CN111390892B - 一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，旨在解决现在的欠驱动机械手耦合严重，无法对目标进行灵巧操作的不足。该发明包括若干手指，手指包括可相对转动的远指端、中指端、近指端以及远指端和中指端之间的、中指端和近指端之间的转动关节，手指可摆动和可转动的连接有球关节；驱动件，驱动件为可伸缩运动的气动肌肉以及固定连接在气动肌肉上的滑轴；以及传动件，传动件包括若干组用于手指转动和回复的驱动腱绳和回复腱绳，驱动腱绳和回复腱绳一端固定连接在滑轴上。它能使得关节驱动更加柔性、减少灵巧手控制的复杂性、提高灵巧手控制的精确性。

Description

一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，它涉及一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手。

背景技术

目前基于气动肌肉驱动的灵巧手主要采用欠驱动的驱动方式，虽然欠驱动在可减少驱动器的数量，降低了控制的复杂性，也使其在重量、体积方面都大大减少，因此欠驱动手能够有广泛的应用领域。但在某一些需要精细操作的场景中，欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作。除此之外，大多数基于气动肌肉的灵巧手的驱动器都置于末端，中间用腱绳传动，这在一定程度上能够减轻末端执行器的重量与体积，但也增加了一个弊端。由于腱绳都有疲劳损伤，长期使用会产生不可恢复的形变，造成腱绳的松动，从而形成了一个驱动死区，间接的减少了机械手的工作空间，也增加了对其精确控制的难度。机器人仿人灵巧手相对于工业夹爪，其多自由度和灵巧性在机器人与外界对象交互操作中具有突出的优势。基关节处具有两个自由度，可以是实现手指的俯仰运动和摆动运动，是实现灵巧手的灵巧程度的关键结构。目前灵巧手的基关节主要采用俯仰运动关节和摆动运动关节分离的结构。双关节的基关节设计虽然可以简化手指的结构，但是存在很多的不足之处。首先，双关节的设计会增大手指的整体尺寸，增加手指的重量且不利于手指的仿人化设计；其次，双关节的设计会增加驱动器的数量且不利于驱动腱绳的走线，造成关节与关节之间的耦合问题。并且双关节的设计使运动关节存在偏置，在控制时要考虑驱动器之间的协同作用会提高控制系统的复杂程度且在一定程度上降低了手指的灵巧度。另一方面目前常见的球关节，都是被动运动形式，无法实现主动准确的运动控制。

中国专利公告号 CN101797753B，名称为腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，该申请案公开了腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，属于拟人机器人技术领域，两关节手指装置包括基座、第一电机、第二电机、近关节轴、第一指段、远关节轴、末端指段和复位簧件。该装置还包括第一绳轮、第二绳轮、第三绳轮、第一腱绳、第二腱绳和第三腱绳。多关节手指装置还包括至少一个中部指段、至少一个中间绳轮。该装置利用电机、绳轮、腱绳和复位簧件综合实现了手指初始构型可变与自适应抓取相结合的特殊效果。该装置在抓取前可以灵活弯曲手指中间关节以达到稳定拟人的预弯曲姿态，在抓取时以自适应欠驱动方式抓取物体。它具有欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作的不足。

中国专利公告号 CN101797753B，名称为腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，该申请案公开了腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，属于拟人机器人技术领域，两关节手指装置包括基座、第一电机、第二电机、近关节轴、第一指段、远关节轴、末端指段和复位簧件。该装置还包括第一绳轮、第二绳轮、第三绳轮、第一腱绳、第二腱绳和第三腱绳。多关节手指装置还包括至少一个中部指段、至少一个中间绳轮。该装置利用电机、绳轮、腱绳和复位簧件综合实现了手指初始构型可变与自适应抓取相结合的特殊效果。该装置在抓取前可以灵活弯曲手指中间关节以达到稳定拟人的预弯曲姿态，在抓取时以自适应欠驱动方式抓取物体。它具有欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作的不足。

发明内容

本发明克服了现在的欠驱动机械手耦合严重，无法对目标进行灵巧操作的不足，提供了一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，它能使得关节驱动更加柔性、减少灵巧手控制的复杂性、提高灵巧手控制的精确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，包括

