CN206811988U - 一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其不同之处在于：其包括手掌、设于所述手掌上的若干个手指、及用于驱动所述手指弯曲的若干个驱动件，所述驱动件设于所述手掌内且与所述手指一一对应设置；每个所述手指包括依次设置的基关节、中关节和远关节，其中所述基关节与所述手掌铰接并与所述驱动件连接，各关节间通过四连杆耦合运动。本实用新型动作灵活，有效降低了灵巧手复杂程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，尤其是一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手。
背景技术
随着仿人形机器人的发展，如送餐机器人、服务机器人、迎宾机器人等，其动作也越来越接近真人，更加灵活、复杂。作为仿人形机器人上肢末端的执行机构，灵巧手开始出现在各种仿人形机器人上，实现肢体语言的表达、执行各种动作、抓取物体等功能。
目前各研究所和高校，均发布多款仿人灵巧手，尽量追求达到真实人手灵活程度，但普遍存在以下问题：1、自由度多，相应驱动数量多，造成控制复杂，抓取过程中需要大量传感器测量并控制多个电机实现理想动作轨迹；2、结构复杂。需要在灵巧手内部布置大量的电机、传动、控制部件，造成结构臃肿复杂。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手，动作灵活，有效降低了灵巧手复杂程度。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其不同之处在于：
其包括手掌、设于所述手掌上的若干个手指、及用于驱动所述手指弯曲的若干个驱动件，所述驱动件设于所述手掌内且与所述手指一一对应设置；每个所述手指包括依次设置的基关节、中关节和远关节，其中所述基关节与所述手掌铰接并与所述驱动件连接，各关节间通过四连杆耦合运动。
按以上技术方案，每个所述手指包括连接基关节和中关节的基指部、连接中关节和远关节的中指部、及设于所述远关节上的远指部。
按以上技术方案，所述远关节上设置有第一销轴、第二销轴和第三销轴，所述中关节上设置有第四销轴、第五销轴和第六销轴，所述基关节上设置有第七销轴和第八销轴，每个所述指部均包括一个指节和一个连杆，所述指部远离所述手掌设置的一端为指部的顶端、靠近所述手掌设置的一端为指部的末端，所述远指部指节的顶端与远指部连杆的顶端铰接，所述远指部连杆的末端通过第一销轴与所述远关节铰接，所述第一销轴上设有扭簧，所述远指部指节的末端通过第二销轴与所述远关节铰接，所述中指部连杆的顶端通过第三销轴与所述远关节铰接，所述中指部连杆的末端通过第四销轴与所述中关节铰接，所述第四销轴上设有扭簧，所述中指部指节的顶端通过第二销轴与所述远关节铰接，所述中指部指节的末端通过第五销轴与所述中关节铰接，所述基指部连杆的顶端通过第六销轴与所述中关节铰接，所述基指部连杆的末端通过第七销轴与所述基关节铰接，所述第七销轴上设有扭簧，所述基指部指节的顶端通过第五销轴与所述中关节铰接，所述基指部指节的末端通过第八销轴与所述基关节铰接，所述基关节还通过第八销轴与所述手掌铰接。
按以上技术方案，所述手指的个数为五个，分别为大拇指、食指、中指、无名指和小拇指，五个所述手指具有相同的结构且其在所述手掌上的布置与人手相似。
按以上技术方案，所述手掌上开设有与所述手指配合的掌孔。
按以上技术方案，所述手掌被构造为空腔结构，所述空腔结构内设有所述驱动件。
按以上技术方案，所述驱动件为直线电机。
对比现有技术，本实用新型的有益特点为：该被动包络的欠驱动柔性灵巧手，驱动件和手指一一对应设置，每个手指的各关节间通过四连杆耦合运动，动作灵活，同时，以较少的驱动实现对多个自由度的驱动控制，有效降低了灵巧手复杂程度。
附图说明
图1为本实用新型实施例被动包络的欠驱动柔性灵巧手结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图1的立体图；
图4为本实用新型实施例被动包络的欠驱动柔性灵巧手爆炸图；
图5为本实用新型实施例中手掌结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为图5的左视图；
图8为图5的立体图；
