CN111673781B - 一种变刚度仿人机器人手爪 - Google Patents

Abstract

一种变刚度仿人机器人手爪，它包括手指和连接手指的手掌；所述手指包含有N指，N指中至少具有拇指；除拇指外的N‑1指结构相同；除拇指外的每个指由变刚度直线驱动装置驱动作屈曲运动，变刚度直线驱动装置安装在手掌上，用于调节每个指刚度以适应抓握目标；拇指由安装在手掌上的对掌驱动器驱动而旋转，拇指由拇指驱动器驱动作屈曲和偏摆运动，拇指和其余手指的相对运动实现抓握姿态变化。本发明通过变刚度直线驱动装置实现手指关节刚性改变，配合拇指的相对运动，提高了机器人手爪抓取目标的适应性。

Description

一种变刚度仿人机器人手爪

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种变刚度仿人机器人手爪，可以调节指节刚度以适应更多的抓取作业，可以仿照人手的抓取动作完成作业。

背景技术

随着科学技术的发展、新兴学科的涌现，工业生产、医疗器械、太空探索等众多领域都对机器人领域提出了更高要求，一种功能更强、适应性更好的机器人手爪对其有着不可替代的作用。具有变刚度功能的机器人手爪，可以在高刚度状态下实现物品的精确抓取，也可以在低刚度的状态下抓取鸡蛋、水果等易损坏的物品；而关节布置仿人的机器人手爪，可以实现横向捏取、圆盘抓取、圆柱抓取、三指捏取等绝大多数人手常用的抓取姿态，有利于抓取能力的提升。传统的机械手爪通常采用刚度恒定的方式，且关节布置与人手差异较大，可用场景和抓取姿态受限。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种变刚度仿人机器人手爪。该机器人手爪可以实现手指关节刚性改变，提高机器人手爪抓取目标的适应性。

本发明的技术方案是：一种变刚度仿人机器人手爪，包括手指和连接手指的手掌；所述手指包含有N指，N指中至少具有拇指；其中N取3、4或5；

除拇指外的N-1指结构相同；除拇指外的每个指由变刚度直线驱动装置驱动作屈曲运动，变刚度直线驱动装置安装在手掌上，用于调节每个指刚度以适应抓握目标；拇指由安装在手掌上的对掌驱动器驱动而旋转，拇指由拇指驱动器驱动作屈曲和偏摆运动，拇指和N-1指的相对运动实现手指抓握姿态变化。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本发明所研制的机器人手爪与人手关节布置相似，可以仿照人手进行更复杂的抓取规划与抓握作业，大幅提高机器人手爪抓取能力。

2、本发明可实现指关节的刚度调节，刚性状态下抓握精确，柔性状态下可以抓取易碎脆弱的物品，大幅提高机器人手爪的适应性。

3、本发明手指部分采用多自由度多连杆机构，其变刚度驱动装置均位于手掌部位，变刚度驱动装置布置更合理，实现刚度调节功能，相比指节内置驱动器手爪，使指节小型化，手指体积更小，有更大的传感器布置空间。

