一种仿生灵巧手及其控制方法

专利2025-06-25  10


本发明涉及机械手,尤其涉及的是一种仿生灵巧手及其控制方法。


背景技术:

1、仿生灵巧手是一种高度灵活、复杂的末端执行器,能够模仿人手的各种灵巧的抓握动作。

2、现有技术中,虽然已经开发出多种类型的灵巧手,包括全驱式与欠驱动式,但它们普遍面临着几个关键挑战:驱动手指动作复杂、结构复杂占用空间大、以及手指间硬传动导致的安全性问题。现有技术中虽有尝试提高位置精度和灵活性的方案,但这些设计通常结构复杂,难以批量生产和维护,缺乏通用性和模块化,增加了制造成本和使用难度。

3、因此,现有技术还有待于改进和发展。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种仿生灵巧手及其控制方法,旨在解决现有技术中灵巧手的驱动手指方式动作复杂、结构占用空间大、增加制造成本和使用难度的问题。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:

3、一种仿生灵巧手,包括手掌,以及依次与所述手掌铰接的拇指结构、食指结构、中指结构、无名指结构和尾指结构,还有设置在所述手掌上第一绳驱机构、第二绳驱机构和第三绳驱机构;

4、所述手掌上设置有第一通道、第二通道和三个联动通道;

5、所述第一绳驱机构经第一通道与所述拇指结构连接,用于带动所述拇指结构向掌心方向转动;

6、所述第二绳驱机构经所述第二通道与所述食指结构连接,用于带动所述食指结构向所述掌心方向转动;

7、所述第三绳驱机构包括第三绳驱组件和三个联动绳索,三个所述联动绳索的一端与所述第三绳驱组件连接,另一端经三个所述联动通道,并分别与所述中指结构、所述无名指结构和所述尾指结构连接;其中,所述第三绳驱组件用于在所述手掌上沿背离所述食指结构的方向运动,以收紧三个所述联动绳索带动所述中指结构、所述无名指结构和所述尾指结构同时向所述掌心方向转动。

8、可选的,所述第三绳驱组件包括滑块、联动滑轮、第三驱动绳、第四驱动绳和驱动部件;

9、所述滑块可滑动的设置于所述手掌上,且与所述驱动部件连接,所述滑块上设置有所述联动滑轮,所述联动滑轮包括第一轮盘和第二轮盘,所述第三驱动绳绕设在所述第一轮盘上,且两端形成第一端和第二端,所述第四驱动绳的一端绕设在所述第二轮盘上;

10、其中,所述第一端、所述第二端和所述第四驱动绳的另一端形成三个所述联动绳索。

11、可选的,三个所述联动通道包括第三通道、第四通道和第五通道,所述第一端经所述第三通道与所述无名指结构连接,所述第二端经所述第四通道与所述尾指结构连接,所述第四驱动绳的另一端经所述第五通道与所述中指结构连接。

12、可选的,所述手掌上设置有滑轨,所述滑块可滑动的设置于所述滑轨上,所述驱动部件包括:

13、第三电机,设置于所述手掌上;

14、第三绕线轮,设置于所述第三电机的输出轴上;

15、滑轮结构,用于与所述滑块连接;

16、传动绳,一端绕设在所述第三绕线轮上,另一端与所述滑轮结构连接;

17、其中,所述第三电机收紧所述传动绳,所述传动绳通过所述滑轮结构拉动所述滑块在所述滑轨上沿背离所述食指结构的方向滑动,以收紧所述第三驱动绳和所述第四驱动绳,带动所述中指结构、所述无名指结构和所述尾指结构向所述掌心方向转动。

18、可选的,所述滑轮结构包括:

19、第一定滑轮,设置于所述手掌上,且与所述手掌转动连接;

20、第二定滑轮,设置于所述手掌上,且与所述手掌转动连接,并位于所述滑轨的一侧;