若干手指，手指包括可相对转动的远指端、中指端、近指端以及远指端和中指端之间的、中指端和近指端之间的转动关节，手指可摆动和可转动的连接有球关节；

驱动件，驱动件为可伸缩运动的气动肌肉以及固定连接在气动肌肉上的滑轴；以及

传动件，传动件包括若干组用于手指转动和回复的驱动腱绳和回复腱绳，驱动腱绳和回复腱绳一端固定连接在滑轴上。

该全驱动的手指的每个部件可相对其他部件实现转动，共具有4个自由度，分别是手指的两个关节转动，球关节的转动和摆动。通过不同手指的配合，实现手掌的灵活动作。气动肌肉伸缩带动滑轴在对应的滑轴槽中升降，带动滑轴端部的腱绳升降，进而带动所谓的自由度对应的转轴转动。

作为优选，中指端上设有用于转动远指端的第一转动关节，近指端上设有用于转动中指端的第二转动关节，转动关节包括与远离灵巧手根部的指节连接的腱绳固定轴、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接的转动滑轮和辅助滑轮，辅助滑轮设置在转动滑轮下方，转动关节滑轮和辅助滑轮的外侧套设有腱绳，腱绳固定绕接在转动滑轮和辅助滑轮上，腱绳固定轴上设有通线孔，腱绳通过通线孔，腱绳端部直径较通线孔大。本方案的每个关节均可以独立控制，具有更好的操控性，较欠驱动的驱动方式更为灵巧，可以做出更多的运动。对于一个关节，其设置在两个指节之间，上方的指节铰接连接在下方指节上。具体的，上方的指节端部具有两个通孔，下方的指节也具有两个对应的凹槽，上方指节端部插装在下方指节中，并通过一个转轴连接，该转轴在两个通孔之间的间隙套装固定有转动滑轮。转动滑轮的正下方也具有同样的辅助滑轮，两滑轮的周向面在同一面上。滑轮的外缘两端高中间低形成过线的槽，该槽通过腱绳，腱绳包合在两个滑轮上，其端部向上伸出进入通线孔，通线孔设置在腱绳固定轴上，该腱绳固定轴固定连接在对应转动的关节上。腱绳的固定方式可以为其端部打结使得其直接变大，也可以套有直径比该结构通过腱绳的收缩实现对应关节的转动。如果没有腱绳固定轴，那么转动滑轮会受到相当巨大的负荷，寿命较短。

作为优选，转动滑轮固定连接在转动转轴上，转动转轴铰接连接在两相邻指节之间，辅助滑轮转动连接在指节上，第二转动关节的转动转轴和腱绳固定轴上设有用于通过腱绳的过线孔，所述腱绳穿过通线孔绕接固定在第一转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第二转动关节的转动转轴上在过线孔位置设有避让槽,避让槽设置在指尖的转动方向上，避让槽与过线孔连接处设有用于减少腱绳摩擦的弯角段，避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心；第二转动关节的转动滑轮连接有用于定位的轴套，轴套上设有用于通过腱绳的过线孔和避让槽，避让槽沿轴套的周向方向设置在指尖的转动方向上，避让槽远离过线孔的一端设有用于减少腱绳摩擦的弯角端，所述避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述轴套轴心。若没有避让槽，在下方关节转动时，关节之间会发生耦合。避让槽一端设置在过线孔上，另一端贯通转轴，避让槽与转轴形成的弯曲段容易被腱绳接触，因此设置向外凸出的弯角段。弯角段可以减少腱绳受到的摩擦力和应力。而避让槽不但可以避免腱绳和过线孔的孔端部外缘的摩擦，而且可以保证腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心。保证去耦合。为了实现动耦合，避让槽沿轴套周向方向设置，其一端设置在过线孔上。

作为优选，球关节包括关节座、十字轴、第一主动锥齿轮、第二主动锥齿轮、从动锥齿轮、第三滑轮和第四滑轮，十字轴包括第一轴和第二轴，第一轴与关节座转动连接，第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮可转动的套设在第一轴上，且第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮设置在第二轴的相对两侧，从动锥齿轮套设在第二轴上且与近指段固定，近指段与第二轴转动连接，第三滑轮与第一主动锥齿轮同轴布置且与第一主动锥齿轮固定，第四滑轮与第二主动锥齿轮同轴布置且与第二主动锥齿轮固定，从动锥齿轮分别与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮啮合。上述技术方案中，近指段可以相对关节座做两个自由度的运动，即十字轴提供的两个自由度。当第一主动锥齿轮与第二主动锥齿轮转动时，可以带动从动锥齿轮绕第一轴的进行公转，可以带动从动锥齿轮绕第二轴进行自转，从而对近指段进行两个自由度的驱动。

