CN108942980A - 一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，包括若干手指组件，一套驱动组件，控制电路板，手掌骨架、若干拉绳和若干信号线，其特征在于：所述手掌骨架上安装有若干手指组件，每个手指组件各通过一个拉绳与驱动组件连接；所述控制电路板通过若干信号线与驱动组件连接；所述驱动组件固定安装于手掌骨架之上，在驱动装置的前端还安装有主动齿轮，传动组件由两个轴承、一个从动齿轮和若干带有离合的槽轮固定安装于传动轴之上组成，传动组件通过两个轴承安装于驱动支架之上，且传动组件可相对于驱动支架旋转，主动齿轮与从动齿轮成啮合状态。简单，成本低；本发明采用欠驱动的方式，结构更加简单，能够将灵巧手的体积做的更小，更精细。
Description
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，具体为：一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法。
背景技术
通常，工业自动化中使用的机器人由大臂和简单的夹持器组成，此类机器人对于要求实现负荷的大范围运动作业是有效的，但却不能实现诸如装配之类的要求对负荷进行精细调整的作业。出现这种情况的主要原因之一是：传统工业机器人的末端夹持装置存在着灵活性差，抓取精度低，稳定性、可靠性和通用性差，没有精确的力控制等缺点，已远远达不到在柔性生产线上进行各种灵巧和精细操作的要求。仿人多指手是一种仿照真人手外形、结构和功能的机械灵巧手，它作为机器人的末端执行器，具有多自由度、多运动链协调的特点，可以对不同形状的物体完成复杂的操作，灵巧手的复杂程度、可执行动作能力在一定程度上体现了承载它的机器人的工作能力。
目前，我国正在大力发展和研制新型航天器，能够制造出在航天器的船外进行操作的智能太空机器人具有重要意义，而灵巧手是它的关键部件之一；灵巧手可以在核电站、化工厂、战场等不同环境下从事取样、探测、修理、探雷和排雷等作业，从而把人从有毒、有害、高温或危险的工作环境中解放出来，实现远程控制；此外还可以准确地复现大量的重复动作，从而有效地克服手工操作时的抖动，增强稳定性。随着科技水平的提高，灵巧手的应用领域还在不断的扩大，灵巧手不仅可以替代人手完成一些简单的操作，还能进行更加复杂的操作。目前，国家对康复工程的发展非常重视，据统计，我国将近多万的残疾人中有多达万为肢体残疾的人，能够研究出帮助残疾人进行正常活动的假肢手具有重要的现实意义。
多关节的灵巧手由于手指关节比较多，对每一个关节都可以进行独立地控制，自由度较多，因此一个机械手可以完成多种操作任务，逐渐成为机器人末端执行器的发展趋势。虽然多关节的灵巧手具有上述很多优点，但在研究的过程中依然遇到了很多难题，以往的多关节灵巧手大部分都是用一些连杆机构或其它机构串联起来构成手指，要想具备很大的灵活度，需要在手指的每一个关节处添加单独的电机，并进行单独的控制，这样就导致了机械手的控制异常复杂，另外由于大量控制器件的使用，制造的成本也大大增加。如果能用一个多几个驱动单元能够控制多个手指关节的话，必将能够降低成本以及灵巧手的的复杂程度。
发明内容
发明目的：提供一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，以解决上述技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，包括：若干手指组件，一套驱动组件，控制电路板，手掌骨架、若干拉绳和若干信号线，其特征在于：所述手掌骨架上安装有若干手指组件，每个手指组件各通过一个拉绳与驱动组件连接；所述控制电路板通过若干信号线与驱动组件连接；所述驱动组件固定安装于手掌骨架之上，驱动组件包括：驱动装置、驱动支架、主动齿轮和传动组件，驱动装置固定安装于驱动支架之上，且在驱动装置的前端还安装有主动齿轮，传动组件由两个轴承、一个从动齿轮和若于带有离合的槽轮固定安装于传动轴之上组成，传动组件通过两个轴承安装于驱动支架之上，且传动组件可相对于驱动支架旋转，主动齿轮与从动齿轮成啮合状态；所述手指组件由右关节I与左关节I、右关节II与左关节II、右关节III与左关节III和右关节IV与左关节IV成对扣合后，用销轴首尾相连，且销轴上还安装有扭簧；所述右关节IV与左关节IV之间还安装有一个销轴，拉绳的一端与销轴连接，依次穿过右关节I与左关节I、右关节II与左关节II、右关节III与左关节III和右关节IV与左关节IV 后与对应的带有离合的槽轮缠绕，并另一端与传动轴固定链接，带有离合的槽轮旋转可拖拽拉绳移动；所述带有离合的槽轮由离合器外轮、离合器控制板和离合器内轮组成，离合器外轮与离合器内轮同轴连接，并由离合器控制板控制离合器外轮与离合器内轮的离合状态。