21、第三定滑轮,设置于所述滑块上,且与所述滑块转动连接;

22、第四定滑轮,设置于所述手掌上,且与所述手掌转动连接,并位于所述滑轨的另一侧,所述第二定滑轮和所述第四定滑轮平行布置;

23、第五定滑轮,设置于所述手掌上,且与所述手掌转动连接;

24、其中,所述传动绳依次绕设在所述第一定滑轮的上侧、所述第二定滑轮的下侧、所述第三定滑轮的上侧和所述第四定滑轮的下侧,并与所述第五定滑轮连接。

25、可选的,所述拇指结构包括拇指第一指节、拇指第二指节、拇指第三指节、拇指驱动绳和拇指复位绳;

26、所述拇指第一指节的一端设置于所述手掌上,另一端与所述拇指第二指节铰接,所述拇指第二指节与所述拇指第三指节铰接,所述拇指第一指节、所述拇指第二指节和所述拇指第三指节上均设置有用于供所述拇指驱动绳通过的拇指第一通道,所述拇指第二指节和所述拇指第三指节上均设置有用于供所述拇指复位绳通过的拇指第二通道;

27、所述拇指驱动绳的一端与所述第一绳驱机构连接,所述拇指驱动绳的另一端穿过所述拇指第一通道,并与所述拇指第三指节连接;所述拇指第三指节内设置可拆卸的拇指复位件,所述拇指复位绳的一端与所述拇指第二指节连接,另一端穿过所述拇指第二通道,并与所述拇指复位件连接;

28、其中,所述第一绳驱机构用于收紧所述拇指驱动绳以弯曲所述拇指第二指节和所述拇指第三指节,所述拇指复位绳拉动所述拇指复位件压缩弹性势能;当所述第一绳驱机构释放所述拇指驱动绳,所述拇指复位件释放弹性势能拉动所述拇指复位绳,以展开所述拇指第二指节和所述拇指第三指节。

29、可选的,所述拇指结构还包括用于固定所述拇指复位绳的拇指锁紧件,所述拇指第二指节内设置拇指调节槽,所述拇指复位绳的一端伸入至所述拇指调节槽内,并绕设在所述拇指锁紧件上,所述拇指锁紧件固定在所述拇指调节槽内。

30、可选的,所述食指结构包括食指第一指节、食指第二指节、食指第三指节、食指第四指节、食指驱动绳和食指复位绳;

31、所述食指第一指节的一端设置于所述手掌上,另一端与所述食指第二指节铰接,所述食指第二指节、所述食指第三指节和所述食指第四指节依次铰接,所述食指第一指节、所述食指第二指节、所述食指第三指节和所述食指第四指节内均设置有用于供所述食指驱动绳通过的食指第一通道,所述食指第二指节、所述食指第三指节和所述食指第四指节内设置有用于供所述食指复位绳通过的食指第二通道;

32、所述食指驱动绳的一端与所述第二绳驱机构连接,另一端穿过所述食指第一通道,并与所述食指第四指节连接;

33、所述食指第四指节内设置可拆卸的食指复位件,所述食指复位绳的一端与所述食指第二指节连接,另一端穿过所述食指第二通道,并与所述食指复位件连接;

34、其中,所述第二绳驱机构用于收紧所述食指驱动绳以弯曲所述食指第三指节和所述食指第四指节,所述食指复位绳拉动所述食指复位件压缩弹性势能;当所述第二绳驱机构释放所述食指驱动绳,所述食指复位件释放弹性势能拉动所述食指复位绳,以展开所述食指第三指节和所述食指第四指节。

35、可选的,所述食指第一指节上设置转轴,所述转轴与所述食指第二指节转动连接,且两端均留有空隙,两个所述空隙内均设置有扭簧,两个所述扭簧的扭力方向互不相同。

36、一种仿生灵巧手的控制方法,所述控制方法应用至如上述任意一项技术方案所述的仿生灵巧手,所述控制方法包括:

