CN115503004A - 一种欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统，属于欠驱动手指技术领域。包括手指基座，手指基座设置有第一驱动机构，第一驱动机构带动与其连接的中间指节、驱动中间指节沿手指基座的宽度方向转动；中间指节内设置有传动机构，第一驱动机构通过传动机构带动与传动机构连接的末端手指、驱动末端手指沿中间指节的宽度方向转动。实现了欠驱动手指狭小空间的紧凑结构设计，提升精度和可靠性，抓取效果好；欠驱动手指均通过手指旋转轴与上盘螺纹链接，降低了结构的复杂性，电气信号线通过手指基座和手指旋转轴的过线孔进行模块间的连接。解决了现有技术中存在的“传动机构难以实时预紧、刚性差、实际抓取效果差，难以完成高质量抓取”的问题。

Description

一种欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统

技术领域

本申请涉及欠驱动手指技术领域，尤其涉及一种欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本申请相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

当驱动单元的数目少于自由度的数目时称这种驱动方式为欠驱动。虽然驱动单元数目少于自身的自由度数目，但是机构仍然能够在一些约束条件的作用下而正常工作。多指手一般都会有多个手指并且每个手指上有多个关节，如果采用全驱动方式必须在每一个活动的关节加装驱动单元，这样不仅会造成机械手体积庞大而且控制复杂。

欠驱动多指手是一种通用化末端执行器，其具有类似人手结构和功能的特征，采用驱动器个数少于关节自由度的机械设计，降低了控制难度并减小了手的体积与质量，且保持了较好的性能和较高的拟人化程度，能灵活操作形状各异的物体，完成复杂的任务。

目前欠驱动手指一般采用钢丝绳传动、绳索传动、同步齿形带传动等，传动机构难以实时预紧、刚性差、实际抓取效果差，难以完成高质量抓取。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请实施例采用欠驱动的方式，对手指机构进行合理的设计，通过一定的方式进行约束，提供一种结构简单、传动刚性好、抓取效果好的欠驱动手指及欠驱动多指手系统。

第一方面，本申请提供了一种欠驱动手指：

一种欠驱动手指，包括手指基座，所述手指基座上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构带动与其连接的中间指节、驱动中间指节沿手指基座的宽度方向转动；

所述中间指节内设置有传动机构，所述第一驱动机构通过传动机构带动与传动机构连接的末端手指、驱动末端手指沿中间指节的宽度方向转动。

通过采用上述技术方案，实现了狭小空间内的紧凑结构设计，保证设备的轻量化，在狭小的空间内设计多级传动，能够利用很少的驱动单元实现欠驱动手指的正常工作，传动机构间隙小、刚性好，提高了欠驱动手指的抓取精度和可靠性。

进一步的，所述第一驱动机构包括第一电机、第一锥齿轮、第一固定轴、第一齿轮和第二锥齿轮；

所述第一电机沿所述手指基座的长度方向水平设置于所述手指基座，所述第一锥齿轮设置于所述第一电机的伸出轴；

所述第一固定轴沿所述中间指节的宽度方向固定于所述中间指节，所述第一固定轴位于所述中间指节与所述手指基座的连接部，所述第一固定轴的一端固定有第一齿轮；

所述第二锥齿轮固定于所述中间指节，所述第二锥齿轮空套于所述第一固定轴的另一端；

所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

优选的，所述传动机构包括第二固定轴、第三固定轴和第四齿轮；

所述第二固定轴沿所述中间指节的宽度方向水平设置于所述中间指节，所述第二固定轴的一端设置有第二齿轮、所述第二齿轮空套于所述第二固定轴，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；

所述第三固定轴沿所述中间指节的宽度方向水平设置于所述中间指节，所述第三固定轴的一端设置有第三齿轮、所述第三齿轮空套于所述第三固定轴，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合；

