本發(fā)明涉及仿生機器人，特別是涉及一種基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手。

背景技術(shù)：

1、隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，任務需求的復雜化、通用化和精細化引導了末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和控制的研究。其中，在結(jié)構(gòu)層面，具備仿生特征的各類執(zhí)行器性能探索是一個重要領(lǐng)域，而仿人型結(jié)構(gòu)因為其本身的靈活性和對交互場景的適應性得到廣泛研究。相應的，在控制層面，針對強力抓取和精細操作兩種代表性功能，相對于前者，基于逐漸進步的計算機技術(shù)進行的精細操作探索，提升執(zhí)行器功能的通用性和靈活性。

2、大部分仿人型靈巧手在設計過程中忽略了手掌可重構(gòu)性帶來的靈巧度提升，而在現(xiàn)有的手掌結(jié)構(gòu)設計中則存在仿生特征不足、自由度和驅(qū)動特性設置復雜程度兩極分化嚴重的情況，導致難以進行可靠手內(nèi)靈巧操作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提升靈活性和穩(wěn)定性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供一種基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，包括五指組件及手掌機構(gòu)；五指組件包括拇指、食指、中指、無名指和小指；手掌機構(gòu)包括底座、上連桿組件、下連桿組件、五個彎曲驅(qū)動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件和欠驅(qū)動彈性組件；五個所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)均轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件和所述下連桿組件，且驅(qū)動端分別連接于所述拇指、所述食指、所述中指、所述無名指和所述小指并能夠驅(qū)動對應手指彎曲活動；所述欠驅(qū)動彈性組件連接于各所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件連接于所述上連桿組件、所述下連桿組件和所述底座，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件能夠驅(qū)動所述上連桿組件和所述下連桿組件展開或收攏，以帶動各所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)和對應手指移動，且多個所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)之間相對移動能夠使所述欠驅(qū)動彈性組件發(fā)生彈性變形，以能夠驅(qū)動所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)帶動對應手指相對于所述上連桿組件和所述下連桿組件轉(zhuǎn)動。

4、優(yōu)選地，所述上連桿組件包括第一上連桿、第二上連桿、第三上連桿和第四上連桿，所述第一上連桿一端轉(zhuǎn)動設置有所述拇指，另一端與所述第二上連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述食指，所述第二上連桿另一端與所述第三上連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述中指，所述第三上連桿另一端與所述第四上連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述無名指，所述第四上連桿另一端轉(zhuǎn)動設置有所述小指；所述第一上連桿、所述第二上連桿、所述第三上連桿和所述第四上連桿的端部均轉(zhuǎn)動穿設有對應所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件連接與所述第一上連桿和所述第四上連桿，通過驅(qū)動所述第一上連桿和所述第四上連桿相對于所述底座轉(zhuǎn)動，以驅(qū)動所述第二上連桿和所述第三上連桿同步移動。

5、優(yōu)選地，所述下連桿組件包括與所述第一上連桿、所述第二上連桿、所述第三上連桿和所述第四上連桿分別相對的第一下連桿、第二下連桿、第三下連桿和第四下連桿；所述第一下連桿一端與一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述第二下連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)，所述第二下連桿另一端與所述第三下連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)，所述第三下連桿另一端與所述第四下連桿一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)；所述第四下連桿另一端與所述第四上連桿之間以及所述第一下連桿與所述第一上連桿之間轉(zhuǎn)動貫穿連接有所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件。

6、優(yōu)選地，所述欠驅(qū)動彈性組件包括連接環(huán)和五根第一彈性件，五根所述第一彈性件一端均連接于所述連接環(huán)，另一端分別固定連接于五個所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)，以使所述連接環(huán)能夠處于懸空狀態(tài)；所述上連桿組件和所述下連桿組件的活動能夠帶動所述第一彈性件發(fā)生彈性變形以能夠驅(qū)動對應所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)和手指同步轉(zhuǎn)動。

