[发明专利]基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人灵巧手。

背景技术

末端执行器是机器人与外界环境相互作用的执行部件。随着现代科技的飞速发展，机器人的应用不单单只局限于工业领域，而是逐步应用于农业、医疗以及服务等领域。机器人的操作对象逐渐变得更加多样化和复杂化，这就要求机器人的末端执行器要像人手一样灵活和安全。而传统的工业机器人末端执行器往往专用性强、动作简单、灵活性差以及缺乏感知力等等，这些缺点使得传统的机器人末端执行器已经不能满足当今社会需求。机器人多指灵巧手以人手为原型，从结构和功能上模仿人手，具有3-5个手指以及多个自由度，可以实现对不同形状和大小物体的灵巧操作和精确抓持。机器人多指灵巧手可以代替传统的专用机器人末端执行器，从而可以扩大机器人的应用领域。

目前，国内外科研机构已经研制出多种多指灵巧手，其中以电机驱动，以及气动人工肌肉通过人工腱驱动的灵巧手居多。

以电机驱动的多指灵巧手研究始于20世纪70年代，其中最具代表的是日本“电子技术实验室”研制的Okada灵巧手。20世纪80年代初，美国斯坦福大学研制成功了Stanford/JPL手；美国麻省理工学院和犹他大学联合研制了Utah/MIT手。目前为止，较为著名的电机驱动的多指灵巧手有：日本的Hitachi灵巧手、德国的DLR-I和DLR-II灵巧手、美国的NASA手、哈尔滨工业大学的DLR/HIT灵巧手以及北京航天航空大学的BH系列灵巧手。基于电机驱动的多指灵巧手依靠电机旋转运动模拟人手的各个关节转动，往往尺寸大于人手、结构复杂、抓持力小(一般小于20N)且难于控制。

20世纪50年代，美国原子物理学家Joseph L.McKibben发明了气动人工肌肉。进入21世纪，以气动人工肌肉驱动的多指灵巧手相继诞生。其中，比较著名的是英国Shadow机器人公司研制Shadow灵巧手，该灵巧手酷似人手，拥有5根手指和一个手掌，具有19个自由度，由36根气动人工肌肉通过人工腱驱动各个关节转动。Shadow灵巧手各个关节安装了角度传感器，手指指尖装有力传感器，可以进行抓、握等操作。在国内，北京理工大学也设计了基于气动人工肌肉的多指灵巧手。气动人工肌肉通过人工腱驱动的灵巧手，其外形尺寸和人手差不多，但是也存在以下两点不足：(1)驱动器和手分离，通过人工腱驱动各个关节转动，腱传动系统中存在摩擦、松弛以及能量损耗的问题无法避免；(2)过多的气动人工肌肉使得灵巧手的前臂粗大臃肿，给灵巧手与其他机器人系统的配合应用带来不便。

发明内容

为了克服已有的机器人灵巧手的结构复杂、柔性差、适用性差的不足，本发明提供一种结构简单、具有很好的柔性、适用性好的基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于气动柔性驱动器的机器人多指灵巧手，包括五个手指和一个手掌，手掌内部设有五个手指安装座；五个手指分别是大拇指、食指、中指、无名指以及小拇指，其中：

食指、中指、无名指以及小拇指结构相同，分别有4个关节、4个指节、第一腕骨以及第一指尖，所述的4个关节包括三个弯曲关节和第一侧摆关节；所述的4个指节分别是第一远指节、第一中指节、第一近指节和第一掌骨节，第一远指节的上端与第一指尖连接，第一远指节的下端与第一弯曲关节的上端连接，所述第一弯曲关节的下端与第一中指节的上端连接，所述第一中指节的下端与第二弯曲关节的上端连接，所述第二弯曲关节的下端与第一近指节的上端连接，所述第一近指节的下端与第三弯曲关节的上端连接，所述第三弯曲关节的下端与第一掌骨节的上端连接，所述第一掌骨节的下端与第一侧摆关节的上端连接，所述第一侧摆关节的下端与第一腕骨的上端连接，所述第一腕骨安装在手掌的手指安装座上；

所述大拇指包括4个关节、4个指节、第二腕骨以及第二指尖，所述的4个关节分别是三个弯曲关节和第二侧摆关节；所述的4个指节分别是第二远指节、第二中指节、第二近指节和第二掌骨节，第二远指节的上端与第二指尖连接，第二远指节的下端与第四弯曲关节的上端连接，所述第四弯曲关节的下端与第二中指节的上端连接，所述第二中指节的下端与第五弯曲关节的上端连接，所述第五弯曲关节的下端与第二近指节的上端连接，所述第二近指节的下端与第六弯曲关节的上端连接，所述第六弯曲关节的下端与第二掌骨节的上端连接，所述第二掌骨节的下端与第二侧摆关节的上端连接，所述第二侧摆关节的下端与第二腕骨的上端连接，所述第二腕骨安装在手掌的手指安装座上；