CN114029990B - 带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构和控制方法，包括若干个指节和若干个手指根部，还包括动力组和牵动组，动力组包括若干个电机，牵动组包括若干根柔性绳；指节上均设有第一霍尔元件和磁片，第一霍尔元件通过磁片检测指节上的压力；还包括CPU控制电路板消除指节之间分别受力时第一霍尔元件存在的相互影响；电机的输出端和固定端均安装有磁环，还包括若干个第二霍尔元件，第二霍尔元件与磁环一一对应形成编码器以控制电机的转角和动态性能。本发明通过动力手臂的控制使仿生手掌与手指具有足够的灵活性和抓取力量，曾强了实用性能，柔性控制各个手指使得运动更加平稳和拟人，专用于服务型拟人机器人。

Description

带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构和控制方法

技术领域

本发明涉及拟人服务型机器人，具体是一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构。

背景技术

拟人服务型机器人是机器人的一个重要领域，与工业机器人不同拟人服务型机器人一般服务于个人和家庭，需满足完成各种家务工作的要求，实现对人的直接和间接的服务。

因此，拟人服务型机器人一般在外观上须尽量采用拟人化设计，尤其手的结构设计不能采用工业机器人那种简单夹具的机械方式，需像人手一样灵敏且具有力量，能适应抓取不同形状、重量、强度和柔软性的物体。

目前，市场上的智能手产品可分为两类，一类是智能义手，一类是教学机器手；智能义手一般采用肌电控制，利用欠驱动结构（即输入量少于控制量的典型系统）控制手指的运动，手指的四指和拇指同步进行收缩和伸展运动，完成简单的抓取动作，具有一定的抓取力。教学演示类机器手按动力源可分为气动和电动，气动元件可通过调节压缩气体的压力实现使手部的力量在拟人的条件下满足使用的要求，但由于产生压缩气体的设备无法独立配置在拟人机器人身上，这一方式的实用性受到限制；采用电动方式有一种电机安装在掌心部位的5轴拟人机械手掌，由于采用的是曲柄连杆机构原理，一方面由于力臂太长，电机输出的扭力传输到指尖部位已经没有实用的价值，另一方面位于掌心的动力电机受制于结构空间，能够输出的扭力十分有限，第三，由于一个手指的三个关节由一个减速电机控制，只能有一种固定的运动轨迹，不能够满足手部动作的复杂功能，上述三个问题制约了拟人机器手的实用性，只能用作教学模具和玩具。

发明内容

为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，通过仿生动力手臂使仿生手掌与手指具有足够的灵活性和力量，能够胜任各种工作任务，曾强了实用性能，柔性控制各个手指使得运动更加平稳和拟人，专用于服务型拟人机器人。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，包括若干个指节和若干个手指根部，还包括动力组和牵动组，所述牵动组的一端固定连接所述动力组，所述牵动组的另一端固定连接所述指节和所述手指根部；

所述动力组包括若干个电机，所述牵动组包括若干根柔性绳；

所述指节上均设有第一霍尔元件和磁片，所述第一霍尔元件通过所述磁片非接触式检测所述指节上的压力；

还包括CPU控制电路板，所述CPU控制电路板接收所述第一霍尔元件的数据并消除所述指节之间分别受力时所述第一霍尔元件存在的相互影响；

所述电机的输出端和固定端均安装有磁环，还包括若干个第二霍尔元件，所述第二霍尔元件与所述磁环一一对应形成编码器以控制所述电机的转角和动态性能。

进一步地，每一所述指节上均设有第一动力轴和第一转动轴，其中，所述指节能够绕着所述第一转动轴弯曲，所述第一动力轴能够给对应的所述指节提供弯曲动力；所述柔性绳的一端固定在相应的所述第一动力轴上，且所述柔性绳置于前一个或者前两个所述第一动力轴的下方后穿过手掌与对应所述电机固定连接；所述第一转动轴上套设有扭簧，其中，所述扭簧用于所述指节弯曲后的复位。

进一步地，所述手指包括与手掌轴接的连接座以及通过所述第一转动轴顺次连接的第一指节、第二指节和第三指节，所述第一指节也通过一个所述第一转动轴连接在所述连接座上；所述第一动力轴设于每一所述指节靠近手掌的端部。

