CN114536317B - 灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手，灵巧手腱绳驱动单元包括腱绳驱动模块、腱绳张紧模块、第一腱绳及第二腱绳；腱绳驱动模块包括第一安装座、驱动电机、第一导轮、第二导轮、第一测力元件及第二测力元件；第一腱绳的一端绕设于驱动电机的驱动轴，另一端依次绕过第一导轮、腱绳张紧模块，并与仿生灵巧手的关节连接；第二腱绳的一端绕设于驱动电机的驱动轴，另一端依次经过第二导轮、腱绳张紧模块并与关节连接；第一测力元件用于检测第一腱绳上的张力，第二测力元件用于检测第二腱绳上的张力。本发明便于对第一腱绳与第二腱绳的长度进行精确调节，以对仿生灵巧手上关节的转动姿态进行稳定与精细地控制。

Description

灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手。

背景技术

随着人类对自然界的不断探索，工作空间日益危险复杂，而传统的末端机械手存在通用性差、自由度少及灵活度低等问题，已无法代替人类完成精密复杂的操作任务。在机器人设计制造、驱动控制以及智能感知技术的不断发展下，为实现精细化操作，仿生灵巧手应运而生。在此，为确保仿生灵巧手能够精细地完成各种抓握动作，灵巧手驱动装置作为仿生灵巧手的关键组成部分，对其设计提出了较高的要求。

目前，在控制仿生灵巧手的姿态的改变时，主要采用腱绳牵引机构来控制改变仿生灵巧手上的关节的转动，但是，现有的腱绳牵引机构结构简单，功能单一，并不能较为稳定且精细地控制关节的转动姿态，导致影响到对仿生灵巧手的姿态的精确控制。

发明内容

本发明提供一种灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手，用以解决或改善现有的腱绳牵引机构难以稳定且精细地对仿生灵巧手上关节的转动姿态进行控制的问题。

本发明提供一种灵巧手腱绳驱动单元，包括：腱绳驱动模块、腱绳张紧模块、第一腱绳及第二腱绳；所述腱绳驱动模块与所述腱绳张紧模块连接；所述腱绳驱动模块包括第一安装座、驱动电机、第一导轮、第二导轮、第一测力元件及第二测力元件；所述驱动电机设于所述第一安装座；所述第一导轮与所述第二导轮分别可转动地设于所述第一安装座；所述第一腱绳的一端绕设于所述驱动电机的驱动轴，另一端在依次绕过所述第一导轮、所述腱绳张紧模块后，适于与仿生灵巧手的关节连接；所述第二腱绳的一端绕设于所述驱动电机的驱动轴，另一端在依次经过所述第二导轮、所述腱绳张紧模块后，适于与所述关节连接；所述第一测力元件用于检测所述第一腱绳上的张力，所述第二测力元件用于检测所述第二腱绳上的张力。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一安装座包括基座、第一侧板及第二侧板；所述第一侧板与所述第二侧板分设于所述基座的相对侧；所述第一侧板的一端与所述基座连接，另一端与所述第一导轮转动连接；所述第二侧板的一端与所述基座连接，另一端与所述第二导轮转动连接；所述第一测力元件与所述第二测力元件分别为板状的张力传感器；所述第一测力元件与所述第一侧板贴合并连接为一体；所述第二测力元件与所述第二侧板贴合并连接为一体；其中，所述第一测力元件通过检测所述第一侧板的形变信息来获取所述第一腱绳上的张力，所述第二测力元件通过检测所述第二侧板的形变信息来获取所述第二腱绳上的张力。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一测力元件与所述第一侧板的形状相同，所述第一测力元件设于所述第一侧板背离所述第二侧板的一侧面；所述第二测力元件与所述第二侧板的形状相同，所述第二测力元件设于所述第二侧板背离所述第一板的一侧面。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述基座包括第一座体与第二座体；所述第一座体与所述第二座体垂直；所述第一侧板与所述第二侧板分设于所述第一座体的相对侧；所述驱动电机与所述第二座体连接，所述驱动电机的驱动轴位于所述第一侧板与所述第二侧板之间。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述驱动电机的驱动轴包括第一节段、第二节段及紧固件；所述第一节段的一端与所述第二节段的一端通过所述紧固件连接，所述第二节段的另一端与所述驱动电机的转子组件连接；所述第一腱绳的一端绕设于所述第一节段，所述第二腱绳的一端绕设于所述第二节段。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一节段的侧面设有至少一个第一穿绳孔，所述第二节段的侧面设有至少一个第二穿绳孔；所述第一腱绳的一端在所述第一节段上绕设第一预设长度后与所述至少一个第一穿绳孔连接；所述第二腱绳的一端在所述第二节段上绕设第二预设长度后与所述至少一个第二穿绳孔连接。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一节段的一端设有第一轮齿，所述第二节段的一端设有第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿相啮合；所述第一节段与所述第二节段的相对端部之间还设有引导结构，所述引导结构适于引导所述第一节段的一端与所述第二节段的一端沿所述驱动轴的轴向相靠近或相远离。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一节段的另一端设有调节轮；所述调节轮的侧面设有多个条形槽；所述多个条形槽分别沿所述调节轮的周向排布，每个所述条形槽沿所述驱动轴的轴向延伸；和/或，所述紧固件包括锁紧螺栓或锁紧螺钉；所述引导结构包括轴套与轴孔；所述轴套设于所述第二节段的一端，所述轴孔设于所述第一节段内，并贯穿所述第一节段；所述轴套的内侧面设有螺纹结构，所述轴套的外侧面与所述轴孔的孔壁相适配；所述锁紧螺栓的螺杆从所述第一节段的另一端伸入至所述轴孔内，并与所述轴套螺纹连接。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述腱绳张紧模块包括第二安装座、第一张力调节组件及第二张力调节组件；所述第二安装座与所述第一安装座连接；所述第一张力调节组件与所述第二张力调节组件分别设于所述第二安装座上；所述第一张力调节组件与第二张力调节组件结构相同，均包括：张紧轮、调节杆、压簧及调节螺栓；所述第一腱绳及所述第二腱绳适于绕过所述张紧轮；所述调节杆包括安装段与螺杆段，所述安装段的直径大于所述螺杆段的直径；所述张紧轮可转动地安装于所述安装段的一端，所述安装段的另一端与所述螺杆段的一端连接；所述第二安装座上设有过孔，所述螺杆段的另一端穿过所述过孔，并与所述调节螺栓螺纹连接；所述安装段的另一端与所述第二安装座的第一侧面抵接；所述压簧套设于所述螺杆段的外侧，所述压簧的一端与所述第二安装座的第二侧面抵接，所述压簧的另一端与所述调节螺栓抵接。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述腱绳张紧模块还包括第三导轮与第四导轮；所述第三导轮与所述第四导轮分别可转动地设于所述第二安装座上；所述第一腱绳的另一端依次绕过所述第一张力调节组件的张紧轮与所述第三导轮，并与所述关节连接；所述第二腱绳的另一端依次绕过所述第二张力调节组件的张紧轮与所述第四导轮，并与所述关节连接。