所述第四齿轮设置于所述末端手指沿宽度方向的一侧，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合。

通过采用上述技术方案，由第一电机伸出轴上的第一锥齿轮作为动力源带动第二锥齿轮转动、进而带动中间指节转动，由中间指节作为次级动力源，带动中间指节上的固定轴，实现空套在固定轴上的多级齿轮传动，从而带动末端手指实现抓取动作，实现了狭小空间的紧凑结构设计。

进一步的，所述中间支架为U型结构，所述末端手指包括指尖、指尖轴和触觉传感器；

所述中间指节的一端设置有角度传感器，所述指尖轴穿过角度传感器内孔、设置于所述中间指节的一端；

所述指尖的一端地设置于所述中间指节，所述触觉传感器设置于所述指尖。

通过采用上述技术方案，指尖工作面设有触觉传感器，可以感测微小区域的接触力及滑动趋势变化，单个欠驱动手指易于组合成两指、三指等多指抓取系统，能实现易碎、软弱易伤物体的抓取操作。

进一步的，所述手指基座的一端为U型结构、与所述中间指节的一端转动连接；所述中间指节为U型结构，所述中间指节的另一端与所述末端手指转动连接。

通过采用上述技术方案，手指基座的结构强度高，可满足中间指节、末端手指抓取的需要；减少了手指关节间的间隙以减少机械间隙所造成的的运动误差。

第二方面，本申请提供了一种基于上述欠驱动手指的欠驱动多指手抓取系统；

一种基于上述欠驱动手指的欠驱动多指手抓取系统，包括基座，所述基座上设置有双指旋转驱动装置、第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指；

所述第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的安装点连线位于过所述基座的上盘中心的一条直线，所述双指旋转驱动装置的安装点位于过所述基座的上盘中心的另一条直线上且与第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的安装点连线垂直；

所述双指旋转驱动装置带动第一欠驱动手指和所述第三欠驱动手指分别沿垂直于其安装点的轴线方向旋转。

通过采用上述技术方案，每个手指均为模块化设计，结构简单，传动刚性好、精度高、可靠性强且抓取效果好，能抓取圆柱、圆形、以及其他不规则类型的目标物体，抓取种类更多、抓取范围更广。

进一步的，所述第一欠驱动手指、第二欠驱动手指、第三欠驱动手指的结构相同；均在手指基座的另一端竖直设置有手指旋转轴，所述手指旋转轴的顶端与所述手指基座连接，所述手指旋转轴穿过所述基座的上盘，通过所述手指旋转轴中部外表面设置的标准细螺纹与所述上盘旋转连接。

通过采用上述技术方案，三个手指模块均通过手指旋转轴与上盘螺纹连接，替代采用轴承、回转支撑等转动机构的复杂性。

进一步的，所述手指旋转轴的中部竖直设置有贯通所述手指旋转轴的第二过线孔，所述第二过线孔用于电气信号线的收纳。

优选的，所述第一欠驱动手指和所述第三欠驱动手指的手指旋转轴的一端均分别设置有钢丝单槽轮、所述钢丝单槽轮位于所述基座的上盘的下方；

所述双指旋转驱动装置包括第二电机和钢丝双槽轮，所述第二电机的输出轴穿过所述基座的上盘，所述钢丝双槽轮设置于所述电机的输出轴、所述钢丝双槽轮位于所述上盘的下方；

所述钢丝双槽轮和所述第一欠驱动手指的所述钢丝单槽轮组成同向钢丝传动机构，即其运动方向同向；所述钢丝双槽轮和所述第二欠驱动手指的钢丝单槽轮组成反向钢丝传动机构，即其运动方向反向；

进一步的，运动范围为0-180°。

通过采用上述技术方案，钢丝双槽轮由第二电机直接驱动，分成两路传动，一路为∞字形传动，另一路类似同步带平行传动，用来驱动第一欠驱动手指、第三欠驱动手指同时反向旋转运动，运动范围不超过180；所有槽轮直径相同，可实现1:1的传动。