进一步地，所述连接座的底板上开设有弧形的腰孔，所述腰孔内设有导向杆，其中，所述导向杆固定于手掌上；所述底板远离所述指节的端部设有第三转动轴，其中，所述第三转动轴固定于手掌上。

进一步地，所述连接座的侧壁上连接一个所述柔性绳，所述柔性绳拉动所述连接座做转动运动；相邻两个所述手指之间设有第二复位件，所述第二复位件的转轴置于手掌上；或者，食指根部和小拇指根部在位于手背的侧面上均开设有小孔，其中2个所述电机所对应的2个所述柔性绳分别固定在两个所述小孔内，相邻两个所述连接座之间固定有一个弹簧。

进一步地，包括大拇指，所述大拇指的根部设置有第二转动轴和第二动力轴，其中，所述大拇指能够绕着所述第二转动轴实现拇指左右运动，所述第二动力轴能够给所述大拇指提供左右运动的动力；所述第二动力轴上固定有齿轮，所述齿轮配合有弧形齿条，其中，所述弧形齿条固定于所述大拇指的第一大拇指节上；所述齿轮由电机驱动带动所述弧形齿条运动。

进一步地，所述指节上设有柔性手指护套，手掌上设有柔性手掌护套；柔性手指护套内设置所述磁片。

进一步地，还包括上电路板和下电路板，其中一部分所述第二霍尔元件置于所述上电路板上，用于与所述电机输出端的所述磁环形成绝对值编码器以控制所述电机的转角精度，另外一部分所述第二霍尔元件置于所述下电路板上，用于与所述电机固定端的所述磁环形成增量编码器以改善所述电机的动态性能。

一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的控制方法，所述控制方法包括：所述电机动作时通过相应的所述柔性绳控制对应所述指节的弯曲、所述手指根部的并拢或者手掌的手腕弯曲，弯曲或者并拢后通过复位件复位；由电机驱动手掌的三轴转动和大拇指的左右运动。

所述电机在需要较大功率时可以集中分布在小臂上，在一般功率需求下可以集中分布在所述手掌板的底面两侧和所述支板上，其中所述手掌板的底面两侧能够分布5个电机，所述支板上能够分布11个电机。

综上所述，本发明取得了以下技术效果：

1、本发明采用柔性动力控制，通过钢缆将动力源与手部分离，电机外置于手掌，同时每一个指节都对应一个动力电机，负载力臂大大缩短，手部力量由分布式动力源合成，通过传感器作为电机驱动的反馈元件，可根据不同的动作要求分配力量控制的不同大小，有效节约驱动能源，提高驱动效率，基本上能够实现手的全部仿真动作和功能要求；

2、本发明通过采用分布式非接触磁传感器和电机功率复合检测，可同时适应对轻至十几克重至几千克的不同形状、重量、材质和柔软性的物体的抓取要求，能实现实时自动调整抓取力的功能；

3、本发明提供了一种采用电机驱动的具有很高性价比的结构设计，通过柔性动力线将动力源产生的扭力同时作用在手部，即能减少手部结构的体积，又能产生足够的扭力，通过分布式非接触磁传感器与CPU的控制，能消除与调整手指与手腕动作时的相互影响，实现对人的手部动作的全部仿真，是一种拟人服务型机器人的实用型手部仿真机构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的机器手示意图；

图2是前小臂内部结构示意图；

图3是手掌内部示意图；

图4是电机端部示意图；

图5是手指分解示意图；

图6是手指弯曲示意图；

图7是相邻手指之间复位件设置示意图；

图8是手指内部结构示意图；

图9是大拇指内部结构示意图；

图10是手指剖面示意图；

图11是大拇指柔性绳设置示意图；

图12是图2位置的侧视图；

图13是实施例2和实施例3所示的示意图；

图14是实施例2示出的手指并拢结构示意图；

图15实施例4示出的机器手示意图；

图16是实施例4中电机安装位置示意图；

图17是手指并拢动作关系示意图；

图18是实施例5机器手示意图；

图19是实施例6机器手示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，包括若干个指节和若干个手指根部，还包括动力组和牵动组，所述牵动组的一端固定连接所述动力组，所述牵动组的另一端固定连接所述指节和所述手指根部。

本实施例中设置20个电机以及20个柔性绳。

如图1所示，一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，包括前小臂1、手掌2、4根手指3和1根大拇指8，此种机器手仿照人手设置，能够服务于人类。