根据本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元，所述第一腱绳与所述第二腱绳的结构相同，均包括：线芯、第一塑料绳套及金属索套；所述线芯、所述第一塑料绳套、所述金属索套从内往外依次连接，所述线芯采用超高分子量聚乙烯纤维编织而成。

本发明还提供一种驱动装置，包括：固定架及多个如上任一项所述的灵巧手腱绳驱动单元；多个所述灵巧手腱绳驱动单元分别安装于所述固定架上，所述灵巧手腱绳驱动单元设置的数量与所述仿生灵巧手上的关节的数量相适配。

根据本发明提供的一种驱动装置，所述驱动装置包括分线盘；所述分线盘沿所述固定架的高度方向设于所述固定架的顶部；所述分线盘与所述固定架构成立方体结构；多个所述灵巧手腱绳驱动单元当中的一部分分设于所述立方体结构的四个侧面，多个所述灵巧手腱绳驱动单元当中的另一部分设于所述立方体结构的内部；所述分线盘具有四个侧边，所述四个侧边分别与所述立方体结构的四个侧面一一相对；所述分线盘每个侧边均设有多个导线轮，所述分线盘的中部开设有避让口；所述多个导线轮适于分别对安装于所述立方体结构的侧面的灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳进行引导；所述避让口适于供安装于所述立方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳穿过。

根据本发明提供的一种驱动装置，所述立方体结构的每个侧面装有多个并排布置的所述灵巧手腱绳驱动单元，每个所述灵巧手腱绳驱动单元沿所述固定架的高度方向布置，相邻的两个所述灵巧手腱绳驱动单元相连接；和/或，所述立方体结构内的所述灵巧手腱绳驱动单元在所述固定架上的安装位置沿所述固定架的高度方向可调节。

根据本发明提供的一种驱动装置，所述驱动装置包括控制板；所述控制板沿所述固定架的高度方向设于所述固定架的底部；所述灵巧手腱绳驱动单元设有驱动板，所述驱动板与所述灵巧手腱绳驱动单元的驱动电机连接；所述控制板分别与多个所述灵巧手腱绳驱动单元的驱动板连接；和/或，所述立方体结构的四个侧面装有17个所述灵巧手腱绳驱动单元，所述立方体结构内设有4个所述灵巧手腱绳驱动单元。

本发明还提供一种仿生灵巧手，包括手部模块、掌部模块、腕部模块及如上任一项所述的驱动装置；所述驱动装置、所述腕部模块、所述掌部模块及所述手部模块依次连接；所述灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳适于与所述手部模块、所述腕部模块及所述腕部模块当中任一者上的关节连接。

本发明提供的一种灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手，通过设置腱绳驱动模块、腱绳张紧模块、第一腱绳及第二腱绳，可基于腱绳驱动模块的驱动电机的转动来对第一腱绳与第二腱绳的长度进行调节，由于第一腱绳与第二腱绳分别在对应的导轮的引导下通过腱绳张紧模块进行张紧调节，则可分别通过第一测力元件及第二测力元件对两根腱绳上的张力进行准确地检测，以便为驱动电机的转动控制进行反馈，从而便于对第一腱绳与第二腱绳的长度进行精确调节，以在第一腱绳与第二腱绳的牵引下，实现对仿生灵巧手上关节的转动姿态进行稳定与精细地控制，进而实现对仿生灵巧手的姿态的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的灵巧手腱绳驱动单元的结构示意图；

