仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣壓驅(qū)動(dòng)的仿人五指機(jī)械手，包括手掌和拇指、食指、中指、無名指、小指具有10個(gè)關(guān)節(jié)，手掌平面上方設(shè)置拇指，拇指軸線與手掌平面夾角60°，除拇指以外的四指和手掌分布在同一平面內(nèi)，相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，自由狀態(tài)拇指?中指軸線平面與手掌平面夾角50°，五指軸線延伸交于一點(diǎn)，拇指正屈動(dòng)作最大彎曲角度210°，拇指能夠以拇指?中指軸線平面為對(duì)稱面擺動(dòng)，擺動(dòng)動(dòng)作最大彎曲角度±30°，食指正屈動(dòng)作最大彎曲角度290°，反彎和側(cè)擺動(dòng)作最大彎曲角度15°，中指、無名指和小拇指的結(jié)構(gòu)完全一致，向掌心方向正屈最大彎曲角度290°，各手指動(dòng)作采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
【專利說明】
仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人末端執(zhí)行器，更具體地說，涉及一種氣壓驅(qū)動(dòng)的仿人五指機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)器人領(lǐng)域，機(jī)械手作為末端執(zhí)行器有著廣泛的應(yīng)用，為了適應(yīng)不同的工作任務(wù)，制造出能夠像人手一樣靈活的柔性機(jī)械手來代替人類去完成工作具有廣闊市場(chǎng)前景，柔性機(jī)械手正是為了適應(yīng)這一需要而提出的發(fā)展目標(biāo)。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外開發(fā)的具有部分柔性功能的機(jī)械手很多，驅(qū)動(dòng)元件主要有兩大類，一類伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和機(jī)器人中，但其體積較大、機(jī)械手關(guān)節(jié)本體柔性不足。另一類是采用流體驅(qū)動(dòng)，主要驅(qū)動(dòng)元件是氣動(dòng)人工肌肉，通過鋼絲繩牽拉手指關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)手的基本功能，但關(guān)節(jié)本體仍為剛性，機(jī)械手的綜合柔性不足，難于滿足機(jī)械手通用性和適應(yīng)性要求，制約了機(jī)械手在服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和農(nóng)業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，針對(duì)不同形狀的物體，可完成抓、握、捏、夾、彈等人手基本功能。
[0005]一種仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，其特征在于，設(shè)有一個(gè)手掌和拇指、食指、中指、無名指、小指五根手指，手掌和手指與人手尺寸相當(dāng)；所述仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手具有10個(gè)關(guān)節(jié)，10個(gè)自由度和4個(gè)機(jī)動(dòng)度，每個(gè)手指皆由兩個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成，除拇指以外的四指和手掌分布在同一平面內(nèi)，所述四指軸線延伸交于一點(diǎn)，相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，拇指軸線延伸與四指軸線延伸相交于同一點(diǎn)，所述拇指軸線與手掌平面夾角60°，自由狀態(tài)拇指-中指軸線平面與手掌平面夾角50°;手掌近似扇形，圓心角方向一端設(shè)置連接法蘭，可以連接機(jī)械臂，所述連接法蘭形心與各手指軸線延伸交點(diǎn)重合，手掌平面上方設(shè)置拇指安裝法蘭，拇指安裝法蘭法線與手掌平面夾角60°，拇指安裝法蘭法線-中指安裝法蘭法線平面與手掌平面夾角50°，拇指安裝法蘭形心點(diǎn)高于手掌平面10毫米，弧長(zhǎng)方向一端設(shè)置四個(gè)手指安裝法蘭，用于安裝除拇指外的四個(gè)手指，法蘭法線與各手指軸線重合，法蘭形心點(diǎn)到各手指軸線交點(diǎn)距離相等，其中食指安裝法蘭形心點(diǎn)到各手指軸線交點(diǎn)距離比其他三指小20毫米，所述各手指安裝法蘭平面設(shè)置安裝孔和手指控制氣管引出孔;所述中指、無名指和小拇指的結(jié)構(gòu)完全一致，基關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)，基關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的2倍，中指、無名指和小拇指能夠向掌心方向正屈動(dòng)作，最大彎曲角度290°，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出，所述單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路穿過所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的約束元件，從手指根部引出，食指基關(guān)節(jié)采用雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)，食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是食指基關(guān)節(jié)的
1.2倍，食指能夠?qū)崿F(xiàn)正屈、反彎和側(cè)擺的動(dòng)作，正屈動(dòng)作最大彎曲角度290°，反彎和側(cè)擺動(dòng)作最大彎曲角度15°，所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出，所述單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路穿過所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)的約束元件從手指根部引出；拇指基關(guān)節(jié)采用單維雙向彎曲關(guān)節(jié)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)，拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是拇指基關(guān)節(jié)2.7倍，拇指正屈動(dòng)作最大彎曲角度210°，拇指能夠以拇指-中指軸線平面為對(duì)稱面擺動(dòng)，擺動(dòng)動(dòng)作最大彎曲角度±30°，所述單維雙向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路通過兩關(guān)節(jié)連接部分設(shè)置的引出孔引出;通過手指各氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)本體受控彎曲運(yùn)動(dòng)組合，實(shí)現(xiàn)類人手抓握捏夾彈等基本功能，各手指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)末端設(shè)有指尖。
