CN109591038B - 一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人灵巧手技术领域，并公开了一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机。该装置解决了现有仿人灵巧手的耦合传动机构存在的结构复杂，可靠性差等问题，同时为灵巧手手指额外增加了一个旋转自由度。该装置的仿人手指利用旋转关节可以绕自身中心轴线旋转，对不同形状的物体能自主变换多种抓握姿态，增强了灵巧手的适应能力；通过调整被动绳和主动绳的长度，可以调节和重新标定灵巧手的初始位姿。本发明设计的新型仿人灵巧手无需复杂的控制系统和传动系统即可实现包络抓握，且具有被动旋转自由度，对不同形状的物体具有较高的自适应能力。

Description

一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法

技术领域

本发明涉及拟人机器人手技术领域，尤其涉及一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法的结构设计。

背景技术

机器人灵巧手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，其通过控制可以准确的在各种环境中完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，体现了人的智能性和适应性。

目前已研制成功的灵巧手大多采用类似人手的手指自由度布置，四个关节，三个自由度，现有技术中也已经提出了不同的控制方式实现灵巧手的抓取操作。但是，现有的仿人灵巧手的手指关节采用耦合传动机构，如专利CN201210408685、CN201710819677等，存在元器件多，结构复杂，可靠性差等问题。

此外，目前的大多数仿人灵巧手不具备旋转自由度，当目标物体的中心轴线与灵巧手抓取空间的主轴对齐时，大多数仿人灵巧手都能够实现对预设目标物体的抓取。但是，当目标物体的中心轴线与灵巧手抓取空间的主轴不对齐时，由于手指的抓握力不是沿垂直于接触面的方向作用于目标物体，抓握力需要沿作用方向进行分解，导致抓取力的效率低下；另外，在接触点处，手指不能与目标物体的表面相切，不能达到抓取面积的最大化，容易导致抓握不稳，存在目标物体滑落的风险。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法。该装置能够被动的自适应目标物体的主轴，以此来替代一般情形下的初始配置必须满足目标物体的主轴与灵巧手的抓取空间的主轴对齐的条件，该装置的操作方法能够实现灵巧手的旋转自由度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

本发明设计的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机，其特征在于：

所述的第一手指、第二手指、第三手指绕着垂直于所述手掌的中心轴线径向分布，相互之间间隔120度，所述第一手指、第二手指及第三手指固连在所述手掌上；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的结构完全相同，以所述第一手指为例具体介绍其结构，第一手指包括手指基座、近指节、中指节和远指节，近指节和手指基座通过近指节转动关节转动连接，中指节和近指节通过中指节转动关节转动连接，远指节和中指节通过远指节转动关节转动连接；

所述的近指节转动关节、中指节转动关节及远指节转动关节的结构完全相同，以近指节转动关节为例具体介绍其结构，近指节转动关节包括两条连杆，分别对应四边形的两条对角线；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的运动通过钢丝绳传动，以第一手指为例，第一条被动钢丝绳连接近指节、中指节和远指节，第二条被动钢丝绳连接手指基座、近指节和中指节，主动钢丝绳连接驱动电机、手指基座和近指节；

