[发明专利]一种欠驱动仿生手装置

说明书

本发明公开一种欠驱动仿生手装置及其控制方法，该仿生手装置包括手掌部件、拇指部件、至少一个手指部件、驱动拇指部件运动的拇指驱动装置、驱动手指部件运动的手指驱动装置，拇指部件和手指部件设置于手掌部件上，每一个手指部件由独立的一个手指驱动装置驱动，拇指驱动装置包括驱动拇指部件相对手掌部件转动的拇指旋转驱动装置和驱动拇指部件弯曲和伸直的拇指弯曲驱动装置；拇指旋转驱动装置包括第一电机、第一齿轮、第二齿轮，第一电机带动第一齿轮转动从而带动第二齿轮和拇指部件转动。该仿生手装置拇指部件由电机驱动相对手掌部件转动，拇指既能弯曲伸直，也能实现侧向旋转，能做出更多动作，提高仿生手的灵活度。

技术领域

本发明涉及仿生手，尤其涉及一种欠驱动仿生手装置。

背景技术

仿生手可以用作上肢残疾者的义肢、完成工业自动化生产线上的物品抓取和在危险爆破场合下替代人手执行任务，应用领域十分广泛。近年来，对仿生手进行了很多研究，提出了各种不同控制和驱动方式的产品，但该领域仍然存在不少未解决的问题。

现有仿生手的驱动方式可分为全驱动和欠驱动。全驱动仿生手具备更多抓取功能，几乎能够模仿人手的所有动作，灵巧度高，但整体集成性差、控制系统繁琐冗杂且抗外界冲击能力差。与之相比，欠驱动虽然在功能性上有所欠缺，但欠驱动可以大大简化控制，减小仿生手的体积与质量、节省成本。

现有欠驱动仿生手的传动方式多种多样，有以绳索和弹性组织为代表的柔性传动，还有以齿轮、连杆传动为代表的刚性传动。柔性传动鲁棒性好但精度不易控制，刚性传动控制精度较高但结构复杂。因此，为了保证产品的性能，仍需对传动方式采取一定的改进措施。

另外，人的拇指结构复杂、自由度多，所以仿生手的拇指结构设计具有一定难度。现存不少仿生手的拇指底座固定于手掌上，仅能实现单一方向的运动，功能有限。仿生手内部结构也对其抓握动作的稳定性产生影响。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提高手指抓握准确度和稳定性，拇指部件可以相对手掌部件转动，实现多方向运动的欠驱动仿生手装置。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种欠驱动仿生手装置，包括手掌部件、拇指部件、至少一个手指部件、驱动拇指部件运动的拇指驱动装置、驱动手指部件运动的手指驱动装置，所述拇指部件和手指部件设置于手掌部件上，每一个所述手指部件由独立的一个手指驱动装置驱动，所述拇指驱动装置包括拇指旋转驱动装置和拇指弯曲驱动装置，拇指弯曲驱动装置驱动拇指部件的弯曲和伸直，拇指旋转驱动装置驱动拇指部件相对手掌部件的转动；

所述拇指旋转驱动装置包括第一电机、第一齿轮、第二齿轮，所述第一电机固定设置于手掌部件上，第一电机输出端与第一齿轮端面中心固定连接，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮与拇指部件连接，并带动拇指部件转动，所述第二齿轮中轴线延伸方向垂直于拇指部件延伸方向。

进一步的，所述拇指部件包括拇指底座、拇指近指节和拇指远指节，所述拇指底座与所述第二齿轮连接，所述拇指近指节一端连接拇指底座，另一端通过拇指关节轴与拇指远指节铰接。

进一步的，所述拇指弯曲驱动装置包括第二电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、拇指涡轮、拇指蜗杆、拇指连杆，所述第二电机固定设置于手掌部件上，第二电机输出端与第一锥齿轮大端端面中心固定连接，所述第二锥齿轮和第一锥齿轮啮合，所述拇指蜗杆一端与第二锥齿轮大端端面中心连接，拇指涡轮与拇指蜗杆啮合，拇指涡轮设置于拇指底座上，并相对拇指底座旋转，拇指涡轮与拇指近指节固定连接，所述拇指连杆一端与拇指底座铰接，另一端与拇指远指节铰接。

进一步的，每个所述手指部件包括手指底座、手指近指节、手指中指节、手指远指节，所述手指底座固定于手掌部件上，手指近指节一端与手指底座连接，另一端与手指中指节的一端铰接，手指中指节的另一端与手指远指节铰接。

进一步的，该装置包括四个手指部件。