作为优选，传动件包括第一驱动腱绳、第一回复腱绳、第二驱动腱绳、第二回复腱绳、第三驱动腱绳、第三回复腱绳、第四驱动腱绳以及第四回复腱绳；第一驱动腱绳和第一回复腱绳的一端卷绕在第一转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第二驱动腱绳和第二回复腱绳的一端卷绕在第二转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第三驱动腱绳的一端卷绕在第三滑轮上，第三回复腱绳的一端卷绕在第三滑轮上；第四驱动腱绳的一端卷绕在第四滑轮上，第四回复腱绳的一端卷绕在第四滑轮上，驱动腱绳与回复腱绳的卷绕方向相反。所述球关节近指段俯仰和摆动两个自由度的实现方式如下：第三驱动腱绳和第三回复腱绳相反运动并产生拉力差，进而带动第三滑轮和第一主动锥齿轮转动，设定第一驱动腱绳的拉力值减去第一回复腱绳拉力值为第一拉力差；另一侧的第二驱动组件结构与第一驱动组件相同，并存在第二拉力差；所述第一拉力差的值等于所述第二拉力差的值且两者都大于零时，所述从动锥齿轮沿第一轴正向转动，带动近指段实现弯曲运动；所述第一拉力差的值等于所述第二拉力差的值且两者都小于零时，所述从动锥齿轮沿第一轴反向转动，带动所述近指段实现伸展运动；所述第一拉力差的绝对值等于所述第二拉力差的绝对值且正负相反时，所述从动锥齿轮沿第二轴转动，带动所述近指段实现侧摆运动。第一拉力差的值与第二拉力的值为其他关系时，可以实现所述从动锥齿轮做俯仰和摆动运动的综合运动，提高了手指基关节的灵活性和运动空间。可以设置在远离近指段的位置并与支撑件固定，实现了运动机构和驱动机构的分离，使基关节结构更加紧凑。且由于采用卷绕结构，不会出现打滑现象，控制精度高。第一驱动腱绳与所述第一回复腱绳在所述辅助滑轮1与所述第一转动关节滑轮和辅助滑轮上为“8”字型分布。所述辅助滑轮与此种腱绳分布方式的有益作用在于提高腱绳在转动滑轮上的包角，防止腱绳在运动过程中从滑轮上滑出。第二转动关节上的腱绳与第一转动关节上的分布方式相同。

作为优选，驱动件和手指之间还设有气动肌肉支架，所述气动肌肉支架包括第一平板、第二平板、第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块，所述第一平板、第二平板、第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块围成一个两侧开放的盒体结构，第一平板和第二平板上分别设有互相平行的开孔，所述开孔形成用于通过腱绳的导向孔，第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块上分别可调连接有预紧螺钉，预紧螺钉末端转动连接有预紧轴承，所述预紧轴承的外缘抵接在腱绳上。

腱绳通过导向孔穿过盒体结构的气动肌肉支架，所述各个腱绳平行。与腱绳平行的第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块上设有与其垂直的预紧螺钉，预紧螺钉与腱绳垂直，预紧螺钉上的预紧轴承的轴线同样与腱绳垂直，其外缘的切面与腱绳的方向平行。随着预紧螺钉的拧入，预紧轴承靠近腱绳直到其贴合腱绳。腱绳在拉动的同时带动预紧轴承的外圈做相应的转动。通过预紧轴承的抵接，使得腱绳发生弯曲，并产生轴向运动，如此即可对对应的腱绳进行主动预紧，该预紧系统的具体工作过程如下：初始状态下，拉簧处于拉伸状态，随着腱绳疲劳应变的不断变大，拉簧会产生自适应的收缩，以保证腱绳的张紧。当腱绳的疲劳应变达到一定程度时，即使预紧拉簧恢复成了原长，但还是不足以完全张紧腱绳，此时，就需要旋转腱绳对应的预紧螺钉，利用末端预紧轴承推动腱绳，使其重新张紧，并将预紧拉簧拉伸到一定长度。主被动配合的预紧系统具有以下优势：被动预紧方式不需要人为干预即可实现腱绳的张紧，而当被动预紧系统的预紧效果达到极限时，可通过主动预紧恢复被动预紧的作用效果。因此，所述手指不需要时刻的进行人工预紧，只需隔一段工作时间后进行人工预紧即可。

