本發(fā)明屬于擬人機器人技術(shù)與應用領(lǐng)域，涉及到一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置。

背景技術(shù)：

隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，仿人機器人由于其可以實現(xiàn)人類多種動作與功能越來越引起人們重視。仿人靈巧手，作為仿人機器人與外部環(huán)境交流的直接介質(zhì)，其活動能力與操作性能對仿人機器人的作業(yè)水平有很大的影響，并且仿人靈巧手的結(jié)構(gòu)設(shè)計作為仿人機器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，很大程度上限制了仿人機器人技術(shù)的發(fā)展。

仿人靈巧手一般具有3-5個手指，每個手指具有3-4個關(guān)節(jié)自由度。根據(jù)仿人靈巧手的的驅(qū)動形式可將其分為全驅(qū)動靈巧手和欠驅(qū)動靈巧手。全驅(qū)動靈巧手一般每個關(guān)節(jié)自由度設(shè)置一個驅(qū)動器，如英國Shadow公司的Shadow手和UB手。此類型仿人靈巧手一般每個關(guān)節(jié)自由度的轉(zhuǎn)動由腱繩帶動，關(guān)節(jié)驅(qū)動電機外置于手掌外與手掌相連的手臂中。其主要優(yōu)點是在功能上仿人手程度高，可以靈活的抓取物體或進行操作，但是由于其驅(qū)動器數(shù)量較多，一般整手尺寸較大，重量較大，對控制系統(tǒng)要求較高，并且系統(tǒng)復雜，成本高。

欠驅(qū)動靈巧手一般每兩個或三個關(guān)節(jié)自由度設(shè)置一個驅(qū)動器，如德國宇航局的DLR手、哈工大的HIT手，北航的BH靈巧手。此類型的靈巧手一般將手指末端兩個關(guān)節(jié)通過齒輪、皮帶輪或連桿進行耦合，通過一個驅(qū)動器控制兩個關(guān)節(jié)同時運動，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度一般成特定比例，并且無法改變。其主要優(yōu)點是通用性較好，抓取時能形成力封閉，成本低，抓取穩(wěn)定性好，缺點是在接觸物體后欠驅(qū)動的關(guān)節(jié)之間的相對位置不可以主動調(diào)節(jié)，抓取物體時對手指的初始位置相對抓取物體的位置有一定要求，對不同形狀物體抓取時自適應性不高。

一種已有的仿人靈巧手裝置，如中國發(fā)明專利CN103128744，包括手掌、拇指、食指、中指、無名指和小指。除拇指外四指均采用相同結(jié)構(gòu)，每個手指設(shè)置三個關(guān)節(jié)由三組四連桿機構(gòu)耦合，由一個電機驅(qū)動。其不足之處為該裝置除拇指外四指三個關(guān)節(jié)按1:1:1的運動速率按固定角度同時彎曲，關(guān)節(jié)不能單獨驅(qū)動，靈巧性和人手差別較大，抓取時對不同形狀的物體自適應性較差。另一種已有的仿人靈巧手，如中國發(fā)明專利CN1283429C，包括手掌和五個手指，共12個關(guān)節(jié)自由度，其手指欠驅(qū)動關(guān)節(jié)的彎曲伸直由多級齒輪傳動系統(tǒng)實現(xiàn)，所涉及的齒輪傳動系統(tǒng)具有自解耦效果，其中主動驅(qū)動的關(guān)節(jié)僅有三個，并且除拇指、食指外的三個手指采用一個電機進行驅(qū)動，單獨手指不能進行主動彎曲，與人手差別較大，靈巧性不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于設(shè)計出一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置。該裝置采用模塊化手指結(jié)構(gòu)，各手指可以實現(xiàn)獨立控制，具有多個自由度，手指末端兩個關(guān)節(jié)由連桿機構(gòu)機械耦合，手指關(guān)節(jié)接觸物體后對應的欠驅(qū)動關(guān)節(jié)之間的相對位置可以主動調(diào)節(jié)，使手指根據(jù)所抓取物體形狀對物體進行包絡(luò)，對物體外形的自適應性強，使其抓取動作更符合人手，整手結(jié)構(gòu)簡單，抓取力大，抓取剛度大，抓取自適應性強，適用于殘疾人假手、排爆、核設(shè)備檢測以及類人機器人等領(lǐng)域。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置，包括五個手指和一個手掌，其中五個手指分別為拇指、食指、中指、無名指和小指。食指、中指、無名指和小指都由基座、基部指節(jié)、中間指節(jié)、末端指節(jié)四部分構(gòu)成，各指節(jié)均具有一個彎曲伸直的自由度。拇指由拇指旋轉(zhuǎn)凸臺、拇指基座、拇指基部指節(jié)、拇指中間指節(jié)和拇指末端指節(jié)五部分構(gòu)成，除拇指旋轉(zhuǎn)凸臺外，其余結(jié)構(gòu)與其他四指相同。整個拇指還具有一個繞手掌旋轉(zhuǎn)的自由度。五個手指基部指節(jié)的彎曲伸直的自由度由手指第一電機帶動齒輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)，中間指節(jié)和末端指節(jié)彎曲伸直的自由度通過一個結(jié)構(gòu)可變的連桿傳動機構(gòu)實現(xiàn)耦合運動，由第二電機驅(qū)動。五個手指的第一電機與對應手指基座固連，第二電機與對應手指基部指節(jié)固連。手掌包括手掌心端蓋和手掌背骨架，二者通過螺釘固連。