进一步的，还包括掌部安装板；

所述掌部安装板通过连接板设置于所述基座的上方、所述掌部安装板位于所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指包围的中部；

所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指可在所述掌部安装板和所述基座的上盘之间调整高度。

通过采用上述技术方案，能够在上盘和掌部安装版之间调节三个欠驱动手指的高度，也可以调整三个手指到上盘之间的高度，具备一定的适应性，可以进一步扩大抓取空间、适应更多种类物体的抓取操作。

优选的，还包括掌部触觉传感器；

所述掌部触觉传感器设置于所述掌部安装板；

进一步的，所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指内分别设置有控制单元，所述控制单元用于获取触觉数据和转动角度数据；

所述基座内设置有主控制器，所述主控制器用于根据触觉数据和转动角度数据实现对第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的协调控制。

通过采用上述技术方案，实现关节角度和触觉数据的采集，并无线传输到掌内主控制系统，省掉了信号数据线，减轻了主控制器的负担，提高了综合控制性能。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请设计了一种欠驱动手指，在狭小空间内设计了多级齿轮传动，由第一电机伸出轴上的第一锥齿轮作为动力源带动第二锥齿轮转动、进而带动中间指节转动，由中间指节作为次级动力源，带动中间指节上的固定轴，实现空套在固定轴上的多级齿轮传动，从而带动末端手指实现抓取动作，实现了狭小空间的紧凑结构设计，传动机构间隙小、刚性好、精度高、可靠性高；

2、本申请设计的欠驱动手指，指尖工作面设有触觉传感器，可以感测微小区域的接触力及滑动趋势变化，单个欠驱动手指易于组合成两指、三指等多指抓取系统，能实现易碎、软弱易伤物体的抓取操作；

3、本申请设计的欠驱动多指手抓取系统，三个欠驱动手指通过手指旋转轴与上盘螺纹连接，替代采用轴承、回转支撑等转动机构的复杂性，可以在上盘和掌部安装板之间调整高度，具备一定的适应性，可以进一步扩大抓取空间、适应更多种类物体的抓取操作；

4、本申请设计的欠驱动多指手抓取系统，实现了两侧模块化手指的反向旋转运动，能够能抓取圆柱、圆形、以及其他不规则类型的目标物体，抓取种类更多、抓取范围更广，提高了综合控制性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本申请实施例提供的欠驱动手指的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的手指基座和手指旋转轴的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的欠驱动多指手抓取系统的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的上盘的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的欠驱动多指手抓取系统另一角度的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的欠驱动多指手抓取系统的控制连接示意图

图中：1、第一电机；2、电机安装板；3、手指基座；4、第一锥齿轮；5、第二锥齿轮；6、第一中间连杆；7、第二固定轴；8、底部板；9、第三固定轴；10、指尖；11、角度传感器；12、触觉传感器；13、指尖轴；14、第四齿轮；15、第三齿轮；16、第二中间连杆；17、第二齿轮；18、第一齿轮；19、第一固定轴；20、第一过线孔；21、第一螺纹孔；22、第二螺纹孔；23、第二过线孔；24、螺纹部；25、槽轮安装柱；26、上盘；27、第二电机；28、钢丝单槽轮；29、∞字钢丝；30、下盘；31、主控制板；32、钢丝双槽轮；33、平行钢丝；34、第一欠驱动手指；35、第二欠驱动手指；36、第三欠驱动手指；37、第一控制单元；38、第二控制单元；39、第三控制单元；40、多路开关；41、直流供电线；42、上盘螺纹孔；43、电机安装孔；44、掌部触觉传感器；45、掌部安装板；46、连接板；47、上部板。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本申请另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分：本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本申请的具体含义。

实施例一

正如背景技术所介绍的，现有技术中的欠驱动手指的刚性和实际抓取效果都很差，难以完成高质量抓取，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种欠驱动手指，采用欠驱动方式，对手指机构进行合理的设计，通过一定的方式进行约束，利用很少的驱动单元实现机械手的正常工作。

