本發(fā)明涉及機(jī)器人，尤其涉及一種空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)及人形手。
背景技術(shù)：
1、人形機(jī)器人相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，其中靈巧手是人形機(jī)器人的核心執(zhí)行系統(tǒng)之一。靈巧手可以模仿人類手部的復(fù)雜動(dòng)作，從而完成復(fù)雜的抓取、控制、調(diào)整物品的任務(wù)。機(jī)器人靈巧手的研究是開發(fā)智能人形機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中核心指標(biāo)包括靈巧手的手指指尖壓力、抓取力和自由度數(shù)量與自由度范圍。
2、目前，現(xiàn)有靈巧手機(jī)構(gòu)的手指壓力和靈巧程度均有所限制，極少存在既有較大自由度的，又有較強(qiáng)手指指尖力的靈巧手機(jī)構(gòu)。而傳統(tǒng)靈巧手通常采用線驅(qū)動(dòng)或電機(jī)及減速器的穩(wěn)定減速比驅(qū)動(dòng)，不具有多變的力矩性能，導(dǎo)致抓握過程中力矩不夠的情況，使得在抓握物品的過程中會出現(xiàn)抓握不緊的問題。而直接通過各個(gè)關(guān)節(jié)所需的力矩參數(shù)來選擇對應(yīng)的力學(xué)性能的電機(jī)會在成本和設(shè)計(jì)中存在諸多困難。
3、因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種具有較大自由度、較強(qiáng)手指指尖力、多變力矩的空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何增加人形機(jī)器人人形手的自由度，增大其手指的指尖力，提高其力矩的多變性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，包括手掌固定件，依次設(shè)置于所述手掌固定件上的大拇指模塊和四指模塊，分別設(shè)置于所述大拇指模塊和四指模塊上的并聯(lián)連桿系，通過并聯(lián)連桿系實(shí)現(xiàn)人形手多自由度、多指尖力、多力矩的抓握運(yùn)動(dòng)。
3、進(jìn)一步地，所述大拇指模塊包括依次相連接的大拇指指尖指節(jié)子模塊和大拇指指根，所述大拇指模塊通過所述大拇指指根設(shè)置在所述手掌固定件上。
4、進(jìn)一步地，所述大拇指指根包括依次相連接的大拇指指根動(dòng)力源、大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件、大拇指指根并聯(lián)連桿系和設(shè)置在所述大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件上的大拇指指根角度電位器。
5、進(jìn)一步地，所述大拇指指根動(dòng)力源為直流電機(jī)，緊密排布設(shè)置于手掌根部，所述大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件包括依次相連接的錐齒輪系、側(cè)置的圓柱齒輪系，所述大拇指指根并聯(lián)連桿系為空間并聯(lián)四連桿系，所述大拇指指根并聯(lián)連桿系包括主動(dòng)連桿和從動(dòng)連桿，所述主動(dòng)連桿和所述從動(dòng)連桿同軸設(shè)置，其轉(zhuǎn)軸具有2個(gè)自由度，采用虎克鉸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。
6、進(jìn)一步地，所述大拇指指尖指節(jié)子模塊包括依次相連接的大拇指指尖和大拇指指節(jié)，設(shè)置在所述大拇指指節(jié)內(nèi)部的大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力源、設(shè)置在所述大拇指指節(jié)上的大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件和設(shè)置在所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件上的大拇指指尖指節(jié)角度電位器；所述大拇指指尖是軟膠墊，所述大拇指指尖和所述大拇指指節(jié)共用動(dòng)力源，所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力源是直流電機(jī)，所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件是錐齒輪系或皇冠齒輪系。
7、進(jìn)一步地，所述四指模塊包括依次相連接的四指指尖指節(jié)子模塊和四指指根，所述四指模塊通過所述四指指根設(shè)置在所述手掌固定件上。
