[实用新型]一种基于推拉软轴的空间柔性机械手

说明书

技术领域

本实用新型属于自动化机器人领域，具体涉及一种基于推拉软轴的空间柔性机械手。

背景技术

随着中国逐步进入“机器人代替人”的时代，能够实现机器替代人工劳动力并提供高生产效率和产品质量的机器人自动化生产模式，正在高速应用于各个工业领域。机器人技术的高速发展与广泛应用，使传统的工业生产发生了根本性革新，对人类物质文化生活带来了深远影响。机器人产品不但已在工业领域得到了广泛的应用，还正以惊人的速度不断向农业、服务业、军事等非工业领域扩展，尤其是出现在日常生活中的各类服务型机器人产品，更是拥有极为广阔的市场前景与利润空间。不同于追求高精度与速度的工业机器人，服务型机器人旨在给以较低的成本、更大众化的功能给人类的生活带来便利。

近年来，服务型机器人在日常生活中得到越来越广泛的应用。在未来几年，因为人口老龄化，对于服务型机器人的需求会变得更大。作为机器人最复杂的部分，多指灵巧机械手的研究一直是该领域中最具挑战性的工作。目前，许多著名的研究机构已经研制成功一些极具有代表性的灵巧手，如意大利的UB.III型五指灵巧手，英国的Shadow五指灵巧手。然而，这些机器人灵巧手手指驱动控制系统集成在手掌或前臂端，采用腱或绳索长距离驱动手指关节，而不是集成在手指内部。由于腱和绳索的弹性较大，难以实现精确的位置传动。为了降低腱和绳索不确定的弹性带来的不利影响，驱动控制系统内置型灵巧手得到了发展，代表性的有哈尔滨工业大学(HIT)和德国宇航中心(DLR)联合研制的DLR/HITII五指灵巧手，日本的GifuIII五指灵巧手等。2008年研制成功的HIT/DLRII机器人灵巧手由5个完全相同的模块化手指和一个独立的手掌构成,共具有15个自由度。每个手指具有4个关节，3个自由度，在仿人手化的进程上实现了巨大的突破，如图1所示。以HIT/DLR灵巧手为例，机械手对于人手动作的模拟主要为抓取和伸展。机械手的抓取姿势可分为掌面抓取和指面抓取。掌面抓取可实现对于球状物体和柱状物体的精确抓取。而对于指面面抓取，则表现出更强的抓取能力，它可以对立方块状物体分别进行两指指面抓取，三指指面抓取和四指指面抓取；还可以对球状物体进行指面抓取。这些都充分验证了机械手强大的自适应抓取能力。伸展是抓取动作的逆动作，两个动作在功能上的配合保证了机械手绝大多数功用的实现。

目前，现有的机器人多采用伺服电机配合谐波减速器的模式，成本较高，这种架构使得能够实现普通功能的机器人，售价多在15万元以上。这种高昂成本，使得机器人难以走进普通家庭和小型应用场合。尤其在未来的老龄化社会里，实现简单功能的服务型机器人存在广大的前景。因此，如何使小型机器人在有效控制、动作的前提下实现成本低廉、制造方便、维护简单等因素，就成为小型服务型机器人能否广泛应用问题的重要环节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种基于推拉软轴的空间柔性机械手，该机械手易于加工，成本较低，能够取代人手简单、重复的劳动。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

包括设置在机械手掌上的机械食指，机械中指以及机械拇指，所述的机械食指和机械中指并排布置并与机械拇指相对，机械拇指呈角度配合机械食指和机械中指在机械手掌上形成活动的抓取空间；所述的机械食指，机械中指和机械拇指均经过推拉软轴与步进电机连接，通过控制步进电机旋转方向实现机械手的抓取和释放。

机械食指，机械中指和机械拇指均包括两个指节，两个指节独立连接各自的推拉软轴。

所述的机械食指与机械拇指之间通过板结构形成用于夹持物体的仿人手虎口结构。

所述的机械手掌采用弧形结构，且掌心为凹弧面。

所述的机械食指，机械中指和机械拇指通过转轴连接机械手掌。

所述的机械食指，机械中指，机械拇指以及机械手掌采用3D打印成型。

所述的机械食指，机械中指，机械拇指通过推拉软轴与步进电机使指尖能够汇交于一处。

机械手掌接机械手臂，步进电机为通过推拉软轴安装在机械手臂底座上的42步进电机。