图2是本发明提供的第一导轮与第二导轮在第一安装座上安装的爆炸结构示意图；

图3是本发明提供的驱动电机的驱动轴的爆炸结构示意图；

图4是本发明提供的第一张力调节组件在第二安装座上的安装结构示意图；

图5是本发明提供的第一腱绳的结构示意图；

图6是本发明提供的驱动装置的结构示意图之一；

图7是本发明提供的驱动装置的结构示意图之二；

图8是本发明提供的驱动装置的结构示意图之三；

图9是本发明提供的对立方体结构内部的灵巧手腱绳驱动单元的安装位置进行调节的结构示意图；

图10是本发明提供的分线盘的结构示意图；

图11是本发明提供的仿生灵巧手的结构示意图。

附图标记：

100：驱动装置；200：腕部模块；300：掌部模块；400：手部模块；11：灵巧手腱绳驱动单元；12：固定架；13：分线盘；14：控制板；15：串联块；16：第一固定螺钉；17：第二固定螺钉；111：腱绳驱动模块；112：腱绳张紧模块；113：第一腱绳；114：第二腱绳；115：调节间隙；101：第一安装座；102：驱动电机；103：第一导轮；104：第二导轮；105：第一测力元件；106：第二测力元件；107：驱动板；1011：基座；1012：第一侧板；1013：第二侧板；21：第一节段； 22：第二节段；23：紧固件；211：第一穿绳孔；212：第一轮齿；213：调节轮；2131：条形槽；221：第二穿绳孔；222：第二轮齿；223：轴套； 201：第二安装座；202：第一张力调节组件；203：第二张力调节组件；204：第三导轮；205：第四导轮；2021：张紧轮；2022：调节杆；2023：压簧；2024：调节螺栓；131：线芯；132：第一塑料绳套；133：金属索套；134：塑料连接套；301：导线轮；302：避让口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合图1-图11描述本发明的一种灵巧手腱绳驱动单元、驱动装置及仿生灵巧手。

如图1与图2所示，本实施例提供一种灵巧手腱绳驱动单元，该灵巧手腱绳驱动单元11包括：腱绳驱动模块111、腱绳张紧模块112、第一腱绳113及第二腱绳114；腱绳驱动模块111与腱绳张紧模块112连接；腱绳驱动模块111包括第一安装座101、驱动电机102、第一导轮103、第二导轮104、第一测力元件105及第二测力元件106；驱动电机102设于第一安装座101；第一导轮103与第二导轮104分别可转动地设于第一安装座101；第一腱绳113的一端绕设于驱动电机102的驱动轴，另一端在依次绕过第一导轮103、腱绳张紧模块112后，适于与仿生灵巧手上的关节连接；第二腱绳114的一端绕设于驱动电机102的驱动轴，另一端在依次经过第二导轮104、腱绳张紧模块112后，适于与仿生灵巧手上的关节连接；第一测力元件105用于检测第一腱绳113上的张力，第二测力元件106用于检测第二腱绳114上的张力。

具体地，本实施例通过设置腱绳驱动模块111、腱绳张紧模块112、第一腱绳113及第二腱绳114，可基于腱绳驱动模块111的驱动电机102的转动来对第一腱绳113与第二腱绳114的长度进行调节，由于第一腱绳113与第二腱绳114分别在对应的导轮的引导下通过腱绳张紧模块112进行张紧调节，则可分别通过第一测力元件105及第二测力元件106对两根腱绳上的张力进行准确地检测，以便为驱动电机102的转动控制进行反馈，从而便于对第一腱绳113与第二腱绳114的长度进行精确调节，以在第一腱绳113与第二腱绳114的牵引下，实现对仿生灵巧手上关节的转动姿态进行稳定与精细地控制，进而实现对仿生灵巧手的姿态的精确控制。

在此应指出的是，本实施例所示的关节可以为仿生灵巧手的手部模块上的指关节、掌部模块上的关节以及腕部模块上腕关节，在此不做具体限定。本实施例在控制关节朝向一个方向转动时，例如，朝向仿生灵巧手的内侧转动时，可通过控制驱动电机102沿着第一旋向转动，以缩短第一腱绳113的长度，并保持第二腱绳114的长度或使得第二腱绳114的长度适应性地增长，从而关节在第一腱绳113与第二腱绳114的共同牵引下，实现向仿生灵巧手的内侧转动。

相应地，本实施例通过控制驱动电机102沿着第二旋向转动时，以缩短第二腱绳114的长度，并保持第一腱绳113的长度或使得第一腱绳113的长度得到相应地增长，可使得关节在第一腱绳113与第二腱绳114的共同牵引下，实现向仿生灵巧手的外侧转动。

其中，本实施例所示的驱动电机102可以为本领域公知的伺服电机，驱动电机102的第二旋向与第一旋向相反。本实施例可在第一安装座101上配置驱动板107，将驱动板与灵巧手腱绳驱动单元11的驱动电机102连接，以及将驱动装置100的控制板14与驱动板107连接。如此，本实施例可基于根据实际需求，通过控制板14向驱动板107输出控制指令，以对驱动电机102的转动状态进行控制。

在此应指出的是，本实施例所示的驱动板107具有小型化的特点，并且驱动板107与驱动电机102的连接小巧方便。在实际操作中，本实施例可采用一个驱动板卡环套在驱动电机102上，一个驱动板卡环夹持住驱动板107，并用2个卡环螺钉穿过驱动板卡环与驱动板107的2个光孔，用2个卡环螺母将以上零件固定为一体。

与此同时，本实施例所示的第一腱绳113与第二腱绳114可采用相同的结构。如图5所示，本实施例所示的第一腱绳113包括：线芯131、第一塑料绳套132及金属索套133；线芯131、第一塑料绳套132、金属索套133从内往外依次连接。

