CN105382844B - 一种基于时序控制的多自由度机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种基于时序控制的多自由度机械手，它包括三个机械副指、机械主指、手掌板、电机驱动机构、手臂套筒等，其中机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指、机械主指安装在手掌板上，三个机械副指具有三个弯曲自由度，机械第一副指具有一个摆动自由度，机械主指具有有一个弯曲自由度和一个摆动自由度，共六个自由度，通过使用单动力时序控制的电机驱动机构驱动，其结构大大简化，具有较强的实用性。

Description

一种基于时序控制的多自由度机械手

所属技术领域

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种基于时序控制的多自由度机械手。

背景技术

目前机械手的驱动方式多使用伺服电机驱动、钢丝驱动、液压驱动等，少部分使用人造肌肉驱动；其中人造肌肉驱动，虽然驱动的方式先进，但是制造成本目前很高，液压驱动需要强大的动力来对液压油增压驱动，将会增加设备的重量和对技术成熟度要求较高，所以成本也较高；那么在仿真机械手驱动上伺服电机驱动和钢丝驱动较为常见，伺服电机驱动为在每个关节上安装一个伺服电机，这将会导致机械手上的机构很不美观，伺服电机的尺寸外形将决定机械手的外形和功能；目前使用最多的、成本最低的是采用钢丝驱动，将伺服电机集中安装在手臂处，机械手及手指机构较为简单，控制较为容易，但是钢丝驱动中容易出现机械指定位不准、手指虚位摆动等情况。

本发明设计一种基于时序控制的多自由度机械手解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于时序控制的多自由度机械手，它是采用以下技术方案来实现的。

一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：它包括机械第三副指、机械第二副指、机械第一副指、手掌板、机械主指、电机驱动机构固定板、电机驱动机构、手臂套筒、主指侧摆钢丝、主指侧摆钢丝导孔支撑、主指侧摆弹簧、主指侧摆弹簧支撑、主指摆动块支撑、主指摆动块、主指摆动圆柱销、第一副指侧摆弹簧、第一副指摆动块、第一副指侧摆钢丝、第一副指侧摆钢丝导孔支撑，其中机械第二副指、机械第三副指依次并列安装在手掌板一侧，第一副指摆动块安装在机械第一副指上，第一副指摆动块通过圆柱销安装在手掌板上；第一副指侧摆弹簧一端连接机械第二副指侧面，另一端连接机械第一副指侧面；第一副指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上，第一副指侧摆钢丝一端连接机械第一副指侧面，中间穿过第一副指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔；主指摆动块安装在机械主指上，主指摆动块支撑安装在手掌板上，主指摆动块通过主指摆动圆柱销安装在主指摆动块支撑上；主指侧摆弹簧一端连接机械主指，另一端连接主指侧摆弹簧支撑，主指侧摆弹簧支撑安装在手掌板上；主指侧摆钢丝一端连接在机械主指侧面中间穿过主指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔，主指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上；电机驱动机构固定板安装在手掌板上，电机驱动机构安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在电机驱动机构上；

本发明中机械第三副指、机械第二副指直接固定在手掌板上，没有摆动运动，只能各自独立地做弯曲运动，机械第一副指即可以摆动也可以独立弯曲，机械主指即可以弯曲也可以摆动；对于机械主指和机械第一副指，侧摆钢丝与侧摆弹簧互相作用进行调节摆动的幅度和摆动的位置，四根机械指基本能够模仿整个人手的行为，具有较好的效果。