如图2所示，手掌2与前小臂1在十字的两个方向上形成手腕左右运动和手腕弯曲运动，其中，手腕左右运动由手臂轴104转动形成，手腕弯曲运动由支板202、第五柔性绳55和2个电机6共同作用形成，下面会一一介绍具体的结构。

如图2所示为前小臂1位置的内部结构示意图，前小臂1上排列有至少19个电机6，至少19个电机6上固定连接有柔性绳5（图2中仅显示出其中一部分的柔性绳），至少198个柔性绳均采用钢丝，结合图1，其中18个电机6对应的18个柔性绳分别控制14个指节和4个手指根部，这是18个轴；另外至少1个电机6对应的至少1个柔性绳控制手掌2的手腕弯曲运动，这是1个轴；手掌2的手腕左右运动和大拇指8的拇指左右运动由电机驱动，这是2个轴，总共21个轴，组合成21轴的机器手臂。

接下来介绍一下前小臂1和手掌2的结构。

如图2，前小臂1包括下板101和上板102，至少19个电机6就设置在下板101和上板102上（本实施例中有20个电机6），且电机6的电机轴601置于在上板102上，18个电机6排列布置，将电机设置在手臂上，能够减少手掌和手指的体积和重量，实现仿生机器手，提高手指的灵活度。

另外，下板101和上板102上还设置有伺服电机103，伺服电机103能够驱动手臂轴104转动，手臂轴104即为手腕左右运动的转轴。伺服电机103外侧还设有外壳107。前小臂1的腕部还设有外套筒形成仿人的手腕，外套筒一侧还有一连接头105，用于安装在机器人的大臂上，接头105内部可装一个电机，该电机可以使小臂产生旋转运动。

如图2所示，手臂轴104上固定连接一连接块108，如图3所示，手掌2包括一手掌板201和一成角度设于手掌板201上的支板202，其中，大拇指8是设于该支板202上的，4根手指3是设于手掌板201上的；手掌板201与连接块108之间通过手腕轴115连接，支板202上开设有2个固定销孔206，结合图2所示，其中2个电机6上牵引出2个第五柔性绳55后，2个第五柔性绳55的另一端通过固定销113固定在2个固定销孔206上，实现手腕的手腕弯曲运动。复位时通过弹性扭簧114进行复位。再具体的，上板102上固定有一个垫块109，将这2个电机6的输出端垫高使其高于其余18个电机6的输出端，然后在上板102上通过立柱110固定2个挡片板111，使得2个第五柔性绳55在2个挡片板111的下方穿过且位于其余18个电机6的输出端的上方，不影响其余18个电机6的动作也不影响上电路板112的安装。

如图3所示，手掌板201上固定有分散板204，分散板204和支板202上均开设有若干个分散孔205，柔性绳穿过分散孔205后再与电机6连接，4根手指3和1根大拇指8对应的分散孔205相互分散开，使得柔性绳能够平滑的过渡到各个手指上。

本实施例中，电机6设置20个，其中最后侧的2个电机用于共同控制手腕弯曲运动，加强稳定性。

其中，在电机6控制柔性绳5作用时，即图4所示，电机6的电机轴601上固定有转轴套602，转轴套602的外壁上沿其长轴方向开设有一凹槽603，凹槽603内开设有第一通孔604和第二通孔605，第一通孔604和第二通孔605贯穿转轴套602和电机轴601设置，且第一通孔604和第二通孔605在电机轴601位置处是断开的，不影响电机轴的动作。

柔性绳从第一通孔604中穿过，在转轴套602的另一侧嵌入凹槽603内再穿过第二通孔605并自然锁紧，当电机轴601动作时，能够将柔性绳卷起或者放开，以控制柔性绳的伸缩来控制相应动作关节的弯曲或者并拢等。

下面来具体介绍手指的结构和动作：

如图5所示为1根手指指节的拆解示意图，4根手指3均有3个指节，如图9为大拇指的内部示意图，大拇指8上有2个指节，大拇指和手指的结构类似，以手指为例，每一指节上均设有第一动力轴312和第一转动轴310，其中，指节能够绕着第一转动轴310弯曲，第一动力轴312能够给对应的指节提供弯曲动力。

具体的，如图5所示，每一手指3包括与手掌2轴接的连接座301以及通过第一转动轴310顺次连接的第一指节302、第二指节303和第三指节304，第一指节302也通过一个第一转动轴310连接在连接座301上；第一动力轴312设于每一指节靠近手掌2的端部，使得在其上施加动力时能够使得指节弯曲，弯曲如图6所示。

