[发明专利]一种机器人用多指拟人手

说明书

技术领域

本发明涉一种机器人用多指拟人手，该手具有弹性的手掌，适用于仿人机器人的多指手抓取作业时达到拟人手的效果。

背景技术

随着工业化的发展，人类的生产活动已逐渐深入到一些特殊领域，比如在水下、地下、核辐射、空间站等环境下对设备进行检查和维修；对一些大型物体的精确操作，比如汽车的组装；医疗上的微创伤手术等等。这些工作或具有危险性，或难于完成，非常需要机器人来代替人来完成这些工作。

这些复杂的工作需要机器人的手部装置具有完成精细操作的能力，同时通过手指运动能快速地适应对几何形状复杂的物体的抓取。而当今实际应用中的机器人大多数使用简单的末端执行器夹持工件完成工作，具有缺少灵活性、夹持方式有限、效率不高、能耗大等缺点。多指灵巧手有助于解决上述问题，它使机器人更加灵活，也更通用。多指灵巧手由于具有自适应性，可以实现多种不同的夹持，无需更换末端执行器。

从机器人手爪的研究进展来看，多指灵巧手仍然是研究最多的。全驱动多指灵巧手基于腱和滑轮(或是软管)的传动方式导致出力小、负载能力差、控制复杂，制约着其在机器人上的应用。而欠驱动手指通过欠驱动手指机构、机械限位和弹簧实现无动力关节对被抓取形状的被动自适应，具有驱动元件少，抓取范围广泛、控制简单、出力大、负载能力好等特点。但是，欠驱动机构中的弹性元件又给欠驱动手的精确控制，诸如精确的轨迹跟踪，力控制等造成了一定的困难，尤其是国内的一些欠驱动手中，加上其传感器数量的限制，难以实现复杂和准确的操作，限制了它的灵巧性。另外，由于现有的仿人手的手掌多由钢板组成，弹性较差，在完成抓取操作时，手掌与被抓取物的接触点少、接触面积小，抓取不稳定。

经过长时间的进化，人类的手非常灵活，不仅可以做出各种手势，而且还能够完成提起重物等操作。每只手都由29块骨头作为支架构成，这些骨头由123条韧带联系在一起，由35条强劲的肌肉来牵引。因此，在人手抓取物体，做出各种姿势时，动作非常柔和，并且可靠。在人手抓取物体时，不仅手指的各个关节都能够与物体相接触，而且手掌也有很大的面积可以接触到物体。这样，抓取比较稳定，物体不易滑落。但现有的机器人手，在做出手势的时候，动作非常僵硬，不协调；手掌采用刚性材料制成，抓取物体时手掌与物体的接触点较少，因此与物体之间的摩擦不大，容易滑落。

由此，就需要使机器人多指手能够在使用较少的驱动元件获得足够力的前提下，完成手的精确控制，并增强多指手抓取的稳定性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种手掌具有弹性、手指弯曲更加自然的机器人多指手，以解决现有技术的问题。该多指手能够在使用较少驱动元件的前提下，具有较强的带负载能力，并且能够进行比较精确的控制。灵巧手在完成抓取任务时，弹性手掌可以弯曲，增多手与物体的力的接触点，增大接触面积，使抓取更加稳定。当多指手进行拧螺丝等任务时，能够很好得控制手的运动精度；当多指手握物体时，能够抓取牢靠，不产生滑动。

一种机器人用多指拟人手，包括手腕、手掌，以及连接到手掌上的多个手指，每个手指具有多个关节，其特征在于，还包括

多个弹簧，其分别设置于所述多个手指的每个关节，提供将手指保持在伸展状态的力矩；

驱动装置，其置于所述拟人手内部，能够分别为所述多个手指的每一个提供驱动力，所述驱动力使手指的关节克服所述弹簧的力矩作用，分别围绕各个关节的轴发生转动，从而转变为握紧状态；

其中，在所述多个手指的每一个中，按照从掌端到指端的方向，各关节的弹簧的弹性系数逐渐增大，从而使手指能够弯曲完成抓取动作。

优选地，所述多个手指中包括食指，所述食指具有近掌端关节、中指节和近指端关节，其中近掌端关节的弹簧弹性系数最小，近指端关节的弹簧弹性系数最大。

优选地，所述多个手指中包括拇指，所述拇指具有近掌端关节和近指端关节，其中所述拇指的近掌端关节弹簧的弹性系数较小，所述拇指的近指端关节弹簧的弹性系数较大。

优选地，所述手掌包括多个弹性系数很大的弹簧，以使得当进行抓取动作时，所述手掌微微弯曲，其弯曲程度与手指的抓取动作相适应。

优选地，所述多个弹簧为拉伸弹簧、扭转弹簧或弯曲弹簧。

本发明的有益效果是，在保证抓取力较大的前提下，手指弯曲与人手更加类似，使仿人多指手的手掌具有弹性，抓取更加稳定；通过在同一根手指上采用不同弹性系数的弹簧，使手指在进行抓取时，各关节以不同角度进行弯曲，从而与人手更加类似；而采用弹簧为主体的手掌，可以在抓取时具有一定的弯曲度与柔性，能够增加抓取的稳定性。

附图说明