上述机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指的指体的驱动方式完全相同，对于任意一个机械副指，它包括机械指第四支架、机械指第三支架、钢丝导板、钢丝、机械指第二支架、机械指第一支架、机械指第一支架钢丝孔、机械指支架拉簧、机械指第二复位弹簧、机械指第三复位弹簧、复位弹簧固定板、钢丝引导槽、机械指拉板、机械指第一复位弹簧、机械指支架限位板，其中机械指第二支架通过圆柱销安装在机械指第一支架上，机械指第三支架通过圆柱销安装在机械指第二支架上，机械指第四支架通过圆柱销安装在机械指第三支架上，两个钢丝导板分别安装在机械指第二支架上且靠近机械指第三支架处和机械指第三支架上且靠近机械指第四支架处，两个钢丝导板均安装在机械指弯曲一侧；三个机械指拉板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处，三个机械指拉板均安装在机械指弯曲一侧；钢丝一端穿过机械指第一支架上的钢丝孔，钢丝中间安装有三个机械指支架拉簧，三个机械指支架拉簧一端分别安装在三个机械指拉板上；三个复位弹簧固定板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处；三个机械指支架限位板分别安装在机械指第三支架末端、机械指第二支架末端和机械指第一支架末端；三个复位弹簧固定板和三个机械指支架限位板均安装在机械指弯曲一侧的背面；机械指第一复位弹簧一端安装在机械指第一支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第二支架上的复位弹簧固定板上；机械指第二复位弹簧一端安装在机械指第二支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第三支架上的复位弹簧固定板上；机械指第三复位弹簧一端安装在机械指第三支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第四支架上的复位弹簧固定板上；

上述钢丝导板中间开有钢丝引导槽；为了防止钢丝受力拉动过程中突然改变位置，而引起机械指突然的颤抖。

上述三个机械指支架拉簧为完全相同的弹簧；机械指抓取物体，当某一个机械指支架受到物体阻力时，连接该支架的拉簧拉伸量将比其他未受到物体阻力的支架所连接的拉簧拉伸量大，而且受到物体阻力的支架拉簧拉伸量大，当拉簧拉力与物体阻力平衡时，未受到物体阻力的支架在拉簧小拉伸量下继续运动，直到受到物体阻力并且与拉簧拉力平衡时为止，进而使机械指抓取物体时支架将处于各自的阻力和弹簧拉力综合平衡状态下，能够很好的适应物体的形状。上述机械指第二复位弹簧弹性系数、机械指第三复位弹簧弹性系数、机械指第一复位弹簧弹性系数依次增大2倍。在基本完全模仿人手没有抓取物体时，手指自然弯曲的运动，复位弹簧弹性系数设计如上。

上述机械第二副指和机械第三副指均通过机械指第一支架直接固定在手掌板上，第一副指摆动快固定在机械第一副指的机械指第一支架上；

上述电机驱动机构包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合。

本发明设计中使用了槽轮间隙运动的特点，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机整体做间隙停留圆周运动。发明中设计的槽轮槽数为6个，在运行一周内，钢丝驱动电机在6个停留位置上停留一段时间，在六个停留位置上，相对应的设计六个传动齿轮与钢丝驱动电机齿轮配合。同一时间内有且仅有一个传动齿轮被驱动。将钢丝一端缠绕在钢丝转轮上，钢丝的另一端与机械手指的各个支架连接或者侧摆钢丝连接，钢丝转轮的转动能够拉动钢丝运动，进而驱动机械手指的运动。

另外钢丝转轮的运动具有自锁性，当传动齿轮通过锥齿组传动时才会运动，不传动时，处于自锁状态，保证机械手能够维持特定的抓取状态。

上述环孔盖板和机构支板安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在机构支板上。手臂套筒可以将机械手固定在人体手臂上。

作为本技术的进一步改进，上述槽轮槽数可以为3-10个，根据所需驱动的机械手指的自由度数量或者机械手的手指数可做对应的设计，可驱动3-10个的自由度。槽数或者所驱动的自由度数范围根据以下方面确定，首先槽轮间隙机构最小的槽数为3个，其次槽轮槽数很多时，在相同的时间内转动一周，每一次的停留时间将会缩短，这将影响驱动的可靠性和可控制性，所以设计中给出槽数的取值范围。

作为本技术的进一步改进，上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。设计平衡柱是为了抵消钢丝驱动电机整体做离心间隙转动时对机构产生的震动。

作为本技术的进一步改进，上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。设计与钢丝转轮相对应的钢丝孔为了保证钢丝之间不出现相互缠绕和干涉。