作为优选，预紧螺钉末端固定连接有预紧螺钉固定支架，预紧螺钉支架端部转动连接有预紧螺钉固定支架轴承，所述预紧螺钉固定支架轴承上固定套装有预紧轴承支架，所述预紧轴承支架上转动连接有预紧轴承，所述预紧轴承随腱绳的拉动而转动。预紧螺钉的端部的预紧螺钉固定支架随预紧螺钉转动并横向移动，该预紧螺钉固定支架的端部插装在预紧螺钉固定支架轴承的内圈上，其外圈插装在对应的预紧轴承支架，该支架上下两端分别抵接在第一平板和第二平板上，因此不会受到预紧螺钉的转动而转动，只会随其进行横向移动，其上的预紧轴承自由转动，随预紧螺钉的运动而改变对腱绳的预紧程度。

作为优选，驱动腱绳和回复腱绳的一端连接在滑轴上，滑轴端部远离转动关节一侧还设置有回复导向轮，回复腱绳经回复导向轮卷绕在转动关节和球关节上。该装置实现了只需要一个伸缩驱动件就可以同时驱动两个腱绳，在工作过程中，伸缩驱动件的收缩将二者下拉，驱动腱绳将关节向一方向转动，而回复腱绳经过回复导向轮的转向，其变为松弛，松弛的余量被被动张紧系统吸收；而伸缩驱动件的伸长将二者上拉，驱动腱绳保持松弛，其余量被被动张紧系统吸收，而回复腱绳被拉动，带动关节复位。

作为优选，还包括有底部支架，所述底部支架包括若干对应手指的支撑块，两两支撑块铰接连接，两两支撑块之间设有用于驱动支撑块产生相对转动的驱动器，两手指及其对应的驱动件和传动件设置在一支撑块上，所述支撑块两侧分别具有若干装设有一根手指的支撑块。上述结构实现了手掌的灵活运动。

作为优选，还包括有仿真手掌，所述手指装设在仿真手掌的手指位置，仿真手掌下方设有定位架，气动肌肉设置在定位架中。上述结构实现了对手掌的仿真，使得其更像人的手掌。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）通过腱绳、滑轮驱动的差动结构实现了近指段关节两个自由度的运动；（2）实现了全驱动和各个运动部件之间的解耦；（3）通过主动和被动张紧系统，保证了传动件的运动有效传动到对应的运动件上。

附图说明

图1是本发明的手指的立体图；

图2是本发明的手指纵向的剖面图；

图3是本发明图2A处的放大图；

图4是本发明图2B处的放大图；

图5是本发明第二转动关节转动转轴和转动滑轮的立体图；

图6是本发明图2C处的放大图；

图7是本发明图6的D-D的剖面图；

图8是本发明手指横向方向的剖面图；

图9是本发明整个灵巧手1的立体图；

图10是本发明整个灵巧手2的立体图；

图中：

远指端1，中指端2，近指端3，转动关节4，腱绳固定轴5，转动滑轮6，辅助滑轮7，通线孔8，过线孔9，避让槽10，弯角段11，轴套12，关节座13，十字轴14，第一主动锥齿轮15，第二主动锥齿轮16，从动锥齿轮17，第三滑轮18，第四滑轮19，第一轴20，第二轴21，第一驱动腱绳22，第一回复腱绳23，第二驱动腱绳24，第二回复腱绳25，第三驱动腱绳26，第三回复腱绳27，第四驱动腱绳28，第四回复腱绳29，第一平板30，第二平板31，第一预紧机构定位块32，第二预紧机构定位块33，导向孔34，预紧螺钉35，预紧轴承36，滑轴37，回复导向轮38，支撑块39，仿真手掌40，弹性件41，定位架42。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：