8、進(jìn)一步地，所述四指指根包括依次相連接的四指指根動(dòng)力源、四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件、四指指根并聯(lián)連桿系和設(shè)置在四指指根動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)部件上的四指指根角度電位器，所述四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件和所述四指指根并聯(lián)連桿系的所有運(yùn)動(dòng)部分均同側(cè)聚集設(shè)置，在所述四指指根兩側(cè)均設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)。
9、進(jìn)一步地，所述四指指根動(dòng)力源為直流電機(jī)，且為雙電機(jī)，所述四指指根關(guān)節(jié)并聯(lián)部分的雙電機(jī)為緊密排布設(shè)置，所述四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件是錐齒輪系和側(cè)置的圓柱齒輪系，所述圓柱齒輪系傳動(dòng)比為1:1，所述四指指根并聯(lián)連桿系是空間并聯(lián)四連桿系，所述四指指根并聯(lián)連桿系包括主動(dòng)連桿和從動(dòng)連桿，所述主動(dòng)連桿和所述從動(dòng)連桿同軸設(shè)置，所述四指模塊關(guān)節(jié)根部通過球鉸進(jìn)行連接，所述球鉸采用銅套嵌套鋼球結(jié)構(gòu)，所述四指指根關(guān)節(jié)采用虎克鉸連接。
10、進(jìn)一步地，所述四指指尖指節(jié)子模塊包括依次相連接的四指指尖和四指指節(jié)、設(shè)置在指節(jié)內(nèi)部的四指指尖指節(jié)動(dòng)力源、四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件、四指指尖指節(jié)并聯(lián)連桿系和設(shè)置在四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件上的四指指尖指節(jié)角度電位器；所述四指指尖是軟膠墊，所述四指指尖和所述四指指節(jié)相互耦合，所述四指指尖和所述四指指節(jié)共用動(dòng)力源，所述四指指尖指節(jié)動(dòng)力源是直流電機(jī)，所述四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件是錐齒輪系，所述四指指尖指節(jié)并聯(lián)連桿系是空間并聯(lián)四連桿系。
11、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種人形手，包括上述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，所述人形手手掌寬為100mm，所述大拇指模塊為1個(gè)，所述四指模塊為4個(gè)，所述大拇指模塊具有4個(gè)主動(dòng)自由度，所述四指模塊具有3個(gè)主動(dòng)自由度，所述人形手具有16個(gè)主動(dòng)自由度和4個(gè)被動(dòng)自由度，所述人形手用于人形機(jī)器人或作為人體假肢。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，手掌寬100mm，整手尺寸接近人手；動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好，驅(qū)動(dòng)繩傳動(dòng)延遲≤50ms，信號輸入至末端位移達(dá)穩(wěn)態(tài)的90％，能夠確保實(shí)時(shí)操作的同步性；具有較好的負(fù)載能力，手指指尖壓力≥10n，末端指尖力隨抓握動(dòng)作而實(shí)時(shí)變化；動(dòng)作靈巧，單個(gè)手指至少具有3主動(dòng)自由度，手指具有16個(gè)主動(dòng)自由度，4個(gè)被動(dòng)自由度，可以執(zhí)行多種對指運(yùn)動(dòng)。
13、以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
1.一種空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括手掌固定件，依次設(shè)置于所述手掌固定件上的大拇指模塊和四指模塊，分別設(shè)置于所述大拇指模塊和四指模塊上的并聯(lián)連桿系，通過并聯(lián)連桿系實(shí)現(xiàn)人形手多自由度、多指尖力、多力矩的抓握運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述大拇指模塊包括依次相連接的大拇指指尖指節(jié)子模塊和大拇指指根，所述大拇指模塊通過所述大拇指指根設(shè)置在所述手掌固定件上。
3.如權(quán)利要求2所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述大拇指指根包括依次相連接的大拇指指根動(dòng)力源、大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件、大拇指指根并聯(lián)連桿系和設(shè)置在所述大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件上的大拇指指根角度電位器。
