[实用新型]仿人气动柔性机械手

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人末端执行器，更具体地说，涉及一种气压驱动的仿人五指机械手。

背景技术

在机器人领域，机械手作为末端执行器有着广泛的应用，为了适应不同的工作任务，制造出能够像人手一样灵活的柔性机械手来代替人类去完成工作具有广阔市场前景，柔性机械手正是为了适应这一需要而提出的发展目标。

目前，国内外开发的具有部分柔性功能的机械手很多，驱动元件主要有两大类，一类伺服电机驱动，被广泛应用于各种机械和机器人中，但其体积较大、机械手关节本体柔性不足。另一类是采用流体驱动，主要驱动元件是气动人工肌肉，通过钢丝绳牵拉手指关节，实现手的基本功能，但关节本体仍为刚性，机械手的综合柔性不足，难于满足机械手通用性和适应性要求，制约了机械手在服务机器人、医疗机器人和农业机器人中应用与发展。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种仿人气动柔性机械手，针对不同形状的物体，可完成抓、握、捏、夹、弹等人手基本功能。

一种仿人气动柔性机械手，其特征在于，设有一个手掌和拇指、食指、中指、无名指、小指五根手指，手掌和手指与人手尺寸相当；所述仿人气动柔性机械手具有10个关节，10个自由度和4个机动度，每个手指皆由两个关节串联而成，除拇指以外的四指和手掌分布在同一平面内，所述四指轴线延伸交于一点，相邻手指轴线之间的夹角为13.5°，拇指轴线延伸与四指轴线延伸相交于同一点，所述拇指轴线与手掌平面夹角60°，自由状态拇指-中指轴线平面与手掌平面夹角50°；手掌近似扇形，圆心角方向一端设置连接法兰，可以连接机械臂，所述连接法兰形心与各手指轴线延伸交点重合，手掌平面上方设置拇指安装法兰，拇指安装法兰法线与手掌平面夹角60°，拇指安装法兰法线-中指安装法兰法线平面与手掌平面夹角50°，拇指安装法兰形心点高于手掌平面10毫米，弧长方向一端设置四个手指安装法兰，用于安装除拇指外的四个手指，法兰法线与各手指轴线重合，法兰形心点到各手指轴线交点距离相等，其中食指安装法兰形心点到各手指轴线交点距离比其他三指小20毫米，所述各手指安装法兰平面设置安装孔和手指控制气管引出孔；所述中指、无名指和小拇指的结构完全一致，基关节采用双驱动型单向弯曲关节，远关节采用单向弯曲关节，基关节有效长度是远关节的2倍，中指、无名指和小拇指能够向掌心方向正屈动作，最大弯曲角度290°，所述双驱动型单向弯曲关节的控制气源管路从手指根部引出，所述单向弯曲关节的控制气源管路穿过所述双驱动型单向弯曲关节的约束元件，从手指根部引出，食指基关节采用双向主动弯曲关节、远关节采用单向弯曲关节，食指远关节有效长度是食指基关节的1.2倍，食指能够实现正屈、反弯和侧摆的动作，正屈动作最大弯曲角度290°，反弯和侧摆动作最大弯曲角度15°，所述双向主动弯曲关节的控制气源管路从手指根部引出，所述单向弯曲关节的控制气源管路穿过所述双向主动弯曲关节的约束元件从手指根部引出；拇指基关节采用单维双向弯曲关节、远关节采用双驱动型单向弯曲关节，拇指远关节有效长度是拇指基关节2.7倍，拇指正屈动作最大弯曲角度210°，拇指能够以拇指-中指轴线平面为对称面摆动，摆动动作最大弯曲角度±30°，所述单维双向弯曲关节的控制气源管路从手指根部引出，所述双驱动型单向弯曲关节的控制气源管路通过两关节连接部分设置的引出孔引出；通过手指各气动柔性关节本体受控弯曲运动组合，实现类人手抓握捏夹弹等基本功能，各手指远关节末端设有指尖；

附图说明

图1为仿人气动柔性机械手构成示意图；

图2为仿人气动柔性机械手手掌形状示意图；

图3为仿人气动柔性机械手手掌连接法兰示意图；

图4为仿人气动柔性机械手手指安装法兰示意图；

图5为仿人气动柔性机械手中指、无名指和小拇指构成示意图；

图6为仿人气动柔性机械手食指构成示意图；

图7为仿人气动柔性机械手食指根部端面示意图；

图8为单向弯曲关节横截面示意图；

图9为双向主动弯曲关节横截面示意图；

图10为仿人气动柔性机械手拇指构成示意图；

图11为仿人气动柔性机械手拇指根部端面示意图；

图12为单维双向弯曲关节横截面示意图；

图13为双驱动型单向弯曲关节。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本实用新型作出进一步地详细描述。