一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，如图9和10所示，具有若干手指，如图是所示，手指包括可相对转动的远指端1、中指端2、近指端3以及远指端1和中指端2之间的、中指端2和近指端3之间的转动关节4，中指端2上设有用于转动远指端1的第一转动关节，近指端3上设有用于转动中指端2的第二转动关节，转动关节4包括与远离灵巧手根部的指节连接的腱绳固定轴5、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接的转动滑轮6和辅助滑轮7，辅助滑轮7设置在转动滑轮6下方，转动关节4滑轮和辅助滑轮7的外侧套设有腱绳，腱绳固定绕接在转动滑轮6和辅助滑轮7上，腱绳固定轴5上设有通线孔8，腱绳通过通线孔8，腱绳端部直径较通线孔8大。每个关节均可以独立控制，具有更好的操控性，较欠驱动的驱动方式更为灵巧，可以做出更多的运动。对于一个关节，其设置在两个指节之间，上方的指节铰接连接在下方指节上。具体的，上方的指节端部具有两个通孔，下方的指节也具有两个对应的凹槽，上方指节端部插装在下方指节中，并通过一个转轴连接，该转轴在两个通孔之间的间隙套装固定有转动滑轮6。转动滑轮6的正下方也具有同样的辅助滑轮7，两滑轮的周向面在同一面上。滑轮的外缘两端高中间低形成过线的槽，该槽通过腱绳，腱绳包合在两个滑轮上，其端部向上伸出进入通线孔8，通线孔8设置在腱绳固定轴5上，该腱绳固定轴5固定连接在对应转动的关节上。腱绳的固定方式可以为其端部打结使得其直接变大，也可以套有直径比该结构通过腱绳的收缩实现对应关节的转动。如果没有腱绳固定轴5，那么转动滑轮6会受到相当巨大的负荷，寿命较短。

如图2、3和4所示，转动滑轮6固定连接在转动转轴上，转动转轴铰接连接在两相邻指节之间，辅助滑轮7转动连接在指节上，第二转动关节的转动转轴和腱绳固定轴5上设有用于通过腱绳的过线孔9，所述腱绳穿过通线孔8绕接固定在第一转动关节的转动滑轮6和辅助滑轮7上，如图5所示，第二转动关节的转动转轴上在过线孔9位置设有避让槽10,避让槽10设置在指尖的转动方向上，避让槽10与过线孔9连接处设有用于减少腱绳摩擦的弯角段11，避让槽10使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心；第二转动关节的转动滑轮6连接有用于定位的轴套12，轴套12上设有用于通过腱绳的过线孔9和避让槽10，避让槽10沿轴套12的周向方向设置在指尖的转动方向上，避让槽10远离过线孔9的一端设有用于减少腱绳摩擦的弯角端，所述避让槽10使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述轴套12轴心。若没有避让槽10，在下方关节转动时，关节之间会发生耦合。避让槽10一端设置在过线孔9上，另一端贯通转轴，避让槽10与转轴形成的弯曲段容易被腱绳接触，因此设置向外凸出的弯角段11。弯角段11可以减少腱绳受到的摩擦力和应力。而避让槽10不但可以避免腱绳和过线孔9的孔端部外缘的摩擦，而且可以保证腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心。保证去耦合。为了实现动耦合，避让槽10沿轴套12周向方向设置，其一端设置在过线孔9上。如图6、7所示，手指可摆动和可转动的连接有球关节，球关节包括关节座13、十字轴14、第一主动锥齿轮15、第二主动锥齿轮16、从动锥齿轮17、第三滑轮18和第四滑轮19，十字轴14包括第一轴20和第二轴21，第一轴20与关节座13转动连接，第一主动锥齿轮15和第二主动锥齿轮16可转动的套设在第一轴20上，且第一主动锥齿轮15和第二主动锥齿轮16设置在第二轴21的相对两侧，从动锥齿轮17套设在第二轴21上且与近指段固定，近指段与第二轴21转动连接，第三滑轮18与第一主动锥齿轮15同轴布置且与第一主动锥齿轮15固定，第四滑轮19与第二主动锥齿轮16同轴布置且与第二主动锥齿轮16固定，从动锥齿轮17分别与第一主动锥齿轮15和第二主动锥齿轮16啮合。上述技术方案中，近指段可以相对关节座13做两个自由度的运动，即十字轴14提供的两个自由度。当第一主动锥齿轮15与第二主动锥齿轮16转动时，可以带动从动锥齿轮17绕第一轴20的进行公转，可以带动从动锥齿轮17绕第二轴21进行自转，从而对近指段进行两个自由度的驱动。

