一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置

1.本发明涉及机器人手指结构技术领域，更具体的说是涉及一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置。


背景技术：

2.随着机器人技术的发展，逐渐用刚性连杆代替人体骨骼，转动副代替人体各关节，驱动元件代替人体肌肉群，从而创造出了一种和人类外形、结构、功能等相似，能与人类协作完成任务的机器人——仿人机器人。由于手是人类日常生活中，探索自然界奥秘最常用的器官之一，因此对仿人手指装置的研究具有一定的重要性和相当大的应用价值。
3.但是目前仿人手指装置联动方式主要分为线驱动和连杆驱动，线驱动手指装置虽然质量轻，占用空间小，但是有抓持力不足，传动效率低的缺点，而由传统刚性杆件与刚性关节的仿人手指装置虽然抓取力强，运动位置准确，可靠性强，但是一般适应性差，难以贴合不同形状物体的表面以增加接触面积。
4.因此，提供一种兼具抓取力、稳定性和适应性的基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，利用张拉整体结构质量轻，自稳定和适应性的特点，解决现有机器人手指抓取力、稳定性和适应性不能兼顾的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，包括第一四连杆机构、第三四连杆机构、耦合杆组件、第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构；所述第一四连杆机构与所述第三四连杆机构铰接，并通过所述耦合杆组件传动连接；所述第一两杆张拉适应性机构安装在所述第一四连杆机构上；所述第二两杆张拉适应性机构安装在所述第三四连杆机构上。
8.进一步的，所述第一四连杆机构包括基座、掌指关节件、第一指段、第一连杆和第二连杆；所述基座上安装有由电机驱动的第一转动轴；所述掌指关节件固定在所述基座上；所述第一指段通过第一关节轴与所述掌指关节件铰接；所述第一转动轴依次通过所述第一连杆和所述第二连杆与所述第一指段传动连接；
9.所述耦合杆组件包括第一耦合杆、第一耦合轴和第二耦合轴；所述第一耦合轴安装在所述第二指段开设的第一轴孔上，且贯穿所述近端指间关节件开设的位移槽；所述第二耦合轴安装在所述第三指段开设的第二轴孔上；所述第一耦合杆的一端铰接在所述掌指关节件上，所述第一耦合杆的另一端安装在所述第一耦合轴上；
10.所述第三四连杆机构包括第二指段、近端指关节件、远端指关节件、第三指段和第二耦合杆；所述近端指关节件固定在所述第一指段上；所述远端指关节件固定在所述第二
指段上；所述第二指段通过第二关节轴与所述近端指关节件铰接；所述第三指段通过第三关节轴与所述远端指关节件铰接；所述第二耦合杆的一端铰接在所述近端指关节件上，所述第二耦合杆的另一端安装在所述第二耦合轴上；
11.所述第一指段、所述掌指关节、所述第一耦合杆和所述第二指段组成第二四连杆机构；
12.所述第一关节轴、所述第二关节轴和所述第三关节轴中心线平行分布。
13.进一步的，所述第一两杆张拉适应性机构和所述第二两杆张拉适应性机构的结构相同，均包括第一滑动轴、第一滑块、第二滑块、第一拉簧、接触段和交叉杆组件，所述第一两杆张拉适应性机构的所述第一滑动轴安装在所述第一指段的内部，所述第二两杆张拉适应性机构的所述第一滑动轴安装在所述第二指段的内部；所述第一滑块和所述第二滑块间隔安装在所述第一滑动轴上；所述第一拉簧套合在所述第一滑动轴上且位于所述第一滑块和所述第二滑块之间；所述接触段通过所述第一交叉杆组件与所述第一滑块及所述第二滑块连接。
14.进一步的，所述第一交叉杆组件包括第一杆件、第二杆件、第二拉簧和第三拉簧，所述第一杆件一端铰接在所述第一滑块上，所述第一杆件的另一端铰接在所述接触段内壁上；所述第二杆件一端铰接在所述第二滑块上，所述第二杆件另一端铰接在所述接触段内壁上，并且所述第二杆件与所述第一杆件交叉分布；所述第二拉簧一端固定在所述第一杆件与所述第一滑块的铰接处，所述第二拉簧另一端固定在所述第一杆件与所述接触段内壁铰接处；所述第三拉簧一端固定在所述第二杆件与所述第二滑块的铰接处，所述第三拉簧另一端固定在所述第二杆件与所述接触段内壁铰接处。
15.进一步的，所述第一两杆张拉适应性机构还包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和所述第二限位块均固定在所述第一指段上，且所述第一限位块的侧面与所述第一滑块相贴合，所述第二限位块的侧面与所述第二滑块相贴合。
16.由此可知，本发明提供了一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，与现有技术相较而言，本发明指段与指关节之间形成的第一四连杆机构、第二四连杆机构和第三四连杆机构能够实现仿人手指的屈曲和伸展运动，同时利用两杆张拉整体结构的适应性，通过第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构，形成对不同物体形状的适应性抓取，在连杆机构提供较大抓取力和可靠性的同时，又可以通过张拉机构自适应抓取不同形状物体，控制容易，制造和维修成本低，适用于需要抓取功能的机器人。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1附图为本发明提供的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置的立体结构示意图；