如图5所示，连接座301、第一指节302、第二指节303和第三指节304均包括一个底板308，底板308沿手指长度方向的两侧设置有侧壁309，侧壁309在远离动力轴的端部长于底板308，长出来的部分用于设置第一转动轴310，避免相邻指节之间的干涉。

连接座301的底板308上开设有弧形的腰孔306，腰孔306的圆心位于手掌2一侧，腰孔306内设有导向杆307，其中，导向杆307固定于手掌2上；底板308远离指节的端部设有第三转动轴305，其中，第三转动轴305固定于手掌2上；连接座301的侧壁309上连接一个柔性绳，柔性绳拉动连接座301做转动运动，图中，柔性绳为其中一个，此处标号为第四柔性绳54，当第四柔性绳54收缩时，第四柔性绳54拉动连接座301向着图示中右上方运动，实现手指整体的运动。

如图7所示，相邻两个手指3之间设有第二复位件10，第二复位件10的转轴9置于手掌2上。当柔性绳拉动手指运动后，松开柔性绳，手指在第二复位件10的作用下复位，实现手指的并拢。

如图8所示，柔性绳的一端固定在相应的第一动力轴312上，且柔性绳置于前一个或者前两个第一动力轴312的下方后穿过手掌2与对应电机6固定连接。也就是说，在图8中，第一柔性绳51在第一指节302、第二指节303对应的第一动力轴312的下方，同理，第二柔性绳52在第一指节302对应的第一动力轴312的下方。其余手指3以及大拇指8同理设置，保证不会缠绕干涉。另外，在每一指节上还可以设置导向件（未图示），用于柔性绳的穿设，进一步避免干涉缠绕。

如图8所示，第一转动轴310上套设有扭簧313，其中，扭簧313用于指节弯曲后的复位。扭簧313用于在控制力消失后使手指回到起始位置，第一动力轴312用于固定柔性绳并在柔性绳的拉动下控制指节的转动，柔性绳拉动的距离与指节的转动角成对应关系。

4根手指根部的侧壁上、第一动力轴312上分别连接一个柔性绳的一端，电机6调节对应柔性绳的长度使得对应指节弯曲或者手指3并拢，然后在扭簧313和第二复位件10的作用复位。

上述结构中，4根手指3的结构相同，仅长度粗细不同。利用柔性绳，可对18个运动关节的转动角进行精准控制，实现仿生手指的各种弯曲与开合的动作仿真，并提供足够的扭力达到实用的目的。

如图9所示，大拇指8具备大拇指连接座801、第一大拇指节802和第二大拇指节803，三者之间的连接关系和结构与手指3相同，在此不再赘述。

另外，如图11所示，在手掌2的手掌板201上设置有滑轮809，滑轮809通过两个立板808固定住，支板202上开设有2个分散孔205，然后，第一大拇指节802和第二大拇指节803所对应的2个柔性绳先穿过2个分散孔205，再绕过滑轮809后连接在对应的第一动力轴312。滑轮和分散孔的设置能够将大拇指对应的2个柔性绳与其他柔性绳分隔开，由于大拇指的指向与手臂之间会有一定的角度，因此滑轮和分散孔能够保证柔性绳的柔性过渡，避免打结卡顿。同时，这2个分散孔205是单独设置的，一个分散孔内穿设一个柔性绳，进一步避免由于大拇指角度带来的不同、以及柔性绳需要上行而导致的缠绕。

再如图9所示，大拇指8的根部设置有第二转动轴804和第二动力轴805，其中，大拇指8能够绕着第二转动轴804左右转动，第二动力轴805能够给大拇指8提供左右转动动力。具体的，第二动力轴805上固定有齿轮806，齿轮806配合有一弧形齿条807，其中，弧形齿条807固定于大拇指8的第一大拇指节802上，弧形齿条807的弧形圆心在靠近手掌2的一侧。第二动力轴805连接有驱动电机（未图示），能够带动大拇指的左右转动。弧形齿条的设置能够给大拇指提供转动的力和方向。

手掌2在设置柔性绳后，盖上一层盖板，盖板上能够安装多传感器集成电路板，其中，多传感器集成电路板电连接有CPU控制电路板，CPU控制电路板设置在手背上，用于实现将各种传感器信号进行前置处理和A/D转换，并通过串口上传给上位机实现对手指动作的定量控制。