下面结合附图和实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1是机器人手爪整体结构图；

图2是去掉外壳后的机器人手爪整体结构图；

图3是拇指和其他指的布置结构图；

图4是食指和变刚度驱动装置的连接结构图；

图5是拇指和拇指驱动器的连接结构图；

图6为变刚度驱动装置的结构示意图；

图7为变刚度驱动装置的主视图；

图8为图7的仰视图；

图9是沿图8中K-K线的剖视图；

图10为机架和弹簧布置关系图；

图11为触舌的结构示意图；

图12为驱动螺母的结构示意图；

图13为正常驱动模式下的工作状态图；

图14为变刚度模式触发前的状态图；

图15为触发变刚度模式的状态图；

图16为变刚度过程的示意图；

图17为变刚度示意图；

图18为刚度变化曲线图；

图19是横向捏取姿态示意图；

图20是圆柱抓握姿态示意图；

图21是圆盘抓握姿态示意图；

图22是三指捏取姿态示意图；

图23是任意一个指运动原理图；

图24是任意一个指微调时的运动原理图；

图25是拇指原理图。

具体实施方式

参见图1-图2所示，一种变刚度仿人机器人手爪包括手指100和连接手指100的手掌200；

所述手指100包含有N指，N指中至少具有拇指101；其中N取3、4或5；

除拇指101外的N-1指结构相同；

除拇指101外的每个指由变刚度直线驱动装置E驱动作屈曲运动，变刚度直线驱动装置E安装在手掌200上，用于调节每个指刚度以适应抓握目标；

拇指101由安装在手掌200上的对掌驱动器F驱动而旋转，拇指101由拇指驱动器D驱动作屈曲和偏摆运动，拇指101和N-1指的相对运动实现抓握姿态变化。

该变刚度仿人机器人手爪总体外形如图1所示。依据人手的抓握姿态分类，仿照人手的关节布置、尺寸进行设计，手指数量可以在此基础上依据作业需求增减。拇指与手掌间形成对掌关节，有助于拓展抓握姿态。手掌基部可设置法兰盘400，可以与通用机械臂相连。

除去机器人手爪外壳等覆盖件后，其结构如图2所示。作为手指的食指、中指、小指模块化设计，结构基本相同，其之间通过螺钉连接，手指数量可以在此基础上依据作业需求增减，手指可由拇指、食指和中指或者拇指、食指、中指和小指或者拇指、食指、中指、无名指和小指构成。

食指、拇指101及对掌驱动器F结构如图3所示。对掌驱动器F通过螺钉安装在手掌200上，对掌驱动器F驱动转动可带动整个拇指101摆动。如图19-图22所示，改变对掌关节角度可以改变拇指101运动平面与其他手指运动平面的交叉角度，从而实现常用的人手抓握姿态，采用变刚度直线驱动装置E，使手指实现变刚度功能；分析人手的关节配置及抓握分类，设计出单指自由度2和3个、具备对掌自由度的机器人手爪结构，使机器人手爪可以完成绝大多数人手的抓握姿态。如图19-图22所示的横向捏取、圆柱抓取、圆盘抓取和三指捏取。

基于上述具体实施方式，下面更进一步地限定、扩展或延伸说明：

如图3和图4所示，N-1指中的每个指包含近节指骨102、中节指骨103和远节指骨104；

近节指骨102和中节指骨103转动连接，中节指骨103和远节指骨104转动连接；

近节指骨102与指骨主传动架301转动连接，变刚度直线驱动装置E可驱动指骨主传动架301转动，近节指骨102与变刚度直线驱动装置E转动连接，变刚度直线驱动装置E可带动指骨副传动架302转动，指骨副传动架302与中节指骨103转动连接，中远节传动架303分别与近节指骨102和远节指骨104转动连接。

如图6-图8所示，进一步限定的每个所述变刚度直线驱动装置E包含第一直线驱动器1、第二直线驱动器、变刚度模块、触舌组件和支架2；

支架2安装在手掌200上，第一直线驱动器1布置在支架2的一侧，第一直线驱动器1驱动滑块4在支架2上移动；

支架2上设置有触舌组件，触舌组件包括触舌31和弹簧32；弹簧32的两端抵靠在触舌31和支架2上，触舌31可由滑块4驱动移动；

第二直线驱动器包括由第二电机51驱动的第二丝杆52，第二电机51固定在支架2的另一侧，变刚度模块包括模块座61、轴向止推转动件62、两个驱动螺母63和两个非线性弹簧64，第二丝杆52上套有可滑动的模块座61、轴向止推转动件62和两个非线性弹簧64，轴向止推转动件62、两个驱动螺母63和呈拮抗布置的两个非线性弹簧64布置于模块座61内，两个驱动螺母63旋向相同并旋拧于第二丝杆52上，轴向止推转动件62一侧贴靠在模块座61上，轴向止推转动件62邻近第二电机51设置，其中一个非线性弹簧64两端抵靠在轴向止推转动件62与其中一个驱动螺母63之间，另一个非线性弹簧64两端抵靠在另一个驱动螺母63与模块座61之间，近节指骨102与支架2转动连接，模块座61与指骨副传动架302转动连接；