【附圖說明】
[0006]圖1為仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手構(gòu)成示意圖。
[0007]圖2為仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手手掌形狀示意圖。
[0008]圖3為仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手拇指構(gòu)成示意圖。
[0009]圖4為仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手食指構(gòu)成示意圖。
圖5為仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手中指、無名指和小拇指構(gòu)成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0011]如圖所示，一種仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，設(shè)有一個(gè)手掌I和拇指2、食指3、中指4、無名指5、小指6五根手指，手掌和手指與人手尺寸相當(dāng)；五個(gè)手指延伸線交于一點(diǎn)，手掌1、食指3、中指4、無名指5和小指6位于同一平面手掌I內(nèi)，食指3、中指4、無名指5和小指6中相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，大拇指2軸線與手掌平面夾角60°，自由狀態(tài)，拇指2-中指4軸線平面與手掌I平面夾角50°;手掌I近似扇形，圓心角方向一端設(shè)置連接法蘭11，可以連接機(jī)械臂，所述連接法蘭11形心與各手指軸線延伸交點(diǎn)重合，弧長(zhǎng)方向設(shè)置四個(gè)手指安裝法蘭，法蘭13用于安裝食指3、法蘭14用于安裝中指4、法蘭15用于安裝無名指5，法蘭16用于安裝小指6，法蘭14、15、16平面設(shè)置安裝用螺紋孔和控制氣源管路引出孔，法蘭法線交于同一點(diǎn)，法蘭14、15、16形心點(diǎn)到交點(diǎn)距離相等，法蘭13形心點(diǎn)到交點(diǎn)距離比法蘭14、15、16形心點(diǎn)到交點(diǎn)距離小20毫米，手掌I平面上方設(shè)置拇指2安裝法蘭12，法蘭14、15、16平面設(shè)置安裝用螺紋孔和控制氣源管路引出孔，法蘭12法線與手掌平面夾角60°，法蘭12法線-法蘭14法線平面與手掌平面夾角50°，法蘭12形心點(diǎn)高于手掌平面10毫米;所述中指、無名指和小拇指的結(jié)構(gòu)完全一致，基關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)41、51、61，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)42、52、62，所述單向彎曲關(guān)節(jié)42、52、62的氣源管路穿過所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)41、51、61的約束元件從手指根部端面44、54、64引出，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)41、51、61的氣源管路從手指根部端面44、54、64引出，食指基關(guān)節(jié)采用雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)31、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)32，所述單向彎曲關(guān)節(jié)32由一根膠管322、一片矩形彈簧鋼板323和多片約束元件321組成，膠管322和矩形彈簧鋼板323，并列分布，軸線平行，每片約束元件321上設(shè)有與并列分布的膠管322和矩形彈簧鋼板323形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件321串聯(lián)套在膠管322和矩形彈簧鋼板323上，向膠管322內(nèi)充氣，由于約束元件321和彈簧鋼板323的約束作用，單向彎曲關(guān)節(jié)32向彈簧鋼板323側(cè)彎曲，所述單向彎曲關(guān)節(jié)32的氣源管路穿過所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)31的約束元件形心的氣源通孔從手指根部引出，所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)31由四根膠管312、四根圓柱彈簧313和多片約束元件311組成，膠管312和圓柱螺旋彈簧313，相間星形分布，軸線平行，每片約束元件311上設(shè)有與相間星形分布的膠管312和圓柱螺旋彈簧313形狀位置完全一致的通孔，形心設(shè)有氣源管路通孔，多片約束元件311串聯(lián)套在膠管312和圓柱螺旋彈簧313上，向相鄰兩膠管內(nèi)充氣，由于約束元件321和圓柱螺旋彈簧313的約束作用，雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)31向?qū)?cè)彎曲，所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)31的氣源管路從手指根部端面34引出；拇指基關(guān)節(jié)采用單維雙向彎曲關(guān)節(jié)21、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)22，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)22由兩根膠管222、一片矩形彈簧鋼板223和多片約束元件221組成，兩根膠管222和一片矩形彈簧鋼板223，品字形分布，軸線平行，每片約束元件221上設(shè)有與品字形設(shè)置的膠管222和矩形彈簧鋼板223形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件221串聯(lián)套在膠管222和彈簧鋼板223上，向膠管222內(nèi)充氣，由于約束元件221