專利名稱：水下柔性靈巧機械手的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人靈巧手，具體地說是涉及具有手指關節、手腕關節、小臂關節、大臂關節和臂肩關節的一種水下柔性靈巧機械手。
背景技術：
隨著人類對海洋開發及利用的廣度和深度的增加，水下機器人將是人類開發和利用海洋的重要工具。水下機械手是水下機器人的重要組成部分，如果沒有水下機械手，水下機器人難以完成復雜的水下作業。目前，大多數實際使用的水下機械手仍使用結構簡單的夾鉗式或平移式單自由度末端執行器夾持工件，已遠遠不能適應日益復雜的水下操作任務。美國NOSC在二十世紀七十年代研制了 WSP系統。WSP的末端執行器即手爪共有 15種，統一放置在工具庫中，作業時根據不同的作業對象選擇相應的手爪。上世紀90年代初，日本株式會社研制了一種三指機械手爪。該機械手爪只能實現利用手掌接觸的強力抓取，無法實現利用指尖接觸的精確抓取。1993至1999年，歐共體MAST開發了 AMADEUS深海機械手，用于水下科考中的礦物、生物等樣本的采集，AMADEUS手采用波紋管方式的手指，其手指的工作空間受到極大的限制。哈爾濱工程大學研制的SIWR II機械手爪，該手爪為單自由度，通過專用的聯接機構與機械臂對接，只能抓取特定形狀的物體，不能使用指尖精確抓取。2005年，合肥智能機械研究所研制了水下典型操作任務的智能型機械手爪。該手爪有三個手指，手指采用平行四連桿機構實現運動，三指沿圓形手掌隔120度均勻分布，三個手指由一個電機同時驅動。從運動學角度分析，該手還不具備靈巧性特征，功能有限。

發明內容
為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種水下柔性靈巧機械手。本發明采用的技術方案是
本發明包括結構相同的三個柔性手指、手腕、小臂、大臂和臂肩；三個柔性手指均布在手腕的上端盤，手腕的下端盤與小臂固連，小臂U型叉轉動連接大臂的一端，大臂的另一端與臂肩的臂肩U型叉轉動連接。所述的手腕包括上端盤、下端盤、二根手腕肌肉管、二根手腕肌肉管頭、銷軸和手指肌肉管頭；三個柔性手指均布插入手腕的上端盤，與三個柔性手指密封連接的手指肌肉管頭固連穿過上端盤；上端盤經銷軸轉動連接下端盤；二根手腕肌肉管分別對稱插入上端盤和下端盤，與二根手腕肌肉管密封連接的二根手腕肌肉管頭固連穿過下端盤。所述的小臂包括小臂體、固定螺栓、小臂U型叉和小臂軸；手腕的下端盤經固定螺栓與小臂體固連；小臂體和小臂U型叉焊接為一體；小臂U型叉經小臂軸轉動連接在大臂的一端外側。
所述的大臂包括大臂體、同步帶輪、同步帶、二根大臂肌肉管、二根大臂肌肉管頭、大臂電機、主動錐齒輪、從動錐齒輪和大臂軸；所述小臂軸的兩端與小臂U型叉固連，所述小臂軸轉動連接在大臂體的一端，所述小臂軸的中心固定有同步帶輪；帶動同步帶輪轉動的同步帶兩側分別與一根大臂肌肉管相連，大臂肌肉管和大臂肌肉管頭固定在大臂體內部中心的一側；大臂體內部中心的另一側固定大臂電機，固連在大臂電機上的主動錐齒輪與固連在大臂軸上從動錐齒輪嚙合；大臂軸轉動連接大臂體的另一端，大臂軸的兩端與臂肩U型叉固連。所述的臂肩包括臂肩U型叉、臂肩軸、聯軸器和臂肩電機；臂肩U型叉底部和臂肩軸焊接為一體；臂肩U型叉經大臂軸轉動連接在大臂體的另一端外側，臂肩軸經聯軸器與臂肩電機連接。本發明與現有技術相比，存在如下特點
I.本發明有手指關節、手腕關節、小臂關節、大臂關節和臂肩關節，增加了機械手的工作空間。