正常驱动模式下，所述两个驱动螺母63与触舌31相干涉而被触舌31限制转动，变刚度模式下，其中一个驱动螺母63与第二丝杆52同步转动，而另一个驱动螺母63与触舌31相干涉，滑块4与驱动螺母63的移动方向平行。

上述实施方式中，结构构造中，所述术语出现“连接”或者“设置”或者“安装”时，代表一个元件可以是直接连接在另一个元件上，或者可能存在居中元件。

驱动装置由两个直线驱动器组成，其中第二直线驱动器的输出可以实现变刚度。此处的变刚度用于驱动包括但不限于二自由度机械手指。所研制的机器人手爪与人手关节布置相似，可以仿照人手进行更复杂的抓取规划与抓握作业，大幅提高机器人手爪抓取能力。变刚度直线驱动装置可实现指关节的刚度调节，刚性状态下抓握精确，柔性状态下可以抓取易碎脆弱的物品，大幅提高机器人手爪的适应性。使机器人手爪可以完成绝大多数人手的抓握姿态。如图19-图22所示的横向捏取、圆柱抓取、圆盘抓取和三指捏取。

如图7所示，通常，所述第一直线驱动器1包括第一电机11、第一丝杆12和第一螺母13；第一电机11安装在机架2的上部，第一电机11的输出端连接有第一丝杆12，第一螺母13旋拧于第一丝杆12上，第一螺母13与滑块4固接。

上述中，第一电机11和第二电机51均为减速电机，所述滑块4和模块座61分别沿安装在机架2上的导轨7滑动。导轨7通过螺钉及过盈配合安装在机架2上。第一丝杠12和第二丝杠52通过联轴器等方式与各自对应的电机相连，当减速电机转动时带动各自丝杠转动。第一螺母13安装在第一丝杠12上，当减速电机转动时，可带动第一螺母13左右运动，进而带动输出杆8动作，实现第一直线驱动器1的动力输出。图2和图3是本发明含有变刚度驱动装置的示例图。

如图8所示，模块座61安装在导轨7上，可以左右移动，并且与输出杆相连。

如图8和图9所示，可选地，所述非线性弹簧64为截锥螺旋弹簧、不等节距圆柱压簧或者截锥涡卷弹簧。截锥弹簧承受负荷时，在弹簧大圈发生并圈现象之前，载荷与变形量之间的变化为正相关，并在特性曲线中表现为线性段。当负荷增大的时候，弹簧圈从大曲率半径端逐渐出现并圈的现象，有效圈数随着并圈现象的发生而减少，弹簧刚度也逐渐升高，直到弹簧并死。这一阶段载荷与变形量之间呈非线性关系，映射到特性曲线上为渐增曲线。

较佳地，非线性弹簧64可采用等节距截锥螺旋弹簧，等节距截锥螺旋弹簧的弹簧丝轴线为一条空间螺旋线，它的螺旋线与弹簧轴线相垂直的支撑面上的投影是一条阿基米德螺旋线。

进一步地，所述轴向止推转动件62为推力轴承。推力轴承有降低摩擦力，承受轴向力的作用，由于推力轴承的作用，使滚动摩擦力小于滑动摩擦力，使在变刚度模式下其中一个驱动螺母63将随第二丝杠52一同转动，不左右移动。推力轴承会使变刚螺母不能左右移动、随第二丝杠52一同转动更明显，变刚度效果更好。