19.图2附图为本发明提供的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置的侧视图；
20.图3附图为本发明提供的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置屈曲状态的结构示意图；
21.图4附图为本发明提供的第一两杆张拉适应性机构在极限压缩状态的结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.如图1-4所示，本发明实施例公开了一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，包括第一四连杆机构、第三四连杆机构、耦合杆组件、第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构；第一四连杆机构与第三四连杆机构铰接，并通过耦合杆组件传动连接；第一两杆张拉适应性机构安装在第一四连杆机构上；第二两杆张拉适应性机构安装在第三四连杆机构上。本发明指段与指关节之间形成的第一四连杆机构、第三四连杆机构能够实现仿人手指的屈曲和伸展运动，同时利用两杆张拉整体结构的适应性，通过第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构，形成对不同物体形状的适应性抓取，在连杆机构提供较大抓取力和可靠性的同时，又可以通过张拉机构自适应抓取不同形状物体，控制容易，制造和维修成本低，适用于需要抓取功能的机器人。
24.具体的，第一四连杆机构包括基座1、掌指关节件2、第一指段3、第一连杆4和第二连杆5；基座1上安装有由电机驱动的第一转动轴6；掌指关节件2固定在基座1上；第一指段3通过第一关节轴7与掌指关节件2铰接；第一转动轴6 依次通过第一连杆4和第二连杆5与第一指段3传动连接；
25.耦合杆组件包括第一耦合杆14、第一耦合轴15和第二耦合轴17；第一耦合轴15安装在第二指段8开设的第一轴孔上，且贯穿近端指间关节件9开设的位移槽；第二耦合轴17安装在第三指段11开设的第二轴孔上；第一耦合杆14 的一端铰接在掌指关节件2上，第一耦合杆14的另一端安装在第一耦合轴15 上；
26.第三四连杆机构包括第二指段8、近端指关节件9、远端指关节件10、第三指段11和第二耦合杆16；近端指关节件9固定在第一指段3上；远端指关节件10固定在第二指段8上；第二指段8通过第二关节轴12与近端指关节件9铰接；第三指段11通过第三关节轴13与远端指关节件10铰接；第二耦合杆16的一端铰接在近端指关节件9上，第二耦合杆16的另一端安装在第二耦合轴17 上；
27.第一指段3、掌指关节2、第一耦合杆14和第二指段8组成第二四连杆机构；
28.第一关节轴7、第二关节轴12和第三关节轴13中心线平行分布。
29.具体的，第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构的结构相同，均包括第一滑动轴18、第一滑块19、第二滑块20、第一拉簧21、接触段 22和交叉杆组件，第一两杆张拉适应性机构的第一滑动轴18安装在第一指段3 的内部，第二两杆张拉适应性机构的第一滑动轴安装在第二指段8的内部；第一滑块19和第二滑块20间隔安装在第一滑动轴18上；第一拉簧21套合在第一滑动轴18上且位于第一滑块19和第二滑块20之间；接触段22通
过第一交叉杆组件与第一滑块19及第二滑块20连接。
30.具体的，第一交叉杆组件包括第一杆件23、第二杆件24、第二拉簧25和第三拉簧26，第一杆件23一端铰接在第一滑块19上，第一杆件23的另一端铰接在接触段22内壁上；第二杆件24一端铰接在第二滑块20上，第二杆件14另一端铰接在接触段22内壁上，并且第二杆件24与第一杆件23交叉分布；第二拉簧25一端固定在第一杆件23与第一滑块19的铰接处，第二拉簧25另一端固定在第一杆件23与接触段22内壁铰接处；第三拉簧26一端固定在第二杆件24 与第二滑块20的铰接处，第三拉簧26另一端固定在第二杆件24与接触段22内壁铰接处。
31.具体的，第一两杆张拉适应性机构还包括第一限位块27和第二限位块28，第一限位块27和第二限位块28均固定在第一指段3上，且第一限位块27的侧面与第一滑块19相贴合，第二限位块28的侧面与第二滑块20相贴合。
32.本发明的工作原理为：
33.电机驱动第一转动轴6，第一连杆4与第一转动轴6相连，带动第一连杆 4绕第一转动轴6转动，在第二连杆5的作用下，带动第一指段3绕第一关节轴7转动，第一指段3的转动带动第一耦合轴15在近端指间关节件9上开设的位移槽中转动，从而带动第二指段8在第二关节轴12作用下绕近端指间关节件9转动，进而带动第三指段11绕第三关节轴13转动，以上过程实现了手指装置的屈曲过程，电机反转，实现手指伸展运动；