所述一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置的手掌包括手掌心端蓋、手掌背骨架、手掌電機與減速器、手掌第一齒輪、手掌第二齒輪、拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸組成。手掌整體尺寸大小與成人手掌大小相近。手掌背骨架上設(shè)有對應食指、中指、無名指和小指的限位凹槽和限位孔，食指、中指、無名指和小指的基座背面與設(shè)有對應限位凹槽的手掌背骨架面貼合，對應手指基部關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與限位孔套接，實現(xiàn)各手指與手掌背骨架的定位與連接。手掌背骨架上還設(shè)有對應手掌電機與減速器的限位凹槽。四個手指的限位凹槽在手掌背骨架上的布置與手掌縱向平行，手掌電機與減速器的限位凹槽的布置與手掌橫向平行。大拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸位于中指限位凹槽的正下方，套設(shè)于手掌背骨架中。手掌電機與減速器的輸出軸與手掌第一齒輪固連，手掌第二齒輪套設(shè)在拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸上，二者視為固連，手掌第一齒輪與手掌第二齒輪嚙合。

所述的一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置的食指、中指、無名指、小指具有相同結(jié)構(gòu)，均具有一個基座、三個指節(jié)，整體尺寸與成人手尺寸相當。以食指結(jié)構(gòu)為例進行說明。食指包括食指基座、食指基部指節(jié)、食指中間指節(jié)和食指末端指節(jié)。食指第一電機與減速器通過限位凸臺定位固連在食指基座上，食指第一電機與減速器的輸出軸與食指基座齒輪固連，食指基座齒輪與食指基部指節(jié)第一齒輪嚙合，食指基部指節(jié)第一齒輪和食指基部關(guān)節(jié)軸固連，食指基部指節(jié)套設(shè)在食指基座中，由食指基部關(guān)節(jié)軸鉸接，食指基部關(guān)節(jié)軸與食指基部指節(jié)視為固連。食指第一電機與減速器驅(qū)動齒輪傳動系統(tǒng)，使基部指節(jié)關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指基部關(guān)節(jié)的彎曲伸直。食指第二電機通過食指第二電機與減速器限位凸臺定位，與食指基部指節(jié)固連，食指第二電機與減速器輸出軸與食指基部指節(jié)第二齒輪固連，食指基部指節(jié)第二齒輪與食指中間指節(jié)齒輪嚙合，食指中間指節(jié)和食指中間指節(jié)齒輪分別于食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸固連，食指中間指節(jié)套設(shè)在食指基部指節(jié)中，由食指中間關(guān)節(jié)軸鉸接。食指末端指節(jié)套設(shè)在食指中間指節(jié)的另一端，由食指末端關(guān)節(jié)軸鉸接。食指第二電機與減速器驅(qū)動齒輪傳動系統(tǒng)，將運動和力傳給食指驅(qū)動連桿，進而驅(qū)動結(jié)構(gòu)可變的連桿傳動機構(gòu)工作，實現(xiàn)食指中間關(guān)節(jié)和食指末端關(guān)節(jié)的彎曲伸直。