另外，如图9和图11所示，所述触舌31为U型板状结构，U型板插装在机架2上，弹簧32抵靠在U型板内底面上，U型板的上表面端部向外延伸有上沿311，变刚度模式下，滑块4顶靠在所述上沿311上。如图10和图11所示，作为一个实施方式，U型板作成底部为平面，平面与侧面垂直的槽型板，在槽型板底部和机架2内设置2条弹簧32，触舌31在弹簧力作用下与机架2紧密接触，使两个驱动螺母63不跟随第二丝杠52转动，但当触舌31上沿受到向右作用力时，触舌31可以把弹簧32压缩并向右移动，变刚度以后，弹簧32又对槽型板复位，使得工作进入正常驱动模式。

可选地，所述驱动螺母63为多边形螺母。可选用五边形或六边形，以确保正常驱动模式下，多边形的一边所在平面与触舌31接触，驱动螺母63与触舌31相干涉。而在变刚度模式下，其中一个驱动螺母63离开触舌31，不发生干涉。由于触舌31的作用，当第二丝杠52转动时，两个驱动螺母63由于与触舌31干涉而无法跟随第二丝杠52整周转动，于是在第二丝杠52上左右移动。两个非线性弹簧63有预紧，当第二电机51转动时，两个驱动螺母63左右移动，动力通过非线性弹簧63传递到模块座61上，进而带动输出杆实现动力输出。

进一步地，如图12所示，每个所述驱动螺母63一端面外缘延伸有垂直该端面的若干个限位筋631，非线性弹簧64大端布置在若干个限位筋631所在的端面内。设置限位筋631可确保截锥弹簧的大端不易脱落离开驱动螺母63。

如上所述技术方案中，如图15所示，第二直线驱动器的模块座61抵靠第二电机51、第一螺母13运动到远离第一电机11的B点时，滑块4驱动触舌31移动，直至到达极点C时，进入变刚度模式，此时所述所述其中一个驱动螺母63(靠近第二电机51的驱动螺母63)与第二丝杆52同步转动，所述另一个驱动螺母63与触舌31干涉而被限制转动。

变刚度直线驱动装置的变刚度方式，可利用已有驱动器间的配合，在特定位置触发刚度调节功能，不额外增加变刚度驱动器，空间利用率高，变刚度方式如图13-图16所示。

一、正常驱动模式

如图13所示，两个驱动螺母63均与触舌31干涉，当第二丝杠52转动时，两个驱动螺母63在第二丝杠52作用下均轴向移动，不随第二丝杠52转动，两个驱动螺母63间距不变，实现直线驱动装置的位置输出，这是不需要调节刚度时第一、二直线驱动器的常规工作状态；

此模式下，滑块4可布置在邻近第一直线驱动器1的A点到B点，

二、变刚度模式触发前

如图14所示，第一直线驱动器1驱动滑块4运动到B点时，第二直线驱动器的第二丝杠52转动驱动螺母63带动模块座61作与滑块4相反的运动直至抵靠第二电机51，此时触舌31依然阻碍两个驱动螺母63随第二丝杠52转动；

此时，触舌31还没有开始如图9所示右侧移动，触舌31还没有被滑块4驱动向右运动。

三、触发变刚度模式

如图15所示，第二直线驱动器的模块座61抵靠第二电机51、第一直线驱动器1继续驱动滑块4运动到达特殊位置C点过程中，滑块4推动触舌31移动，进入变刚度模式，到达特殊位置C点时靠近第二电机51的驱动螺母63不再与触舌31相接触，而另一个驱动螺母63被触舌31限制不能转动；

滑块4由B点到C点过程中，触舌31被滑块4驱动向右移动，触舌31逐渐离开其中一个驱动螺母63，直至滑块4运动到C点，触舌31与其中一个驱动螺母63不发生干涉，而另一个驱动螺母63仍然与触舌31发生干涉；