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2.本發明采用氣動柔性關節，能較好的實現機械手關節的運動，具有較好的靈巧性，操作靈活。3.本發明先通過小臂關節、大臂關節和臂肩關節的粗定位，再通過手腕關節和手指關節的精確定位，實現快速和精確得夾取水下物體。


圖I是本發明的總裝圖。圖2是本發明的手腕示意圖。圖3是本發明的小臂、大臂和臂肩的主視剖視裝配示意圖。圖4是本發明的小臂、大臂和臂肩的俯視裝配示意圖。圖中1.柔性手指，2.手腕，3.小臂，4.大臂，5 .臂肩，6.上端盤，7.下端盤，8.小臂U型叉，9.臂肩U型叉，10.手腕肌肉管，11.手腕肌肉管頭，12.銷軸，13.手指肌肉管頭，14.小臂體，15.固定螺栓，16.小臂軸，17.大臂體，18.同步帶輪，19.同步帶,20.大臂肌肉管,21.大臂肌肉管頭,22.大臂電機,23.主動錐齒輪,24.從動錐齒輪,25.大臂軸,26.臂肩軸,27.聯軸器,28.臂肩電機。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1，圖2，圖3、圖4所示，本發明包括結構相同的三個柔性手指I、手腕2、小臂3、大臂4和臂肩5 ;三個柔性手指I均布在手腕2的上端盤6，手腕2的下端盤7與小臂3固連，小臂U型叉8轉動連接大臂4的一端，大臂4的另一端與臂肩U型叉9轉動連接，構成大臂關節。如圖2所示，手腕2包括上端盤6、下端盤7、二根手腕肌肉管10、二根手腕肌肉管頭11、銷軸12和手指肌肉管頭13 ;三個柔性手指I均布插入手腕2的上端盤6，與柔性手指I密封連接的手指肌肉管頭13固連穿過上端盤6，構成柔性手指關節；上端盤6經銷軸12轉動連接下端盤7，二根手腕肌肉管10分別對稱插入上端盤6和下端盤7，構成手腕關節；與二根手腕肌肉管10密封連接的二根手腕肌肉管頭11固連穿過下端盤7。如圖1，圖3，圖4所示，小臂3包括小臂體14、固定螺栓15、小臂U型叉8和小臂軸16 ;手腕2的下端盤7經固定螺栓15與小臂體14固連，小臂體14和小臂U型叉8焊接為一體；小臂U型叉8經小臂軸16轉動連接大臂4的一端外側，構小臂關節。如圖1，圖3，圖4所示，大臂4包括大臂體17、同步帶輪18、同步帶19、二根大臂肌肉管20、二根大臂肌肉管頭21、大臂電機22、主動錐齒輪23、從動錐齒輪24和大臂軸25 ；小臂軸16的兩端與小臂U型叉8固連，小臂軸16轉動連接大臂體4的一端，小臂軸16的中心固定有同步帶輪18 ;帶動同步帶輪18轉動的同步帶19兩側分別與一根大臂肌肉管20相連，大臂肌肉管20和大臂肌肉管頭21固定在大臂體17內部中心的一側；大臂體17內部中心的另一側固定大臂電機22，固連在大臂電機22上的主動錐齒輪23與固連在大臂軸25上從動錐齒輪24嚙合；大臂軸25轉動連接大臂體4的另一端，大臂軸25的兩端與臂肩U型叉9固連；二根大臂肌肉管20經同步帶19和同步帶輪18驅動小臂軸16，帶動小臂3轉動；大臂電機22經主動錐齒輪23和從動錐齒輪24驅動大臂軸25，帶動大臂4轉動。
如圖1，圖3，圖4所示,臂肩5包括臂肩U型叉9、臂肩軸26、聯軸器27和臂肩電機28;臂肩U型叉9底部和臂肩軸26焊接為一體；臂肩U型叉9經大臂軸25轉動連接在大臂體4的另一端外側，臂肩軸26經聯軸器27與臂肩電機28連接，構成臂肩關節。上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種水下柔性靈巧機械手，其特征在于包括結構相同的三個柔性手指(I)、手腕(2)、小臂(3)、大臂(4)和臂肩(5);三個柔性手指(I)均布在手腕(2)的上端盤(6)，手腕(2)的下端盤(7)與小臂(3)固連，小臂U型叉⑶轉動連接大臂⑷的一端，大臂⑷的另一端與臂肩(5)的臂肩U型叉(9)轉動連接。