具体的，指节上设有传感器组11，传感器组11包括但不限于触觉压力传感器、温湿度传感器、红外传感器、气敏传感器和图像传感器等，指节上还设置有电路板12，用于安装传感器。多个传感器与多传感器集成电路板电连接，然后由CPU控制电路板控制，CPU控制电路板用以实现对各种传感器的数据采集控制和传输。通过与仿生机器人智能动力手臂及其它功能件的配合，实现可以由CPU智能控制模仿人的手部动作和功能，使得拟人服务型机器人更接近人的能力。

指节上设有柔性手指护套4，手掌2上设有柔性手掌护套7，柔性手指护套4和柔性手掌护套7选择与人体手指表皮的触觉和手指肌肉的弹力相似的硅胶材料，如图10所示为一根手指的剖面示意图，在每一个用于指节的柔性手指护套4的中间位置上各内置一个第一霍尔元件14和磁片13，第一霍尔元件14通过磁片13非接触式检测14个指节上的压力，第一霍尔元件14电连至电路板12；CPU控制电路板接收第一霍尔元件14的数据并消除指节之间分别受力时第一霍尔元件14存在的相互影响。当手指抓取物品时，磁片13与对应的霍尔元件之间的距离发生相对变化，引起的磁场变化量的大小与手指相对于物体的水平压力成比例，当手臂抬起时，在引力作用下手指上柔性材料内的磁片13会产生垂直向下的变形，由此引起的磁场变化量的大小与手指相对于物体垂直方向的压力成比例，对这两个力的实时检测和通过算法的处理，是实现服务型拟人机器人手部功能的根本保证。

第一霍尔元件14为非接触式带触摸方向感应的压力传感器，能够随时感知该指节上所受到的压力。压力传感器采用非接触式线性霍尔磁性传感器，通过检测柔性材料的形变引起的磁场强度的变化，灵敏的检测指节抓取物体时产生的水平力和垂直力，可以根据物体性质的不同自动调整抓取力的大小，保证在对不同物体的抓取时不会损坏物体，以此实现CPU对每一个指节动作的定量控制，在位于掌心部位的多传感器集成电路板上，可根据不同的服务型机器人配置不同的传感器。

通过每一个指节上的压力传感器可以消除指节之间分别受力时存在的相互影响，当某一个指节的运动对其他指节产生影响时，这个指节上的压力就会发生变化，控制系统就能够及时进行调整，这样可以有效改进柔性控制存在的控制精度受钢丝形变产生的影响。

另外，至少19个电机6的输出端和固定端均安装有磁环606，前小臂1上设有前小臂电路板，前小臂电路板上设有至少38个第二霍尔元件，至少38个第二霍尔元件与磁环606一一对应形成编码器以控制电机6的转角和动态，本实施例中20个电机6上各自安装2个磁环，一共40个磁环。如图12所示为图2位置处的侧视图，前小臂电路板包括上电路板112和下电路板116，置于上电路板112上的至少19个第二霍尔元件与至少19个电机6的输出端上的磁环606之间形成绝对值编码器以控制电机6的转角精度，置于下电路板116上的至少19个第二霍尔元件与至少19个电机6的固定端上的磁环606之间形成增量编码器以改善电机6的动态特性。

本专利提供了一种采用电机驱动的结构设计，采用多轴结构柔性动力控制，通过钢缆将动力源与手部分离，电机可以外置于手掌，同时每一个指节都对应一个动力电机，负载力臂大大缩短，手部力量由分布式动力源合成，即能减少手部结构的体积，又能产生足够的扭力，通过传感器作为电机驱动的反馈元件，可根据不同的动作要求分配力量的大小，有效节约驱动能源，提高驱动效率，基本上能够实现手的全部仿真动作和功能要求；通过采用分布式非接触磁传感器配合电机输出功率的检测，可同时适应对轻至几十克重至几Kg的不同物体的操作要求，在CPU的控制下实现对人的手部动作的全部仿真，使得拟人服务型机器人更接近人的能力，从而最终解决拟人仿真机器人实用性的问题。

在另一个实施例中，还提供一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

（1）电机6动作时通过相应的柔性绳控制对应指节的弯曲、手指根部的并拢或者手掌2的手腕弯曲，弯曲或者并拢后通过弹性复位件复位；由电机驱动手掌2的手腕左右运动和大拇指8的拇指左右运动并能够通过对应电机复位；

