一種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構的制作方法
【專利摘要】本
【發明內容】
設計了一種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，在滿足各手指靈巧運動的同時，具有斷電自鎖的位姿保持能力，顯著提高了五指靈巧手的抓取功能，適用于五指靈巧手對不同物品實現可靠抓取的不同需求。以絲杠連桿機構為核心部件設計的側擺機構與對掌機構，其基本結構主要由動力部件N20絲杠減速電機、滑塊、連桿副、手掌主板、大拇指D軸固定架、合頁及其附件所構成。大拇指D軸固定架是用來固定大拇指指根關節的D軸。手掌主板是絲杠減速電機及手指、對掌小板與合頁相連的基座。連桿是連接滑塊與手指根部及手掌主板與對掌小板、手掌主板與大拇指D軸固定架的運動傳遞部件。合頁用來連接對掌小板與機架，軸承與軸主要用在手指側擺的傳動方面，可提高轉動效率與運動靈活性。
【專利說明】
一種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構
技術領域
[0001 ]本發明屬于機械靈巧手技術領域，具體涉及絲杠機構在仿人靈巧手中的應用，提出了一種新型手指側擺遇對掌機構，優化了整個靈巧手的結構，利用絲杠機構斷電自鎖的特性，實現了靈巧手斷電后原有位姿的保持能力。
【背景技術】
[0002]隨著科技水平的不斷進步和新興交叉學科的不斷涌現，太空探索、核能開發、醫療器械等領域都對機器人技術提出了更高的要求，而傳統的工業機器人末端夾持器存在一些顯著缺點，如靈活性差、感知力低、位置與力的控制精度不高等。近年來，由于工程應用的迫切需要，多指靈巧手的研究得到了迅速發展，已逐漸成為一個專門的研究領域，涵蓋從空間探索到醫療器械等領域中的一些重大課題。因此，無論從理論上還是從工程應用上看，大力加強多指靈巧手的研究都顯得格外迫切。但國內外靈巧手絕大多數都是利用線繩傳動，少數靈巧手采用電機錐齒輪傳動，受電機性能和功率限制，無法對一個大的力矩干擾起到位姿保持能力，導致可靠性降低。現實急需改變這種不足。
【發明內容】
[0003]本
【發明內容】
設計了一種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，在滿足各手指靈巧運動的同時，具有斷電自鎖的位姿保持能力，顯著提高了五指靈巧手的抓取功能，適用于五指靈巧手對不同物品實現可靠抓取的不同需求。以絲杠連桿機構為核心部件設計的側擺機構與對掌機構，其基本結構主要由動力部件N20絲杠減速電機、滑塊、連桿副、手掌主板、大拇指D軸固定架、合頁及其附件所構成。大拇指D軸固定架是用來固定大拇指指根關節的D軸。手掌主板是絲杠減速電機及手指、對掌小板與合頁相連的基座。連桿是連接滑塊與手指根部及手掌主板與對掌小板、手掌主板與大拇指D軸固定架的運動傳遞部件。合頁用來連接對掌小板與機架，軸承與軸主要用在手指側擺的傳動方面，可提高轉動效率與運動靈活性。
[0004]技術實現:
[0005]為了實現上述發明目的，我們基于絲杠傳動和連桿機構的工作原理，設計了五指靈巧手的手指側擺與對掌機構，在保證其工作力矩的同時，充分減小了手掌機械動力結構的空間體積。
[0006]這種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌結構分為大拇指U形固定槽結構、內收外展機構、食指側擺機構、無名指小拇指聯動側擺機構、手掌對掌機構。大拇指指根電機模塊的輸出D軸I固定在大拇指U形固定槽，大拇指U形固定槽通過D軸2鉸接在手掌主板上。大拇指U形固定槽是由大拇指U形固定槽零件一、大拇指U形固定槽零件二通過螺栓連接。橫向固定在手掌主板上的大拇指絲杠電機通過拇指滑塊連桿一使U形固定槽繞D軸2旋轉。食指絲杠電機通過食指滑塊上鉸接的連桿二推動著食指根部電機固定零件繞著由上下一組螺栓組合形成的食指軸轉動。手掌主板與對掌小板由一對合頁鉸接固定。橫向固定在手掌主板上的對掌運動絲杠電機通過對掌機構滑塊上面鉸接的連桿三推動著對掌小板繞合頁轉動。連桿五鉸接著無名指根部電機固定件和小拇指根部電機固定件。豎直固定在對掌小板上的絲杠電機通過無名指小拇指聯動滑塊上面鉸接的連桿四推動著無名指根部電機固定零件繞著無名指軸轉動。小拇指根部電機固定件繞著小拇指軸轉動。
[0007]本發明優點在于:
[0008](I)充分擬合人手的運動規律，具有很高的靈活性；
[0009](2)可以實現仿人手掌的各種開合運動；
[0010](3)運行平穩、噪音小、經久耐用；
[0011](4)具有斷電自鎖功能，可控性能好；
【附圖說明】
[0012]附圖1為五指靈巧手的整體示意圖；