2.根據權利要求I所述的一種水下柔性靈巧機械手，其特征在于所述的手腕(2)包括上端盤￠)、下端盤(7)、二根手腕肌肉管(10)、二根手腕肌肉管頭(11)、銷軸(12)和手指肌肉管頭(13);三個柔性手指⑴均布插入手腕⑵的上端盤(6)，與三個柔性手指(I)密封連接的手指肌肉管頭(13)固連穿過上端盤￠);上端盤(6)經銷軸(12)轉動連接下端盤⑵；二根手腕肌肉管(10)分別對稱插入上端盤(6)和下端盤(7)，與二根手腕肌肉管(10)密封連接的二根手腕肌肉管頭(11)固連穿過下端盤(7)。
3.根據權利要求I所述的一種水下柔性靈巧機械手，其特征在于所述的小臂(3)包括小臂體(14)、固定螺栓(15)、小臂U型叉⑶和小臂軸(16);手腕⑵的下端盤(7)經固定螺栓(15)與小臂體(14)固連；小臂體(14)和小臂U型叉⑶焊接為一體；小臂U型叉(8)經小臂軸(16)轉動連接在大臂(4)的一端外側。
4.根據權利要求I所述的一種水下柔性靈巧機械手，其特征在于所述的大臂(4)包括大臂體(17)、同步帶輪(18)、同步帶(19)、二根大臂肌肉管(20)、二根大臂肌肉管頭(21)、大臂電機(22)、主動錐齒輪(23)、從動錐齒輪(24)和大臂軸(25);所述小臂軸(16)的兩端與小臂U型叉(8)固連，所述小臂軸(16)轉動連接在大臂體(4)的一端，所述小臂軸(16)的中心固定有同步帶輪(18);帶動同步帶輪(18)轉動的同步帶(19)兩側分別與一根大臂肌肉管(20)相連，大臂肌肉管(20)和大臂肌肉管頭(21)固定在大臂體(17)內部中心的一側；大臂體(17)內部中心的另一側固定大臂電機(22)，固連在大臂電機(22)上的主動錐齒輪(23)與固連在大臂軸(25)上從動錐齒輪(24)嚙合；大臂軸(25)轉動連接大臂體(4)的另一端，大臂軸(25)的兩端與臂肩U型叉(9)固連。
5.根據權利要求I所述的一種水下柔性靈巧機械手，其特征在于所述的臂肩(5)包括臂肩U型叉(9)、臂肩軸(26)、聯軸器(27)和臂肩電機(28);臂肩U型叉(9)底部和臂肩軸(26)焊接為一體；臂肩U型叉(9)經大臂軸(25)轉動連接在大臂體(4)的另一端外偵牝臂肩軸(26)經聯軸器(27)與臂肩電機(28)連接。
全文摘要
本發明公開了一種水下柔性靈巧機械手。包括結構相同的三個柔性手指、手腕、小臂、大臂和臂肩；三個柔性手指均布在手腕的上端盤，手腕的下端盤與小臂固連，小臂U型叉轉動連接大臂的一端，大臂的另一端與臂肩的臂肩U型叉轉動連接。本發明有手指關節、手腕關節、小臂關節、大臂關節和臂肩關節，增加了機械手的工作空間；采用氣動柔性關節，能較好的實現機械手關節的運動，具有較好的靈巧性，操作靈活；先通過小臂關節、大臂關節和臂肩關節的粗定位，再通過手腕關節和手指關節的精確定位，實現快速和精確得夾取水下物體，具有較好的靈巧性。
文檔編號B25J9/08GK102794766SQ201210333298
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者楊文珍, 顏傳武, 吳新麗, 蔣金武, 邵明朝, 朱梁, 余嶺, 周江, 竺志超, 陳文華 申請人:浙江理工大學