7、優(yōu)選地，所述拇指、所述食指、所述中指和所述無名指連接的所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)均設置為伸縮驅(qū)動機構(gòu)，并設置于所述上連桿組件和所述下連桿組件之間；所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)一端轉(zhuǎn)動連接于所述下連桿組件，另一端為所述驅(qū)動端，所述驅(qū)動端貫穿并轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件，所述驅(qū)動端與對應手指固定連接；所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)能夠伸縮驅(qū)動對應手指進行彎曲。

8、優(yōu)選地，所述拇指、所述食指、所述中指和所述無名指均包括第一底盤、推動桿、傳動桿、第一指節(jié)和第二指節(jié)，所述第一底盤轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件，所述推動桿置于所述第一底盤內(nèi)并與所述驅(qū)動端連接，所述第一指節(jié)一端的指腹側(cè)和指背側(cè)分別與所述第一底盤的指腹側(cè)和所述推動桿轉(zhuǎn)動連接，所述第一指節(jié)另一端與所述第二指節(jié)的指背側(cè)轉(zhuǎn)動連接，所述傳動桿的兩端分別轉(zhuǎn)動連接于所述第一底盤的指背側(cè)和所述第二指節(jié)的指腹側(cè)；所述驅(qū)動端能夠驅(qū)動所述推動桿直線移動，并在所述傳動桿的傳動配合下，驅(qū)動所述第一指節(jié)和所述第二指節(jié)彎曲。

9、優(yōu)選地，所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)設置為電缸機構(gòu)，所述電缸機構(gòu)能夠?qū)κ种高M行作用力控制和位置控制。

10、優(yōu)選地，所述小指連接的所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)包括連接筒、驅(qū)動繩和收放組件；所述連接筒一端貫穿且轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件，所述連接筒還固定連接于所述欠驅(qū)動彈性組件；所述收放組件設置于所述底座內(nèi)并用于收放所述驅(qū)動繩，所述驅(qū)動繩能夠貫穿所述連接筒并與所述小指進行連接；所述收放組件通過收放所述驅(qū)動繩以能夠?qū)λ鲂≈高M行彎曲驅(qū)動。

11、優(yōu)選地，所述小指包括第二底盤、第三指節(jié)、第四指節(jié)和第二彈性件，所述第二底盤轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件并與所述連接筒一端連接，所述第三指節(jié)兩端分別轉(zhuǎn)動連接于所述第二底盤和所述第四指節(jié)，且所述第三指節(jié)與所述第二底盤連接的指背側(cè)以及所述第三指節(jié)與所述第四指節(jié)連接的指背側(cè)均設置有所述第二彈性件；所述驅(qū)動繩能夠連接于所述第四指節(jié)的指腹側(cè)；所述驅(qū)動繩能夠收攏以對所述第四指節(jié)進行彎曲，并能夠?qū)λ龅诙椥约M行拉伸，以使所述第三指節(jié)發(fā)生彎曲，且所述驅(qū)動繩釋放后，所述第三指節(jié)和所述第四指節(jié)能夠在所述第二彈性件的回復力下進行回位。

12、優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件包括兩個旋轉(zhuǎn)舵機和兩個支撐桿，兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機均固定連接于所述上連桿組件，兩個所述支撐桿轉(zhuǎn)動貫穿所述下連桿組件并固定連接于所述底座，兩個所述支撐桿分別與兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機傳動連接；兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機能夠驅(qū)動所述上連桿組件和所述下連桿組件在平面內(nèi)展開或收攏。

