CN218082704U - 一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，包括手掌掌板和安装在手掌掌板上的三根柔性手指，三根柔性手指分别为拇指、食指和中指，每根柔性手指均包括通过连接件依次连接的远指节、中指节、近指节和指根，每根柔性手指均通过三根腱绳来控制单根柔性手指的两个自由度。本实用新型通过背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳、近指节弯曲腱绳及耦合腱绳对每根手指关节进行独立控制，各关节连接处设有约束带，使各关节仅能实现纯滚动运动；背部伸展腱绳末端与弹性元件相连，可调节手指背部伸展刚度；通过伸展腱绳和弯曲腱绳的拮抗布置，手指在弯曲伸展过程中，关节驱动力臂与伸展力臂始终相等，从而保持机械手稳定抓取力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机械手，特别涉及一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手。
背景技术
目前，水下机械手末端执行器大多配备单自由度夹钳，用来完成对目标物的抓取并实现稳定夹持，这对于实现简单的对被抓取目标物体无要求的作业任务十分有效，随着深海原位探测与实验技术的发展，需要机械手具备复杂条件下的精细作业能力，同时随着深海生物考察与考古作业的兴起与需求的增长，要求机械手具备顺应性与抓取力控制能力。
与传统机器人末端夹持器相比，仿生机械手具有多个多关节手指，与人手一样具有很高的灵巧性、通用性和适应性，能够适应多种抓取和操作任务。传统水下灵巧手多采用欠驱动结构，手指不能独立控制各关节转动，物体抓取过程中手指位姿不确定，只能完成对物体的简单包络抓握，而并不能实现对物体的精确抓取，因此，其抓取适应性差、对形状复杂的物体抓取稳定性差，在抓取力控制等方面存在不足。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、工作可靠、稳定性好的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，包括手掌掌板和安装在手掌掌板上的三根柔性手指，三根柔性手指分别为拇指、食指和中指，每根柔性手指均包括通过连接件依次连接的远指节、中指节、近指节和指根，每根柔性手指均通过三根腱绳来控制单根柔性手指的两个自由度。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，三根腱绳包括背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳，背部伸展腱绳一端固定在远指节上，另一端依次经中指节、近指节和指根后与刚度可调的弹性元件相连，根据不同的抓取对象调节柔性手指的背部刚度，同时控制柔性手指的伸展动作；中指节弯曲腱绳一端固定于中指节，另一端依次经近指节和指根后连接第一驱动器，控制中指节的弯曲动作；近指节弯曲腱绳一端固定于近指节，另一端经指根后连接第二驱动器，控制近指节的弯曲动作。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，远指节与近指节之间设有耦合腱绳，耦合腱绳两端分别与远指节、近指节相连，穿过中指节。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，所述柔性手指的远指节与中指节之间、中指节与近指节之间、近指节与指根之间均通过约束带连接，每根柔性手指中相邻指节的旋转中心处通过连接件进行连接，因此所述柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，所述柔性手指的远指节、中指节、近指节与指根上均布若干销钉，连接件两端通过圆柱销连接对应指节，背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳均通过销钉和圆柱销划定路径。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，三根柔性手指中，拇指正对中线，食指与中指沿中线各自向内偏转15°。
上述关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系，且在销钉的固定作用下，运动过程中背部伸展腱绳产生的阻抗力臂与中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳产生的驱动力臂相等。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳、近指节弯曲腱绳及耦合腱绳对每根手指关节进行独立控制，各关节连接处设有约束带，使各关节仅能实现纯滚动运动；背部伸展腱绳末端与弹性元件相连，可调节手指背部伸展刚度；通过伸展腱绳和弯曲腱绳的拮抗布置，手指在弯曲伸展过程中，关节驱动力臂与伸展力臂始终相等，从而保持机械手稳定抓取力，适合水下中小型物体的柔性抓取工作。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构图。
图2为单根柔性手指的整体结构图。
图3为弯曲腱绳与伸展腱绳的路径图。
图4为远指节与中指节之间耦合腱绳的路径图。
图5为远指节与中指节装配的爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1-图5所示，一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，包括手掌掌板4和安装在手掌掌板4上的三根柔性手指，三根柔性手指分别为拇指1、食指2和中指3，三根柔性手指中，拇指1正对中线，食指2与中指3沿中线各自向内偏转15°；每根柔性手指均包括通过连接件113依次连接的远指节101、中指节102、近指节103和指根104，每根柔性手指均通过三根腱绳来控制单根柔性手指的两个自由度。