37、接收动作指令;

38、基于所述动作指令确定对应的所述第一绳驱机构、所述第二绳驱机构和所述第三绳驱机构,以带动所述仿生灵巧手弯曲至目标位置。

39、有益效果:

40、本发明提供了一种仿生灵巧手及其控制方法,通过设置第一绳驱机构、第二绳驱机构和第三绳驱机构,仅通过三个驱动即可驱动五根手指的收展动作,减少对手掌内部空间的占用,以减少手掌的厚度和宽度,使得设计更加符合人体工学,提高了仿生灵巧手的集成度,有效降低成本。本发明的食指结构与第一绳驱机构连接,拇指结构和第二绳驱机构连接,都是采用单独驱动直接控制的方式,省去了中间的传动环节,减少传动过程中的能量损失和误差累积,能够实现更精确的位置控制,提高了仿生灵巧手的灵活性。


技术特征:

1.一种仿生灵巧手,其特征在于,包括手掌,以及依次与所述手掌铰接的拇指结构、食指结构、中指结构、无名指结构和尾指结构,还有设置在所述手掌上第一绳驱机构、第二绳驱机构和第三绳驱机构;

2.根据权利要求1所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述第三绳驱组件包括滑块、联动滑轮、第三驱动绳、第四驱动绳和驱动部件;

3.根据权利要求2所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,三个所述联动通道包括第三通道、第四通道和第五通道,所述第一端经所述第三通道与所述无名指结构连接,所述第二端经所述第四通道与所述尾指结构连接,所述第四驱动绳的另一端经所述第五通道与所述中指结构连接。

4.根据权利要求3所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述手掌上设置有滑轨,所述滑块可滑动的设置于所述滑轨上,所述驱动部件包括:

5.根据权利要求4所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述滑轮结构包括:

6.根据权利要求1所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述拇指结构包括拇指第一指节、拇指第二指节、拇指第三指节、拇指驱动绳和拇指复位绳;

7.根据权利要求6所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述拇指结构还包括用于固定所述拇指复位绳的拇指锁紧件,所述拇指第二指节内设置拇指调节槽,所述拇指复位绳的一端伸入至所述拇指调节槽内,并绕设在所述拇指锁紧件上,所述拇指锁紧件固定在所述拇指调节槽内。

8.根据权利要求1所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述食指结构包括食指第一指节、食指第二指节、食指第三指节、食指第四指节、食指驱动绳和食指复位绳;

9.根据权利要求8所述的一种仿生灵巧手,其特征在于,所述食指第一指节上设置转轴,所述转轴与所述食指第二指节转动连接,且两端均留有空隙,两个所述空隙内均设置有扭簧,两个所述扭簧的扭力方向互不相同。

10.一种仿生灵巧手的控制方法,所述控制方法应用至如权利要求1至9任意一项所述的仿生灵巧手,其特征在于,所述控制方法包括:


技术总结
本发明涉及机械手领域,公开了一种仿生灵巧手及其控制方法,包括依次铰接在手掌上的拇指结构、食指结构、中指结构、无名指结构和尾指结构,还包括设置在所述手掌上第一绳驱机构、第二绳驱机构和第三绳驱机构,第三绳驱机构包括第三绳驱组件和三个联动绳索,三个联动绳索的一端与第三绳驱组件连接,另一端经三个联动通道,并分别与中指结构、无名指结构和尾指结构连接;其中,第三绳驱组件用于在手掌上沿背离食指结构的方向运动,以收紧三个联动绳索带动中指结构、无名指结构和尾指结构同时向掌心方向转动。本发明通过三个驱动控制五根手指的收展动作,减少对手掌内部空间的占用,使得设计更加符合人体工学,提高了仿生灵巧手的集成度。

技术研发人员:李辉,周航,龙俊辉,李展达,汤勇
受保护的技术使用者:深圳大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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