其中，本实施例中的线芯131采用超高分子量聚乙烯纤维编织而成，线径0.8mm，负载达到290N左右，以作为实现腱绳驱动方式的关键器件之一。

与此同时，第一塑料绳套132包裹于线芯131的外侧，以作为线芯131的传动通道，第一塑料绳套132的整体硬度较高，为线芯131提供了相对顺畅的传动路径与通道，且第一塑料绳套132的内壁光滑，可防止线芯131磨损，大大减少线芯131的传动摩擦系数，提高整体传动柔顺性。

另外，金属索套133采用不锈钢金属密绕弹簧套管，其包裹于第一塑料绳套132的外部，具有良好的伸缩性、弯曲性和刚性，对第一塑料绳套132起到保护与支撑作用。

进一步地，本实施例还可设置金属索套133的长度小于第一塑料绳套132的长度，并将金属索套133远离驱动电机102的一端与第一塑料绳套132的外侧面通过塑料连接套134连接，使得第一腱绳113与第二腱绳114在整体上均形成一体化闭环。其中，金属索套133沿着腱绳驱动模块111与腱绳张紧模块112对应的区域延伸。

如图2所示，为了便于实现对第一腱绳113或第二腱绳114上的张力的检测，本实施例所示的第一安装座101包括基座1011、第一侧板1012及第二侧板1013；第一侧板1012与第二侧板1013分设于基座1011的相对侧；第一侧板1012的一端与基座1011连接，另一端与第一导轮103转动连接；第二侧板1013的一端与基座1011连接，另一端与第二导轮104转动连接；第一测力元件105与第二测力元件106分别为板状的张力传感器；第一测力元件105与第一侧板1012贴合并连接为一体；第二测力元件106与第二侧板1013贴合并连接为一体；其中，第一测力元件105通过检测第一侧板1012的形变信息来获取第一腱绳113上的张力，第二测力元件106通过检测第二侧板1013的形变信息来获取第二腱绳114上的张力。

具体地，当对第一腱绳113上的张力进行检测时，由于第一腱绳113压覆于第一导轮103上，并在第一导轮103的引导下延伸至腱绳张紧模块112，则第一导轮103上承受的压力会反馈到第一侧板1012上，第一侧板1012上的变形量又反映到第一测力元件105上，从而根据第一测力元件105读取的压力值即可换算出第一腱绳113上的张力。

相应地，对第二腱绳114上的张力进行检测时，可采用同样的原理，基于第二测力元件106读取的压力值换算出第二腱绳114上的张力。

在此，本实施例所示的第一测力元件105与第二测力元件106分别与下述实施例所示的控制板14连接，控制板14与驱动电机102连接，从而控制板14可根据第一测力元件105与第二测力元件106反馈的压力值实现对驱动电机102的闭环控制，进而实现对第一腱绳113与第二腱绳114的长度的精细化调节。

如图2所示，为了确保准确检测第一腱绳113与第二腱绳114上的张力，本实施例设置第一测力元件105与第一侧板1012的形状相同，第一测力元件105设于第一侧板1012背离第二侧板1013的一侧面；第二测力元件106与第二侧板1013的形状相同，第二测力元件106设于第二侧板1013背离第一板的一侧面。

进一步地，为了便于实现将第一腱绳113的一端及第二腱绳114的一端分别与驱动电机102的驱动轴连接，本实施例所示的基座1011设置为第一座体与第二座体；第一座体与第二座体垂直；第一侧板1012与第二侧板1013分设于第一座体的相对侧。在此，本实施例将驱动电机102的机座与第二座体连接，并将驱动电机102的驱动轴设置于第一侧板1012与第二侧板1013之间。

如图3所示，为了防止第一腱绳113与第二腱绳114相互干涉，实现基于驱动电机102的驱动轴分别对第一腱绳113与第二腱绳114的长度调节，本实施例将驱动电机102的驱动轴设置为第一节段21、第二节段22及紧固件23；第一节段21的一端与第二节段22的一端通过紧固件23连接，第二节段22的另一端与驱动电机102的转子组件连接；第一腱绳113的一端绕设于第一节段21，第二腱绳114的一端绕设于第二节段22。

具体地，本实施例在第一节段21的侧面设有至少一个第一穿绳孔211，第二节段22的侧面设有至少一个第二穿绳孔221；第一腱绳113的一端在第一节段21上绕设第一预设长度后与至少一个第一穿绳孔211连接；第二腱绳114的一端在第二节段22上绕设第二预设长度后与至少一个第二穿绳孔221连接。

其中，本实施例可在第一节段21的侧面构造两个第一穿绳孔211，在第二节段22的侧面构造两个第二穿绳孔221。

在实际操作中，在对第一腱绳113的一端进行固定时，本实施例可先将第一腱绳113在第一节段21上绕设第一预设长度，然后，在将第一腱绳113的一端穿过其中一个第一穿绳孔211后，再绕回穿过另一个第一穿绳孔211，将返回的第一腱绳113的一端与两个第一穿绳孔211之间的第一腱绳113相连接，然后，拉紧第一腱绳113的另一端，结束。这种对第一腱绳113进行连接的优势在于，不仅可确保第一腱绳113在第一节段21上进行可靠地连接，还使得第一腱绳113预留一定的调节裕量，以便在对第二腱绳114的长度进行调节时，尽可能减小对第一腱绳113的长度的影响，同时这种固定方式操作便捷，在手动调节第一腱绳113时，还易对第一腱绳113进行拆解。