所述驱动装置由编码器、电机和减速机依次同轴连接组成。
所述控制电路板通过驱动组件控制若干手指组件需要经过以下步骤：
第一步，上位机给出位置指令；
第二步，计算每个手指组件的终端角度；
第三步，驱动装置开始动作，各个对应离合器动作；
第四步，判断驱动装置和各个对应传动轴是否达到设定值，如果达到设定值，执行下一步，如果未达到第第二步的设定值，则继续动作；
第五步，驱动装置和各个对应的带有离合的槽轮达到第二步的设定值，驱动装置和各个带有离合的槽轮锁死定位。
采用上述技术方案的有益效果是：
1.本发明结构简单，成本低；
2.本发明采用模块化设计，适合批量生产；
3.本发明采用欠驱动的方式，结构更加简单，能够将灵巧手的体积做的更小，更精细。
附图说明
图1本发明整体结构示意图；
图2本发明驱动组件结构示意图；
图3本发明传动组件结构示意图；
图4本发明其中一个手指伸直状态结构示意图；
图5本发明其中一个手指弯曲状态结构示意图；
图6本发明手指爆炸图；
图7本发明中带有离合器的槽轮结构示意图；
图8本发明驱动装置结构爆炸图；
图9本发明手指运动控制流程图。
图中：1.手指组件，2.驱动组件，3.控制电路板，4.手掌骨架，5.拉绳，6.信号线，11L.左关节I，11R.右关节I，12L.左关节II，12R.右关节II，13L.左关节III，13R.右关节III，14L.左关节IV，14R.右关节IV，15.销轴，16.扭簧，17.固定轴，21.驱动装置，22.驱动支架，23.主动齿轮，24.传动组件，211.编码器，212.电机，213.减速机，241.轴承，242. 传动轴，243.从动齿轮，244.带有离合的槽轮，2441.离合器外轮，2442.离合器控制板，2443. 离合器内轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明；
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明提供一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法包括：若干手指组件1，一套驱动组件2，控制电路板3，手掌骨架4、若干拉绳5和若干信号线6，其特征在于：所述手掌骨架4上安装有若干手指组件1，每个手指组件1各通过一个拉绳5与驱动组件2连接；所述控制电路板3通过若干信号线6与驱动组件2连接；所述驱动组件2固定安装于手掌骨架4之上，驱动组件2包括：驱动装置21、驱动支架22、主动齿轮23和传动组件24，驱动装置21固定安装于驱动支架22之上，且在驱动装置21的前端还安装有主动齿轮23，传动组件24由两个轴承241、一个从动齿轮243 和若干带有离合的槽轮244固定安装于传动轴242之上组成，传动组件24通过两个轴承241 安装于驱动支架22之上，且传动组件24可相对于驱动支架22旋转，主动齿轮23与从动齿轮243成啮合状态；所述手指组件1由右关节I 11R与左关节I 11L、右关节II 12R与左关节 II 12L、右关节III13R与左关节III13L和右关节IV14R与左关节IV14L成对扣合后，用销轴15 首尾相连，且销轴15上还安装有扭簧16；所述右关节IV14R与左关节IV14L之间还安装有一个销轴15，拉绳5的一端与销轴15连接，依次穿过右关节I 11R与左关节I 11L、右关节II 12R与左关节II 12L、右关节III13R与左关节III13L和右关节IV14R与左关节IV14L后与对应的带有离合的槽轮244缠绕，并另一端与传动轴242固定链接，带有离合的槽轮244旋转可拖拽拉绳5移动；所述带有离合的槽轮244由离合器外轮2441、离合器控制板2442和离合器内轮2443组成，离合器外轮2441与离合器内轮2443同轴连接，并由离合器控制板2442控制离合器外轮2441与离合器内轮2443的离合状态。
如图8所示，所述驱动装置21由编码器211、电机212和减速机213依次同轴连接组成。