为了提高欠驱动手的运动速度与控制精度，应在保证手指有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手的重量。要求选用高强度的轻质材料，手指关节间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。

如图1-图2所示，本实施例中记载了一种欠驱动多指手，包括手指基座3，手指基座3上安装有第一驱动机构，第一驱动机构带动与其连接的中间指节、驱动中间指节沿手指基座3的宽度方向转动；中间指节内安装有传动机构，第一驱动机构通过传动机构带动与传动机构连接的末端手指、驱动末端手指沿中间指节的宽度方向转动。

手指基座3的一端为U型结构，手指基座3的另一端为水平设置的安装板，在手指基座3的U型结构靠近安装板的一侧竖直安装有电机安装板2；中间指节包括第一中间连杆6、第二中间连杆16和底部板8，第一中间连杆6和第二中间连杆16分别竖直安装于底部板8沿宽度方向的两端、通过螺钉紧固、组成具有容置空间的U型结构；末端手指包括指尖10、指尖轴13和触觉传感器12，触觉传感器12安装于指尖10的工作面。

第一驱动机构包括第一电机1、第一锥齿轮4、第一固定轴19、第一齿轮18和第二锥齿轮5；第一电机1沿手指基座3的长度方向穿过电机安装板2水平安装于手指基座3，第一锥齿轮4固定安装于第一电机1的伸出轴；第一固定轴19沿手指基座3的宽度方向固定于手指基座3两侧的圆孔中，第一固定轴19位于中间指节与手指基座3的连接部、第一固定轴19本身不旋转；第一固定轴19的一端固定有第一齿轮18，第二锥齿轮5空套于第一固定轴19的另一端、可在第一固定轴19上转动，第二锥齿轮5固定于第一中间连杆6，第一锥齿轮4与第二锥齿轮5啮合；第一锥齿轮4与第二锥齿轮5配合，第二电机27带动第一锥齿轮4转动，从而带动第二锥齿轮5旋转动，锥齿轮和中间指节为一体，从而带动中间指节绕第一固定轴19转动。

传动机构包括第二固定轴7、第三固定轴9和第四齿轮14；第二固定轴7沿中间指节的宽度方向水平安装于中间指节、固定于第一中间连杆6和第二中间连杆16的安装孔内，第二固定轴7自身不转动，与中间指节固定连接，可随中间指节绕第一固定轴19转动；第二固定轴7的一端安装有空套在第二固定轴7的第二齿轮17，第二齿轮17可绕第二固定轴7转动，第二齿轮17与第一齿轮18啮合、第二齿轮17可绕第一固定轴19负荷转动；第三固定轴9沿中间指节的宽度方向水平安装于中间指节、固定于第一中间连杆6和第二中间连杆16的另一安装孔内，第三固定轴9的一端安装有空套在第三固定轴9上的第三齿轮15，第三齿轮15可绕第三固定轴9转动，第三齿轮15与第二齿轮17啮合、第三齿轮15可绕第一固定轴19负合转动；指尖10的一端水平插入中间指节远离手指基座3的一端，第一中间连杆6的一端安装有角度传感器11，指尖轴13穿过角度传感器11内孔和指尖10的一端空套在第一中间连杆6和第二中间连杆16的又一安装孔内，指尖轴13和指尖10为一体结构；末端手指转动时，角度传感器11可测量末端指节相对于中间指节的转动角度；第四齿轮14固定于指尖轴13的一端，第四齿轮14与第三齿轮15啮合。

中间指节还包括上部板47，上部板47通过螺钉水平固定于第一中间连杆6和第二中间连杆之间、位于底部板8的上方，能够对内部的传动机构起到防护作用，采用螺钉进行固定，在需要进行检修时，能够方便快捷的将上部板47拆下。