该灵巧手具有驱动件，驱动件为可伸缩运动的气动肌肉以及固定连接在气动肌肉上的滑轴37，滑轴和腱绳之间连接有用于被动张紧的弹性件41。

如图8所示，该灵巧手具有传动件，传动件包括若干组用于手指转动和回复的驱动腱绳和回复腱绳，驱动腱绳和回复腱绳一端固定连接在滑轴37上。传动件包括第一驱动腱绳22、第一回复腱绳23、第二驱动腱绳24、第二回复腱绳25、第三驱动腱绳26、第三回复腱绳27、第四驱动腱绳28以及第四回复腱绳29；第一驱动腱绳22和第一回复腱绳23的一端卷绕在第一转动关节的转动滑轮6和辅助滑轮7上，第二驱动腱绳24和第二回复腱绳25的一端卷绕在第二转动关节的转动滑轮6和辅助滑轮7上，第三驱动腱绳26的一端卷绕在第三滑轮18上，第三回复腱绳27的一端卷绕在第三滑轮18上；第四驱动腱绳28的一端卷绕在第四滑轮19上，第四回复腱绳29的一端卷绕在第四滑轮19上，驱动腱绳与回复腱绳的卷绕方向相反。所述球关节近指段俯仰和摆动两个自由度的实现方式如下：第三驱动腱绳26和第三回复腱绳27相反运动并产生拉力差，进而带动第三滑轮18和第一主动锥齿轮15转动，设定第一驱动腱绳22的拉力值减去第一回复腱绳23拉力值为第一拉力差；另一侧的第二驱动组件结构与第一驱动组件相同，并存在第二拉力差；所述第一拉力差的值等于所述第二拉力差的值且两者都大于零时，所述从动锥齿轮17沿第一轴20正向转动，带动近指段实现弯曲运动；所述第一拉力差的值等于所述第二拉力差的值且两者都小于零时，所述从动锥齿轮17沿第一轴20反向转动，带动所述近指段实现伸展运动；所述第一拉力差的绝对值等于所述第二拉力差的绝对值且正负相反时，所述从动锥齿轮17沿第二轴21转动，带动所述近指段实现侧摆运动。第一拉力差的值与第二拉力的值为其他关系时，可以实现所述从动锥齿轮17做俯仰和摆动运动的综合运动，提高了手指基关节的灵活性和运动空间。可以设置在远离近指段的位置并与支撑件固定，实现了运动机构和驱动机构的分离，使基关节结构更加紧凑。且由于采用卷绕结构，不会出现打滑现象，控制精度高。第一驱动腱绳22与所述第一回复腱绳23在所述辅助滑轮71与所述第一转动关节滑轮和辅助滑轮7上为“8”字型分布。所述辅助滑轮7与此种腱绳分布方式的有益作用在于提高腱绳在转动滑轮6上的包角，防止腱绳在运动过程中从滑轮上滑出。第二转动关节上的腱绳与第一转动关节上的分布方式相同。

驱动腱绳和回复腱绳的一端连接在滑轴37上，滑轴37端部远离转动关节4一侧还设置有回复导向轮38，回复腱绳经回复导向轮38卷绕在转动关节4和球关节上。该装置实现了只需要一个伸缩驱动件就可以同时驱动两个腱绳，在工作过程中，伸缩驱动件的收缩将二者下拉，驱动腱绳将关节向一方向转动，而回复腱绳经过回复导向轮38的转向，其变为松弛，松弛的余量被被动张紧系统吸收；而伸缩驱动件的伸长将二者上拉，驱动腱绳保持松弛，其余量被被动张紧系统吸收，而回复腱绳被拉动，带动关节复位。

驱动件和手指之间还设有气动肌肉支架，所述气动肌肉支架包括第一平板30、第二平板31、第一预紧机构定位块32和第二预紧机构定位块33，所述第一平板30、第二平板31、第一预紧机构定位块32和第二预紧机构定位块33围成一个两侧开放的盒体结构，第一平板30和第二平板31上分别设有互相平行的开孔，所述开孔形成用于通过腱绳的导向孔34，第一预紧机构定位块32和第二预紧机构定位块33上分别可调连接有预紧螺钉35，预紧螺钉35末端转动连接有预紧轴承36，所述预紧轴承36的外缘抵接在腱绳上。