所述的一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置的結(jié)構(gòu)可變的連桿傳動機構(gòu)，以食指為例，包括食指驅(qū)動連桿、食指從動連桿和拉簧。食指驅(qū)動連桿套接在食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸上，由食指驅(qū)動連桿限位凸臺限位，食指驅(qū)動連桿和食指中間指節(jié)齒輪分別與食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸固連。食指驅(qū)動連桿與食指從動連桿一端鉸接，食指從動連桿另一端套接在食指從動連桿旋轉(zhuǎn)軸上，由食指從動連桿限位凸臺定位。拉簧第一定位凸臺和拉簧第二定位凸臺上都設(shè)有安裝槽，用于拉簧的安裝與定位。驅(qū)動力由食指第二電機與減速器輸出軸輸入，經(jīng)食指基部指節(jié)第二齒輪與食指中間指節(jié)齒輪傳給食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸，帶動食指驅(qū)動連桿轉(zhuǎn)動。食指驅(qū)動連桿可以驅(qū)動食指從動連桿繞食指末端關(guān)節(jié)軸或食指中間關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。當食指第二電機與減速器提供的轉(zhuǎn)矩小于拉簧產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩時，食指驅(qū)動連桿帶動食指從動連桿驅(qū)動食指中間指節(jié)和食指末端指節(jié)一同繞食指中間關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指中間指節(jié)和食指末端指節(jié)一同的彎曲伸直；當食指第二電機與減速器提供的轉(zhuǎn)矩大于拉簧產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩時，食指末端指節(jié)和食指中間指節(jié)分離，食指驅(qū)動連桿帶動食指從動連桿驅(qū)動單獨驅(qū)動食指末端指節(jié)繞食指末端關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指末端指節(jié)單獨的彎曲伸直。

所述的一種欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置的拇指結(jié)構(gòu)包括拇指旋轉(zhuǎn)凸臺、拇指基座、拇指基部指節(jié)、拇指中間指節(jié)和拇指末端指節(jié)。拇指旋轉(zhuǎn)凸臺套接于拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸，視為固連，手掌第二齒輪套接于拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸，視為固連。拇指旋轉(zhuǎn)凸臺側(cè)面與手掌水平面成70°，及初始位置拇指與手掌水平面成20°，使得拇指整體可以繞手掌縱向70°角旋轉(zhuǎn)。手掌電機與減速器輸出軸與手掌第一齒輪固連，手掌第一齒輪與手掌第二齒輪嚙合，驅(qū)動力由手掌電機與減速器輸出經(jīng)齒輪傳動機構(gòu)傳給拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸，帶動拇指旋轉(zhuǎn)凸臺轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)驅(qū)動拇指整體繞手掌旋轉(zhuǎn)。拇指整體可以繞手掌縱向70°角旋轉(zhuǎn)，由初始位置最大旋轉(zhuǎn)90°，此時拇指中心軸線與中指中心軸線共面，在抓取物體時，使食指、無名指、小指對物體的抓力在中指兩側(cè)對稱分布，使抓取過程更加穩(wěn)定。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出效果：

