[发明专利]一种基于变刚度弹性关节的欠驱动变刚度机械手

说明书

一种基于变刚度弹性关节的欠驱动变刚度机械手，它涉及一种变刚度机械手，以解决现有刚性机械手和柔性机械手各自应用的局限性的问题，它包括三个变刚度弹性关节，还包括手掌、电机、底座、支撑柱和三根手指，三根手指分别是一根曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指，手掌布置在底座的上方且二者通过支撑柱连接，底座上安装有轴向竖向设置的电机以及三个变刚度弹性关节，曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指沿手掌的周向设在手掌上，电机的输出轴通过钢丝绳驱动两根耦合回转曲伸手指回转运动，三个变刚度弹性关节的输出轴一一对应通过钢丝绳驱动曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指的屈曲伸展运动。本发明属于机器人领域。

技术领域

本发明涉及一种变刚度机械手，具体涉及一种基于变刚度弹性关节的欠驱动变刚度机械手。属于机器人领域。

背景技术

在批量化测量领域，往往使用机械手进行零件的定位，安装与调整。机械手的抓取精度很大程度上影响了最终测量结果的精度，而且对于一些精密和易碎零件，机械手也容易造成损坏。因此，一种精度高，安全性强，适用范围广的机械手显得十分必要。

传统的机械手从系统自身的刚度来分，主要分为两类：刚性机械手与柔性机械手。其中，刚性机械手通过刚性连接，整体呈高刚度，具有较高的响应速度，可以实现精确的位置控制与轨迹跟踪。然而，高刚度也导致了安全性的下降，对与机械手本体以及所抓取的物体都可能造成损害，在抓取易碎物体以及人机交互等方面存在潜在威胁。柔性机械手又主要包括两类，一类是在刚性机械手中加入刚度恒定的弹性元件，从而使机械手表现出一定的柔性，但在工作过程中刚度保持不变；另一类是软体机械手，由柔性材料制成的，凭借柔性材料天然的柔顺性和适应性，软体机械手具有高灵活性、复杂环境适应性和安全人机交互性等特点。但是，目前的柔性机械手普遍存在刚度较低，响应速度慢，控制精度低，抓取能力弱等缺点。

不管是刚性机械手还是柔性机械手，都有着各自的优势，但是也存在一定的局限性，面对越来越复杂的操作环境及多样化的操作对象，传统的机械手已经不能很好的胜任操作任务了。申请号为2017104915304，公开号：CN107234632A的发明专利申请公开了一种基于差动轮系的节能变刚度弹性关节，该变刚度关节采用杠杆原理，可实现刚度的输出变化，采用齿轮传动，具有结构紧凑，可以应用于空间狭小的场合，可作为钢丝绳欠驱动机械手的驱动单元。

发明内容

本发明是为解决现有刚性机械手和柔性机械手各自应用的局限性的问题，提出一种基于变刚度弹性关节的欠驱动变刚度机械手。

本发明的技术方案是：一种基于变刚度弹性关节的欠驱动变刚度机械手，它包括三个变刚度弹性关节，它还包括手掌、电机、底座、支撑柱和三根手指，三根手指分别是一根曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指；

手掌布置在底座的上方且二者通过支撑柱连接，底座上安装有轴向竖向设置的电机以及三个变刚度弹性关节，曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指沿手掌的周向设在手掌上，电机的输出轴通过钢丝绳驱动两根耦合回转曲伸手指回转运动，三个变刚度弹性关节的输出轴一一对应通过钢丝绳驱动曲伸手指和两根耦合回转曲伸手指的屈曲伸展运动。

进一步地，所述手掌包括手掌一、手掌二、回转滑轮、变向滑轮和三个弯曲滑轮，手掌一固定在手掌二上，手掌二通过三个支撑住固定在底座上，回转滑轮通过轴承安装在手掌一上，回转滑轮与电机的输出轴固连，变向滑轮通过轴承安装在手掌一上，弯曲滑轮布置在手掌一和手掌二之间并与变刚度弹性关节的输出轴固接。

进一步地，每根手指包括指节和指根，所述曲伸手指的指节与所述耦合回转曲伸手指的指节结构相同；所述曲伸手指的指根为固定指根，该固定指根固定在手掌一上，两根耦合回转曲伸手指的指根为回转指根，该回转指根穿过手掌一并通过轴承安装在手掌二上；

所述指节包括远指节、中指节、近指节、远侧指间关节滑轮、远侧指间关节转轴、远侧指间关节扭簧、近侧指间关节滑轮、近侧指间关节转轴、近侧指间关节扭簧、掌指关节滑轮、掌指关节转轴、掌指关节扭簧和弯曲钢丝绳；