述手心盖板101设有第一凹形滑槽106、第二凹形滑槽109、第三凹形滑槽112、第四凹形滑槽115和第五凹形滑槽118，所述手心盖板101通过第一圆柱头螺钉102和第二圆柱头螺钉103固定在手背盖板201上，所述第三圆柱头螺钉104和第四圆柱头螺钉105固定在拇指机构4上，所述第五圆柱头螺钉107和第六圆柱头螺钉108固定在食指机构5上，所述第七圆柱头螺钉110和第八圆柱头螺钉111固定在中指机构6上，所述第九圆柱头螺钉113和第十圆柱头螺钉114固定在无名指机构7上，所述第十一圆柱头螺钉116和第十二圆柱头螺钉117固定在小指机构8上，所述拇指机构4在绕第三圆柱头螺钉104所在的轴线被动转动时，所述第四圆柱头螺钉105在第一凹形滑槽106内滑动，所述食指机构5在绕第五圆柱头螺钉107所在的轴线被动转动时，所述第六圆柱头螺钉108在第二凹形滑槽109内滑动，所述中指机构6在绕第七圆柱头螺钉110所在的轴线被动转动时，所述第八圆柱头螺钉111在第三凹形滑槽112内滑动，所述无名指机构7在绕第九圆柱头螺钉113所在的轴线被动转动时，所述第十圆柱头螺钉114在第四凹形滑槽内115滑动，所述小指机构8在绕第十一圆柱头螺钉116所在的轴线被动转动时，所述第十二圆柱头螺钉117在第五凹形滑槽118内滑动。

更进一步地，所述手背机构2包括手背盖板201、液压控制阀202、第一阀块205、第二阀块208、第三阀块211、第四阀块214和第五阀块217，所述手背盖板201上设置有进油口203和出油口204，所述液压控制阀202固定在手背盖板201上，所述第一阀块205固定在手背盖板201上，其上设置有拇指进油口206和拇指出油口207，所述第二阀块208固定在手背盖板201上，其上设置有食指进油口209和食指出油口210，所述第三阀块211固定在手背盖板201上，其上设置有中指进油口212和中指出油口213，所述第四阀块214固定在手背盖板201上，其上设置有无名指进油口215和无名指出油口216，所述第五阀块217固定在手背盖板201上，其上设置有小指进油口218和小指出油口219。

更进一步地，所述腕部被动机构3包括腕部转轴301、扭簧302、圆环303、第一紧定螺钉304和端盖305，所述腕部转轴301通过端盖305与手背盖板201连接，所述扭簧302一端与腕部转轴301连接，另一端与圆环303连接，所述圆环303通过第一紧定螺钉304与手背盖板201连接。

更进一步地，所述拇指机构包括第一连杆401、第二连杆402、第三连杆403、第四连杆404、第一输出杆405、第一密封件406、第一销轴407、第二紧定螺钉408、第二输出杆409、第二密封件410、第二销轴411、第一转轴412、第一挡圈413、第一油管414、第二油管415、第三输出杆416、第三密封件417、第三销轴418、第三紧定螺钉419、第四输出杆420、第四密封件421、第四销轴422、第二转轴423、第二挡圈424、第三油管425、第四油管426、第五输出杆427、第五密封件428、第五销轴429、第六输出杆430、第六密封件431、第六销轴432、第三转轴433和第三挡圈434，所述第一连杆401固定在手背盖板201上，所述第一密封件406安装在第一输出杆405上，所述第一销轴407通过第二紧定螺钉408固定在第一输出杆405上，所述第一销轴407两端与第二连杆402连接，所述第二连杆402通过第一转轴412与第一连杆401连接，所述第一挡圈413与第一转轴412的末端连接，所述第二密封件410安装在第二输出杆409上，所述第二销轴411固定在第二输出杆409上，其两端与第二连杆402连接，所述第三密封件417安装在第三输出杆416上，所述第三销轴417通过第三紧定螺钉419固定在第三输出杆416上，所述第三销轴418两端与第三连杆403连接，所述第三连杆403通过第二转轴423与第二连杆402连接，所述第二挡圈424与第二转轴423的末端连接，所述第四密封件421安装在第四输出杆420上，所述第四销轴422固定在第四输出杆420上，其两端与第三连杆403连接，所述第五密封件428安装在第五输出杆427上，所述第五销轴429固定在第五输出杆427上，并且两端与第四连杆404连接，所述第四连杆404通过第三转轴433与第三连杆403连接，所述第三挡圈434与第三转轴433的末端连接，所述第六密封件431安装在第六输出杆430上，所述第六销轴432固定在第六输出杆430上，其两端与第四连杆404连接。

更进一步地，所述力传感器9固定在各手指的末端。

工作原理：当被抓取物体处于灵巧手抓取范围内，给液压控制阀202发信号，灵巧手五指弯曲。此时，每个关节处的一个液压缸伸长、一个液压缸缩短。各手指的完全角度与抓取的物体油管，各关节最大弯曲角度为90度。力传感器9实时测量抓紧力的大小，根据抓紧力的数值改变油压；当需要松开被抓取物体时，给液压控制阀9相反的信号，此时，各关节处的液压缸由伸长变为缩短或者由缩短变为伸长，直至灵巧手的五指完全伸直。该发明设计科学合理，五指灵巧手采用了液压驱动和力反馈，简化了现有灵巧手的复杂程度，并且在不增加结构空间的前提下增大灵巧手的抓取力，提高灵巧手的性能，值得大范围推广。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人液压驱动五指灵巧手，是由手心机构、手背机构、腕部被动机构、拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构、小指机构和力传感器组成的，所述手心机构固定在手背机构的上方，对内部的液压阀起到防尘和保护作用，所述腕部被动机构安装在手背机构上，并且可绕安装轴被动转动，起到改变灵巧手姿态的作用，所述拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构具有相同的结构，共同组成了灵巧手的五指，每个手指具有三个主动自由度和一个被动自由度，模拟人类的五指，所述力传感器贴在每个手指的末端，可以精确测量指尖输出力。