該裝置具有獨立控制的5個模塊化手指共16個自由度，整手由11個電機驅(qū)動，尺寸形狀和成年人手相當。除拇指外其余四指結(jié)構(gòu)完全相同，拇指在手掌基部有一個繞手掌縱向旋轉(zhuǎn)的自由度，其旋轉(zhuǎn)軸的布置使得整手在抓取物體時，使食指、無名指、小指對物體的抓力在中指兩側(cè)對稱分布，提高了抓取穩(wěn)定性。模塊化手指利用兩個電機分別對手指基部關(guān)節(jié)和由可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)耦合的中間關(guān)節(jié)與末端關(guān)節(jié)進行驅(qū)動，連桿機構(gòu)使得耦合的兩個手指關(guān)節(jié)接觸物體后的相對位置可以主動調(diào)節(jié)，使手指根據(jù)所抓取物體形狀對物體進行包絡(luò)，對物體外形的自適應性強，使其抓取動作更符合人手。整手結(jié)構(gòu)簡單，抓取力大，抓取剛度大，控制簡單，抓取自適應性強，適用于殘疾人假手、排爆、核設(shè)備檢測以及類人機器人領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的手掌結(jié)構(gòu)三維圖。

圖3是本發(fā)明的手掌背骨架示意圖。

圖4(a)是本發(fā)明的食指結(jié)構(gòu)后視圖。

圖4(b)是本發(fā)明的食指結(jié)構(gòu)右視圖。

圖5是本發(fā)明的可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)局部剖視圖(圖中齒輪未畫出)。

圖6(a、b)是本發(fā)明的可變連桿機構(gòu)工作原理示意圖。

圖中：

1-拇指

11-拇指旋轉(zhuǎn)凸臺 12-拇指基座 13-拇指基部指節(jié) 14-拇指中間指節(jié) 15-拇指末端指節(jié)

2-食指

21-食指基座

211-食指第一電機與減速器 212-食指第一電機與減速器限位凸臺 213-食指基座齒輪

22-食指基部指節(jié)

221-食指基部指節(jié)第一齒輪 222-食指第二電機與減速器

223-食指第一電機與減速器限位凸臺 224-食指基部指節(jié)第二齒輪

225-食指基部關(guān)節(jié)軸(限位孔) 226-食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸

227-食指驅(qū)動連桿定位限位凸臺

23-食指中間指節(jié)

231-食指中間關(guān)節(jié)軸 232-食指中間指節(jié)齒輪 233-拉簧第一定位凸臺

24-食指末端指節(jié)

241-食指末端關(guān)節(jié)軸 242-食指從動連桿旋轉(zhuǎn)軸 243-食指從動連桿限位凸臺

244-拉簧第二定位凸臺

25-可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)

251-食指驅(qū)動連桿 252-食指從動連桿 253-拉簧 254-虛擬連桿一 255-虛擬機架一

256-虛擬連桿二 257-虛擬機架二 258-待抓取物體

3-中指

4-無名指

5-小指

6-手掌

61-手掌心端蓋 62-手掌背骨架 63-手掌電機與減速器 64-手掌電機與減速器限位槽

65-手掌第一齒輪 66-手掌第二齒輪 67-拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸 68-手指限位槽

69-手指限位孔 610、611、612-螺釘孔

具體實施方式

下面將結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細說明本發(fā)明專利的具體實施例。

本發(fā)明所述的欠驅(qū)動仿人靈巧手裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括五個手指和一個手掌，其中五個手指分別為拇指1、食指2、中指3、無名指4和小指5。食指2、中指3、無名指4和小指5都由基座、基部指節(jié)、中間指節(jié)、末端指節(jié)四部分構(gòu)成，各指節(jié)均具有一個彎曲伸直的自由度。拇指1由拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11、拇指基座12、拇指基部指節(jié)13、拇指中間指節(jié)14和拇指末端指節(jié)15五部分構(gòu)成，除拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11外，其他結(jié)構(gòu)與其余四指相同。整個拇指1還具有一個繞手掌6旋轉(zhuǎn)的自由度。五個手指基部指節(jié)的彎曲伸直的自由度由手指第一電機帶動齒輪傳動機構(gòu)實現(xiàn)，中間指節(jié)和末端指節(jié)彎曲伸直的自由度通過一個結(jié)構(gòu)可變的連桿傳動機構(gòu)25實現(xiàn)耦合運動，由第二電機驅(qū)動。五個手指的第一電機與對應手指基座固連，第二電機與對應手指基部指節(jié)固連。手掌6包括手掌心端蓋61和手掌背骨架62，二者通過螺釘610、611、612固連。