本实施例提供的欠驱动手指的具体工作方式如下：

启动第一电机1，第一电机1的输出轴旋转带动第一锥齿轮4转动，从而带动第二锥齿轮5运动，第二锥齿轮5空套在第一固定轴19且固定在中间指节上，从而驱动中间指节的转动。

当中间指节运动时，由于第一固定轴19和第一齿轮18均固定不动，从而使空套在第二固定轴7的第二齿轮17和空套在第三固定轴9的第三齿轮15相互啮合转动，从而驱动固定在指尖轴13上的第四齿轮14运动，第四齿轮14和指尖轴13为一体，从而带动整个末端手指运动。

在此过程中，第一固定轴19和第一齿轮18均不转动，第二固定轴7和第三固定轴9相对于中间指节固定，指尖轴13相对于末端手指固定，但由于第二锥齿轮5带动的中间指节可绕第一固定轴19转动；当整个中间指节转动时，末端手指同时按设定的传动比绕指尖轴13的两侧轴孔转动，实现绕第一固定轴19、指尖轴13的复合运动，从而实现类似人类单指的弯曲动作。

实施例二

结合图3-图6，本实施例提供一种基于上述欠驱动手指的欠驱动多指手抓取系统，该欠驱动多指手抓取系统包括基座，基座包括上下相对设置的上盘26和下盘30，上盘26和下盘30之间通过连接杆固定；基座上安装有双指旋转驱动装置、第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36；第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36的安装点连线位于过上盘26中心的一条直线，双指旋转驱动装置的安装点位于过上盘26中心的另一条直线上且与第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36的安装点连线垂直；其中，位于上盘26中心的第二欠驱动手指35为定指，只能实现伸展和弯曲运动；另外两个手指为动指，每个手指均可独立完成伸直和弯曲运动，同时两指还可以沿着上盘26其旋转轴线做同步反向旋转运动；双指旋转驱动装置带动第一欠驱动手指34和所述第三欠驱动手指36分别沿垂直于其安装点的轴线方向旋转。

第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35、第三欠驱动手指36的结构相同；均包括手指基座3和手指旋转轴；手指基座3的一端为U型结构，手指基座3的另一端为水平设置的安装板，安装板的中部开设有第一过线孔20、四个角处开设有第一螺纹孔21；手指旋转轴的顶端的中部开设有第二过线孔23、四个角处开设有第二螺纹孔22，手指旋转轴的中部为螺纹部24，手指旋转轴的底端连接有槽轮安装柱25，槽轮安装柱25与手指旋转轴为一体结构。

上盘26按照第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36的安装点、开设有上盘26螺纹孔，上盘26按照双指旋转驱动装置的安装点开设有电机安装孔43。

手指基座3和手指旋转轴呈上下结构安装，手指旋转轴的上表面和安装板的下表面对齐重合，第一过线孔20和第二过线孔23对齐重合，通过螺钉依次穿过第一螺纹孔21和第二螺纹孔22将手指基座3和手指旋转轴固定在一起。手指旋转轴的底端穿过上盘26螺纹孔，螺纹部24与上盘26螺纹连接，螺纹部24的外表面设置有标准细螺纹，三个欠驱动手指均通过手指旋转轴的标准细螺纹与上盘26旋转连接，替代采用轴承、回转支撑等转动机构的复杂性。第一欠驱动手指34和第三欠驱动手指36的槽轮安装柱25上分别安装有钢丝单槽轮28、钢丝单槽轮28位于上盘26的下方。

双指旋转驱动装置包括第二电机27和钢丝双槽轮32，钢丝双槽轮32与钢丝单槽轮28的直径相同，可实现1:1的传动；第二电机27竖直安装于上盘26，第二电机27的输出轴竖直穿过上盘26的电机安装孔43，钢丝双槽轮32安装于电机的输出轴、钢丝双槽轮32位于上盘26的下方；钢丝双槽轮32和第一欠驱动手指34的钢丝单槽轮28通过平行钢丝33组成同向钢丝传动机构，即其运动方向同向；钢丝双槽轮32和第二欠驱动手指35的钢丝单槽轮28通过∞字钢丝29组成反向钢丝传动机构，即其运动方向反向；运动范围为0-180°。