所述的手指基座和近指节之间、近指节和中指节之间、中指节和远指节之间均安装有弹簧连杆；

所述的第一手指还包括旋转关节，由关节输入盘、支撑架、关节输出盘、连接有丝杠的电机、带凸轮杆的移动滑块及弹簧组成，旋转关节与手指基座通过关节输入盘相连。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：所述的弹簧连杆用以控制手指动作前各指节的位姿：抓取开始前，各弹簧连杆中的弹簧处于预压缩状态，利用其反弹力使手指各指节保持初始位姿；抓取阶段，各弹簧连杆中的弹簧被进一步压缩，产生更大的反弹力，阻碍指节运动；抓取结束需要释放目标物体时，在反弹力的作用下弹簧回复到初始预压缩状态，同时各指节回复到初始位姿。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：仿人手指关节的转动通过固定在转动关节上的滑轮转动实现，滑轮的转动动力来自滑轮上的钢丝绳，被动钢丝绳和主动钢丝绳的固定位置和走线方式不同。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：为说明单根手指的弯曲原理，按钢丝绳所处的滑轮区间，将第一条被动钢丝绳分割为S11、S12、S13，将第二条被动钢丝绳分割为S21、S22、S23，将主动钢丝绳分割为S31、S32，则存在S1＝S11+S12+S13，S2＝S21+S22+S23，S1、S2的总长度恒定。抓取过程中，驱动电机牵引S32，导致S31缩短，引起近指节转动关节发生转动，使得S23拉长；由于S22始终保持长度不变，导致S21缩短，引起中指节转动关节发生转动，使得S13拉长；由于S12始终保持长度不变，导致S11缩短，引起远指节转动关节发生转动。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：所述旋转关节的关节输入盘下部开有梯形卡槽，关节输出盘的上部有一个梯形固定块，在梯形固定块的中心轴线开有螺纹孔，电机通过转动丝杠调节关节输入盘与关节输出盘的间距。关节输出盘加工有椭圆轮廓线的凸轮槽，其与固定在移动滑块上的凸轮杆相接触，移动滑块只能在支撑架下部所开的滑动槽中沿弹簧的轴线方向直线运动，弹簧初始处于压缩状态。旋转关节的转动方向是顺时针或者逆时针，以顺时针旋转为例来说明旋转关节的工作原理为：

1)丝杠电机不工作，此时关节输入盘与关节输出盘中心轴线共线，初始时凸轮杆位于位置A1，凸轮杆中心轴线与关节输入盘中心轴线的距离为L1，此时：

当仿人手指承受外力时，关节输入盘和关节输出盘发生相对转动，凸轮槽挤压凸轮杆到位置B1，凸轮杆带动移动滑块压缩弹簧，产生阻碍旋转关节柔性变形的弹力。仿人手指旋转角度Θ₁，弹簧收缩量为H。

2)当丝杠电机工作，导致关节输入盘与关节输出盘的中心轴线不再共线：电机通过丝杠调节关节输入盘和关节输出盘的初始间隔，也就改变了凸轮槽和凸轮杆的初始位置，弹簧的初始压缩程度随之改变，旋转关节的初始刚度也发生改变；此时，当仿人手指承受外力时，旋转关节在相同作用力下表现出与前述不同的变刚度特性。按照丝杠电机的正反转分为两种情况：

A)丝杠电机的正转运行导致关节输入盘和关节输出盘的初始间隔增大，凸轮杆位于位置A2，凸轮杆中心轴线与关节输入盘中心轴线的距离为L2，显然L2>L1，此时：

凸轮槽挤压凸轮杆到位置B2，凸轮杆带动移动滑块压缩弹簧，当弹簧收缩量为H，仿人手指旋转角度为Θ₂，Θ₂<Θ₁。

B)丝杠电机的反转运行导致关节输入盘和关节输出盘的初始间隔减小，凸轮杆位于位置A3，凸轮杆中心轴线与关节输入盘中心轴线的距离为L3，显然L3<L1，此时：

凸轮槽挤压凸轮杆到位置B3，凸轮杆带动移动滑块压缩弹簧，当弹簧收缩量为H，仿人手指旋转角度为Θ₃，Θ₃>Θ₁。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：仿人灵巧手的多个自由度耦合运动，手指与目标物体相接触，然后旋转关节发生被动旋转，直到每根手指都与目标物体在接触点相切，最终实现对目标物体的包络抓取。根据目标物体的几何形状的不同，分为两种抓取情形，分别为：

1)当目标物体相对于灵巧手手掌呈现出圆形截面时，在驱动电机作用下，手指弯曲使灵巧手抓取目标物体，直到每根手指都与目标物体接触，此时，所有手指都与目标物体在接触点相切，灵巧手能够安全稳固的抓持物体。

2)当目标物体相对于灵巧手手掌不呈现出圆形截面时，目标物体的中心轴线平行于灵巧手手掌，在驱动电机作用下，手指弯曲使灵巧手抓取目标物体，直到手指边缘与目标物体接触，在接触力作用下，手指发生旋转，进而引起转动关节的被动自适应旋转，直到所有手指都与目标物体在接触点相切，此时手指和目标物体的接触面最大，有利于稳定抓持。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：所述的驱动电机通过联轴器连接主动钢丝绳。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：通过对主动钢丝绳和被动钢丝绳的初始长度的调整，标定近指节、中指节和远指节的初始位姿。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：设计不同的凸轮槽轮廓线，所述的旋转关节输出不同的变刚度特性，其旋转动作的响应速度也不同。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：所述的近指节、中指节和远指节的内侧接触面安装有压力传感器，用以检测抓取过程中各指节输出的抓握力大小以及目标物体是否产生滑动。