作为本技术的进一步改进，上述六角板的角数与槽轮槽数一致，可以为3-10个。

相对于传统的机械手技术，本发明中机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指、机械主指安装在手掌板上，三个机械副指具有三个弯曲自由度，机械第一副指具有一个摆动自由度，机械主指具有有一个弯曲自由度和一个摆动自由度，共六个自由度，通过使用单动力时序控制的电机驱动机构驱动，其结构大大简化，具有较强的实用性。

相对于传统的机械手指指体技术，本发明中机械指各个支架通过圆柱销连接在一起组成机械手指，通过在各个支架弯曲一侧背面安装复位弹簧来保证机械手指原始竖直状态，在各个支架弯曲一侧钢丝和各个支架通过拉簧连接，通过拉簧拉动可以将机械指的各个支架拉动发生相互转动，实现机械指的弯曲。本发明所设计的三个复位弹簧的弹性系数不同使得机械指各关节弯曲阻力不同，在一根钢丝驱动且机械手没有外部阻力的情况下，根据复位弹簧弹性，机械指表现出与人的手指相同的弯曲程度的状态，另外每个支架通过钢丝拉动拉簧驱动，拉簧能够保证机械手在抓取物体时随着物体的形状而改变各个机械手关节的弯曲程度。本发明中的每根机械指使用单动力驱动，具有抓取物体适应力强和结构简单的优点。

相对于传统的机械手电机驱动机构，本发明中槽轮安装在机构支板上，槽轮驱动电机安装在机构支板上，槽轮驱动电机通过摇臂带动槽轮做一个圆周内六次间隙旋转的运动，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机同样做间隙旋转；六组传动齿轮、锥齿、钢丝转轮组合分别安装在六角板的六个角上，钢丝驱动电机根据槽轮槽数有六次停留，每一次停留位置处与六组中的任意一组的传动齿轮啮合，该组的传动齿轮通过锥齿组合带动该组的钢丝转轮转动，进而驱动该组钢丝转轮上的钢丝的拖拉；在槽轮运动一周内，六个钢丝转轮均依次被驱动一次，而在被驱动时间内，调节电机的扭矩和转速独立控制每一个钢丝转轮的转角和转速，进而使用很少的电机通过时序控制带动多个钢丝转轮运动，进而驱动多个钢丝的拖拉，从而可以控制多自由度的基于钢丝驱动的机械手指。本发明使用了时序控制，大大减少了结构的复杂性，具有较好的实用效果。