上盘26为整块金属加工而成，整体结构强度高，上盘26开设的上盘26螺纹孔与手指旋转轴的螺纹部24配合使用，替代回转支撑结构等类似结构，使用螺纹传动作为旋转机构，强度高，可靠性高，且三指易于调整欠驱动手指到上盘26的高度。

欠驱动多指手紧凑小型化设计既可以保证设备的轻量化，又能提供良好的抓取效果，在便携性和小型化方面有着天然的优势。

进一步的，在一些实施例中，还包括掌部安装板45，掌部安装板45为椭圆形安装板；掌部安装板45通过L型连接板46安装于上盘26的上方、掌部安装板45位于第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36包围的中部(即掌部)。

掌部安装板45的表面安装有掌部触觉传感器44，椭圆形平台与三个模块化欠驱动手指共同组成抓取系统，三个模块化欠驱动手指可以在上盘26和掌部安装板45之间调整高度，即调整三个欠驱动手指到掌部安装板45的高度，从而进一步扩大抓取空间、适应更大范围物体的抓取操作，使得欠驱动多指手抓取系统具备一定的适应性。

进一步的，在一些实施例中，第一欠驱动手指34内安装有第一控制单元37、第二欠驱动手指35内安装有第二控制单元38，第三欠驱动手指36内安装有第三控制单元39用于获取触觉数据和转动角度数据；下盘30的上表面安装有主控制板31，用于根据触觉数据和转动角度数据实现对第一欠驱动手指34、第二欠驱动手指35和第三欠驱动手指36的协调控制。

第一控制单元37、第二控制单元38和第三控制单元39的直流供电线41分别穿过手指基座3的第一过线孔20和手指旋转轴的第二过线孔23与主控制板31电连接，实现电源供给；主控制板31与分别与第一控制单元37、第二控制单元38、第三控制单元39无线通信连接，实现数据的无线发生和接收。所有的电气信号线通过手指基座3和手指旋转轴的过线孔与下盘30的主控制板相连。

本实施例中，触觉传感器12为薄膜阵列式触觉传感器12，第一控制单元37、第二控制单元38和第三控制单元39均为微型单片机控制板，主要功能是采集角度传感器11和通过多路开关40(如CD74HC4502型号)采集触觉传感器12的数据，并传输至主控制板31。

上述欠驱动手指及欠驱动多指手抓取系统，用于机器人欠驱动多指手抓取和操作，可作为通用化的末端工具，在服务机器人、工业机器人、农业机器人及医疗手术、人体假肢、空间飞行器维护及其他危险环境等领域具有广阔的应用前景

上述虽然结合附图对本申请的具体实施方式进行了描述，但并非对本申请保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本申请的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本申请的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种欠驱动手指，其特征在于，包括手指基座，所述手指基座上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构带动与其连接的中间指节、驱动中间指节沿手指基座的宽度方向转动；

所述中间指节内设置有传动机构，所述第一驱动机构通过传动机构带动与传动机构连接的末端手指、驱动末端手指沿中间指节的宽度方向转动。

2.如权利要求1所述的欠驱动手指，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一电机、第一锥齿轮、第一固定轴、第一齿轮和第二锥齿轮；

所述第一电机沿所述手指基座的长度方向水平设置于所述手指基座，所述第一锥齿轮设置于所述第一电机的伸出轴；

所述第一固定轴沿所述手指基座的宽度方向固定于所述手指基座，所述第一固定轴位于所述中间指节与所述手指基座的连接部，所述第一固定轴的一端固定有第一齿轮；

所述第二锥齿轮固定于所述中间指节，所述第二锥齿轮空套于所述第一固定轴的另一端；

所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

3.如权利要求2所述的欠驱动手指，其特征在于，所述传动机构包括第二固定轴、第三固定轴和第四齿轮；

所述第二固定轴沿所述中间指节的宽度方向水平设置于所述中间指节，所述第二固定轴的一端设置有第二齿轮、所述第二齿轮空套于所述第二固定轴，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；