13、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：

14、本發(fā)明提供的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，對手掌進行重構(gòu)設計，通過上連桿組件、下連桿組件以及五個彎曲驅(qū)動機構(gòu)形成仿生五連桿結(jié)構(gòu)設計，能夠依照仿生特性進行五根手指獨立控制彎曲驅(qū)動，并提升穩(wěn)定性；此外，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件通過對上連桿組件和下連桿組件進行展開或收攏的驅(qū)動，以能夠調(diào)整各手指的相對位置，并在欠驅(qū)動彈性組件的彈性力作用下，使彎曲驅(qū)動機構(gòu)帶動對應手指發(fā)生自適應轉(zhuǎn)動，即通過欠驅(qū)動彈性組件，保證手指自由度的同時，增加了手指間的相互作用和被動調(diào)整，從而增強了手指對接觸物體表面的適應性，以及手指抓取、操作過程中系統(tǒng)的適應性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述上連桿組件（220）包括第一上連桿（221）、第二上連桿（222）、第三上連桿（223）和第四上連桿（224），所述第一上連桿（221）一端轉(zhuǎn)動設置有所述拇指（110），另一端與所述第二上連桿（222）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述食指（120），所述第二上連桿（222）另一端與所述第三上連桿（223）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述中指（130），所述第三上連桿（223）另一端與所述第四上連桿（224）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有所述無名指（140），所述第四上連桿（224）另一端轉(zhuǎn)動設置有所述小指（150）；所述第一上連桿（221）、所述第二上連桿（222）、所述第三上連桿（223）和所述第四上連桿（224）的端部均轉(zhuǎn)動穿設有對應所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述下連桿組件（230）包括與所述第一上連桿（221）、所述第二上連桿（222）、所述第三上連桿（223）和所述第四上連桿（224）分別相對的第一下連桿（231）、第二下連桿（232）、第三下連桿（233）和第四下連桿（234）；所述第一下連桿（231）一端與一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述第二下連桿（232）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240），所述第二下連桿（232）另一端與所述第三下連桿（233）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240），所述第三下連桿（233）另一端與所述第四下連桿（234）一端活動疊合并轉(zhuǎn)動設置有一所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）；所述第四下連桿（234）另一端與所述第四上連桿（224）之間以及所述第一下連桿（231）與所述第一上連桿（221）之間轉(zhuǎn)動貫穿連接有所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件（250）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述欠驅(qū)動彈性組件（260）包括連接環(huán)（261）和五根第一彈性件（262），五根所述第一彈性件（262）一端均連接于所述連接環(huán)（261），另一端分別固定連接于五個所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240），以使所述連接環(huán)（261）能夠處于懸空狀態(tài)；所述上連桿組件（220）和所述下連桿組件（230）的活動能夠帶動所述第一彈性件（262）發(fā)生彈性變形以能夠驅(qū)動對應所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）和手指同步轉(zhuǎn)動。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述拇指（110）、所述食指（120）、所述中指（130）和所述無名指（140）連接的所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）均設置為伸縮驅(qū)動機構(gòu)，并設置于所述上連桿組件（220）和所述下連桿組件（230）之間；所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）一端轉(zhuǎn)動連接于所述下連桿組件（230），另一端為所述驅(qū)動端，所述驅(qū)動端貫穿并轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件（220），所述驅(qū)動端與對應手指固定連接；所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)能夠伸縮驅(qū)動對應手指進行彎曲。