附图说明

图1是整体部件分布示意图。

图2是整体部件侧视图。

图3是去掉环孔盖板后整体结构示意图。

图4是环孔盖板支撑安装示意图。

图5是六角板支柱安装示意图。

图6是六角板安装侧视图。

图7是六角板任意一个角上结构示意图。

图8是六角板任意一个角上结构侧视图。

图9是拨盘及槽轮驱动电机安装示意图。

图10是摇臂与槽轮配合示意图。

图11是钢丝驱动电机安装示意图。

图12是平衡柱安装示意图。

图13是钢丝驱动电机齿轮与传动齿轮配合示意图。

图14是钢丝驱动电机齿轮运动轨迹示意图。

图15是机械指弯曲一侧结构示意图。

图16是机械指弯曲一侧背面结构示意图。

图17是拉簧与钢丝连接示意图。

图18是钢丝导板结构示意图。

图19是机械手整体结构示意图。

图20是机械主指安装示意图1。

图21是机械主指安装示意图2。

图22是机械主指摆动块与摆动块支撑配合示意图。

图23是机械副指安装示意图。

图中标号名称：1、环孔盖板，2、槽轮支撑轮，4、环孔盖板支撑，5、拨盘，6、槽轮驱动电机，7、摇臂，8、机构支板，9、六角板支柱，10、钢丝孔，11、六角板，12、钢丝转轮，13、钢丝转轮支撑，14、钢丝转轮锥齿，15、传动齿轮锥齿，16、传动齿轮，17、钢丝转轮转轴，18、传动齿轮转轴，19、摇臂圆柱销，20、钢丝驱动电机，21、槽轮，22、槽轮转轴，23、钢丝驱动电机齿轮，24、平衡柱，31、机械指第四支架，32、机械指第三支架，33、钢丝导板，34、钢丝，35、机械指第二支架，36、机械指第一支架，37、机械指第一支架钢丝孔，38、机械指支架拉簧，39、机械指第二复位弹簧，40、机械指第三复位弹簧，41、复位弹簧固定板，42、钢丝引导槽，43、机械指拉板，44、机械指第一复位弹簧，45、机械指支架限位板，50、机械第三副指，51、机械第二副指，52、机械第一副指，53、手掌板，54、机械主指，55、电机驱动机构固定板，56、电机驱动机构，57、手臂套筒，58、主指侧摆钢丝，59、主指侧摆钢丝导孔支撑，60、主指侧摆弹簧，61、主指侧摆弹簧支撑，62、主指摆动块支撑，63、主指摆动块，64、主指摆动圆柱销，65、第一副指侧摆弹簧，66、第一副指摆动块，67、第一副指侧摆钢丝，68、第一副指侧摆钢丝导孔支撑。

具体实施方式

如图19所示，它包括机械第三副指、机械第二副指、机械第一副指、手掌板、机械主指、电机驱动机构固定板、电机驱动机构、手臂套筒、主指侧摆钢丝、主指侧摆钢丝导孔支撑、主指侧摆弹簧、主指侧摆弹簧支撑、主指摆动块支撑、主指摆动块、主指摆动圆柱销、第一副指侧摆弹簧、第一副指摆动块、第一副指侧摆钢丝、第一副指侧摆钢丝导孔支撑，其中机械第二副指、机械第三副指依次并列安装在手掌板一侧，如图23所示，第一副指摆动块安装在机械第一副指上，第一副指摆动块通过圆柱销安装在手掌板上；第一副指侧摆弹簧一端连接机械第二副指侧面，另一端连接机械第一副指侧面；第一副指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上，第一副指侧摆钢丝一端连接机械第一副指侧面，中间穿过第一副指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔；如图20、21、22所示，主指摆动块安装在机械主指上，主指摆动块支撑安装在手掌板上，主指摆动块通过主指摆动圆柱销安装在主指摆动块支撑上；主指侧摆弹簧一端连接机械主指，另一端连接主指侧摆弹簧支撑，主指侧摆弹簧支撑安装在手掌板上；主指侧摆钢丝一端连接在机械主指侧面中间穿过主指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔，主指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上；如图19所示，电机驱动机构固定板安装在手掌板上，电机驱动机构安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在电机驱动机构上；

本发明中机械第三副指、机械第二副指直接固定在手掌板上，没有摆动运动，只能各自独立地做弯曲运动，机械第一副指即可以摆动也可以独立弯曲，机械主指即可以弯曲也可以摆动；对于机械主指和机械第一副指，侧摆钢丝与侧摆弹簧互相作用进行调节摆动的幅度和摆动的位置，四根机械指基本能够模仿整个人手的行为，具有较好的效果。

如图15、16所示，上述机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指的指体的驱动方式完全相同，对于任意一个机械副指，它包括机械指第四支架、机械指第三支架、钢丝导板、钢丝、机械指第二支架、机械指第一支架、机械指第一支架钢丝孔、机械指支架拉簧、机械指第二复位弹簧、机械指第三复位弹簧、复位弹簧固定板、钢丝引导槽、机械指拉板、机械指第一复位弹簧、机械指支架限位板，其中机械指第二支架通过圆柱销安装在机械指第一支架上，机械指第三支架通过圆柱销安装在机械指第二支架上，机械指第四支架通过圆柱销安装在机械指第三支架上，两个钢丝导板分别安装在机械指第二支架上且靠近机械指第三支架处和机械指第三支架上且靠近机械指第四支架处，两个钢丝导板均安装在机械指弯曲一侧；三个机械指拉板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处，三个机械指拉板均安装在机械指弯曲一侧；钢丝一端穿过机械指第一支架上的钢丝孔，如图17、15所示，钢丝中间安装有三个机械指支架拉簧，三个机械指支架拉簧一端分别安装在三个机械指拉板上；三个复位弹簧固定板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处；三个机械指支架限位板分别安装在机械指第三支架末端、机械指第二支架末端和机械指第一支架末端；三个复位弹簧固定板和三个机械指支架限位板均安装在机械指弯曲一侧的背面；机械指第一复位弹簧一端安装在机械指第一支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第二支架上的复位弹簧固定板上；机械指第二复位弹簧一端安装在机械指第二支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第三支架上的复位弹簧固定板上；机械指第三复位弹簧一端安装在机械指第三支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第四支架上的复位弹簧固定板上；