腱绳通过导向孔34穿过盒体结构的气动肌肉支架，所述各个腱绳平行。与腱绳平行的第一预紧机构定位块32和第二预紧机构定位块33上设有与其垂直的预紧螺钉35，预紧螺钉35与腱绳垂直，预紧螺钉35上的预紧轴承36的轴线同样与腱绳垂直，其外缘的切面与腱绳的方向平行。随着预紧螺钉35的拧入，预紧轴承36靠近腱绳直到其贴合腱绳。腱绳在拉动的同时带动预紧轴承36的外圈做相应的转动。通过预紧轴承36的抵接，使得腱绳发生弯曲，并产生轴向运动，如此即可对对应的腱绳进行主动预紧，该预紧系统的具体工作过程如下：初始状态下，拉簧处于拉伸状态，随着腱绳疲劳应变的不断变大，拉簧会产生自适应的收缩，以保证腱绳的张紧。当腱绳的疲劳应变达到一定程度时，即使预紧拉簧恢复成了原长，但还是不足以完全张紧腱绳，此时，就需要旋转腱绳对应的预紧螺钉35，利用末端预紧轴承36推动腱绳，使其重新张紧，并将预紧拉簧拉伸到一定长度。主被动配合的预紧系统具有以下优势：被动预紧方式不需要人为干预即可实现腱绳的张紧，而当被动预紧系统的预紧效果达到极限时，可通过主动预紧恢复被动预紧的作用效果。因此，所述手指不需要时刻的进行人工预紧，只需隔一段工作时间后进行人工预紧即可。预紧螺钉35末端固定连接有预紧螺钉35固定支架，预紧螺钉35支架端部转动连接有预紧螺钉35固定支架轴承，所述预紧螺钉35固定支架轴承上固定套装有预紧轴承36支架，所述预紧轴承36支架上转动连接有预紧轴承36，所述预紧轴承36随腱绳的拉动而转动。预紧螺钉35的端部的预紧螺钉35固定支架随预紧螺钉35转动并横向移动，该预紧螺钉35固定支架的端部插装在预紧螺钉35固定支架轴承的内圈上，其外圈插装在对应的预紧轴承36支架，该支架上下两端分别抵接在第一平板30和第二平板31上，因此不会受到预紧螺钉35的转动而转动，只会随其进行横向移动，其上的预紧轴承36自由转动，随预紧螺钉35的运动而改变对腱绳的预紧程度。该全驱动的手指的每个部件可相对其他部件实现转动，共具有4个自由度，分别是手指的两个关节转动，球关节的转动和摆动。通过不同手指的配合，实现手掌的灵活动作。气动肌肉伸缩带动滑轴37在对应的滑轴37槽中升降，带动滑轴37端部的腱绳升降，进而带动所谓的自由度对应的转轴转动。

整个手掌的实现方式1：

如图9所示，五只手指安装在底部支架上。底部支架包括若干对应手指的支撑块39，两两支撑块39铰接连接，两两支撑块39之间设有用于驱动支撑块39产生相对转动的驱动器，两手指及其对应的驱动件和传动件设置在一支撑块39上，所述支撑块39两侧分别具有若干装设有一根手指的支撑块39。该结构实现了手掌的灵活运动。

整个手掌的实现方式2：

如图10所示，还包括有仿真手掌40，所述手指装设在仿真手掌40的手指位置，仿真手掌40下方设有定位架42，气动肌肉设置在定位架42中，定位架呈长筒状，顶端具有供滑轴伸出的孔。上述结构实现了对手掌的仿真，使得其更像人的手掌。

