[实用新型]基于内嵌式形状记忆合金电机的组合式拟人机械手

说明书

技术领域

本实用新型属于机械工程类的机器人技术领域，具体的说，它涉及一种基于内嵌式形状记忆合金电机的组合式拟人机械手，这种机械手在具有微型化、精密定位与柔性传动综合要求的医用假肢、小负载工业机器人、家用机器人及步行机器人中都有潜在广泛的用途与诱人的技术发展前景。

背景技术

作为力和位移的输入源，驱动器直接决定了机械手的结构型式、定位精度、动作柔顺度和控制方式，它是机械手的关键。传统机械手驱动器以电磁式电机为主，具有体积小、无泄漏等优点，运用最为广泛。但其存在不足，具体表现为：电机输出力-重量比低，导致体积庞大，无法达到微小型系统的实用要求；传动机构复杂，结构冗赘，灵活性差；机械手多自由度运行实现困难；机械手运行形态缺乏柔顺性。

在满足机械手拟人化微型化需求方面，传统驱动器显得越来越力不从心。在这一背景下，形状记忆合金电机(Shape Memory Alloy Actuator，SMAA)以其输出位移大、输出力-重量比高、运动柔顺等优点，引起了人们的关注。在现有技术中，形状记忆合金电机驱动的机械手，在电机结构上多采用偏动式和差动式。中国发明专利200410000722公开了一种“形状记忆合金差动弹簧驱动的机械手”(公开日期2004年12月29日)，其特征在于，该机械手含有形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)差动弹簧驱动器及由机械手指、连杆、拉杆、滑块、机架组成的六杆机构。该机械手为夹持型，可用手指内侧夹持物体外部。该机械手能够实现握、放等动作，具有结构简单、自重轻、尺寸小、成本低等特点。中国实用新型专利03261475公开了一种“形状记忆合金驱动的微型机械手”(公开日期2004年7月21日)，该机械手亦采用SMA丝驱动，配合柔性铰链结构，实现了机械手的简单抓取运动，具有精度高、夹持力适中、调整简易等优点。

以上两种SMAA结构中，重复进行预变形的偏动元件(SMA或偏动弹簧)与实现回复功能的致动元件(SMA)在空间上彼此分离；由SMAA驱动的机械手，驱动用SMAA和完成承载、抓拿等任务的执行部分是相互独立的。因此，受驱动方式限制，上述SMAA驱动的机械手均为夹持型，只能实现简单动作，对被夹物的形状和尺寸有较高要求，夹持能力有限。对拟人机械手具有仿生意义的多自由度精密柔性空间运动，上述SMAA显得无能为力。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于内嵌式形状记忆合金电机的组合式拟人机械手，该机械手实现对物体的抓放与细微操作，具有机构紧凑、自重轻、输出力-重量比高、动作柔顺、控制灵活和制造成本低的优点。

本实用新型提供的一种基于内嵌式形状记忆合金电机的组合式拟人机械手，机械手包括手掌、三个手指和控制器；其特征在于：所述控制器位于手掌内，所述手掌由固定连接的手心和手背构成，拇指、食指和中指均由通过连接件连接的从动指与主动指构成；食指主动指和中指主动指的根部分别固定在手背上；拇指主动指的根部通过实心硅橡胶圆柱体固定在手心，拇指主动指高出手心，拇指弯曲所构成的第一平面与食指弯曲所构成的第二平面、中指弯曲所构成的第三平面的相互平行；三个手指的从动指和主动指均由内嵌式形状记忆合金电机构成；所述内嵌式形状记忆合金电机的结构为：“U”形记忆形状记忆合金丝和直线形记忆形状记忆合金丝嵌入在硅橡胶圆柱体内，“U”形记忆形状记忆合金丝的嵌入位置与硅橡胶圆柱体中心轴线重合，直线形记忆形状记忆合金丝平行于硅橡胶圆柱体中心轴线偏心嵌入，曲率传感器沿弯曲方向对称分布于硅橡胶圆柱体中部表面。