图9为本实用新型实施例中手指结构示意图；
图10为图9的仰视图；
图11为图9的立体图；
图12为本实用新型实施例中手指结构爆炸图；
图13为本实用新型实施例第一使用状态图；
图14为本实用新型实施例第二使用状态图；
图15为本实用新型实施例第三使用状态图；
图16为本实用新型实施例第四使用状态图；
其中：1-手掌（101-掌孔）、2-手指（2a-大拇指、2b-食指、2c-中指、2d-无名指、2e-小拇指、201-基关节、202-中关节、203-远关节、204-基指部（2041-基指部指节（2041a-基指部指节的顶端、2041b-基指部指节的末端）、2042-基指部连杆（2042a-基指部连杆的顶端、2042b-基指部连杆的末端））、205-中指部（2051-中指部指节（2051a-中指部指节的顶端、2051b-中指部指节的末端）、2052-中指部连杆（2052a-中指部连杆的顶端、2052b-中指部连杆的末端））、206-远指部（2061-远指部指节（2061a-远指部指节的顶端、2061b-远指部指节的末端）、2062-远指部连杆（2062a-远指部连杆的顶端、2062b-远指部连杆的末端）））、3-驱动件、4-第一销轴、5-第二销轴、6-第三销轴、7-第四销轴、8-第五销轴、9-第六销轴、10-第七销轴、11-第八销轴、12-扭簧、13-扭簧、14-扭簧、15-被抓取物体。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
请参考图1至图16，本实用新型实施例被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其包括手掌1、设于所述手掌1上的若干个手指2、及用于驱动所述手指2弯曲的若干个驱动件3，所述驱动件3设于所述手掌1内且与所述手指2一一对应设置；每个所述手指2包括依次设置的基关节201、中关节202和远关节203，其中所述基关节201与所述手掌1铰接并与所述驱动件3连接，各关节间通过四连杆耦合运动。
优选地，每个所述手指2包括连接基关节201和中关节202的基指部204、连接中关节202和远关节203的中指部205、及设于所述远关节203上的远指部206。
优选地，所述远关节203上设置有第一销轴4、第二销轴5和第三销轴6，所述中关节202上设置有第四销轴7、第五销轴8和第六销轴9，所述基关节201上设置有第七销轴10和第八销轴11，每个所述指部均包括一个指节和一个连杆，所述指部远离所述手掌1设置的一端为指部的顶端、靠近所述手掌1设置的一端为指部的末端，所述远指部指节的顶端2061a与远指部连杆的顶端2062a铰接，所述远指部连杆的末端2062b通过第一销轴4与所述远关节203铰接，所述第一销轴4上设有扭簧12，所述远指部指节的末端2061b通过第二销轴5与所述远关节203铰接，所述中指部连杆的顶端2052a通过第三销轴6与所述远关节203铰接，所述中指部连杆的末端2052b通过第四销轴7与所述中关节202铰接，所述第四销轴7上设有扭簧13，所述中指部指节的顶端2051a通过第二销轴5与所述远关节203铰接，所述中指部指节的末端2051b通过第五销轴8与所述中关节202铰接，所述基指部连杆的顶端2042a通过第六销轴9与所述中关节202铰接，所述基指部连杆的末端2042b通过第七销轴10与所述基关节201铰接，所述第七销轴10上设有扭簧14，所述基指部指节的顶端2041a通过第五销轴8与所述中关节202铰接，所述基指部指节的末端2041b通过第八销轴11与所述基关节201铰接，所述基关节201还通过第八销轴11与所述手掌1铰接，扭簧12、13、14能使灵巧手在不触碰被抓取物体15时，保持伸直状态。
优选地，所述手指2的个数为五个，分别为大拇指2a、食指2b、中指2c、无名指2d和小拇指2e，为降低灵巧手复杂程度，五个所述手指2具有相同的结构且其在所述手掌上的布置与人手相似。
优选地，所述手掌1上开设有与所述手指2配合的掌孔101。
优选地，所述手掌1被构造为空腔结构，所述空腔结构内设有所述驱动件3。
优选地，所述驱动件3为直线电机。直线电机为普通直流电机和丝杆的组合实现直线运动。
