[发明专利]一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法

说明书

本发明涉及机器人灵巧手技术领域，并公开了一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机。该装置解决了现有仿人灵巧手的耦合传动机构存在的结构复杂，可靠性差等问题，同时为灵巧手手指额外增加了一个旋转自由度。该装置的仿人手指利用旋转关节可以绕自身中心轴线旋转，对不同形状的物体能自主变换多种抓握姿态，增强了灵巧手的适应能力；通过调整被动绳和主动绳的长度，可以调节和重新标定灵巧手的初始位姿。本发明设计的新型仿人灵巧手无需复杂的控制系统和传动系统即可实现包络抓握，且具有被动旋转自由度，对不同形状的物体具有较高的自适应能力。

技术领域

本发明涉及拟人机器人手技术领域，尤其涉及一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法的结构设计。

背景技术

机器人灵巧手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，其通过控制可以准确的在各种环境中完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，体现了人的智能性和适应性。

目前已研制成功的灵巧手大多采用类似人手的手指自由度布置，四个关节，三个自由度，现有技术中也已经提出了不同的控制方式实现灵巧手的抓取操作。但是，现有的仿人灵巧手的手指关节采用耦合传动机构，如专利CN201210408685、CN201710819677等，存在元器件多，结构复杂，可靠性差等问题。

此外，目前的大多数仿人灵巧手不具备旋转自由度，当目标物体的中心轴线与灵巧手抓取空间的主轴对齐时，大多数仿人灵巧手都能够实现对预设目标物体的抓取。但是，当目标物体的中心轴线与灵巧手抓取空间的主轴不对齐时，由于手指的抓握力不是沿垂直于接触面的方向作用于目标物体，抓握力需要沿作用方向进行分解，导致抓取力的效率低下；另外，在接触点处，手指不能与目标物体的表面相切，不能达到抓取面积的最大化，容易导致抓握不稳，存在目标物体滑落的风险。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手及其操作方法。该装置能够被动的自适应目标物体的主轴，以此来替代一般情形下的初始配置必须满足目标物体的主轴与灵巧手的抓取空间的主轴对齐的条件，该装置的操作方法能够实现灵巧手的旋转自由度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

本发明设计的一种具有被动旋转关节的仿人灵巧手，包括第一手指、第二手指、第三手指、手掌、第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机，其特征在于：

所述的第一手指、第二手指、第三手指绕着垂直于所述手掌的中心轴线径向分布，相互之间间隔120度，所述第一手指、第二手指及第三手指固连在所述手掌上；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的结构完全相同，以所述第一手指为例具体介绍其结构，第一手指包括手指基座、近指节、中指节和远指节，近指节和手指基座通过近指节转动关节转动连接，中指节和近指节通过中指节转动关节转动连接，远指节和中指节通过远指节转动关节转动连接；

所述的近指节转动关节、中指节转动关节及远指节转动关节的结构完全相同，以近指节转动关节为例具体介绍其结构，近指节转动关节包括两条连杆，分别对应四边形的两条对角线；

所述的第一手指、第二手指及第三手指的运动通过钢丝绳传动，以第一手指为例，第一条被动钢丝绳连接近指节、中指节和远指节，第二条被动钢丝绳连接手指基座、近指节和中指节，主动钢丝绳连接驱动电机、手指基座和近指节；

所述的手指基座和近指节之间、近指节和中指节之间、中指节和远指节之间均安装有弹簧连杆；

所述的第一手指还包括旋转关节，由关节输入盘、支撑架、关节输出盘、连接有丝杠的电机、带凸轮杆的移动滑块及弹簧组成，旋转关节与手指基座通过关节输入盘相连。