2.如权利要求1所述的一种机器人液压驱动五指灵巧手,其特征在于：所述手心机构包括手心盖板、第一圆柱头螺钉、第二圆柱头螺钉、第三圆柱头螺钉、第四圆柱头螺钉、第五圆柱头螺钉、第六圆柱头螺钉、第七圆柱头螺钉、第八圆柱头螺钉、第九圆柱头螺钉、第十圆柱头螺钉、第十一圆柱头螺钉和第十二圆柱头螺钉，所述手心盖板设有第一凹形滑槽、第二凹形滑槽、第三凹形滑槽、第四凹形滑槽和第五凹形滑槽，所述手心盖板通过第一圆柱头螺钉和第二圆柱头螺钉固定在手背盖板上，所述第三圆柱头螺钉和第四圆柱头螺钉固定在拇指机构上，所述第五圆柱头螺钉和第六圆柱头螺钉固定在食指机构上，所述第七圆柱头螺钉和第八圆柱头螺钉固定在中指机构上，所述第九圆柱头螺钉和第十圆柱头螺钉固定在无名指机构上，所述第十一圆柱头螺钉和第十二圆柱头螺钉固定在小指机构上，所述拇指机构在绕第三圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第四圆柱头螺钉在第一凹形滑槽内滑动，所述食指机构在绕第五圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第六圆柱头螺钉在第二凹形滑槽内滑动，所述中指机构在绕第七圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第八圆柱头螺钉在第三凹形滑槽内滑动，所述无名指机构在绕第九圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第十圆柱头螺钉在第四凹形滑槽内滑动，所述小指机构在绕第十一圆柱头螺钉所在的轴线被动转动时，所述第十二圆柱头螺钉在第五凹形滑槽内滑动。

3.如权利要求1所述的一种机器人液压驱动五指灵巧手,其特征在于：所述手背机构包括手背盖板、液压控制阀、第一阀块、第二阀块、第三阀块、第四阀块和第五阀块，所述手背盖板上设置有进油口和出油口，所述液压控制阀固定在手背盖板上，所述第一阀块固定在手背盖板上，其上设置有拇指进油口和拇指出油口，所述第二阀块固定在手背盖板上，其上设置有食指进油口和食指出油口，所述第三阀块固定在手背盖板上，其上设置有中指进油口和中指出油口，所述第四阀块固定在手背盖板上，其上设置有无名指进油口和无名指出油口，所述第五阀块固定在手背盖板上，其上设置有小指进油口和小指出油口。

4.如权利要求1所述的一种机器人液压驱动五指灵巧手,其特征在于：所述腕部被动机构包括腕部转轴、扭簧、圆环、第一紧定螺钉和端盖，所述腕部转轴通过端盖与手背盖板连接，所述扭簧一端与腕部转轴连接，另一端与圆环连接，所述圆环通过第一紧定螺钉与手背盖板连接。

5.如权利要求1所述的一种机器人液压驱动五指灵巧手,其特征在于：所述拇指机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一输出杆、第一密封件、第一销轴、第二紧定螺钉、第二输出杆、第二密封件、第二销轴、第一转轴、第一挡圈、第一油管、第二油管、第三输出杆、第三密封件、第三销轴、第三紧定螺钉、第四输出杆、第四密封件、第四销轴、第二转轴、第二挡圈、第三油管、第四油管、第五输出杆、第五密封件、第五销轴、第六输出杆、第六密封件、第六销轴、第三转轴和第三挡圈，所述第一连杆固定在手背盖板上，所述第一密封件安装在第一输出杆上，所述第一销轴通过第二紧定螺钉固定在第一输出杆上，所述第一销轴两端与第二连杆连接，所述第二连杆通过第一转轴与第一连杆连接，所述第一挡圈与第一转轴的末端连接，所述第二密封件安装在第二输出杆上，所述第二销轴固定在第二输出杆上，其两端与第二连杆连接，所述第三密封件安装在第三输出杆上，所述第三销轴通过第三紧定螺钉固定在第三输出杆上，所述第三销轴两端与第三连杆连接，所述第三连杆通过第二转轴与第二连杆连接，所述第二挡圈与第二转轴的末端连接，所述第四密封件安装在第四输出杆上，所述第四销轴固定在第四输出杆上，其两端与第三连杆连接，所述第五密封件安装在第五输出杆上，所述第五销轴固定在第五输出杆上，并且两端与第四连杆连接，所述第四连杆通过第三转轴与第三连杆连接，所述第三挡圈与第三转轴的末端连接，所述第六密封件安装在第六输出杆上，所述第六销轴固定在第六输出杆上，其两端与第四连杆连接。

6.如权利要求1所述的一种机器人液压驱动五指灵巧手,其特征在于：所述力传感器固定在各手指的末端。