本实用新型实施例灵巧手的抓取过程为：请参考图13，当还未触碰被抓取物体15时，灵巧手的手指2呈伸直状态；请参考图14，当灵巧手的基指部指节2041与被抓取物体15接触时，基指部204静止不动，驱动件3给基关节201向上的力F，使基关节201绕第八销轴11向上转动；请参考图15，在力F的进一步作用下，中关节202开始转动，使中指部指节2051包络被抓取物体15；请参考16，最后，在力F的作用下，远关节203开始转动，使远指部指节2061触碰到物体，完成对整个被抓取物体15的包络。
本实用新型通过五个驱动件分别驱动五根手指，实现多自由度，使灵巧手动作灵活，可实现握、捏、按等复杂动作或多手指协作动作。手指采用扭簧保持伸直，手指运动过程中，碰到被抓取物体，实现自动弯曲，从而包络被抓取物体，抓取稳定可靠。在不降低灵活性的前提下，采用欠驱动（以较少的驱动，实现对多个自由度的驱动控制），有效降低了灵巧手复杂程度。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：
其包括手掌、设于所述手掌上的若干个手指、及用于驱动所述手指弯曲的若干个驱动件，所述驱动件设于所述手掌内且与所述手指一一对应设置；每个所述手指包括依次设置的基关节、中关节和远关节，其中所述基关节与所述手掌铰接并与所述驱动件连接，各关节间通过四连杆耦合运动。
2.如权利要求1所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：每个所述手指包括连接基关节和中关节的基指部、连接中关节和远关节的中指部、及设于所述远关节上的远指部。
3.如权利要求2所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：所述远关节上设置有第一销轴、第二销轴和第三销轴，所述中关节上设置有第四销轴、第五销轴和第六销轴，所述基关节上设置有第七销轴和第八销轴，每个所述指部均包括一个指节和一个连杆，所述指部远离所述手掌设置的一端为指部的顶端、靠近所述手掌设置的一端为指部的末端，所述远指部指节的顶端与远指部连杆的顶端铰接，所述远指部连杆的末端通过第一销轴与所述远关节铰接，所述第一销轴上设有扭簧，所述远指部指节的末端通过第二销轴与所述远关节铰接，所述中指部连杆的顶端通过第三销轴与所述远关节铰接，所述中指部连杆的末端通过第四销轴与所述中关节铰接，所述第四销轴上设有扭簧，所述中指部指节的顶端通过第二销轴与所述远关节铰接，所述中指部指节的末端通过第五销轴与所述中关节铰接，所述基指部连杆的顶端通过第六销轴与所述中关节铰接，所述基指部连杆的末端通过第七销轴与所述基关节铰接，所述第七销轴上设有扭簧，所述基指部指节的顶端通过第五销轴与所述中关节铰接，所述基指部指节的末端通过第八销轴与所述基关节铰接，所述基关节还通过第八销轴与所述手掌铰接。
4.如权利要求1所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：所述手指的个数为五个，分别为大拇指、食指、中指、无名指和小拇指，五个所述手指具有相同的结构且其在所述手掌上的布置与人手相似。
5.如权利要求1所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：所述手掌上开设有与所述手指配合的掌孔。
6.如权利要求1所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：所述手掌被构造为空腔结构，所述空腔结构内设有所述驱动件。
7.如权利要求1至6任一项所述的被动包络的欠驱动柔性灵巧手，其特征在于：所述驱动件为直线电机。
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|---|---|---|---|---|
| CN110328678A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-10-15 | 浙江大学城市学院 | 一种具有人手同步控制功能的欠驱动机械手 |
| CN113748883A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-12-07 | 江苏苏润种业股份有限公司 | 一种辣椒无土种植大棚 |
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