本發(fā)明屬于機(jī)器人，具體涉及一種電驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手。

背景技術(shù)：

1、仿人靈巧手，作為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要分支，具有深遠(yuǎn)的意義。仿人靈巧手可以通過模擬人類手指的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)的抓取、操作和感知能力，使得機(jī)器人能夠完成許多需要人手操作的復(fù)雜任務(wù)。在工業(yè)制造、物流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，仿人靈巧手可以替代人類進(jìn)行重復(fù)性、高精度和高危險(xiǎn)性的工作，降低人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。高度仿人的靈巧手可使機(jī)器人能夠進(jìn)入更多需要人手操作的領(lǐng)域，如醫(yī)療、服務(wù)、教育等，從而拓展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是伴隨人形機(jī)器人普及和應(yīng)用，它將逐漸改變?nèi)藗兊纳罘绞胶凸ぷ髂Ｊ健＠?，在家庭中，仿人靈巧手可以協(xié)助人們完成家務(wù)勞動(dòng)；在醫(yī)療領(lǐng)域，它可以為殘疾人提供康復(fù)訓(xùn)練和輔助生活，更好地為人類服務(wù)。

2、現(xiàn)有仿人靈巧手技術(shù)方案大體分為兩種：一種是將手指的驅(qū)動(dòng)單元后置，布置在前臂位置，代表產(chǎn)品為shadow，優(yōu)點(diǎn)是抓握物體的結(jié)構(gòu)緊湊小巧力量大，并能實(shí)現(xiàn)幾乎人手的全部動(dòng)作，缺點(diǎn)是整體體積龐大，難以集成到仿人機(jī)械臂端組成緊湊的仿人機(jī)械手臂。另一種是將驅(qū)動(dòng)單元全部放置在手掌內(nèi)，代表產(chǎn)品為哈工大的dlr/hit?ii靈巧手，其優(yōu)點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)緊湊，缺點(diǎn)是力量小，而且不能實(shí)現(xiàn)人手的全部動(dòng)作。

3、為了既方便集成在仿人機(jī)械臂，又平衡成本，現(xiàn)有常見的電驅(qū)動(dòng)靈巧手通常采用后者，并且只保留了人手21個(gè)自由度的一部分。最典型的構(gòu)型為因時(shí)靈巧手構(gòu)型，即除大拇指外每根手指1個(gè)主動(dòng)自由度，大拇指2個(gè)主動(dòng)自由度，一共6個(gè)自由度。中國發(fā)明專利申請cn201810863088.8公開了一種用于仿人手的手指結(jié)構(gòu)，其為因時(shí)靈巧手的一根手指，主動(dòng)自由度只有1個(gè)，指尖在空間中只能劃過一道弧線。中國發(fā)明專利申請cn201710455031.x公開了一種全自由度靈巧手，自由度配置完全仿人，使用電機(jī)數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本較高。

4、現(xiàn)有仿人靈巧手主要存在如下問題：人手在作業(yè)時(shí)對每根手指的使用頻次不同，其中食指和拇指為最常用指，而現(xiàn)有靈巧手把自由度相對均勻地分配到了每根手指，或造成整手自由度較多成本較高，或造成關(guān)鍵手指自由度不夠，靈巧作業(yè)能力較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，采用較少主動(dòng)自由度，并主動(dòng)自由度更多地向食指與拇指分配，解決現(xiàn)有仿人靈巧手因自由度的選取和分配難以平衡成本和靈巧作業(yè)能力的問題。

2、本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種電驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手，包括手掌與手指，手指的數(shù)量為三個(gè)，分別為拇指、食指以及自適應(yīng)柔性指；

4、所述拇指與所述食指均為三自由度構(gòu)型，能夠彎曲；

5、所述自適應(yīng)柔性指的指根部通過驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以與所述拇指及所述食指配合抓取物體，且所述自適應(yīng)柔性指能夠自適應(yīng)物體的形狀。