所述第三固定轴沿所述中间指节的宽度方向水平设置于所述中间指节，所述第三固定轴的一端设置有第三齿轮、所述第三齿轮空套于所述第三固定轴，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合；

所述第四齿轮设置于所述末端手指沿宽度方向的一侧，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合。

4.如权利要求1所述的欠驱动手指，其特征在于，所述中间支架为U型结构，所述末端手指包括指尖、指尖轴和触觉传感器；

所述中间指节的一端设置有角度传感器，所述指尖轴穿过角度传感器内孔、设置于所述中间指节的一端；

所述指尖的一端地设置于所述中间指节，所述触觉传感器设置于所述指尖。

5.如权利要求1所述的欠驱动手指，其特征在于，所述手指基座的一端为U型结构、与所述中间指节的一端转动连接；所述中间指节为U型结构，所述中间指节的另一端与所述末端手指转动连接。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的欠驱动手指的欠驱动多指手抓取系统，其特征在于，包括基座，所述基座上设置有双指旋转驱动装置、第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指；

所述第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的安装点连线位于过所述基座的上盘中心的一条直线，所述双指旋转驱动装置的安装点位于过所述基座的上盘中心的另一条直线上且与第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的安装点连线垂直；

所述双指旋转驱动装置带动第一欠驱动手指和所述第三欠驱动手指分别沿垂直于其安装点的轴线方向旋转。

7.如权利要求6所述的欠驱动多指手抓取系统，其特征在于，所述第一欠驱动手指、第二欠驱动手指、第三欠驱动手指的结构相同；均在手指基座的另一端竖直设置有手指旋转轴，所述手指旋转轴的顶端与所述手指基座连接，所述手指旋转轴穿过所述基座的上盘，通过所述手指旋转轴中部外表面设置的标准细螺纹与所述上盘旋转连接；

进一步的，所述手指旋转轴的中部竖直设置有贯通所述手指旋转轴的第二过线孔，所述第二过线孔用于电气信号线的收纳。

8.如权利要求7所述的欠驱动多指手抓取系统，其特征在于，所述第一欠驱动手指和所述第三欠驱动手指的手指旋转轴的一端均分别设置有钢丝单槽轮、所述钢丝单槽轮位于所述基座的上盘的下方；

所述双指旋转驱动装置包括第二电机和钢丝双槽轮，所述第二电机的输出轴穿过所述基座的上盘，所述钢丝双槽轮设置于所述电机的输出轴、所述钢丝双槽轮位于所述上盘的下方；

所述钢丝双槽轮和所述第一欠驱动手指的所述钢丝单槽轮组成同向钢丝传动机构，即其运动方向同向；所述钢丝双槽轮和所述第二欠驱动手指的钢丝单槽轮组成反向钢丝传动机构，即其运动方向反向；

进一步的，运动范围为0-180°。

9.如权利要求6所述的欠驱动多指手抓取系统，其特征在于，还包括掌部安装板；

所述掌部安装板通过连接板设置于所述基座的上方、所述掌部安装板位于所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指包围的中部；

所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指可在所述掌部安装板和所述基座的上盘之间调整高度。

10.如权利要求7所述的欠驱动多指手抓取系统，其特征在于，还包括掌部触觉传感器；

所述掌部触觉传感器设置于所述掌部安装板；

进一步的，所述第一欠驱动手指、所述第二欠驱动手指和所述第三欠驱动手指内分别设置有控制单元，所述控制单元用于获取触觉数据和转动角度数据；

所述基座内设置有主控制器，所述主控制器用于根据触觉数据和转动角度数据实现对第一欠驱动手指、第二欠驱动手指和第三欠驱动手指的协调控制。

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