四、变刚度过程

如图16所示，第二直线驱动器的第二丝杠52转动，第二丝杠52与其中一个驱动螺母63间的滑动摩擦力使其中一个驱动螺母63有转动趋势；模块座61、轴向止推转动件62及其中一个非线性弹簧63间的滚动摩擦使其中一个驱动螺母63有不跟随第二丝杠52转动的趋势，滚动摩擦力和滑动摩擦力共同作用下，其中一个驱动螺母63将随第二丝杠52一同转动，对于另一个驱动螺母63，由于触舌31的干涉不随第二丝杠52转动而直线移动，使两个驱动螺母63的间距增加，非线性弹簧63初始压缩量增加，第二直线驱动器刚度增加；

此时，滑块4反向移动，触舌31在弹簧32的作用下复位后，从变刚度模式下退出，恢复第一直线驱动器1和第二直线驱动器的正常驱动模式；

如上的相反操作，两个驱动螺母63间距减小，弹簧32初始压缩量减小，驱动刚度减小，如此反复，实现变刚度调节。轴向止推转动件62最好使用推力轴承。在不额外增加驱动器的情况下，利用已有驱动器组件间的相对配合，在特定位置触发刚度调节功能，利用非线性弹簧实现刚度变换，缩小了装置体积，降低了成本。

如图5所示，所述拇指驱动器D包括拇指连接座D0、拇指机架D1、主驱动减速电机D2、主丝杠D3、主螺母D4、拇指骨主传动架D5、两个副驱动减速电机D6、两个副丝杠D7、两个副螺母D8和两个拇指骨副传动杆D9；

所述对掌驱动器F为对掌减速电机，拇指连接座D0固装在手掌200上，拇指连接座D0上安装有对掌减速电机，拇指机架D1一侧安装在对掌减速电机的输出轴上，

拇指101包含拇指近节指骨1011和拇指中节指骨1012；主驱动减速电机D2和两个副驱动减速电机D6分别安装在拇指机架D1的外侧和内侧，主驱动减速电机D2的输出端连接有主丝杠D3，主螺母D4旋拧于主丝杠D3上，主螺母D4与拇指骨主传动架D5通过球面副连接，两个副驱动减速电机D6并列布置且各自输出端连接有副丝杠D7，副螺母D8旋拧于副丝杠D7上；主螺母D4和两个副螺母D8分别沿安装在拇指机架D1上各自对应的拇指导轨D11滑动；

拇指近节指骨1011的一端分别与拇指机架D1和拇指骨主传动架D5通过虎克铰连接，拇指远节指骨1012与副螺母D8之间设置有与二者通过球面副连接的拇指骨副传动杆D9，拇指近节指骨1011的另一端和拇指远节指骨1012的一端转动连接。

如图5所示。与变刚度驱动装置布置相似，拇指驱动器D也分为主驱动减速电机D2和2个副驱动减速电机D6，均通过螺钉安装在拇指机架D1上。拇指原理如图25所示，与食指的连杆机构不同，构成拇指的杆组为空间杆组：拇指骨主传动架D5的两端均为关节轴承D10，MP关节为虎克铰结构，两个拇指骨副传动杆D9的两端均为关节轴承D10，通过关节轴承D10与副螺母D8和拇指远节指骨1012连接实现三个方向运动，拇指MP关节可以实现屈曲和侧摆，在主减速电机D2、副驱动减速电机D6及各个关节轴承作用下，拇指101能侧摆，由于主驱动减速电机D2、副驱动减速电机D6以及拇指杆组(拇指骨主传动架D5、拇指骨副传动杆D9、拇指近节指骨1011和拇指中节指骨1012)铰接关系，拇指101可实现屈曲运动。这里拇指的运动比较复杂，无论屈曲还是侧摆，主减速电机D2、两个副驱动减速电机D6都工作。