6、進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)柔性指的指根與驅(qū)動(dòng)單元連接；

7、所述驅(qū)動(dòng)單元包括微型電推桿安裝支架、微型電推桿、第一連桿、第二連桿以及第三連桿；

8、所述微型電推桿的固定端鉸接于所述微型電推桿安裝支架上，所述第一連桿與所述微型電推桿安裝支架、所述微型電推桿的推桿鉸接，構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；

9、所述第二連桿的一端與所述第一連桿鉸接，所述第二連桿的另一端與所述第三連桿鉸接，所述第三連桿還與所述微型電推桿安裝支架鉸接，所述自適應(yīng)柔性指的指根與所述第三連桿固接，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。

10、進(jìn)一步地，所述拇指與所述食指均設(shè)置三個(gè)串聯(lián)的指節(jié)，且在串聯(lián)處形成轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從手指根部起依次為第一指節(jié)、第二指節(jié)與第三指節(jié)；

11、所述拇指與所述食指的第三指節(jié)的頂部設(shè)置有固定塊，作為指尖。

12、進(jìn)一步地，所述第一指節(jié)、所述第二指節(jié)與所述第三指節(jié)的組成相同，均包括電機(jī)安裝座、雙軸減速電機(jī)、角度傳感器安裝支架、角度傳感器以及電機(jī)控制板；

13、所述雙軸減速電機(jī)固定安裝于所述電機(jī)座上，用于為對應(yīng)指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力；

14、所述角度傳感器安裝支架固定安裝于所述電機(jī)安裝座上；

15、所述角度傳感器固定安裝于所述角度傳感器安裝支架上，且所述角度傳感器與所述雙軸減速電機(jī)的輸出軸連接，所述角度傳感器用于向所述電機(jī)控制板反饋所述雙軸減速電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

16、所述電機(jī)控制板固定安裝于所述電機(jī)安裝座上，用于對所述雙軸減速電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)控制。

17、進(jìn)一步地，在所述拇指與所述食指中：

18、所述第一指節(jié)中的電機(jī)安裝座通過連機(jī)座固定安裝于所述微型電推桿安裝支架，所述第一指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸與第一指節(jié)連接件的一端固定連接，所述第一指節(jié)連接件的另一端與所述第二指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸連接；

19、所述第二指節(jié)中的電機(jī)安裝座與第二指節(jié)連接件的一端固定連接，所述第二指節(jié)連接件的另一端與所述第三指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)1-1的輸出軸固定連接。

20、進(jìn)一步地，所述食指中的第一指節(jié)與所述微型電推桿均位于所述手掌內(nèi)。

21、進(jìn)一步地，所述手掌包括手掌面板與手掌蓋板；

22、所述手掌面板與所述手掌蓋板分別固定安裝于所述微型電推桿安裝支架的兩側(cè)，分別作為手掌面與手掌背。

23、進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)柔性指的材料為tpu或聚氨酯。

24、有益效果：

25、(1)電驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手手指的數(shù)量為三個(gè)，分別為拇指、食指以及自適應(yīng)柔性指；拇指與食指均為三自由度構(gòu)型，能夠彎曲；自適應(yīng)柔性指的指根部通過驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以與拇指及食指配合抓取物體，且自適應(yīng)柔性指能夠自適應(yīng)物體的形狀。