本发明所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征还在于：所述的手指的外壳和基座以及滑轮采用高强度尼龙玻璃纤维通过3D打印机制作，弹簧连杆以及手指内部的连杆机构和轴采用高强度铝合金制作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

1)本发明采用电机驱动、钢丝绳传动，每根手指都由一个电机来驱动，是典型的欠驱动结构。

2)本发明的仿人手指具有一个旋转关节，可以绕自身中心轴线旋转，对不同形状的物体能自主变换多种抓握姿态，增强了灵巧手的适应能力。

3)本发明通过调整被动绳和主动绳的长度，调节和重新标定灵巧手的初始位姿。

4)本发明的仿人手指采用模块化设计，便于维修和替换。

5)由于采用手指模块化设计，本发明可通过改变手掌的布局，通过增加或减少手指数量，将灵巧手设计成两指结构、四指结构、仿人手五指结构、更多指结构等。

综上，本发明设计的新型仿人灵巧手，设计巧妙，结构精简，欠驱动，抓取能力强，调节方便，制造成本低廉，无需复杂的控制系统和传动系统即可实现包络抓握，具有被动旋转自由度，对不同形状的物体可以自适应调节为不同的抓握姿态。

附图说明

图1是本发明设计的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手的一种实施例的立体外观图；

图2是图1所示实施例的其中一根手指的正视图。

图3是图1所示实施例的其中一根手指的侧视图。

图4是图1所示实施例的其中一根手指的剖面图。

图5是图1所示实施例的旋转关节的立体视图。

图6是图1所示实施例的旋转关节的爆炸视图。

图7是图1所示实施例的旋转关节与手指基座的连接示意图。

图8是图2所示单根手指的弯曲示意图。

图9是关节输入盘与关节输出盘中心轴线对称时的旋转示意图。

图10是关节输入盘与关节输出盘中心轴线间隔增大时的旋转示意图。

图11是关节输入盘与关节输出盘中心轴线间隔减小时的旋转示意图。

图12是目标物体相对于灵巧手手掌呈现出圆形截面时的抓取示意图。

图13是目标物体相对于灵巧手手掌不呈现出圆形截面时的抓取示意图。

在图1至图13中，数字和构件的对应关系为：

1—第一手指，2—第二手指，3—第三手指，4—手掌，5—第一驱动电机，6—第二驱动电机，7—第三驱动电机，11—手指基座，12—近指节，13—中指节和14—远指节，15—近指节转动关节，16—中指节转动关节，17—远指节转动关节，18、19—被动钢丝绳，20—主动钢丝绳，110、111、112—弹簧连杆，1131—关节输入盘，1132—支撑架，1133—关节输出盘，1134—连接有丝杠的电机，1135—带凸轮杆的移动滑块，1136—弹簧。

具体实施方式

下面结合本发明的附图及实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的仅仅实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明设计的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手的一种实施例，如图1所示，该实施例由第一手指1、第二手指2、第三手指3、手掌4、第一驱动电机5、第二驱动电机6及第三驱动电机7构成，三根手指绕着垂直于所述手掌4的中心轴线径向分布，相互之间间隔120度，所述第一手指1、第二手指2及第三手指3固连在所述手掌4上；所述第一手指1、第二手指2及第三手指3的结构完全相同，以所述第一手指1为例具体介绍其结构，如图2至图4所示，第一手指1包括手指基座11、近指节12、中指节13和远指节14，近指节12和手指基座11通过近指节转动关节15转动连接，中指节13和近指节12通过中指节转动关节16转动连接，远指节14和中指节13通过远指节转动关节17转动连接；所述的近指节转动关节15、中指节转动关节16及远指节转动关节17的结构完全相同，以近指节转动关节15为例具体介绍其结构，近指节转动关节15包括连杆151和连杆152，两个连杆分别位于四边形的两条对角线；所述第一手指1、第二手指2及第三手指3的运动通过钢丝绳传动，以第一手指1为例，被动钢丝绳18连接近指节12、中指节13和远指节14，被动钢丝绳19连接手指基座11、近指节12和中指节13，主动钢丝绳20连接驱动电机5、手指基座11和近指节12；所述的手指基座11和近指节12之间安装有弹簧连杆110，近指节12和中指节13之间安装有弹簧连杆111，中指节13和远指节14之间安装有弹簧连杆112；所述第一手指还包括旋转关节113，如图5至图7所示，由关节输入盘1131、支撑架1132、关节输出盘1133、连接有丝杠的电机1134、带凸轮杆的移动滑块1135及弹簧1136组成，旋转关节113与手指基座11通过关节输入盘1131相连。