如上所述，以食指、中指、小指三指为例：各指由2个驱动器驱动(第一直线驱动器和第二直线驱动器)，对掌关节1个对掌驱动器。拇指有3个驱动力(主驱动减速电机D2和两个副驱动减速电机D6)，整套机器人手爪共有10个驱动源。

以食指为例，如图7和图8所示。第一电机11和第二电机51均为减速电机，所述滑块4和模块座61分别沿安装在机架2上的导轨7滑动。导轨7通过螺钉及过盈配合安装在机架2上。第一丝杠12和第二丝杠52通过联轴器等方式与各自对应的电机相连，当减速电机转动时带动各自丝杠转动。第一螺母13安装在第一丝杠12上，当减速电机转动时，可带动第一螺母13左右运动，进而带动指骨主传动架301动作，实现第一直线驱动器1的动力输出。其中变刚度模块可以改变第二直线驱动器的输出刚度，通过驱动螺母63和触舌31实现刚度的改变，机器人手爪指节部分由平面杆组构成，包含了远节指骨104、中节指骨103、近节指骨102、指骨主传动架301、副指骨主传动架302和中远节传动架303；有DIP关节，PIP关节，MCP关节以及其他传动杆关节，各关节可采用铰链连接。

食指、中指或小指运动原理：指节部分的连杆运动较为复杂，如图23和图24所示，当第一电机11带的第一螺母13向右运动(图示箭头方向)、第二电机51锁止时，手指的三个关节(DIP关节-远端指间关节，PIP关节-近端指间关节，MCP关节-掌指关节)均发生转动，实现屈曲运动。此类运动是手指最主要的运动模式，因此，第一直线驱动器1为主驱动器，功率相比作为副驱动器的第二直线驱动器更大，工作速度也应更高。

如图4和图24所示，当第二直线驱动器(副驱动器)控制模块座61向右运动、第一电机11锁止时，手指的PIP关节和DIP关节发生转动。此类运动主要是为屈曲运动微调，使MCP关节和PIP关节到达特点转角，因此，称此第二直线驱动器为副驱动器，功率相比作为主驱动器的第一直线驱动器1小，工作速度更低，可以选取体积更小的驱动器。

如图23和图24所示，当第一直线驱动器1(主驱动器)和第二直线驱动器(副驱动器)同时运动时，可以耦合出各种指尖轨迹。这种实施方案，实现了将两个驱动器均放置在手掌内部的构想，缩小手指指节体积。且根据功能区别分配驱动器的方式，可以在实现预定功能的前提下，从功率、速度、精度等方面降低某一驱动器的性能。对机器人手爪内部空间布置、节约成本很有帮助。

变刚度原理：变刚度装置用在本发明申请仿人机器人手爪上，由于手爪的特殊性，对空间要求苛刻，设计时要尽可能减少空间的占用。因而在设计时尽可能利用手爪本有的结构特征，尽可能的不多增加驱动器。

本发明设计的变刚度装置建立在直线驱动器的基础之上，利用双螺母结构和拮抗布置的非线性弹簧，实现变刚度。结合图13-图18所示，输出端在模块座61上，模块座61内侧有一对非线性截锥簧，最内部是一对螺母。模块座61在导轨7上，驱动螺母63在第二丝杠52上，驱动螺母63和第二丝杠52之间通过非线性弹簧64传递动力，构成一套柔性驱动器。如果改变两个驱动螺母63的间距，将会改变非线性弹簧64初始压缩量，进而改变输出端的刚度；如果同时移动两个驱动螺母63，且间距不变，则输出端9实现直线位置输出。

就是说，当第二丝杠52转动时，两个驱动螺母63有两种运动模式：①两个驱动螺母63在第二丝杠52作用下均轴向移动，不随第二丝杠52绕轴转动，两个驱动螺母63间距不变；②另一个驱动螺母63在第二丝杠52作用下轴向移动，其中一个驱动螺母63随第二丝杠52绕轴转动、不轴向移动，两个驱动螺母63间距改变。通过切换两种模式，第二丝杠和驱动螺母63可以实现直线运动和刚度改变，且空间占用极小。