26、如此，拇指、食指為仿人三自由度構(gòu)型，使拇指、食指這兩根常用指擁有三個(gè)主動(dòng)自由度，其手指頂部均可到達(dá)作業(yè)空間內(nèi)的任意位置，提高作業(yè)靈活性；中指、無名指、小指三合一，通過自適應(yīng)柔性指代替，在實(shí)際使用的精細(xì)操作場景，拇指配合食指，利用手指三自由度特性，完成作業(yè)空間內(nèi)任意方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成捏、捻、揉、搓等仿人精細(xì)操作，而自適應(yīng)柔性指提供類似人手其他三指的輔助支撐功能；而在力量操作場景，食指、拇指與自適應(yīng)柔性指共同完成三指緊握動(dòng)作，并且自適應(yīng)柔性指可提供對物體的自適應(yīng)包絡(luò)能力。因此，從整手結(jié)構(gòu)上來說，采用了自適應(yīng)柔性指與剛性多自由度靈巧手指相結(jié)合的方式，整手共七個(gè)主動(dòng)自由度，與傳統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)仿人靈巧手相比，本發(fā)明在主動(dòng)自由度數(shù)量相近的情況下，自由度的分配向常用手指傾斜，實(shí)現(xiàn)更靈巧的操作能力，兼容力量操作和靈巧操作，解決了現(xiàn)有仿人靈巧手因自由度的選取和分配難以平衡成本和靈巧作業(yè)能力的問題，可在更緊湊的結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的靈巧操作能力。

27、(2)自適應(yīng)柔性指的指根與驅(qū)動(dòng)單元連接，驅(qū)動(dòng)單元包括微型電推桿安裝支架、微型電推桿、第一連桿、第二連桿以及第三連桿；微型電推桿的固定端鉸接于微型電推桿安裝支架上，第一連桿與微型電推桿安裝支架、微型電推桿的推桿鉸接，構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；第二連桿的一端與第一連桿鉸接，第二連桿的另一端與第三連桿鉸接，第三連桿還與微型電推桿安裝支架鉸接，自適應(yīng)柔性指的指根與第三連桿固接，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。

28、如此，通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⑽⑿碗娡茥U的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為自適應(yīng)柔性指的大范圍旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為自適應(yīng)抓握提供足夠的運(yùn)動(dòng)范圍。

29、(3)拇指與食指均設(shè)置三個(gè)串聯(lián)的指節(jié)，且在串聯(lián)處形成轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從手指根部起依次為第一指節(jié)、第二指節(jié)與第三指節(jié)；拇指與食指的第三指節(jié)的頂部設(shè)置有固定塊，作為指尖。

30、如此，拇指與食指通過指節(jié)的串聯(lián)，并在串聯(lián)處形成轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，避免了采用復(fù)雜的連桿、鋼絲繩等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)維護(hù)性好。

31、(4)第一指節(jié)、第二指節(jié)與第三指節(jié)的組成相同，均包括電機(jī)安裝座、雙軸減速電機(jī)、角度傳感器安裝支架、角度傳感器以及電機(jī)控制板；雙軸減速電機(jī)固定安裝于電機(jī)安裝座上，用于為對應(yīng)指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力；角度傳感器安裝支架固定安裝于電機(jī)安裝座上；角度傳感器固定安裝于角度傳感器安裝支架上，且角度傳感器與雙軸減速電機(jī)的輸出軸連接，角度傳感器用于向電機(jī)控制板反饋雙軸減速電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；電機(jī)控制板固定安裝于電機(jī)安裝座上，用于對雙軸減速電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)控制。

32、如此，拇指、食指結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了模塊化，結(jié)構(gòu)維護(hù)性好，而且基于雙軸減速電機(jī)進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)控制，控制精度高。

33、(5)在拇指與食指中：第一指節(jié)中的電機(jī)安裝座通過連機(jī)座固定安裝于微型電推桿安裝支架，第一指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸通過與第一指節(jié)連接件的一端固定連接，第一指節(jié)連接件的另一端與第二指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸連接；第三指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸通過第二指節(jié)連接件與第二指節(jié)中的電機(jī)安裝座與第二指節(jié)連接件的一端固定連接，第二指節(jié)連接件的另一端與第三指節(jié)中的雙軸減速電機(jī)的輸出軸固定連接。

34、如此，因?yàn)榈谝恢腹?jié)以及微型電推桿均固定在微型電推桿安裝支架上，因此，可以使食指中的第一指節(jié)與微型電推桿均位于手掌內(nèi)，而不是只能使手掌位于手指的指根以下的部位，增大了手掌的面積。