所述的手掌6結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，包括手掌心端蓋61、手掌背骨架62、手掌電機與減速器63、手掌第一齒輪65、手掌第二齒輪66、拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67組成。手掌6整體尺寸大小與成人手掌大小相近。手掌背骨架62上設(shè)有對應食指2、中指3、無名指4和小指5的限位凹槽68和限位孔69，食指2、中指3、無名指4和小指5的基座背面與設(shè)有對應限位凹槽68的手掌背骨架62面貼合，對應手指基部關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與限位孔69套接，實現(xiàn)各手指與手掌背骨架62的定位與連接。手掌背骨架62上還設(shè)有對應手掌電機與減速器的限位凹槽64。四個手指的限位凹槽68在手掌背骨架62上的布置與手掌6縱向平行，手掌電機與減速器的限位凹槽64的布置與手掌6橫向平行。大拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67位于中指限位凹槽的正下方，套設(shè)于手掌背骨架62中。手掌電機與減速器63的輸出軸與手掌第一齒輪65固連，手掌第二齒輪66套設(shè)在拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67上，二者視為固連，手掌第一齒輪65與手掌第二齒輪66嚙合。

所述的食指2、中指3、無名指4、小指5具有相同結(jié)構(gòu)，均具有一個基座、三個指節(jié)，整體尺寸與成人手尺寸相當。如圖4(a、b)所示，以食指2為例進行說明。食指第一電機與減速器211通過食指第一電機與減速器的限位凸臺212定位固連在食指基座21上，食指第一電機與減速器211的輸出軸與食指基座齒輪213固連，食指基座齒輪213與食指基部指節(jié)第一齒輪嚙合221，食指基部指節(jié)第一齒輪221和食指基部關(guān)節(jié)軸225固連，食指基部指節(jié)22套設(shè)在食指基座21中，由食指基部關(guān)節(jié)軸225鉸接，食指基部關(guān)節(jié)軸225與食指基部指節(jié)22視為固連。食指第一電機與減速器211驅(qū)動齒輪傳動系統(tǒng)，使基部指節(jié)關(guān)節(jié)軸225旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指基部關(guān)節(jié)22的彎曲伸直。食指第二電機與減速器222通過食指第二電機與減速器限位凸臺223定位，與食指基部指節(jié)22固連，食指第二電機與減速器222輸出軸與食指基部指節(jié)第二齒輪224固連，食指基部指節(jié)第二齒輪224與食指中間指節(jié)齒輪232嚙合，食指中間指節(jié)23和食指中間指節(jié)齒輪232分別于食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸226固連，食指中間指節(jié)23套設(shè)在食指基部指節(jié)22中，由食指中間關(guān)節(jié)軸231鉸接。食指末端指節(jié)24套設(shè)在食指中間指節(jié)23的另一端，由食指末端關(guān)節(jié)軸241鉸接。食指第二電機與減速器222驅(qū)動齒輪傳動系統(tǒng)，將運動和力傳給食指驅(qū)動連桿251，進而驅(qū)動可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25工作，實現(xiàn)食指中間關(guān)節(jié)23和食指末端關(guān)節(jié)24的彎曲伸直。