如图18所示，上述钢丝导板中间开有钢丝引导槽；为了防止钢丝受力拉动过程中突然改变位置，而引起机械指突然的颤抖。

上述三个机械指支架拉簧为完全相同的弹簧；机械指抓取物体，当某一个机械指支架受到物体阻力时，连接该支架的拉簧拉伸量将比其他未受到物体阻力的支架所连接的拉簧拉伸量大，而且受到物体阻力的支架拉簧拉伸量大，当拉簧拉力与物体阻力平衡时，未受到物体阻力的支架在拉簧小拉伸量下继续运动，直到受到物体阻力并且与拉簧拉力平衡时为止，进而使机械指抓取物体时支架将处于各自的阻力和弹簧拉力综合平衡状态下，能够很好的适应物体的形状。

上述机械指第二复位弹簧弹性系数、机械指第三复位弹簧弹性系数、机械指第一复位弹簧弹性系数依次增大2倍。在基本完全模仿人手没有抓取物体时，手指自然弯曲的运动，复位弹簧弹性系数设计如上。

上述钢丝驱动通过电机驱动机构驱动。

上述机械第二副指和机械第三副指均通过机械指第一支架直接固定在手掌板上，第一副指摆动快固定在机械第一副指的机械指第一支架上；

如图1、2、3所示，上述电机驱动机构包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中，如图9所示，槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；如图10所示，槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，如图11所示，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；如图4所示，环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，如图5、6所示，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；

如图3所示，上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：如图7、8所示，钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；

如图13所示，上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合，如图14所示，钢丝驱动电机齿轮随着钢丝驱动电机整体做圆周运动，运动过程中依次与各个传动齿轮啮合。

本发明中使用了槽轮间隙运动的特点，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机整体做间隙停留圆周运动。发明中设计的槽轮槽数为6个，在运行一周内，钢丝驱动电机在6个停留位置上停留一段时间，在六个停留位置上，相对应的设计六个传动齿轮与钢丝驱动电机齿轮配合。同一时间内有且仅有一个传动齿轮被驱动。将钢丝一端缠绕在钢丝转轮上，钢丝的另一端与机械手指的支架连接，钢丝转轮的转动能够拉动钢丝运动，进而驱动机械手指的运动。

另外钢丝转轮的运动具有自锁性，当传动齿轮通过锥齿组传动时才会运动，不传动时，处于自锁状态，保证机械手能够维持特定的抓取状态。

上述环孔盖板和机构支板安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在机构支板上。手臂套筒可以将机械手固定在人体手臂上。

上述槽轮槽数可以为3-10个，根据所需驱动的机械手指的自由度数量或者机械手的手指数可做对应的设计，可驱动3-10个的自由度。槽数或者所驱动的自由度数范围根据以下方面确定，首先槽轮间隙机构最小的槽数为3个，其次槽轮槽数很多时，在相同的时间内转动一周，每一次的停留时间将会缩短，这将影响驱动的可靠性和可控制性，所以设计中给出槽数的取值范围。

如图12所示，上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。设计平衡柱是为了抵消钢丝驱动电机整体做离心间隙转动时对机构产生的震动。

上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮如图2所示，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。设计与钢丝转轮相对应的钢丝孔为了保证钢丝之间不出现相互缠绕和干涉。

上述六角板的角数与槽轮槽数一致，可以为3-10个。

综上所述，本发明机械手具有机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指、机械主指安装在手掌板上，三个机械副指具有三个弯曲自由度，机械第一副指具有一个摆动自由度，机械主指具有有一个弯曲自由度和一个摆动自由度，共六个自由度，通过使用单动力时序控制的电机驱动机构驱动，其结构大大简化，具有较强的实用性。