所述的弹簧连杆110、111、112用以控制手指动作前各指节的位姿：抓取开始前，各弹簧连杆中的弹簧处于预压缩状态，利用其反弹力使手指各指节保持初始位姿；抓取阶段，各弹簧连杆中的弹簧被进一步压缩，产生更大的反弹力，阻碍指节运动；抓取结束需要释放目标物体时，在反弹力的作用下弹簧回复到初始预压缩状态，同时各指节回复到初始位姿。

仿人手指关节的转动通过固定在转动关节上的滑轮转动实现，滑轮的转动动力来自滑轮上的钢丝绳，图4和图8标示了单根手指的走绳情况和运动方式，被动钢丝绳18、19和主动钢丝绳20固定的位置和走线方式不同，具体走线路径为：

被动钢丝绳18：固定于滑轮201→滑轮202→滑轮203→固定于滑轮204

被动钢丝绳19：固定于滑轮205→滑轮206→滑轮207→固定于滑轮208

主动钢丝绳20：固定于滑轮209→滑轮210→固定于驱动电机

单根手指的弯曲原理如图8所示，按钢丝绳所处的滑轮区间，将被动钢丝绳18分割为S11、S12、S13，将被动钢丝绳19分割为S21、S22、S23，将主动钢丝绳20分割为S31、S32，则存在S1＝S11+S12+S13，S2＝S21+S22+S23，S1、S2的总长度恒定。抓握过程中，电机牵引S32，导致S31缩短，引起近指节转动关节15发生转动，使得S23拉长；由于S22始终保持长度不变，导致S21缩短，引起中指节转动关节16发生转动，使得S13拉长；由于S12始终保持长度不变，导致S11缩短，引起远指节转动关节17发生转动。

如图6所示，所述旋转关节113的关节输入盘1131下部开有梯形卡槽，关节输出盘1133的上部有一个梯形固定块，在梯形固定块的中心轴线开有螺纹孔，电机1134通过转动丝杠调节关节输入盘1131与关节输出盘1133的间距。关节输出盘1133加工有椭圆轮廓线的凸轮槽，其与固定在移动滑块1135上的凸轮杆相接触，移动滑块1135只能在支撑架1132下部所开的滑动槽中沿弹簧1136的轴线方向直线运动，弹簧1136初始处于压缩状态。旋转关节113的转动方向是顺时针或者逆时针，以顺时针旋转为例来说明旋转关节113的工作原理为：

1)丝杠电机1134不工作，此时关节输入盘1131与关节输出盘1133中心轴线共线，初始时凸轮杆位于位置A1，凸轮杆中心轴线与关节输入盘1131中心轴线的距离为L1，如图9所示：

当仿人手指承受外力时，关节输入盘1131和关节输出盘1133发生相对转动，凸轮槽挤压凸轮杆到位置B1，凸轮杆带动移动滑块1135压缩弹簧1136，产生阻碍旋转关节柔性变形的弹力。仿人手指旋转角度Θ₁，弹簧1136收缩量为H。

2)当丝杠电机1134工作，导致关节输入盘1131与关节输出盘1133的中心轴线不再共线：电机1134通过丝杠调节关节输入盘1131和关节输出盘1133的初始间隔，也就改变了凸轮槽和凸轮杆的初始位置，弹簧1136的初始压缩程度随之改变，旋转关节113的初始刚度也发生改变；此时，当仿人手指承受外力时，旋转关节113在相同作用力下表现出与前述不同的变刚度特性。按照丝杠电机1134的正反转分为两种情况：