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述拇指（110）、所述食指（120）、所述中指（130）和所述無名指（140）均包括第一底盤（111）、推動桿（112）、傳動桿（113）、第一指節(jié)（114）和第二指節(jié)（115），所述第一底盤（111）轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件（220），所述推動桿（112）置于所述第一底盤（111）內(nèi)并與所述驅(qū)動端連接，所述第一指節(jié)（114）一端的指腹側(cè)和指背側(cè)分別與所述第一底盤（111）的指腹側(cè)和所述推動桿（112）轉(zhuǎn)動連接，所述第一指節(jié)（114）另一端與所述第二指節(jié)（115）的指背側(cè)轉(zhuǎn)動連接，所述傳動桿（113）的兩端分別轉(zhuǎn)動連接于所述第一底盤（111）的指背側(cè)和所述第二指節(jié)（115）的指腹側(cè)；所述驅(qū)動端能夠驅(qū)動所述推動桿（112）直線移動，并在所述傳動桿（113）的傳動配合下，驅(qū)動所述第一指節(jié)（114）和所述第二指節(jié)（115）彎曲。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述伸縮驅(qū)動機構(gòu)設置為電缸機構(gòu)，所述電缸機構(gòu)能夠?qū)κ种高M行作用力控制和位置控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述小指（150）連接的所述彎曲驅(qū)動機構(gòu)（240）包括連接筒（243）、驅(qū)動繩和收放組件（244）；所述連接筒（243）一端貫穿且轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件（220），所述連接筒（243）還固定連接于所述欠驅(qū)動彈性組件（260）；所述收放組件（244）設置于所述底座（210）內(nèi)并用于收放所述驅(qū)動繩，所述驅(qū)動繩能夠貫穿所述連接筒（243）并與所述小指（150）進行連接；所述收放組件（244）通過收放所述驅(qū)動繩以能夠?qū)λ鲂≈福?50）進行彎曲驅(qū)動。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述小指（150）包括第二底盤（151）、第三指節(jié)（152）、第四指節(jié)（153）和第二彈性件（154），所述第二底盤（151）轉(zhuǎn)動連接于所述上連桿組件（220）并與所述連接筒（243）一端連接，所述第三指節(jié)（152）兩端分別轉(zhuǎn)動連接于所述第二底盤（151）和所述第四指節(jié)（153），且所述第三指節(jié)（152）與所述第二底盤（151）連接的指背側(cè)以及所述第三指節(jié)（152）與所述第四指節(jié)（153）連接的指背側(cè)均設置有所述第二彈性件（154）；所述驅(qū)動繩能夠連接于所述第四指節(jié)（153）的指腹側(cè)；所述驅(qū)動繩能夠收攏以對所述第四指節(jié)（153）進行彎曲，并能夠?qū)λ龅诙椥约?54）進行拉伸，以使所述第三指節(jié)（152）發(fā)生彎曲，且所述驅(qū)動繩釋放后，所述第三指節(jié)（152）和所述第四指節(jié)（153）能夠在所述第二彈性件（154）的回復力下進行回位。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，其特征在于：所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件（250）包括兩個旋轉(zhuǎn)舵機（251）和兩個支撐桿（252），兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機（251）均固定連接于所述上連桿組件（220），兩個所述支撐桿（252）轉(zhuǎn)動貫穿所述下連桿組件（230）并固定連接于所述底座（210），兩個所述支撐桿（252）分別與兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機（251）傳動連接；兩個所述旋轉(zhuǎn)舵機（251）能夠驅(qū)動所述上連桿組件（220）和所述下連桿組件（230）在平面內(nèi)展開或收攏。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，包括五指組件及手掌機構(gòu)；手掌機構(gòu)包括底座、上連桿組件、下連桿組件、五個彎曲驅(qū)動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件和欠驅(qū)動彈性組件；五個彎曲驅(qū)動機構(gòu)均轉(zhuǎn)動連接于上連桿組件和下連桿組件并能夠驅(qū)動對應手指彎曲活動；欠驅(qū)動彈性組件連接于各彎曲驅(qū)動機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件能夠驅(qū)動上連桿組件和下連桿組件展開或收攏，以帶動各彎曲驅(qū)動機構(gòu)和對應手指移動，且多個彎曲驅(qū)動機構(gòu)之間相對移動能夠使欠驅(qū)動彈性組件發(fā)生彈性變形，以能夠驅(qū)動彎曲驅(qū)動機構(gòu)帶動對應手指相對于上連桿組件和下連桿組件轉(zhuǎn)動。本發(fā)明提供的基于五連桿的可重構(gòu)欠驅(qū)動五指靈巧手，提升靈活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉暢,張放,陳開,鄒杰晗,盧秋潔,王家興,楊雨佳,甘中學
受保護的技術(shù)使用者：復旦大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24