其次，机械指各个支架通过圆柱销连接在一起组成机械手指，通过在各个支架弯曲一侧背面安装复位弹簧来保证机械手指原始竖直状态，在各个支架弯曲一侧钢丝和各个支架通过拉簧连接，通过拉簧拉动可以将机械指的各个支架拉动发生相互转动，实现机械指的弯曲。本发明所设计的三个复位弹簧的弹性系数不同使得机械指各关节弯曲阻力不同，在一根钢丝驱动且机械手没有外部阻力的情况下，根据复位弹簧弹性，机械指表现出与人的手指相同的弯曲程度的状态，另外每个支架通过钢丝拉动拉簧驱动，拉簧能够保证机械手在抓取物体时随着物体的形状而改变各个机械手关节的弯曲程度。本发明中的每根机械指使用单动力驱动，具有抓取物体适应力强和结构简单的优点。

另外，电机驱动机构中槽轮安装在机构支板上，槽轮驱动电机安装在机构支板上，槽轮驱动电机通过摇臂带动槽轮做一个圆周内六次间隙旋转的运动，安装在槽轮支撑轮上的钢丝驱动电机同样做间隙旋转；六组传动齿轮、锥齿、钢丝转轮组合分别安装在六角板的六个角上，钢丝驱动电机根据槽轮槽数有六次停留，每一次停留位置处与六组中的任意一组的传动齿轮啮合，该组的传动齿轮通过锥齿组合带动该组的钢丝转轮转动，进而驱动该组钢丝转轮上的钢丝的拖拉；在槽轮运动一周内，六个钢丝转轮均依次被驱动一次，而在被驱动时间内，调节电机的扭矩和转速独立控制每一个钢丝转轮的转角和转速，进而使用很少的电机通过时序控制带动多个钢丝转轮运动，进而驱动多个钢丝的拖拉，从而可以控制多自由度的基于钢丝驱动的机械手指。本发明使用了时序控制，大大减少了结构的复杂性，具有较好的实用效果。

Claims (5)

1.一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：它包括机械第三副指、机械第二副指、机械第一副指、手掌板、机械主指、电机驱动机构固定板、电机驱动机构、手臂套筒、主指侧摆钢丝、主指侧摆钢丝导孔支撑、主指侧摆弹簧、主指侧摆弹簧支撑、主指摆动块支撑、主指摆动块、主指摆动圆柱销、第一副指侧摆弹簧、第一副指摆动块、第一副指侧摆钢丝、第一副指侧摆钢丝导孔支撑，其中机械第二副指、机械第三副指依次并列安装在手掌板一侧，第一副指摆动块安装在机械第一副指上，第一副指摆动块通过圆柱销安装在手掌板上；第一副指侧摆弹簧一端连接机械第二副指侧面，另一端连接机械第一副指侧面；第一副指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上，第一副指侧摆钢丝一端连接机械第一副指侧面，中间穿过第一副指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔；主指摆动块安装在机械主指上，主指摆动块支撑安装在手掌板上，主指摆动块通过主指摆动圆柱销安装在主指摆动块支撑上；主指侧摆弹簧一端连接机械主指，另一端连接主指侧摆弹簧支撑，主指侧摆弹簧支撑安装在手掌板上；主指侧摆钢丝一端连接在机械主指侧面中间穿过主指侧摆钢丝导孔支撑上的圆孔，主指侧摆钢丝导孔支撑安装在手掌板上；电机驱动机构固定板安装在手掌板上，电机驱动机构安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在电机驱动机构上；