三根腱绳包括背部伸展腱绳105、中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107，背部伸展腱绳105一端固定在远指节101上，另一端依次经中指节102、近指节103和指根104后与刚度可调的弹性元件108相连，根据不同的抓取对象调节柔性手指的背部刚度，同时控制柔性手指的伸展动作；中指节弯曲腱绳106一端固定于中指节102，另一端依次经近指节103和指根104后连接第一驱动器，控制中指节102的弯曲动作；近指节弯曲腱绳107一端固定于近指节103，另一端经指根104后连接第二驱动器，控制近指节103的弯曲动作。
远指节101与近指节103之间设有耦合腱绳109，耦合腱绳109两端分别与远指节101、近指节103相连，穿过中指节102，利用销钉111与圆柱销112固定路径，在耦合腱绳109作用下，当中指节102旋转时，远指节101弯曲角度随之改变，远指关节与中指关节旋转角度比约为1：1。
所述柔性手指的远指节101与中指节102之间、中指节102与近指节103之间、近指节103与指根104之间均通过约束带110连接，每根柔性手指中相邻指节的旋转中心处通过连接件113进行连接，因此所述柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系。
所述柔性手指的远指节101、中指节102、近指节103与指根104上均布若干销钉111，连接件113两端通过圆柱销112连接对应指节，背部伸展腱绳105、中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107均通过销钉111和圆柱销112划定路径。
背部伸展腱绳105与中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107的拮抗布置，使得手指关节在弯曲时，同时受到背部伸展腱绳105的阻抗作用以及中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107的驱动作用；柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系，且在销钉111的固定作用下，运动过程中背部伸展腱绳105产生的阻抗力臂与中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107产生的驱动力臂相等，因此机械手在抓握等过程中与目标对象接触力稳定。
所述柔性绳驱机械手执行包络抓取任务时，首先收缩背部伸展腱绳105，中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107不做驱动，机械手展开一定角度，随后根据抓取对象调节弹性元件108刚度，进而更改柔性手指的背部刚度；将机械手整体抓取刚度调节至合适位置后，同时驱动中指节弯曲腱绳106与近指节弯曲腱绳107，中指节102与近指节103在弯曲腱绳作用向内旋转，同时在耦合腱绳109作用下，远指节101向内旋转至与中指节102相同的角度；由于阻抗力臂与驱动力臂相等，机械手向内抓握过程中产生稳定的接触力，在抓握等过程中与抓取对象接触力稳定；手指与对象稳定接触后，停止驱动中指节弯曲腱绳106和近指节弯曲腱绳107，所述柔性机械手完成包络抓取任务。
所述柔性绳驱机械手执行指尖捏取任务时，首先收缩背部伸展腱绳105，机械手展开一定角度，根据抓取对象调节柔性手指的背部刚度；随后驱动近指节弯曲腱绳107，中指节弯曲腱绳106不做驱动，此时在近指节弯曲腱绳107作用下，仅近指节103关节角度发生改变；手指指尖与捏取对象稳定接触后，停止驱动近指节弯曲腱绳107，所述柔性机械手完成指尖捏取任务。
Claims (7)
1.一种关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：包括手掌掌板和安装在手掌掌板上的三根柔性手指，三根柔性手指分别为拇指、食指和中指，每根柔性手指均包括通过连接件依次连接的远指节、中指节、近指节和指根，每根柔性手指均通过三根腱绳来控制单根柔性手指的两个自由度。
2.根据权利要求1所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：三根腱绳包括背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳，背部伸展腱绳一端固定在远指节上，另一端依次经中指节、近指节和指根后与刚度可调的弹性元件相连，根据不同的抓取对象调节柔性手指的背部刚度，同时控制柔性手指的伸展动作；中指节弯曲腱绳一端固定于中指节，另一端依次经近指节和指根后连接第一驱动器，控制中指节的弯曲动作；近指节弯曲腱绳一端固定于近指节，另一端经指根后连接第二驱动器，控制近指节的弯曲动作。
3.根据权利要求1所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：远指节与近指节之间设有耦合腱绳，耦合腱绳两端分别与远指节、近指节相连，穿过中指节。
4.根据权利要求2所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：所述柔性手指的远指节与中指节之间、中指节与近指节之间、近指节与指根之间均通过约束带连接，每根柔性手指中相邻指节的旋转中心处通过连接件进行连接，因此所述柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系。
5.根据权利要求4所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：所述柔性手指的远指节、中指节、近指节与指根上均布若干销钉，连接件两端通过圆柱销连接对应指节，背部伸展腱绳、中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳均通过销钉和圆柱销划定路径。
6.根据权利要求1所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：三根柔性手指中，拇指正对中线，食指与中指沿中线各自向内偏转15°。
7.根据权利要求5所述的关节独立控制抓取稳定的水下柔性绳驱机械手，其特征在于：柔性手指在抓取过程中，关节连接处为纯滚动运动关系，且在销钉的固定作用下，运动过程中背部伸展腱绳产生的阻抗力臂与中指节弯曲腱绳和近指节弯曲腱绳产生的驱动力臂相等。
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