[发明专利]一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手

说明书

本发明公开了一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，旨在解决现在的欠驱动机械手耦合严重，无法对目标进行灵巧操作的不足。该发明包括若干手指，手指包括可相对转动的远指端、中指端、近指端以及远指端和中指端之间的、中指端和近指端之间的转动关节，手指可摆动和可转动的连接有球关节；驱动件，驱动件为可伸缩运动的气动肌肉以及固定连接在气动肌肉上的滑轴；以及传动件，传动件包括若干组用于手指转动和回复的驱动腱绳和回复腱绳，驱动腱绳和回复腱绳一端固定连接在滑轴上。它能使得关节驱动更加柔性、减少灵巧手控制的复杂性、提高灵巧手控制的精确性。

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，它涉及一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手。

背景技术

目前基于气动肌肉驱动的灵巧手主要采用欠驱动的驱动方式，虽然欠驱动在可减少驱动器的数量，降低了控制的复杂性，也使其在重量、体积方面都大大减少，因此欠驱动手能够有广泛的应用领域。但在某一些需要精细操作的场景中，欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作。除此之外，大多数基于气动肌肉的灵巧手的驱动器都置于末端，中间用腱绳传动，这在一定程度上能够减轻末端执行器的重量与体积，但也增加了一个弊端。由于腱绳都有疲劳损伤，长期使用会产生不可恢复的形变，造成腱绳的松动，从而形成了一个驱动死区，间接的减少了机械手的工作空间，也增加了对其精确控制的难度。机器人仿人灵巧手相对于工业夹爪，其多自由度和灵巧性在机器人与外界对象交互操作中具有突出的优势。基关节处具有两个自由度，可以是实现手指的俯仰运动和摆动运动，是实现灵巧手的灵巧程度的关键结构。目前灵巧手的基关节主要采用俯仰运动关节和摆动运动关节分离的结构。双关节的基关节设计虽然可以简化手指的结构，但是存在很多的不足之处。首先，双关节的设计会增大手指的整体尺寸，增加手指的重量且不利于手指的仿人化设计；其次，双关节的设计会增加驱动器的数量且不利于驱动腱绳的走线，造成关节与关节之间的耦合问题。并且双关节的设计使运动关节存在偏置，在控制时要考虑驱动器之间的协同作用会提高控制系统的复杂程度且在一定程度上降低了手指的灵巧度。另一方面目前常见的球关节，都是被动运动形式，无法实现主动准确的运动控制。

中国专利公告号 CN101797753B，名称为腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，该申请案公开了腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，属于拟人机器人技术领域，两关节手指装置包括基座、第一电机、第二电机、近关节轴、第一指段、远关节轴、末端指段和复位簧件。该装置还包括第一绳轮、第二绳轮、第三绳轮、第一腱绳、第二腱绳和第三腱绳。多关节手指装置还包括至少一个中部指段、至少一个中间绳轮。该装置利用电机、绳轮、腱绳和复位簧件综合实现了手指初始构型可变与自适应抓取相结合的特殊效果。该装置在抓取前可以灵活弯曲手指中间关节以达到稳定拟人的预弯曲姿态，在抓取时以自适应欠驱动方式抓取物体。它具有欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作的不足。

中国专利公告号 CN101797753B，名称为腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，该申请案公开了腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手指装置，属于拟人机器人技术领域，两关节手指装置包括基座、第一电机、第二电机、近关节轴、第一指段、远关节轴、末端指段和复位簧件。该装置还包括第一绳轮、第二绳轮、第三绳轮、第一腱绳、第二腱绳和第三腱绳。多关节手指装置还包括至少一个中部指段、至少一个中间绳轮。该装置利用电机、绳轮、腱绳和复位簧件综合实现了手指初始构型可变与自适应抓取相结合的特殊效果。该装置在抓取前可以灵活弯曲手指中间关节以达到稳定拟人的预弯曲姿态，在抓取时以自适应欠驱动方式抓取物体。它具有欠驱动手的不同关节耦合严重，无法对目标物体进行灵巧操作的不足。

发明内容

本发明克服了现在的欠驱动机械手耦合严重，无法对目标进行灵巧操作的不足，提供了一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，它能使得关节驱动更加柔性、减少灵巧手控制的复杂性、提高灵巧手控制的精确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于气动肌肉的全驱动仿生灵巧手，包括