A)丝杠电机1134的正转运行导致关节输入盘1131和关节输出盘1133的初始间隔增大，凸轮杆位于位置A2，凸轮杆中心轴线与关节输入盘1131中心轴线的距离为L2，显然L2>L1，如图10所示：

凸轮槽挤压凸轮杆到位置B2，凸轮杆带动移动滑块1135压缩弹簧1136，当弹簧1136收缩量为H，仿人手指旋转角度为Θ₂，Θ₂<Θ₁。

C)丝杠电机1134的反转运行导致关节输入盘1131和关节输出盘1133的初始间隔减小，凸轮杆位于位置A3，凸轮杆中心轴线与关节输入盘1131中心轴线的距离为L3，显然L3<L1，如图11所示：

凸轮槽挤压凸轮杆到位置B3，凸轮杆带动移动滑块1135压缩弹簧1136，当弹簧1136收缩量为H，仿人手指旋转角度为Θ₃，Θ₃>Θ₁。

仿人灵巧手的多个自由度耦合运动，手指与目标物体相接触，然后发生被动旋转，直到每根手指都与目标物体在接触点相切，最终实现对目标物体的包络抓取。根据目标物体的几何形状的不同，分为两种抓取情形，分别为：

1)当目标物体相对于灵巧手手掌呈现出圆形截面时，如图12(a)所示，在驱动电机作用下，手指弯曲使灵巧手抓取目标物体，直到每根手指都与目标物体接触，如图12(b)所示，此时，所有手指都与目标物体在接触点相切，灵巧手能够安全稳固的抓持物体。

2)当目标物体相对于灵巧手手掌不呈现出圆形截面时，如图13(a)所示，此时，目标物体的中心轴线平行于灵巧手手掌，在驱动电机作用下，手指弯曲使灵巧手抓取目标物体，直到手指边缘与目标物体接触，如图13(b)所示，在接触力作用下，手指发生旋转，进而引起转动关节的被动自适应旋转，直到所有手指都与目标物体在接触点相切，如图13(c)所示，此时手指和目标物体的接触面最大，有利于稳定抓持。

所述的驱动电机5、6、7通过联轴器连接主动钢丝绳20。

通过对主动钢丝绳20和被动钢丝绳18、19的初始长度的调整，标定近指节12、中指节13和远指节14的初始位姿。

设计不同的凸轮槽轮廓线，所述的旋转关节113输出不同的变刚度特性，其旋转动作的响应速度也不同。

所述的近指节12、中指节13和远指节14的内侧接触面安装有压力传感器，用以检测抓取过程中各指节输出的抓握力大小以及目标物体是否产生滑动。

所述的手指的外壳和基座以及滑轮采用高强度尼龙玻璃纤维通过3D打印机制作，弹簧连杆以及手指内部的连杆机构和轴采用高强度铝合金制作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

1)本发明采用电机驱动、钢丝绳传动，每根手指都由一个电机来驱动，是典型的欠驱动结构。

2)本发明的仿人手指具有一个旋转关节，可以绕自身中心轴线旋转，对不同形状的物体能自主变换多种抓握姿态，增强了灵巧手的适应能力。

3)本发明通过调整被动绳和主动绳的长度，可以调节和重新标定灵巧手的初始位姿。

4)本发明的仿人手指采用模块化设计，便于维修和替换。

5)由于采用手指模块化设计，本发明可通过改变手掌的布局，通过增加或减少手指数量，将灵巧手设计成两指结构、四指结构、仿人手五指结构、更多指结构等。

综上，本发明设计的新型仿人灵巧手，设计巧妙，结构精简，欠驱动，抓取能力强，调节方便，制造成本低廉，无需复杂的控制系统和传动系统即可实现包络抓握，具有被动旋转自由度，对不同形状的物体可以自适应调节为不同的抓握姿态。

以上仅是本发明的较佳实施例，任何人根据本发明的内容对本发明作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机，其特征在于：