以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，包括

若干手指，手指包括可相对转动的远指端、中指端、 近指端以及远指端和中指端之间的、中指端和近指端之间的转动关节，手指可摆动和可转动的连接有球关节；

驱动件，驱动件为可伸缩运动的气动肌肉以及固定连接在气动肌肉上的滑轴；以及

传动件，传动件包括若干组用于手指转动和回复的驱动腱绳和回复腱绳，驱动腱绳和回复腱绳一端固定连接在滑轴上，中指端上设有用于转动远指端的第一转动关节，近指端上设有用于转动中指端的第二转动关节，转动关节包括与远离灵巧手根部的指节连接的腱绳固定轴、所述远离灵巧手根部的指节下方相邻的指节上转动连接的转动滑轮和辅助滑轮，辅助滑轮设置在转动滑轮下方，转动滑轮和辅助滑轮的外侧套设有腱绳，腱绳固定绕接在转动滑轮和辅助滑轮上，腱绳固定轴上设有通线孔，腱绳通过通线孔，腱绳端部直径较通线孔大，转动滑轮固定连接在转动转轴上，转动转轴铰接连接在两相邻指节之间，辅助滑轮转动连接在指节上，第二转动关节的转动转轴和腱绳固定轴上设有用于通过腱绳的过线孔，所述腱绳穿过通线孔绕接固定在第一转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第二转动关节的转动转轴上在过线孔位置设有避让槽,避让槽设置在指尖的转动方向上，避让槽与过线孔连接处设有用于减少腱绳摩擦的弯角段，避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述转轴轴心；第二转动关节的转动滑轮连接有用于定位的轴套，轴套上设有用于通过腱绳的过线孔和避让槽，避让槽沿轴套的周向方向设置在指尖的转动方向上，避让槽远离过线孔的一端设有用于减少腱绳摩擦的弯角端，所述避让槽使得腱绳在弯曲时仍能够通过所述轴套轴心。

2.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，球关节包括关节座、十字轴、第一主动锥齿轮、第二主动锥齿轮、从动锥齿轮、第三滑轮和第四滑轮，十字轴包括第一轴和第二轴，第一轴与关节座转动连接，第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮可转动的套设在第一轴上，且第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮设置在第二轴的相对两侧，从动锥齿轮套设在第二轴上且与近指段固定，近指段与第二轴转动连接，第三滑轮与第一主动锥齿轮同轴布置且与第一主动锥齿轮固定，第四滑轮与第二主动锥齿轮同轴布置且与第二主动锥齿轮固定，从动锥齿轮分别与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮啮合。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，传动件包括第一驱动腱绳、第一回复腱绳、第二驱动腱绳、第二回复腱绳、第三驱动腱绳、第三回复腱绳、第四驱动腱绳以及第四回复腱绳；第一驱动腱绳和第一回复腱绳的一端卷绕在第一转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第二驱动腱绳和第二回复腱绳的一端卷绕在第二转动关节的转动滑轮和辅助滑轮上，第三驱动腱绳的一端卷绕在第三滑轮上，第三回复腱绳的一端卷绕在第三滑轮上；第四驱动腱绳的一端卷绕在第四滑轮上，第四回复腱绳的一端卷绕在第四滑轮上，驱动腱绳与回复腱绳的卷绕方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，驱动件和手指之间还设有气动肌肉支架，所述气动肌肉支架包括第一平板、第二平板、第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块，所述第一平板、第二平板、第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块围成一个两侧开放的盒体结构，第一平板和第二平板上分别设有互相平行的开孔，所述开孔形成竖直的用于通过腱绳的导向孔，第一预紧机构定位块和第二预紧机构定位块上分别可调连接有预紧螺钉，预紧螺钉末端转动连接有预紧轴承，所述预紧轴承的外缘抵接在腱绳上。

5.根据权利要求4所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，预紧螺钉末端固定连接有预紧螺钉固定支架，预紧螺钉支架端部转动连接有预紧螺钉固定支架轴承，所述预紧螺钉固定支架轴承上固定套装有预紧轴承支架，所述预紧轴承支架上转动连接有预紧轴承，所述预紧轴承随腱绳的拉动而转动。

6.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，驱动腱绳和回复腱绳的一端连接在滑轴上，滑轴端部远离转动关节一侧还设置有回复导向轮，回复腱绳经回复导向轮卷绕在转动关节和球关节上。

7.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，还包括有底部支架，所述底部支架包括若干对应手指的支撑块，两两支撑块铰接连接，两两支撑块之间设有用于驱动支撑块产生相对转动的驱动器，两手指及其对应的驱动件和传动件设置在一支撑块上，所述支撑块两侧分别具有若干装设有一根手指的支撑块。

8.根据权利要求4至7任意一项所述的一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，其特征是，还包括有仿真手掌，所述手指装设在仿真手掌的手指位置，仿真手掌下方设有定位架，气动肌肉设置在定位架中。

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