为了不额外增加变刚度驱动器，在直线驱动器满足功能的行程下，对第一直线驱动器1额外增加一小段行程BC，在特殊位置C点触发变刚度功能。变刚度装置使用的弹簧必须为非线性弹簧。非线性弹簧是一种负载与变形量呈非线性关系的弹簧，当两个驱动螺母63间距改变后，非线性弹簧64初始压缩量改变，机构的刚度进而改变。如图18所示，两个驱动螺母63间距改变时，非线性弹簧64初始压缩量在F′_A处，当滑块4受力时，一个非线性弹簧64张紧另一非线性弹簧64压缩，斜率即反映机构此时的刚度。由于非线性弹簧，装置在F′_A处刚度小，在F′_B处刚度大。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.一种变刚度仿人机器人手爪，包括手指(100)和连接手指(100)的手掌(200)；

其特征在于：所述手指(100)包含有N指，N指中至少具有拇指(101)；其中N取3、4或5；

除拇指(101)外的N-1指结构相同；

除拇指(101)外的每个指由变刚度直线驱动装置(E)驱动作屈曲运动，变刚度直线驱动装置(E)安装在手掌(200)上，用于调节每个指刚度以适应抓握目标；

拇指(101)由安装在手掌(200)上的对掌驱动器(F)驱动而旋转，拇指(101)由拇指驱动器(D)驱动作屈曲和偏摆运动，拇指(101)和N-1指的相对运动实现抓握姿态变化；

每个所述变刚度直线驱动装置(E)包含第一直线驱动器(1)、第二直线驱动器、变刚度模块、触舌组件和支架(2)；

支架(2)安装在手掌(200)上，第一直线驱动器(1)布置在支架(2)的一侧，第一直线驱动器(1)驱动滑块(4)在支架(2)上移动；支架(2)上设置有触舌组件，触舌组件包括触舌(31)和弹簧(32)；弹簧(32)的两端抵靠在触舌(31)和支架(2)上，触舌(31)可由滑块(4)驱动移动；所述触舌(31)为U型板状结构，U型板插装在支架(2)上，弹簧(32)抵靠在U型板内底面上，U型板的上表面端部向外延伸有上沿(311)，变刚度模式下，滑块(4)顶靠在所述上沿(311)上；第二直线驱动器包括由第二电机(51)驱动的第二丝杆(52)，第二电机(51)固定在支架(2)的另一侧，变刚度模块包括模块座(61)、轴向止推转动件(62)、两个驱动螺母(63)和两个非线性弹簧(64)，第二丝杆(52)上套有可滑动的模块座(61)、轴向止推转动件(62)和两个非线性弹簧(64)，轴向止推转动件(62)、两个驱动螺母(63)和呈拮抗布置的两个非线性弹簧(64)布置于模块座(61)内，两个驱动螺母(63)旋向相同并旋拧于第二丝杆(52)上，轴向止推转动件(62)一侧贴靠在模块座(61)上，轴向止推转动件(62)邻近第二电机(51)设置，其中一个非线性弹簧(64)两端抵靠在轴向止推转动件(62)与其中一个驱动螺母(63)之间，另一个非线性弹簧(64)两端抵靠在另一个驱动螺母(63)与模块座(61)之间，近节指骨(102)与支架(2)转动连接，模块座(61)与指骨副传动架(302)转动连接；正常驱动模式下，所述两个驱动螺母(63)与触舌(31)相干涉而被触舌(31)限制转动，变刚度模式下，其中一个驱动螺母(63)与第二丝杆(52)同步转动，而另一个驱动螺母(63)与触舌(31)相干涉，滑块(4)与驱动螺母(63)的移动方向平行；