例如，图8中，第一柔性绳51对应的电机动作将第一柔性绳51收回，第一柔性绳51拉紧使得第三指节304弯曲，当该电机动作将第一柔性绳51释放时第一柔性绳51变得松一些使得第三指节304在扭簧313作用下伸直一些，同理，其余手指的指节同样的弯曲和伸直；例如，当手指根部的第四柔性绳54对应的电机动作将第四柔性绳54收回，第四柔性绳54拉紧使得手指根部左右运动行程并拢动作，当该电机动作将第四柔性绳54释放时第四柔性绳54变得松一些使得手指根部在复位件的作用下复位一定程度，同理，其余手指根部的并拢和复位同样动作。

（2）当其中一个第一霍尔元件14的压力值存在增减量时，CPU控制电路板读取其余第一霍尔元件14的偏差压力值，并根据偏差压力值计算出对应电机6伸出或者收回柔性绳的长度，根据该长度控制对应电机6伸出或者收回柔性绳，其中，偏差压力值为该存在增减量的第一霍尔元件14压力变化时对其余第一霍尔元件14所带来的压力影响。

即，当任何一个第一霍尔元件14即指节上面的压力传感器检测到压力变化时，CPU先检查其余的第一霍尔元件14是否在不该发生变化的情况下发生了变化，如果其余的第一霍尔元件14发生了变化，我们称之为偏差压力值，那么，CPU就计算出为了消除这个偏差压力值电机需要收回或者释放出多长的柔性绳，计算出来之后CPU就控制对应的电机收回或者释放出柔性绳，以使得该第一霍尔元件14恢复到原来的值，使得该指节恢复到原来的压力值，即使得该指节恢复到正常抓握力。

工作原理：

将本机器手臂安装到机器人身上，形成服务型机器人，可在养老、助残、家政等领域使用。

当需要抓握物体时，CPU先定位到物体位置，将机器手臂移动到工作位置，然后控制相应手指对应的电机动作，将大拇指、4个手指抓握中的一个或者多个抓握到物体上，放下物体时，将电机释放柔性绳松开手指即可。

指节的控制顺序优先级为外指节、中指节、内指节，先动外指节即第三指节，再动中指节即第二指节，后动内指节即第一指节，能够尽量避免相互之间的影响。

实施例2：

如图13和图14所示，本实施例与实施例1的区别在于：与实施例不同之处在于：实施例1是采用20个电机，其中4个电机用于控制4个手指根部，并且该4个电机对应的柔性绳是穿设在手掌上的；本实施例中是采用至少17个电机，具体是采用18个电机，其中1个电机用于控制4个手指根部，并且该1个电机对应的柔性绳（图14中的背部柔性绳56）是穿设在手背上的。

本实施例中的第二复位件10采用弹簧；相邻两个连接座301之间固定有一个弹簧，食指根部和小拇指根部在位于手背的侧面上，均开设有小孔58，其中1个电机67安装在手掌板201内侧（图15示出），背部柔性绳56穿过电机轴57，当电机轴57转动时背部柔性绳56收紧时，四指同时向内收缩或，当电机轴57转动时背部柔性绳56放松时 在3个弹簧的作用下四指同时向外分开，通过一个电机实现四个手指的开合运动。

同时，本实施例中，电机的输出端位于手背的侧面上，方便柔性绳的穿设，而实施例1的4个柔性绳在手掌中。

此种结构相对于实施例1中结构，简化了手指根部的运动过程，节省电机，减轻手臂的重量。

实施例3：

在实施例2的基础上，与实施例2的区别在于：实施例2中用于控制大拇指的两个直接的电机，是固定在小臂上的，而本实施例中的这两个电机是固定在手背上的，既能够减轻小臂的负重，也能够缩短小臂的长度，同时能够提高大拇指运动的力度。