34.当接触段22没有接触物体时，由于张拉整体结构自稳定特性，其结构稳定，且第一滑块19内表面与第一限位块27贴合，第二滑块20内表面与第二限位块28贴合，限制了其转动自由度，在屈曲的过程中，当接触段22接触到物体时，第一杆件23和第二杆件24持续压缩，第一滑块19和第二滑块20 沿第一滑动轴18的中心线持续位移，第一拉簧21拉伸量增加，第二拉簧25 和第三拉簧26拉伸量减少，接触段22在一个平面转动，可以实现贴合不同形状的物体表面，当手指完成伸展过程后，接触段22不再受力，由于张拉整体结构的自稳定特性，两杆张拉适应性机构恢复到初始的形状。
35.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
36.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，其特征在于，包括第一四连杆机构、第三四连杆机构、耦合杆组件、第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构；所述第一四连杆机构与所述第三四连杆机构铰接，并通过所述耦合杆组件传动连接；所述第一两杆张拉适应性机构安装在所述第一四连杆机构上；所述第二两杆张拉适应性机构安装在所述第三四连杆机构上。2.根据权利要求1所述的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，其特征在于，所述第一四连杆机构包括基座、掌指关节件、第一指段、第一连杆和第二连杆；所述基座上安装有由电机驱动的第一转动轴；所述掌指关节件固定在所述基座上；所述第一指段通过第一关节轴与所述掌指关节件铰接；所述第一转动轴依次通过所述第一连杆和所述第二连杆与所述第一指段传动连接；所述耦合杆组件包括第一耦合杆、第一耦合轴和第二耦合轴；所述第一耦合轴安装在所述第二指段开设的第一轴孔上，且贯穿所述近端指间关节件开设的位移槽；所述第二耦合轴安装在所述第三指段开设的第二轴孔上；所述第一耦合杆的一端铰接在所述掌指关节件上，所述第一耦合杆的另一端安装在所述第一耦合轴上；所述第三四连杆机构包括第二指段、近端指关节件、远端指关节件、第三指段和第二耦合杆；所述近端指关节件固定在所述第一指段上；所述远端指关节件固定在所述第二指段上；所述第二指段通过第二关节轴与所述近端指关节件铰接；所述第三指段通过第三关节轴与所述远端指关节件铰接；所述第二耦合杆的一端铰接在所述近端指关节件上，所述第二耦合杆的另一端安装在所述第二耦合轴上；所述第一指段、所述掌指关节、所述第一耦合杆和所述第二指段组成第二四连杆机构；所述第一关节轴、所述第二关节轴和所述第三关节轴中心线平行分布。3.根据权利要求2所述的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，其特征在于，所述第一两杆张拉适应性机构和所述第二两杆张拉适应性机构的结构相同，均包括第一滑动轴、第一滑块、第二滑块、第一拉簧、接触段和交叉杆组件，所述第一两杆张拉适应性机构的所述第一滑动轴安装在所述第一指段的内部，所述第二两杆张拉适应性机构的所述第一滑动轴安装在所述第二指段的内部；所述第一滑块和所述第二滑块间隔安装在所述第一滑动轴上；所述第一拉簧套合在所述第一滑动轴上且位于所述第一滑块和所述第二滑块之间；所述接触段通过所述第一交叉杆组件与所述第一滑块及所述第二滑块连接。4.根据权利要求3所述的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，其特征在于，所述第一交叉杆组件包括第一杆件、第二杆件、第二拉簧和第三拉簧，所述第一杆件一端铰接在所述第一滑块上，所述第一杆件的另一端铰接在所述接触段内壁上；所述第二杆件一端铰接在所述第二滑块上，所述第二杆件另一端铰接在所述接触段内壁上，并且所述第二杆件与所述第一杆件交叉分布；所述第二拉簧一端固定在所述第一杆件与所述第一滑块的铰接处，所述第二拉簧另一端固定在所述第一杆件与所述接触段内壁铰接处；所述第三拉簧一端固定在所述第二杆件与所述第二滑块的铰接处，所述第三拉簧另一端固定在所述第二杆件与所述接触段内壁铰接处。5.根据权利要求4所述的一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，其特征在于，所述第一两杆张拉适应性机构还包括第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和所述第二限位块均固定在所述第一指段上，且所述第一限位块的侧面与所述第一滑块相贴合，所
述第二限位块的侧面与所述第二滑块相贴合。

技术总结
本发明公开了一种基于两杆张拉适应性机构的仿人手指装置，包括第一四连杆机构、第二四连杆机构，第三四连杆机构，耦合杆组件、第一两杆张拉适应性机构和第二两杆张拉适应性机构；第一四连杆机构与第三四连杆机构铰接，并通过耦合杆组件传动连接；第一两杆张拉适应性机构安装在第一四连杆机构上；第二两杆张拉适应性机构安装在第三四连杆机构上。本发明指段与指关节之间形成的四连杆机构能够实现仿人手指的屈曲和伸展运动，同时利用两杆张拉整体结构的适应性，通过两杆张拉适应性机构形成对不同物体形状的适应性抓取，在连杆机构提供较大抓取力和可靠性的同时，又可以通过张拉机构自适应抓取不同形状物体，制造和维修成本低。制造和维修成本低。制造和维修成本低。


技术研发人员：孙建伟 李雨峰 董家麟 朱铁林 王金朔
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/3/8