相应地，在对第二腱绳114的一端进行固定时，本实施例可先将第二腱绳114在第二节段22上绕设第二预设长度，然后，在将第二腱绳114的一端穿过其中一个第二穿绳孔221后，再绕回穿过另一个第二穿绳孔221，将返回的第二腱绳114的一端与两个第二穿绳孔221之间的第二腱绳114相连接，然后，拉紧第二腱绳114的另一端，结束。这种对第二腱绳114进行连接的优势在于，不仅可确保第二腱绳114在第二节段22上进行可靠地连接，还使得第二腱绳114预留一定的调节裕量，以便在对第一腱绳113的长度进行调节时，尽可能减小对第二腱绳114的长度的影响，同时这种固定方式操作便捷，在手动调节第二腱绳114时，还易对第二腱绳114进行拆解。

进一步地，如图3所示，为了便于基于驱动轴的分离式设置结构来对第一腱绳113与第二腱绳114的长度进行手动调节，本实施例在第一节段21的一端设有第一轮齿212，第二节段22的一端设有第二轮齿222，第一轮齿212与第二轮齿222相啮合；第一节段21与第二节段22的相对端部之间还设有引导结构，引导结构适于引导第一节段21的一端与第二节段22的一端沿驱动轴的轴向相靠近或相远离。

在此，本实施例在第一节段21的另一端设有调节轮213；调节轮213的侧面设有多个条形槽2131；多个条形槽2131分别沿调节轮213的周向排布，每个条形槽2131沿驱动轴的轴向延伸。

其中，本实施例可具体设置条形槽2131的其中一端形成于调节轮213朝向驱动电机102的一端，条形槽2131的另一端形成于调节轮213的中部。通过如此设置，便于操作者采用一字扳手直接作用于条形槽2131，并较好地控制第一节段21与第二节段22脱离。

与此同时，本实施例所示的紧固件23优选为锁紧螺栓或锁紧螺钉，在紧固件23背离第一节段21的一端与腱绳张紧模块112之间预留有调节间隙115。

进一步地，本实施例所示的引导结构包括轴套223与轴孔；轴套223设于第二节段22的一端，轴孔设于第一节段21内，并贯穿第一节段21；轴套223的内侧面设有螺纹结构，轴套223的外侧面与轴孔的孔壁相适配；锁紧螺栓的螺杆从第一节段21的另一端伸入至轴孔内，并与轴套螺纹连接。

如此，在对第一腱绳113或第二腱绳114进行张力调节时，本实施例可通过改变第一腱绳113或第二腱绳114的长度来实现调节的目的，即通过调节第一节段21与第二节段22的角度差来实现，其操作过程如下：

首先，将六角扳手放入调节间隙115中，松开锁紧螺栓；然后，通过一字扳手作用于条形槽2131，以使得第一节段21的第一轮齿212与第二节段22的第二轮齿222脱离，但是，确保第二节段22上的轴套223并不从第一节段21的轴孔中脱离；接着，通过一字扳手驱动第一节段21相对于第二节段22转动，待第一节段21相对于第二节段22转动的角度差达到设定值后，通过六角扳拧紧锁紧螺栓，以便通过锁紧螺栓将第一节段21与第二节段22相连接，并确保第一节段21的第一轮齿212与第二节段22的第二轮齿222相啮合，从而将第一节段21与第二节段22固定为一体，并形成为完整的驱动轴。

在此，本实施例通过将第一节段21与第二节段22的相对端部设置为齿轮啮合的结构，可使得第一节段21与第二节段22能够传递较大的扭矩，并在工作中，第一节段21与第二节段22彼此间不会发生“打滑”的现象。

进一步地，如图4所示，为了便于实现对第一腱绳113或第二腱绳114的张紧调节，本实施例所示的腱绳张紧模块112包括第二安装座201、第一张力调节组件202及第二张力调节组件203；第二安装座201与第一安装座101连接；第一张力调节组件202与第二张力调节组件203分别设于第二安装座201上。

优选地，本实施例将第一张力调节组件202与第二张力调节组件203设置为相同的结构。例如，本实施例所示的第一张力调节组件202包括：张紧轮2021、调节杆2022、压簧2023及调节螺栓2024；第一腱绳113及第二腱绳114适于绕过张紧轮2021；调节杆2022包括安装段与螺杆段，安装段的直径大于螺杆段的直径；张紧轮2021可转动地安装于安装段的一端，安装段的另一端与螺杆段的一端连接；第二安装座201上设有过孔，螺杆段的另一端穿过过孔，并与调节螺栓2024螺纹连接；安装段的另一端与第二安装座201的第一侧面抵接；压簧2023套设于螺杆段的外侧，压簧的一端与第二安装座201的第二侧面抵接，压簧的另一端与调节螺栓2024抵接。

具体地，本实施例通过控制调节螺栓2024沿着顺时针扭转，直至调节螺栓2024位于螺杆段的第一位置，可控制压簧2023压缩至第一长度，从而实现基于张紧轮2021控制增大对第一腱绳113或第二腱绳114的张紧力。

相应地，本实施例通过控制调节螺栓2024沿着逆时针扭转，直至调节螺栓2024位于螺杆段的第二位置，可控制压簧2023伸长至第二长度，从而实现基于张紧轮2021控制减小对第一腱绳113或第二腱绳114的张紧力。其中，第二长度大于第一长度。