所述拇指驱动器(D)包括拇指连接座(D0)、拇指机架(D1)、主驱动减速电机(D2)、主丝杠(D3)、主螺母(D4)、拇指骨主传动架(D5)、两个副驱动减速电机(D6)、两个副丝杠(D7)、两个副螺母(D8)和两个拇指骨副传动杆(D9)；所述对掌驱动器(F)为对掌减速电机，拇指连接座(D0)固装在手掌(200)上，拇指连接座(D0)上安装有对掌减速电机，拇指机架(D1)一侧安装在对掌减速电机的输出轴上，拇指(101)包含拇指近节指骨(1011)和拇指中节指骨(1012)；主驱动减速电机(D2)和两个副驱动减速电机(D6)分别安装在拇指机架(D1)的外侧和内侧，主驱动减速电机(D2)的输出端连接有主丝杠(D3)，主螺母(D4)旋拧于主丝杠(D3)上，主螺母(D4)与拇指骨主传动架(D5)通过球面副连接，两个副驱动减速电机(D6)并列布置且各自输出端连接有副丝杠(D7)，副螺母(D8)旋拧于副丝杠(D7)上；拇指近节指骨(1011)的一端分别与拇指机架(D1)和拇指骨主传动架(D5)通过虎克铰连接，拇指远节指骨(1012)与副螺母(D8)之间设置有与二者通过球面副连接的拇指骨副传动杆(D9)，拇指近节指骨(1011)的另一端和拇指远节指骨(1012)的一端转动连接。

2.根据权利要求1所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：N-1指中的每个指包含近节指骨(102)、中节指骨(103)和远节指骨(104)；

近节指骨(102)和中节指骨(103)转动连接，中节指骨(103)和远节指骨(104)转动连接；近节指骨(102)与指骨主传动架(301)转动连接，变刚度直线驱动装置(E)可驱动指骨主传动架(301)转动，近节指骨(102)与变刚度直线驱动装置(E)转动连接，变刚度直线驱动装置(E)可带动指骨副传动架(302)转动，指骨副传动架(302)与中节指骨(103)转动连接，中远节传动架(303)分别与近节指骨(102)和远节指骨(104)转动连接。

3.根据权利要求1所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：所述第一直线驱动器(1)包括第一电机(11)、第一丝杆(12)和第一螺母(13)；第一电机(11)安装在支架(2)的上部，第一电机(11)的输出端连接有第一丝杆(12)，第一螺母(13)旋拧于第一丝杆(12)上，第一螺母(13)与滑块(4)固接，第一螺母(13)和近节指骨(102)分别与指骨主传动架(301)转动连接。

4.根据权利要求1所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：所述非线性弹簧(64)为截锥螺旋弹簧、不等节距圆柱压簧或者截锥涡卷弹簧。

5.根据权利要求4所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：所述轴向止推转动件(62)为推力轴承。

6.根据权利要求1所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：所述驱动螺母(63)为多边形螺母。

7.根据权利要求4、5或6所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：每个所述驱动螺母(63)一端面外缘延伸有垂直该端面的若干个限位筋(631)，非线性弹簧(64)大端布置在若干个限位筋(631)所在的端面内。

8.根据权利要求7所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：第二直线驱动器的模块座(61)抵靠第二电机(51)、第一螺母(13)运动到远离第一电机(11)的B点时，滑块(4)驱动触舌(31)移动，直至到达极点C时，进入变刚度模式，此时所述其中一个驱动螺母(63)与第二丝杆(52)同步转动，所述另一个驱动螺母(63)与触舌(31)干涉而被限制转动。

9.根据权利要求8所述一种变刚度仿人机器人手爪，其特征在于：所述滑块(4)、模块座(61)分别沿安装在支架(2)上的各自对应的导轨(7)滑动，主螺母(D4)和两个副螺母(D8)分别沿安装在拇指机架(D1)上各自对应的拇指导轨(D11)滑动。

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