和矩形彈簧鋼板223的約束作用，雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)22向彈簧鋼板223側(cè)彎曲，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)22的氣源管路通過兩關(guān)節(jié)連接部分設(shè)置的引出孔24引出，所述單維雙向彎曲關(guān)節(jié)21由四根膠管212、一片矩形彈簧鋼板213和多片約束元件211組成，四根膠管212和一片矩形彈簧鋼板213，星形分布，彈簧鋼板213居中，軸線平行，每片約束元件211上設(shè)有與星形設(shè)置的膠管212和矩形彈簧鋼板213形狀位置完全一致的通孔，多片約束元件211串聯(lián)套在膠管212和矩形彈簧鋼板213上，向彈簧鋼板213同側(cè)兩根膠管內(nèi)充氣，由于約束元件211和彈簧鋼板213的約束作用，單維雙向彎曲關(guān)節(jié)21向彈簧鋼板213對(duì)側(cè)彎曲，所述單維雙向彎曲關(guān)節(jié)21的氣源管路從手指根部端面24引出；通過手指各氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)受控彎曲組合，實(shí)現(xiàn)類人手抓握捏夾彈等基本功能;各手指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)末端設(shè)有指尖23、33、43、53、630
【主權(quán)項(xiàng)】
1.仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，其特征在于，設(shè)有一個(gè)手掌和拇指、食指、中指、無名指、小指五根手指，手掌和手指與人手尺寸相當(dāng);所述仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手具有10個(gè)氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)，10個(gè)自由度和4個(gè)機(jī)動(dòng)度，除拇指以外的四指和手掌分布在同一平面內(nèi)；所述四指軸線延伸交于一點(diǎn)，相鄰手指軸線之間的夾角為13.5°，拇指軸線延伸與四指軸線延伸相交于同一點(diǎn)，所述拇指軸線與手掌平面夾角60°，自由狀態(tài)拇指-中指軸線平面與手掌平面夾角50° ;中指、無名指和小拇指能夠向掌心方向正屈動(dòng)作，最大彎曲角度290°，食指能夠?qū)崿F(xiàn)正屈、反彎和側(cè)擺動(dòng)作，正屈動(dòng)作最大彎曲角度290°，反彎和側(cè)擺動(dòng)作最大彎曲角15°，拇指正屈動(dòng)作最大彎曲角度210°，拇指能夠以拇指-中指軸線平面為對(duì)稱面擺動(dòng)，擺動(dòng)最大角度±30°，通過手指各氣動(dòng)柔性關(guān)節(jié)本體受控彎曲運(yùn)動(dòng)組合，實(shí)現(xiàn)類人手抓握捏夾等基本功能。2.按照權(quán)利要求1所述仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，其特征在于，手掌近似扇形，圓心角方向一端設(shè)置連接法蘭，可以連接機(jī)械臂，所述連接法蘭形心與各手指軸線延伸交點(diǎn)重合，手掌平面上方設(shè)置拇指安裝法蘭，拇指安裝法蘭法線與手掌平面夾角60°，拇指安裝法蘭法線-中指安裝法蘭法線平面與手掌平面夾角50°，拇指安裝法蘭形心點(diǎn)高于手掌平面10毫米，弧長(zhǎng)方向一端設(shè)置四個(gè)手指安裝法蘭，用于安裝除拇指外的四個(gè)手指，法蘭法線與各手指軸線重合，法蘭形心點(diǎn)到各手指軸線交點(diǎn)距離相等，其中食指安裝法蘭形心點(diǎn)到各手指軸線交點(diǎn)距離比其他三指小20毫米，所述各手指安裝法蘭平面設(shè)置安裝螺紋孔和手指控制氣管引出孔。3.按照權(quán)利要求1所述仿人氣動(dòng)柔性機(jī)械手，其特征在于，每個(gè)手指皆由兩個(gè)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成;所述中指、無名指和小拇指的結(jié)構(gòu)完全一致，基關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)，基關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是遠(yuǎn)關(guān)節(jié)的2倍，所述單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路穿過所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的約束元件，從手指根部引出，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出；食指基關(guān)節(jié)采用雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用單向彎曲關(guān)節(jié)，食指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是食指基關(guān)節(jié)的1.2倍，所述單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路穿過所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)的約束元件從手指根部引出，所述雙向主動(dòng)彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出；拇指基關(guān)節(jié)采用單維雙向彎曲關(guān)節(jié)，遠(yuǎn)關(guān)節(jié)采用雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)，拇指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)有效長(zhǎng)度是拇指基關(guān)節(jié)2.7倍，所述雙驅(qū)動(dòng)型單向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路通過兩關(guān)節(jié)連接部分設(shè)置的引出孔引出，所述單維雙向彎曲關(guān)節(jié)的控制氣源管路從手指根部引出；各手指遠(yuǎn)關(guān)節(jié)末端設(shè)有指尖。
【文檔編號(hào)】B25J15/00GK106041973SQ201610690944
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月20日
【發(fā)明人】耿德旭, 張金濤, 趙云偉, 武廣斌, 鄭永永, 劉榮輝
【申請(qǐng)人】北華大學(xué)