在此，为了确保对第一张力调节组件202或第二张力调节组件203在第二安装座201上安装的可靠性，本实施例设置的过孔包括第一孔段与第二孔段，第一孔段的一端形成于第二安装座201的第一侧面，第一孔段的另一端与第二孔段的一端连通，第二孔段的另一端形成于第二安装座201的第二侧面。

其中，本实施例所示的第二孔段的内径大于第一孔段的内径，压簧2023位于第二孔段，且第二孔段与第一孔段之间形成的台阶面与压簧2023的一端抵接。

进一步地，如图1所示，本实施例所示的腱绳张紧模块112还设置有第三导轮204与第四导轮205；第三导轮204与第四导轮205分别可转动地设于第二安装座201上；第一腱绳113的另一端依次绕过第一张力调节组件202的张紧轮2021与第三导轮204，并与关节连接；第二腱绳114的另一端依次绕过第二张力调节组件203的张紧轮2021与第四导轮205，并与关节连接。

在此，本实施例可在第二安装座201上可拆卸地安装一根固定轴，将第三导轮204可转动地安装于固定轴的其中一端，并将第四导轮205可转动地安装于固定轴的另一端。

如图6至图8所示，本实施例还提供一种驱动装置100，包括：固定架12及多个如上任一项的灵巧手腱绳驱动单元11；多个灵巧手腱绳驱动单元11分别安装于固定架12上，灵巧手腱绳驱动单元11设置的数量与仿生灵巧手上的关节的数量相适配。

在此，由于本实施例所示的驱动装置100包括灵巧手腱绳驱动单元11，灵巧手腱绳驱动单元11的具体结构参照上述实施例，则本实施例所示的驱动装置100包括上述实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在实际工作中，由于需要满足对灵巧手上的多个关节对应自由度的驱动需求，本实施例所示的驱动装置100通常需配置多个灵巧手腱绳驱动单元11。为了防止多个灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113及第二腱绳114彼此间不发生相互干扰，本实施例所示的驱动装置100还设置有分线盘13。

如图6与图10所示，本实施例所的分线盘13沿固定架12的高度方向设于固定架12的顶部；分线盘13与固定架12构成立方体结构。在此，本实施例将多个灵巧手腱绳驱动单元11当中的一部分分设于立方体结构的四个侧面，多个灵巧手腱绳驱动单元11当中的另一部分设于立方体结构的内部。

相应地，本实施例所示的分线盘13具有四个侧边，四个侧边分别与立方体结构的四个侧面一一相对；分线盘13每个侧边均设有多个导线轮301，分线盘13的中部开设有避让口302；多个导线轮301适于分别对安装于立方体结构的侧面的灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114进行引导；避让口302适于供安装于立方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114穿过。

在此，本实施例所示的避让口302的形状可以为三角形、圆形、矩形、“D”形及其它结构形式，在此不做具体限定。

在一个实施例中，本实施例在立方体结构的第一侧面、第二侧面及第三侧面均安装有四个灵巧手腱绳驱动单元11。相应地，本实施例在分线盘13的第一侧边、第二侧边及第三侧边均设置有八个导线轮，其中，在每一侧边上的八个导线轮一一对应地满足对四个灵巧手腱绳驱动单元11上四根第一腱绳113与四根第二腱绳114的引导需求。

与此同时，本实施例在立方体结构的第四侧面均安装有五个灵巧手腱绳驱动单元11。相应地，本实施例在分线盘13的第四侧边均设置有十个导线轮，其中，分线盘13的第四侧边上的十个导线轮一一对应地满足对五个灵巧手腱绳驱动单元11上五根第一腱绳113与五根第二腱绳114的引导需求。

基于上述布置，本实施例实现在立方体结构的四个侧面布置17个灵巧手腱绳驱动单元11。由于这17个灵巧手腱绳驱动单元11主要用于驱动仿生灵巧手的指关节的自由度，从而这17个灵巧手腱绳驱动单元11可配置为相对小规格的结构形式，这种灵巧手腱绳驱动单元11对应的驱动电机102可选择型号为RE13的电机，该电机的直径为13mm。

与此同时，本实施例在立方体结构内设置4个灵巧手腱绳驱动单元11，这4个灵巧手腱绳驱动单元11适于驱动仿生灵巧手的2个腕部关节和2个拇指掌指关节，共4个自由度，从而这4个灵巧手腱绳驱动单元11可配置为相对大规格的结构形式，这种灵巧手腱绳驱动单元11对应的驱动电机102可选择型号为A-max22的电机，该电机的直径为22mm。

在此，本实施例通过在立方体结构的四个侧面布置17个灵巧手腱绳驱动单元11，并在立方体结构内设置4个灵巧手腱绳驱动单元11，在满足对仿生灵巧手上多个不同类型的关节的驱动需求的情形下，还可确保驱动装置100的整体布局结构紧凑，整体外形实现小型化的特点。

如图6与图7所示，为了进一步优化驱动装置100的布置结构，本实施例将立方体结构的每个侧面上的多个灵巧手腱绳驱动单元11设置为并排布置的形式，每个灵巧手腱绳驱动单元11沿固定架12的高度方向布置，相邻的两个灵巧手腱绳驱动单元11相连接。

如图2与图6所示，本实施例可将相邻的两个灵巧手腱绳驱动单元11通过串联块连接。基于上述实施例的方案可知，在对驱动电机102进行安装时，本实施例设置的基座1011包括第一座体与第二座体，并将驱动电机102的机座与第二座体连接。由于设置于立方体结构的同一侧面的多个灵巧手腱绳驱动单元11并排布置，从而多个灵巧手腱绳驱动单元11对应的基座1011也呈并排布置。