[0013]附圖2為五指靈巧手手掌結構的示意圖；
[0014]附圖3為食指側擺機構的示意圖；
[0015]附圖4為無名指與小拇指聯動側擺機構的示意圖；
[0016]附圖5為手掌的對掌機構示意圖；
[0017]附圖6為大拇指內收外展運動機構的示意圖；
[0018]附圖7為大拇指U形槽結構示意圖；
[0019]附圖中:I一大拇指根部關節D軸，2一大拇指旋轉D軸，3一食指軸，4一無名指軸，5—小拇指軸，6—連桿一，7—連桿二，8—連桿三，9一連桿四，10—連桿五，11一拇指滑塊，12—食指滑塊，13—對掌機構滑塊，14 一無名指小拇指聯動滑塊，15—食指根部電機固定件，16一無名指根部電機固定件，17一小拇指根部電機固定件，18一大拇指絲杠電機，19一食指絲杠電機，20—對掌運動絲杠電機，21 —無名指小拇指聯動運動絲杠電機，22—合頁，23—手掌主板，24—對掌小板，25—大拇指U形固定槽零件一，26—大拇指U形固定槽零件
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【具體實施方式】
[0020]附圖2為五指靈巧手手掌結構的示意圖。手掌主板(23)上固定著大拇指絲杠電機
(18)，與拇指滑塊(11)通過絲杠副相連。大拇指旋轉D軸(2)通過圓柱副與手掌主板(23)結合，大拇指U形固定槽通過緊定螺釘與大拇指旋轉D軸(2)相連。對掌運動絲杠電機(20)橫向固定在手掌主板(23)上，通過對掌機構滑塊(13)上面鉸接的連桿三(8)推動著對掌小板
(24)繞合頁(22)的軸轉動。
[0021]附圖4為無名指與小拇指聯動側擺機構的示意圖。豎直固定在對掌小板(24)上的絲杠電機(21)通過無名指小拇指聯動滑塊(14)上面鉸接的連桿四(9)推動著無名指根部電機固定件(16)繞著無名指軸(4)轉動。小拇指根部電機固定件(17)繞著小拇指軸(5)轉動。連桿五(10)鉸接著無名指根部電機固定件(16)和小拇指根部電機固定件(17)。連桿五的長度稍短于無名指軸(4)與小拇指軸(5)的距離，構成一個連桿聯動機構，實現了由一個絲杠電機控制的無名指與小拇指同時開合的運動方式。
[0022]附圖7為大拇指U形槽結構示意圖。大拇指U形槽由大拇指U形固定槽零件一(25)、大拇指U形固定槽零件二 (26)，通過3個Ml.6的螺栓連接，U形槽的兩側有D型孔，用來固定大拇指指根電機的輸出D軸。
【主權項】
1.一種基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，其特征在于充分擬合了人手的運動規律，最大程度地優化了手掌機械動力單元的空間結構，將絲杠驅動電機合理的放置在狹窄的手掌空間結構中，并具有位置鎖定功能。基于人體工學設計的對掌小板拓展了該靈巧手各個手指的靈活性，無名指與小指通過連桿機構可去掉傳統靈巧手冗余的自由度，實現了由單個絲杠電機控制的精確聯動。在充分研究大拇指運動規律的基礎上，設計了一種以空間交錯軸傳動的運動方式，其運動范圍大，運動方式十分靈活。2.根據權利要求1，基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，其特征在于對掌小板與手掌主板通過合頁連接，手掌主板上橫向固定著控制對掌運動的絲杠電機，通過連桿連接滑塊與對掌小板，實現了靈巧手對掌的自由度。3.根據權利要求1，基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，其特征在于通過連桿機構，無名指與小指的側擺冗余自由度降低后變成了一個。豎向固定在對掌小板上的絲杠減速電機通過滑塊連桿控制著無名指-小指連桿機構的復合運動。4.根據權利要求1，基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，其特征在于中指通過螺絲固定不動，食指通過一個橫向固定的絲杠電機推動滑塊運動，滑塊上的連桿推動食指根部末端產生運動，從而實現食指的側擺。5.根據權利要求1，基于絲杠連桿機構的五指靈巧手手指側擺與對掌機構，其特征在于大拇指的運動方式和固定方式。大拇指的關節電機模塊倒置，輸出D軸朝下，固定在可拆卸的U型固定槽中，從而節省了寶貴的指根驅動空間。橫向固定在手掌主板上的絲杠電機上的滑塊通過連桿連接著U型槽上固定的搖臂，可實現U型槽繞固定軸的轉動。
【文檔編號】B25J15/02GK105881566SQ201610371609
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】羅慶生, 汪常進, 孫堯, 劉星棟, 徐佳鋒, 周信兵
【申請人】北京理工大學