如图9所示，所述控制电路板3通过驱动组件2控制若干手指组件1需要经过以下步骤：
第一步，上位机给出位置指令；
第二步，计算每个手指组件1的终端角度；
第三步，驱动装置21开始动作，各个对应离合器动作；
第四步，判断驱动装置21和各个对应传动轴242是否达到设定值，如果达到设定值，执行下一步，如果未达到第第二步的设定值，则继续动作；
第五步，驱动装置21和各个对应的带有离合的槽轮244达到第二步的设定值，驱动装置21和各个带有离合的槽轮244锁死定位。
下面结合图1～图9说明本发明的工作过程：
本实施例是：其中一个手指组件1需要从伸直状态(如图4所示)，转变成弯曲状态，(如图5所示)。当上位机给出位置指令时，控制电路板3计算出电机212需要顺时针旋转1圈，对应的带有离合的槽轮244首先为闭合状态，其他带有离合的槽轮244为分离状态，当从编码器211读取到的圈数达到1圈时，对应的带有离合的槽轮244变为分离状态，且电机212停止旋转；带有离合的槽轮244的旋转拖动对应的拉绳5移动并将对应的手指组件1 拖拽成弯曲状态(如图5所示)，其他手指组件1在若干扭簧16的作用下保持伸直状态。
Claims (3)
1.一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，包括：若干手指组件(1)，一套驱动组件(2)，控制电路板(3)，手掌骨架(4)、若干拉绳(5)和若干信号线(6)，其特征在于：
所述手掌骨架(4)上安装有若干手指组件(1)，每个手指组件(1)各通过一个拉绳(5)与驱动组件(2)连接；
所述控制电路板(3)通过若干信号线(6)与驱动组件(2)连接；
所述驱动组件(2)固定安装于手掌骨架(4)之上，驱动组件(2)包括：驱动装置(21)、驱动支架(22)、主动齿轮(23)和传动组件(24)，驱动装置(21)固定安装于驱动支架(22)之上，且在驱动装置(21)的前端还安装有主动齿轮(23)，传动组件(24)由两个轴承(241)、一个从动齿轮(243)和若干带有离合的槽轮(244)固定安装于传动轴(242)之上组成，传动组件(24)通过两个轴承(241)安装于驱动支架(22)之上，且传动组件(24)可相对于驱动支架(22)旋转，主动齿轮(23)与从动齿轮(243)成啮合状态；
所述手指组件(1)由右关节I(11R)与左关节I(11L)、右关节II(12R)与左关节II(12L)、右关节III(13R)与左关节III(13L)和右关节IV(14R)与左关节IV(14L)成对扣合后，用销轴(15)首尾相连，且销轴(15)上还安装有扭簧(16)；
所述右关节IV(14R)与左关节IV(14L)之间还安装有一个销轴(15)，拉绳(5)的一端与销轴(15)连接，依次穿过右关节I(11R)与左关节I(11L)、右关节II(12R)与左关节II(12L)、右关节III(13R)与左关节III(13L)和右关节IV(14R)与左关节IV(14L)后与对应的带有离合的槽轮(244)缠绕，并另一端与传动轴(242)固定链接，带有离合的槽轮(244)旋转可拖拽拉绳(5)移动；
所述带有离合的槽轮(244)由离合器外轮(2441)、离合器控制板(2442)和离合器内轮(2443)组成，离合器外轮(2441)与离合器内轮(2443)同轴连接，并由离合器控制板(2442)控制离合器外轮(2441)与离合器内轮(2443)的离合状态。
2.如权利要求1所述的一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，其特征在于：所述驱动装置(21)由编码器(211)、电机(212)和减速机(213)依次同轴连接组成。
3.如权利要求1所述的一种欠驱动多指灵巧手及其控制方法，其特征在于：所述控制电路板(3)通过驱动组件(2)控制若干手指组件(1)需要经过以下步骤：
第一步，上位机给出位置指令；
第二步，计算每个手指组件(1)的终端角度；
第三步，驱动装置(21)开始动作，各个对应离合器动作；
第四步，判断驱动装置(21)和各个对应传动轴(242)是否达到设定值，如果达到设定值，执行下一步，如果未达到第第二步的设定值，则继续动作；
第五步，驱动装置(21)和各个对应的带有离合的槽轮(244)达到第二步的设定值，驱动装置(21)和各个带有离合的槽轮(244)锁死定位。
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