所述的可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25如圖5所示，以食指2為例，包括食指驅(qū)動連桿251、食指從動連桿252和拉簧253。食指驅(qū)動連桿251套接在食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸226上，由食指驅(qū)動連桿限位凸臺227限位，食指驅(qū)動連桿251和食指中間指節(jié)齒輪232分別與食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸226固連。食指驅(qū)動連桿251與食指從動連桿252一端鉸接，食指從動連桿252另一端套接在食指從動連桿旋轉(zhuǎn)軸242上，由食指從動連桿限位凸臺243定位。拉簧第一定位凸臺233和拉簧第二定位凸臺244分別位于食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24上，初始狀態(tài)下，拉簧253處于拉伸狀態(tài)。驅(qū)動力由食指第二電機與減速器222輸出軸輸入，經(jīng)食指基部指節(jié)第二齒輪224與食指中間指節(jié)齒輪232傳給食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸226，帶動食指驅(qū)動連桿251轉(zhuǎn)動。食指驅(qū)動連桿251可以驅(qū)動食指從動連桿252繞食指末端關(guān)節(jié)軸241或食指中間關(guān)節(jié)軸231旋轉(zhuǎn)。當食指第二電機與減速器222提供的轉(zhuǎn)矩小于拉簧253產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩時，食指驅(qū)動連桿251帶動食指從動連桿252驅(qū)動食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24一同繞食指中間關(guān)節(jié)軸231旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24作為整體彎曲伸直；當食指第二電機與減速器222提供的轉(zhuǎn)矩大于拉簧253產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩時，食指末端指節(jié)24和食指中間指節(jié)23分離，食指驅(qū)動連桿251帶動食指從動連桿252驅(qū)動單獨驅(qū)動食指末端指節(jié)24繞食指末端關(guān)節(jié)軸241旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指末端指節(jié)24單獨的彎曲伸直。

所述的拇指1結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11、拇指基座12、拇指基部指節(jié)13、拇指中間指節(jié)14和拇指末端指節(jié)15。除拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11外，其他結(jié)構(gòu)與其余四指結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述。拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11套接于拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67，視為固連，由手掌第二齒輪66定位。手掌第二齒輪66套接于拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67，視為固連。拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11側(cè)面與手掌6水平面成70°，及初始位置拇指1與手掌6水平面成20°，使得拇指1整體可以繞手掌6縱向70°角旋轉(zhuǎn)。手掌電機與減速器63輸出軸與手掌第一齒輪65固連，手掌第一齒輪65與手掌第二齒輪66嚙合，驅(qū)動力由手掌電機與減速器63輸出經(jīng)齒輪傳動機構(gòu)傳給拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67，帶動拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)驅(qū)動拇指1整體繞手掌6旋轉(zhuǎn)。拇指1整體可以繞手掌6縱向70°角旋轉(zhuǎn)，由初始位置最大旋轉(zhuǎn)90°，此時拇指1中心軸線與中指3中心軸線共面，在抓取物體時，使食指2、無名指4、小指5對物體的抓力在中指兩側(cè)對稱分布，使抓取過程更加穩(wěn)定。

下面介紹本實施例的工作原理。

結(jié)合圖4(a、b)、圖5和圖6(a、b)，以食指2為例介紹可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25的工作原理。