如图所示，一种仿人气动柔性机械手，设有一个手掌1和拇指2、食指3、中指4、无名指5、小指6五根手指，手掌和手指与人手尺寸相当；五个手指延伸线交于一点，手掌1、食指3、中指4、无名指5和小指6位于同一平面手掌1内，食指3、中指4、无名指5和小指6中相邻手指轴线之间的夹角为13.5°，大拇指2轴线与手掌平面夹角60°，自由状态，拇指2-中指4轴线平面与手掌1平面夹角50°；手掌1近似扇形，圆心角方向一端设置连接法兰101，可以连接机械臂，所述连接法兰101形心与各手指轴线延伸交点重合，弧长方向设置四个手指安装法兰，法兰12用于安装食指3、法兰13用于安装中指4、法兰14用于安装无名指5，法兰15用于安装小指6，法兰13、14、15平面设置安装用螺纹孔和控制气源管路引出孔，法兰法线交于同一点，法兰13、14、15形心点到交点距离相等，法兰12形心点到交点距离比法兰13、14、14形心点到交点距离小20毫米，手掌1平面上方设置拇指2安装法兰11，法兰13、14、15平面设置安装用螺纹孔和控制气源管路引出孔，法兰11法线与手掌平面夹角60°，法兰11法线-法兰14法线平面与手掌平面夹角50°，法兰11形心点高于手掌平面10毫米；所述中指、无名指和小拇指的结构完全一致，基关节采用双驱动型单向弯曲关节41、51、61，远关节采用单向弯曲关节42、52、62，所述单向弯曲关节42、52、62的气源管路穿过所述双驱动型单向弯曲关节41、51、61的约束元件从手指根部端面44、54、64引出，所述双驱动型单向弯曲关节41、51、61的气源管路从手指根部端面44、54、64引出，食指基关节采用双向主动弯曲关节31、远关节采用单向弯曲关节32，所述单向弯曲关节32由一根胶管322、一片矩形弹簧钢板323和多片约束元件321组成，胶管322和矩形弹簧钢板323，并列分布，轴线平行，每片约束元件321上设有与并列分布的胶管322和矩形弹簧钢板323形状位置完全一致的通孔，多片约束元件321串联套在胶管322和矩形弹簧钢板323上，向胶管322内充气，由于约束元件321和弹簧钢板323的约束作用，单向弯曲关节32向弹簧钢板323侧弯曲，所述单向弯曲关节32的气源管路穿过所述双向主动弯曲关节31的约束元件形心的气源通孔从手指根部引出，所述双向主动弯曲关节31由四根胶管312、四根圆柱弹簧313和多片约束元件311组成，胶管312和圆柱螺旋弹簧313，相间星形分布，轴线平行，每片约束元件311上设有与相间星形分布的胶管312和圆柱螺旋弹簧313形状位置完全一致的通孔，形心设有气源管路通孔，多片约束元件311串联套在胶管312和圆柱螺旋弹簧313上，向相邻两胶管内充气，由于约束元件321和圆柱螺旋弹簧313的约束作用，双向主动弯曲关节31向对侧弯曲，所述双向主动弯曲关节31的气源管路从手指根部端面34引出；拇指基关节采用单维双向弯曲关节21、远关节采用双驱动型单向弯曲关节22，所述双驱动型单向弯曲关节22由两根胶管222、一片矩形弹簧钢板223和多片约束元件221组成，两根胶管222和一片矩形弹簧钢板223，品字形分布，轴线平行，每片约束元件221上设有与品字形设置的胶管222和矩形弹簧钢板223形状位置完全一致的通孔，多片约束元件221串联套在胶管222和弹簧钢板223上，向胶管222内充气，由于约束元件221和矩形弹簧钢板223的约束作用，双驱动型单向弯曲关节22向弹簧钢板223侧弯曲，所述双驱动型单向弯曲关节22的气源管路通过两关节连接部分设置的引出孔24引出，所述单维双向弯曲关节21由四根胶管212、一片矩形弹簧钢板213和多片约束元件211组成，四根胶管212和一片矩形弹簧钢板213，星形分布，弹簧钢板213居中，轴线平行，每片约束元件211上设有与星形设置的胶管212和矩形弹簧钢板213形状位置完全一致的通孔，多片约束元件211串联套在胶管212和矩形弹簧钢板213上，向弹簧钢板213同侧两根胶管内充气，由于约束元件211和弹簧钢板213的约束作用，单维双向弯曲关节21向弹簧钢板213对侧弯曲，所述单维双向弯曲关节21的气源管路从手指根部端面205引出；通过手指各气动柔性关节受控弯曲组合，实现类人手抓握捏夹弹等基本功能；各手指远关节末端设有指尖23、33、43、53、63。