所述的第一手指、第二手指、第三手指绕着垂直于所述手掌的中心轴线径向分布，相互之间间隔120度，所述第一手指、第二手指及第三手指固连在所述手掌上；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的结构完全相同，以所述第一手指为例具体介绍其结构，第一手指包括手指基座、近指节、中指节和远指节，近指节和手指基座通过近指节转动关节转动连接，中指节和近指节通过中指节转动关节转动连接，远指节和中指节通过远指节转动关节转动连接；

所述的近指节转动关节、中指节转动关节及远指节转动关节的结构完全相同，以近指节转动关节为例具体介绍其结构，近指节转动关节包括两条连杆，分别对应四边形的两条对角线；

所述第一手指、第二手指及第三手指的运动通过钢丝绳传动，以第一手指为例，第一条被动钢丝绳连接近指节、中指节和远指节，第二条被动钢丝绳连接手指基座、近指节和中指节，主动钢丝绳连接驱动电机、手指基座和近指节；

所述的手指基座和近指节之间、近指节和中指节之间、中指节和远指节之间均安装有弹簧连杆；

所述第一手指还包括旋转关节，由关节输入盘、支撑架、关节输出盘、连接有丝杠的电机、带凸轮杆的移动滑块及弹簧组成，旋转关节与手指基座通过关节输入盘相连；

所述旋转关节的关节输入盘下部开有梯形卡槽，关节输出盘的上部有一个梯形固定块，梯形固定块嵌入梯形卡槽，梯形固定块能够在梯形卡槽中直线滑动；在梯形固定块的中心轴线开有螺纹孔，电机通过转动丝杠调节关节输入盘与关节输出盘的间距；关节输出盘加工有椭圆轮廓线的凸轮槽，其与固定在移动滑块上的凸轮杆相接触；移动滑块安装在支撑架下部所开的滑动槽中，能够沿支撑架的滑动槽直线滑动，移动滑块将弹簧挤压在支撑架的滑动槽中，弹簧初始处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：所述的弹簧连杆用以控制手指动作前各指节的位姿：抓取开始前，各弹簧连杆中的弹簧处于预压缩状态，利用其反弹力使手指各指节保持初始位姿；抓取阶段，各弹簧连杆中的弹簧被进一步压缩，产生更大的反弹力，阻碍指节运动；抓取结束需要释放目标物体时，在反弹力的作用下弹簧回复到初始预压缩状态，同时各指节回复到初始位姿。

3.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：仿人手指关节的转动通过固定在转动关节上的滑轮转动实现，滑轮的转动动力来自滑轮上的钢丝绳，被动钢丝绳和主动钢丝绳的固定位置和走线方式不同。

4.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：旋转关节的转动方向是顺时针或者逆时针，丝杠电机不工作时，旋转关节呈现初始变刚度特性；当丝杠电机工作，导致关节输入盘与关节输出盘的中心轴线不再共线，电机通过丝杠调节关节输入盘和关节输出盘的初始间隔增大或减小，也就改变了凸轮槽和凸轮杆的初始位置，弹簧的初始压缩程度随之改变，旋转关节的初始刚度也发生改变；此时，当仿人手指承受外力时，旋转关节在相同作用力下表现出不同的变刚度特性。

5.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：仿人灵巧手的多个自由度耦合运动，手指与目标物体相接触，然后旋转关节发生被动旋转，直到每根手指都与目标物体在接触点相切，最终实现对目标物体的包络抓取。

6.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：所述的驱动电机通过联轴器连接主动钢丝绳。

7.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：通过对主动钢丝绳和被动钢丝绳的初始长度的调整，标定近指节、中指节和远指节的初始位姿。

8.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：设计不同的凸轮槽轮廓线，所述的旋转关节输出不同的变刚度特性，其旋转动作的响应速度也不同。

9.根据权利要求1所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：所述的近指节、中指节和远指节的内侧接触面安装有压力传感器，用以检测抓取过程中各指节输出的抓握力大小以及目标物体是否产生滑动。

10.根据权利要求3所述的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，其特征在于：所述的手指的外壳和基座以及滑轮采用高强度尼龙玻璃纤维通过3D打印机制作，弹簧连杆以及手指内部的连杆机构和轴采用高强度铝合金制作。

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