在此，在将相邻的两个灵巧手腱绳驱动单元11相连接时，本实施例可将串联块15的一端与其中一个灵巧手腱绳驱动单元11上的第二座体连接，并将串联块15的另一端与另一个灵巧手腱绳驱动单元11上的第二座体连接。以此采用相同的原理，本实施例可将设置于立方体结构的同一侧面的多个灵巧手腱绳驱动单元11依次串联，实现将多个灵巧手腱绳驱动单元11可靠地固定于立方体结构的同一侧面。

优选地，为了实现对方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114的二次预紧，本实施例还可设置立方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元11在固定架12上的安装位置沿固定架12的高度方向可调节。

如图8与图9所示，本实施例在立方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元11的第一安装座101上设有第一条形孔，第一条形孔沿着驱动装置100的高度方向延伸，第一安装座101通过穿过第一条形孔的第一固定螺钉16与固定架12连接。与此同时，本实施例还在固定架12上装有第二固定螺钉17，第二固定螺钉17的端部适于与第一安装座101的侧面抵接。

在进行二次预紧调节时，本实施例可依次松开第一固定螺钉16与第二固定螺钉17，以使得灵巧手腱绳驱动单元11在固定架12上的安装位置能够沿固定架12的高度方向调节，例如，本实施例可整体调节灵巧手腱绳驱动单元11相对于固定架12向下平移，待完成对灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114的张紧调节后，再分别扭紧第一固定螺钉16与第二固定螺钉17，确保灵巧手腱绳驱动单元11不再相对于固定架12上下移动，从而完成对方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114的二次预紧。

如图6所示，为了便于精确地控制各个仿生灵巧手上的各个关节的动作，本实施例所示的驱动装置100还设置有控制板14；控制板14沿固定架12的高度方向设于固定架12的底部；灵巧手腱绳驱动单元11设有驱动板107，驱动板107与灵巧手腱绳驱动单元11的驱动电机102连接；控制板14分别与多个灵巧手腱绳驱动单元11的驱动板107连接；

其中，本实施例可在控制板14上集成控制模块与多个第一接口模块，控制模块分别与多个第一接口模块连接，多个第一接口模块分别与多个灵巧手腱绳驱动单元11一一对应设置，并与驱动板上的第二接口模块通过通讯线路连接。在此，通讯线路可以选择本领域公知的CAN或EtherCAT线。

优选地，如图11所示，本实施例还提供一种仿生灵巧手，包括手部模块400、掌部模块300、腕部模块200及如上任一项所述的驱动装置100；所述驱动装置100、所述腕部模块200、所述掌部模块300及所述手部模块400依次连接；所述灵巧手腱绳驱动单元11上的第一腱绳113与第二腱绳114适于与所述手部模块400、所述腕部模块200及所述腕部模块200当中任一者上的关节连接。

具体地，上述实施例所示的设置于立方体结构的四个侧面的17个灵巧手腱绳驱动单元11的第一腱绳113与第二腱绳114在经过分线盘13的分线导引后，依次沿腕部模块200、掌部模块300延伸，直至与手部模块400上的各个关节连接。

在此，手部模块400设有仿生拇指、仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指；仿生拇指具有5个主动关节主动自由度，仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指各设有4个关节自由度，均分别为3个主动关节主动自由度和1个主动关节被动自由度，手部模块400上的各指关节均为耦合关节。

与此同时，掌部模块300具有2个主动关节主动自由度；腕部模块200具有2个主动关节主动自由度。

其中，主动自由度就是需要灵巧手腱绳驱动单元11进行主动控制，并且每个自由度均有正反向运动，从而设置在立方体结构内的4个灵巧手腱绳驱动单元11分别用于驱动掌部模块300上的两个关节与腕部模块200上的两个关节。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种灵巧手腱绳驱动单元，其特征在于，包括：

腱绳驱动模块、腱绳张紧模块、第一腱绳及第二腱绳；

所述腱绳驱动模块与所述腱绳张紧模块连接；所述腱绳驱动模块包括第一安装座、驱动电机、第一导轮、第二导轮、第一测力元件及第二测力元件；所述驱动电机设于所述第一安装座；所述第一导轮与所述第二导轮分别可转动地设于所述第一安装座；所述第一腱绳的一端绕设于所述驱动电机的驱动轴，另一端在依次绕过所述第一导轮、所述腱绳张紧模块后，适于与仿生灵巧手的关节连接；所述第二腱绳的一端绕设于所述驱动电机的驱动轴，另一端在依次经过所述第二导轮、所述腱绳张紧模块后，适于与所述关节连接；所述第一测力元件用于检测所述第一腱绳上的张力，所述第二测力元件用于检测所述第二腱绳上的张力；

在所述驱动电机沿着第一旋向转动的情形下，所述第一腱绳的长度缩短，所述第二腱绳的长度保持不变或所述第二腱绳的长度增长，可使得所述关节在所述第一腱绳与所述第二腱绳的共同牵引下，向仿生灵巧手的内侧转动；在所述驱动电机沿着第二旋向转动的情形下，所述第二腱绳的长度缩短，所述第一腱绳的长度保持不变或所述第一腱绳的长度增长，可使得所述关节在所述第一腱绳与所述第二腱绳的共同牵引下，向仿生灵巧手的外侧转动；所述驱动电机的第二旋向与第一旋向相反；