4.如權(quán)利要求3所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述大拇指指根動(dòng)力源為直流電機(jī)，緊密排布設(shè)置于手掌根部，所述大拇指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件包括依次相連接的錐齒輪系、側(cè)置的圓柱齒輪系，所述大拇指指根并聯(lián)連桿系為空間并聯(lián)四連桿系，所述大拇指指根并聯(lián)連桿系包括主動(dòng)連桿和從動(dòng)連桿，所述主動(dòng)連桿和所述從動(dòng)連桿同軸設(shè)置，其轉(zhuǎn)軸具有2個(gè)自由度，采用虎克鉸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述大拇指指尖指節(jié)子模塊包括依次相連接的大拇指指尖和大拇指指節(jié)，大拇指指尖是軟膠墊，設(shè)置在所述大拇指指節(jié)內(nèi)部的大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力源、設(shè)置在所述大拇指指節(jié)上的大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件和設(shè)置在所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件上的大拇指指尖指節(jié)角度電位器；所述大拇指指尖和所述大拇指指節(jié)共用動(dòng)力源，所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力源是直流電機(jī)，所述大拇指指尖指節(jié)動(dòng)力傳動(dòng)部件是錐齒輪系或皇冠齒輪系。
6.如權(quán)利要求1所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述四指模塊包括依次相連接的四指指尖指節(jié)子模塊和四指指根，所述四指模塊通過所述四指指根設(shè)置在所述手掌固定件上。
7.如權(quán)利要求6所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述四指指根包括依次相連接的四指指根動(dòng)力源、四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件、四指指根并聯(lián)連桿系和設(shè)置在四指指根動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)部件上的四指指根角度電位器，所述四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件和所述四指指根并聯(lián)連桿系的所有運(yùn)動(dòng)部分均同側(cè)聚集設(shè)置，在所述四指指根兩側(cè)均設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述四指指根動(dòng)力源為直流電機(jī)，且為雙電機(jī)，所述四指指根關(guān)節(jié)并聯(lián)部分的雙電機(jī)為緊密排布設(shè)置，所述四指指根動(dòng)力傳動(dòng)部件是錐齒輪系和側(cè)置的圓柱齒輪系，所述圓柱齒輪系傳動(dòng)比為1:1，所述四指指根并聯(lián)連桿系是空間并聯(lián)四連桿系，所述四指指根并聯(lián)連桿系包括主動(dòng)連桿和從動(dòng)連桿，所述主動(dòng)連桿和所述從動(dòng)連桿同軸設(shè)置，所述四指模塊關(guān)節(jié)根部通過球鉸進(jìn)行連接，所述球鉸采用銅套嵌套鋼球結(jié)構(gòu)，所述四指指根關(guān)節(jié)采用虎克鉸連接。
9.如權(quán)利要求6所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述四指指尖指節(jié)子模塊包括依次相連接的四指指尖和四指指節(jié)、設(shè)置在指節(jié)內(nèi)部的四指指尖指節(jié)動(dòng)力源、四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件、四指指尖指節(jié)并聯(lián)連桿系和設(shè)置在四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件上的四指指尖指節(jié)角度電位器；所述四指指尖是軟膠墊，所述四指指尖和所述四指指節(jié)相互耦合，所述四指指尖和所述四指指節(jié)共用動(dòng)力源，所述四指指尖指節(jié)動(dòng)力源是直流電機(jī)，所述四指指尖指節(jié)動(dòng)力傳遞部件是錐齒輪系，所述四指指尖指節(jié)并聯(lián)連桿系是空間并聯(lián)四連桿系。
10.一種人形手，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述空間并聯(lián)連桿手機(jī)構(gòu)，所述人形手手掌寬為100mm，所述大拇指模塊為1個(gè)，所述四指模塊為4個(gè)，所述大拇指模塊具有4個(gè)主動(dòng)自由度，所述四指模塊具有3個(gè)主動(dòng)自由度，所述人形手具有16個(gè)主動(dòng)自由度和4個(gè)被動(dòng)自由度，所述人形手用于人形機(jī)器人或作為人體假肢。