如图13、图14所示，图中所示是在实施例2的基础上的图示。

如图所示，2个电机61固定在手背上，对应的柔性绳在穿过大拇指根部的2个分散孔205（图11示出），再绕过滑轮809后连接在对应的第一动力轴（图9中示出）。

本实施例中将控制大拇指的2个电机从手臂上转移到手背上，减轻手臂的重量，对于手臂的动作、支撑等提高很大的便利性，防止手臂上的负载重量较多，增加手臂的灵活性。

实施例4：

与实施例3不同的是，本实施例中将电机放在手部，如图15和图16所示，具体是电机安装在手掌板201和支板202上，包括3个拇指电机62、3个食指电机63、3个中指电机64、3个无名指电机65和3个小指电机66，其中，将3个拇指电机62安装在支板202上且上下并排设置，用于控制大拇指8的2个指节弯曲和左右运动，2个食指电机63安装在手掌板201上、1个食指电机63安装在支板202上，3个中指电机64安装在支板202上，2个无名指电机65安装在支板202上、1个无名指电机65安装在手掌板201上，1个小指电机66安装在手掌板201上、2个小指电机66安装在支板202上，形成如图16所示的结构。

本实施例中，将电机全部安装在手掌，而不是安装在小臂上，可以将手部做成独立的单元，与机器人身上的手臂安装连接即可，相较于实施例1-3，本实施例能够独立成为一个单元，能够匹配不同的类人机器人，将控制手指的电机均放置在手掌上，减轻手臂的重量，增强灵活性。

实施例5:

相比于实施例4，本实施例中将电机安装位置做了调整，如图18所示，本实施例将电机8个安装在手腕位置，缩短了柔性绳的长度，简化了控制电路板的结构，可以避免手腕关节转动对柔性绳的影响。

实施例6：

如图19所示，在电机架（未图示，电机架与手掌的支板202固定连接）外部设置有控制手部左右摆动电机16、上下抬手电机17和轴向旋转电机18，实现三个维度上的运动控制，更加贴合类人机器人手部的形式，提高灵活性。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，包括若干个指节和若干个手指根部，其特征在于：还包括动力组和牵动组，所述牵动组的一端固定连接所述动力组，所述牵动组的另一端固定连接所述指节和所述手指根部；

所述动力组包括若干个电机（6），所述牵动组包括若干根柔性绳；

所述指节上均设有第一霍尔元件（14）和磁片（13），所述第一霍尔元件（14）通过所述磁片（13）非接触式检测所述指节上的压力；

还包括CPU控制电路板，所述CPU控制电路板接收所述第一霍尔元件（14）的数据并消除所述指节之间分别受力时所述第一霍尔元件（14）存在的相互影响；

所述电机（6）的输出端和固定端均安装有磁环（606），还包括若干个第二霍尔元件，所述第二霍尔元件与所述磁环（606）一一对应形成编码器以控制所述电机（6）的转角和动态性能；

每一所述指节上均设有第一动力轴（312）和第一转动轴（310），其中，所述指节能够绕着所述第一转动轴（310）弯曲，所述第一动力轴（312）能够给对应的所述指节提供弯曲动力；所述柔性绳的一端固定在相应的所述第一动力轴（312）上，且所述柔性绳置于前一个或者前两个所述第一动力轴（312）的下方后穿过手掌与对应所述电机（6）固定连接；所述第一转动轴（310）上套设有扭簧（313），其中，所述扭簧（313）用于所述指节弯曲后的复位；

还包括大拇指（8），所述大拇指（8）具备大拇指连接座（801）、第一大拇指节（802）和第二大拇指节（803）；

还包括手掌，所述手掌包括一手掌板（201）和一成角度设于所述手掌板（201）上的支板（202），所述手掌板（201）上设置有滑轮（809），所述滑轮（809）通过两个立板（808）固定住，所述支板（202）上开设有2个分散孔（205），所述第一大拇指节（802）和所述第二大拇指节（803）所对应的2个柔性绳先穿过2个所述分散孔（205），再绕过所述滑轮（809）后连接在对应的所述第一动力轴（312）；

大拇指（8）是设于所述支板（202）上的，4根手指（3）是设于手掌板（201）上的；手掌板（201）与连接块（108）之间通过手腕轴（115）连接，支板（202）上开设有2个固定销孔（206），其中2个电机（6）上牵引出2个第五柔性绳（55）后，2个第五柔性绳（55）的另一端通过固定销（113）固定在2个固定销孔（206）上，实现手腕的手腕弯曲运动；复位时通过弹性扭簧（114）进行复位；上板（102）上固定有一个垫块（109），将这2个电机（6）的输出端垫高使其高于其余18个电机（6）的输出端，然后在上板（102）上通过立柱（110）固定2个挡片板（111），使得2个第五柔性绳（55）在2个挡片板（111）的下方穿过且位于其余18个电机（6）的输出端的上方，不影响其余18个电机（6）的动作也不影响上电路板（112）的安装；