驅(qū)動力由食指第二電機與減速器222，通過與其固連的食指基部指節(jié)第二齒輪224傳給與之嚙合的食指中間指節(jié)齒輪232，進而驅(qū)動與之固連的食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸226轉(zhuǎn)動，帶動與其固連的食指驅(qū)動連桿251轉(zhuǎn)動。當食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24均未與待抓取物體257接觸時，由于食指第二電機與減速器222輸出轉(zhuǎn)矩不足以克服食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24之間拉簧253的拉力，使得食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24相對位置保持不變，食指中間關(guān)節(jié)軸231與食指從動連桿旋轉(zhuǎn)軸242形成虛擬連桿一254，食指中間關(guān)節(jié)軸與食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸形成虛擬機架一255，因此可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25簡化為由食指驅(qū)動連桿251、食指從動連桿252、虛擬桿一254和虛擬機架一255構(gòu)成的四桿機構(gòu)，驅(qū)動食指驅(qū)動連桿251轉(zhuǎn)動，進而帶動虛擬桿一254繞食指中間關(guān)節(jié)軸231轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24整體的彎曲伸直。當食指中間指節(jié)23先與待抓取物體257接觸時，食指第二電機與減速器222輸出轉(zhuǎn)矩克服拉簧253的拉力，使食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24分離。由于待抓取物體257的阻礙，使得食指中間指節(jié)不能繼續(xù)繞食指中間關(guān)節(jié)軸231旋轉(zhuǎn)，食指末端關(guān)節(jié)軸與食指驅(qū)動連桿旋轉(zhuǎn)軸形成虛擬機架二255，食指末端關(guān)節(jié)軸與食指從動連桿旋轉(zhuǎn)軸形成虛擬連桿二256，因此可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25簡化為由食指驅(qū)動連桿251、食指從動連桿252、虛擬連桿二256和虛擬機架二255構(gòu)成的四連桿機構(gòu)。繼續(xù)驅(qū)動食指驅(qū)動連桿251，使虛擬連桿二256繞食指末端關(guān)節(jié)軸241旋轉(zhuǎn)，即食指末端指節(jié)24繞食指末端關(guān)節(jié)軸241的彎曲，完成對待抓取物體257進行包絡(luò)，實現(xiàn)與人手相當?shù)淖ノ談幼?；當食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24一同彎曲時，若食指末端指節(jié)24先與待抓取物體257接觸，可以實現(xiàn)與人手相當?shù)哪笕幼鳌?/p>

整個食指2的工作原理為

首先驅(qū)動力由食指第一電機與減速器212傳給齒輪傳動系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)中的食指基部指節(jié)第一齒輪221和食指基部指節(jié)22分別與食指基部關(guān)節(jié)軸226固連，帶動整個食指2繞食指基部關(guān)節(jié)軸226轉(zhuǎn)動，直至食指基部指節(jié)22、食指中間指節(jié)23、食指末端指節(jié)24中任一指節(jié)與物體258接觸，食指第一電機與減速器211停止轉(zhuǎn)動，執(zhí)行上述可變結(jié)構(gòu)的連桿機構(gòu)25相關(guān)工作原理完成對物體258的抓取。食指基部指節(jié)22、食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24上可以設(shè)置壓力傳感器，當手指碰到物體時，壓力傳感器將信號反饋給電機，使其停止轉(zhuǎn)動并保持一定的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對物體的穩(wěn)定抓取。食指2釋放物體258時，食指第一電機與減速器211和食指第二電機與減速器222反轉(zhuǎn)，帶動齒輪傳動系統(tǒng)驅(qū)動食指驅(qū)動連桿251反轉(zhuǎn)，并且在拉簧253的拉力作用下，食指中間指節(jié)23和食指末端指節(jié)24一同伸直，同時食指第一電機與減速器211將動力傳給齒輪傳動系統(tǒng)，帶動食指基部關(guān)節(jié)軸225旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食指基部關(guān)節(jié)22的伸直，使食指2回復到初始位置。食指基部關(guān)節(jié)軸225、食指中間關(guān)節(jié)軸226和食指末端關(guān)節(jié)軸242上可以設(shè)置角度與位置傳感器來確定手指各關(guān)節(jié)的位姿。

中指3、無名指4和小指5的工作原理與食指2相同。

拇指1的工作原理為

初始狀態(tài)下，拇指2所在平面與手掌6平行。抓取物體時，手掌電機與減速器63驅(qū)動齒輪傳動系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)中的手掌第二齒輪66和拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11分別與拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸69固連，拇指旋轉(zhuǎn)凸臺11與拇指2固連，由此驅(qū)動拇指2繞拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67轉(zhuǎn)動到合適位置。拇指繞手掌旋轉(zhuǎn)軸67上可增加角度傳感器，用于確定拇指1的位姿。拇指1各指節(jié)抓取物體的工作原理與食指2相同。