所述第一安装座包括基座、第一侧板及第二侧板；所述第一侧板与所述第二侧板分设于所述基座的相对侧，所述驱动电机的驱动轴设置于所述第一侧板与所述第二侧板之间；所述第一侧板的一端与所述基座连接，另一端与所述第一导轮转动连接；所述第二侧板的一端与所述基座连接，另一端与所述第二导轮转动连接；所述第一测力元件与所述第二测力元件分别为板状的张力传感器；所述第一测力元件与所述第一侧板贴合并连接为一体；所述第二测力元件与所述第二侧板贴合并连接为一体；所述第一测力元件通过检测所述第一侧板的形变信息来获取所述第一腱绳上的张力，所述第二测力元件通过检测所述第二侧板的形变信息来获取所述第二腱绳上的张力；

所述驱动电机的驱动轴包括第一节段、第二节段及紧固件；所述第一节段的一端与所述第二节段的一端通过所述紧固件连接，所述第二节段的另一端与所述驱动电机的转子组件连接；所述第一腱绳的一端绕设于所述第一节段，所述第二腱绳的一端绕设于所述第二节段；

所述第一节段的一端设有第一轮齿，所述第二节段的一端设有第二轮齿，所述第一轮齿与所述第二轮齿相啮合；

所述第一节段的另一端设有调节轮；所述调节轮的侧面设有多个条形槽；多个所述条形槽分别沿所述调节轮的周向排布，每个所述条形槽沿所述驱动轴的轴向延伸，所述条形槽的其中一端形成于所述调节轮朝向所述驱动电机的一端，所述条形槽的另一端形成于所述调节轮的中部；

所述第一节段与所述第二节段的相对端部之间还设有引导结构，所述引导结构适于引导所述第一节段的一端与所述第二节段的一端沿所述驱动轴的轴向相靠近或相远离；所述引导结构包括轴套与轴孔；所述轴套设于所述第二节段的一端，所述轴孔设于所述第一节段内，并贯穿所述第一节段；所述轴套的内侧面设有螺纹结构，所述轴套的外侧面与所述轴孔的孔壁相适配；锁紧螺栓的螺杆从所述第一节段的另一端伸入至所述轴孔内，并与所述轴套螺纹连接；

所述腱绳张紧模块包括第二安装座、第一张力调节组件及第二张力调节组件；所述第二安装座与所述第一安装座连接；所述第一张力调节组件与所述第二张力调节组件分别设于所述第二安装座上；所述第一张力调节组件与第二张力调节组件结构相同，均包括：张紧轮、调节杆、压簧及调节螺栓；所述第一腱绳及所述第二腱绳适于绕过所述张紧轮；所述调节杆包括安装段与螺杆段，所述安装段的直径大于所述螺杆段的直径；所述张紧轮可转动地安装于所述安装段的一端，所述安装段的另一端与所述螺杆段的一端连接；所述第二安装座上设有过孔，所述螺杆段的另一端穿过所述过孔，并与所述调节螺栓螺纹连接；所述安装段的另一端与所述第二安装座的第一侧面抵接；所述压簧套设于所述螺杆段的外侧，所述压簧的一端与所述第二安装座的第二侧面抵接，所述压簧的另一端与所述调节螺栓抵接。

2.根据权利要求1所述的灵巧手腱绳驱动单元，其特征在于，

所述第一节段的侧面设有至少一个第一穿绳孔，所述第二节段的侧面设有至少一个第二穿绳孔；

所述第一腱绳的一端在所述第一节段上绕设第一预设长度后与所述至少一个第一穿绳孔连接；所述第二腱绳的一端在所述第二节段上绕设第二预设长度后与所述至少一个第二穿绳孔连接。

3.一种驱动装置，其特征在于，包括：固定架及多个如权利要求1或2所述的灵巧手腱绳驱动单元；

多个所述灵巧手腱绳驱动单元分别安装于所述固定架上，所述灵巧手腱绳驱动单元设置的数量与所述关节的数量相适配。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，

所述驱动装置包括分线盘；

所述分线盘沿所述固定架的高度方向设于所述固定架的顶部；所述分线盘与所述固定架构成立方体结构；

多个所述灵巧手腱绳驱动单元当中的一部分分设于所述立方体结构的四个侧面，多个所述灵巧手腱绳驱动单元当中的另一部分设于所述立方体结构的内部；

所述分线盘具有四个侧边，所述四个侧边分别与所述立方体结构的四个侧面一一相对；所述分线盘每个侧边均设有多个导线轮，所述分线盘的中部开设有避让口；

所述多个导线轮适于分别对安装于所述立方体结构的侧面的灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳进行引导；所述避让口适于供安装于所述立方体结构内的灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳穿过。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，

所述立方体结构的每个侧面装有多个并排布置的所述灵巧手腱绳驱动单元，每个所述灵巧手腱绳驱动单元沿所述固定架的高度方向布置，相邻的两个所述灵巧手腱绳驱动单元相连接；

和/或，所述立方体结构内的所述灵巧手腱绳驱动单元在所述固定架上的安装位置沿所述固定架的高度方向可调节。

6.一种仿生灵巧手，包括手部模块、掌部模块及腕部模块，其特征在于，还包括：如权利要求3至5任一所述的驱动装置；

所述驱动装置、所述腕部模块、所述掌部模块及所述手部模块依次连接；所述灵巧手腱绳驱动单元上的第一腱绳与第二腱绳适于与所述手部模块、所述掌部模块及所述腕部模块当中任一者上的关节连接。

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