上述机械第一副指、机械第二副指、机械第三副指的指体的驱动方式完全相同，对于任意一个机械副指，它包括机械指第四支架、机械指第三支架、钢丝导板、钢丝、机械指第二支架、机械指第一支架、机械指第一支架钢丝孔、机械指支架拉簧、机械指第二复位弹簧、机械指第三复位弹簧、复位弹簧固定板、钢丝引导槽、机械指拉板、机械指第一复位弹簧、机械指支架限位板，其中机械指第二支架通过圆柱销安装在机械指第一支架上，机械指第三支架通过圆柱销安装在机械指第二支架上，机械指第四支架通过圆柱销安装在机械指第三支架上，两个钢丝导板分别安装在机械指第二支架上且靠近机械指第三支架处和机械指第三支架上且靠近机械指第四支架处，两个钢丝导板均安装在机械指弯曲一侧；三个机械指拉板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处，三个机械指拉板均安装在机械指弯曲一侧；钢丝一端穿过机械指第一支架上的钢丝孔，钢丝中间安装有三个机械指支架拉簧，三个机械指支架拉簧一端分别安装在三个机械指拉板上；三个复位弹簧固定板分别安装在机械指第四支架上且靠近机械指第三支架处、机械指第三支架上且靠近机械指第二支架处和机械指第二支架上且靠近机械指第一支架处；三个机械指支架限位板分别安装在机械指第三支架末端、机械指第二支架末端和机械指第一支架末端；三个复位弹簧固定板和三个机械指支架限位板均安装在机械指弯曲一侧的背面；机械指第一复位弹簧一端安装在机械指第一支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第二支架上的复位弹簧固定板上；机械指第二复位弹簧一端安装在机械指第二支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第三支架上的复位弹簧固定板上；机械指第三复位弹簧一端安装在机械指第三支架上的机械指支架限位板上，另一端安装在机械指第四支架上的复位弹簧固定板上；钢丝导板中间开有钢丝引导槽；三个机械指支架拉簧为完全相同的弹簧；机械指第二复位弹簧弹性系数、机械指第三复位弹簧弹性系数、机械指第一复位弹簧弹性系数依次增大2倍；

上述机械第二副指和机械第三副指均通过机械指第一支架直接固定在手掌板上，第一副指摆动快固定在机械第一副指的机械指第一支架上；

上述电机驱动机构包括环孔盖板、槽轮支撑轮、环孔盖板支撑、拨盘、槽轮驱动电机、摇臂、机构支板、六角板支柱、钢丝孔、六角板、钢丝转轮、钢丝转轮支撑、钢丝转轮锥齿、传动齿轮锥齿、传动齿轮、钢丝转轮转轴、传动齿轮转轴、摇臂圆柱销、钢丝驱动电机、槽轮、槽轮转轴、钢丝驱动电机齿轮，其中槽轮驱动电机安装在机构支板上，拨盘安装在槽轮驱动电机转轴上，摇臂安装在拨盘上，摇臂圆柱销安装在摇臂一端；槽轮安装在槽轮支撑轮上，槽轮和槽轮支撑轮通过槽轮转轴安装在机构支板上，钢丝驱动电机安装在槽轮支撑轮一侧的偏心位置上，钢丝驱动电机齿轮安装在钢丝驱动电机上；环孔盖板通过两个环孔盖板支撑安装在机构支板上，环孔盖板上开有钢丝孔，六角板支柱一端固定在环孔盖板中心，另一端固定在六角板中心位置上，六角板六个角上均开有圆孔；上述六角板的每一个角上安装有相同的结构，对于六角板上的每一个角：钢丝转轮支撑安装在六角板角上，钢丝转轮转轴安装在钢丝转轮支撑上，钢丝转轮安装在钢丝转轮转轴一端，钢丝转轮锥齿安装在钢丝转轮转轴另一端，传动齿轮转轴安装在六角板角上的圆孔中，传动齿轮锥齿安装在传动齿轮转轴一端，传动齿轮安装在传动齿轮转轴另一端，传动齿轮锥齿与钢丝转轮锥齿啮合；上述钢丝驱动电机齿轮与各个传动齿轮交替啮合；

上述环孔盖板和机构支板安装在电机驱动机构固定板上，手臂套筒安装在机构支板上。

2.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：上述槽轮槽数可以为3-10个。

3.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：上述槽轮支撑轮上安装有平衡柱，平衡柱轴线、钢丝驱动电机轴线和槽轮支撑轮轴线共面。

4.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：上述钢丝转轮中缠绕有钢丝，每个钢丝孔对应一个钢丝转轮，且每个钢丝转轮上的钢丝穿过环孔盖板上相对应的钢丝孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于时序控制的多自由度机械手，其特征在于：上述六角板的角数与槽轮槽数一致，可以为3-10个。