手掌板（201）上固定有分散板（204），分散板（204）和支板（202）上均开设有若干个分散孔（205），柔性绳穿过分散孔（205）后再与电机（6）连接，4根手指（3）和1根大拇指（8）对应的分散孔（205）相互分散开，使得柔性绳能够平滑的过渡到各个手指上；

电机（6）的电机轴（601）上固定有转轴套（602），转轴套（602）的外壁上沿其长轴方向开设有一凹槽（603），凹槽（603）内开设有第一通孔（604）和第二通孔（605），第一通孔（604）和第二通孔（605）贯穿转轴套（602）和电机轴（601）设置，且第一通孔（604）和第二通孔（605）在电机轴（601）位置处是断开的，不影响电机轴的动作；

柔性绳从第一通孔（604）中穿过，在转轴套（602）的另一侧嵌入凹槽（603）内再穿过第二通孔（605）并自然锁紧，当电机轴（601）动作时，能够将柔性绳卷起或者放开，以控制柔性绳的伸缩来控制相应动作关节的弯曲或者并拢。

2.根据权利要求1所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：所述手指（3）包括与手掌轴接的连接座（301）以及通过所述第一转动轴（310）顺次连接的第一指节（302）、第二指节（303）和第三指节（304），所述第一指节（302）也通过一个所述第一转动轴（310）连接在所述连接座（301）上；所述第一动力轴（312）设于每一所述指节靠近手掌的端部。

3.根据权利要求2所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：所述连接座（301）的底板（308）上开设有弧形的腰孔（306），所述腰孔（306）内设有导向杆（307），其中，所述导向杆（307）固定于手掌上；所述底板（308）远离所述指节的端部设有第三转动轴（305），其中，所述第三转动轴（305）固定于手掌上。

4.根据权利要求3所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：所述连接座（301）的侧壁（309）上连接一个所述柔性绳，所述柔性绳拉动所述连接座（301）做转动运动；相邻两个所述手指（3）之间设有第二复位件（10），所述第二复位件（10）的转轴置于手掌上；或者，食指根部和小拇指根部在位于手背的侧面上均开设有小孔（58），其中2个所述电机（6）所对应的2个所述柔性绳分别固定在两个所述小孔（58）内，相邻两个所述连接座（301）之间固定有一个弹簧。

5.根据权利要求4所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：包括大拇指（8），所述大拇指（8）的根部设置有第二转动轴（804）和第二动力轴（805），其中，所述大拇指（8）能够绕着所述第二转动轴（804）实现拇指左右运动，所述第二动力轴（805）能够给所述大拇指（8）提供左右运动的动力；所述第二动力轴（805）上固定有齿轮（806），所述齿轮（806）配合有弧形齿条（807），其中，所述弧形齿条（807）固定于所述大拇指（8）的第一大拇指节（802）上；所述齿轮（806）由电机驱动带动所述弧形齿条（807）运动。

6.根据权利要求5所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：所述指节上设有柔性手指护套（4），手掌上设有柔性手掌护套（7）；柔性手指护套（4）内设置所述磁片（13）。

7.根据权利要求1所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，其特征在于：还包括上电路板（112）和下电路板（116），其中一部分所述第二霍尔元件置于所述上电路板（112）上，用于与所述电机（6）输出端的所述磁环（606）形成绝对值编码器以控制所述电机（6）的转角精度，另外一部分所述第二霍尔元件置于所述下电路板（116）上，用于与所述电机（6）固定端的所述磁环（606）形成增量编码器以改善所述电机（6）的动态性能。

8.一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的结构，所述控制方法包括：所述电机（6）动作时通过相应的所述柔性绳控制对应所述指节的弯曲、所述手指根部的并拢或者手掌的手腕弯曲，弯曲或者并拢后通过复位件复位；由电机驱动手掌的三轴转动和大拇指（8）的左右运动。

9.根据权利要求8所述的一种带多传感器的仿生机器人智能动力手臂的控制方法，其特征在于：所述电机（6）在需要较大功率时可以集中分布在小臂上，在一般功率需求下可以集中分布在所述手掌板（201）的底面两侧和所述支板（202）上，其中所述手掌板（201）的底面两侧能够分布5个电机，所述支板（202）上能够分布11个电机。