申请/专利权人：浙江工业大学

申请日：2018-12-14

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109434865B

主分类号：B25J15/00

分类号：B25J15/00;B25J9/10;B25J17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.04.02#实质审查的生效;2019.03.08#公开

摘要：一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，包括手掌、五个单指弯曲关节和单片机，每个单指弯曲关节均包括远指端、中指端、近指端、掌骨、腕骨、四根异形钢缆、四个电机及减速装置和四个SAW传感器，四根异形钢缆分别用于驱动远指端、中指端、近指端、掌骨的弯曲，四个电机及减速装置的动力输出端分别与四根异形钢缆连接，四根异形钢缆分别通过锥形齿轮组驱动相应关节弯曲；四个SAW传感器分别安装在远指端、中指端、近指端、掌骨上，同时用于反馈相应关节的角位移，每个电机及减速装置和每个SAW传感器均与单片机连接；本发明提供了一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，可实现在较小的工作空间内实现较大的传动力矩和精确的位姿反馈控制。

主权项：1.一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：包括手掌、五个单指弯曲关节和单片机，所述手掌与五个单指弯曲关节的腕骨固连；每个单指弯曲关节均包括远指端、中指端、近指端、掌骨、腕骨、四根截面被部分加工呈矩形的异形钢缆、四个电机及减速装置和四个SAW传感器，所述远指端与中指端之间、中指端与近指端之间、近指端与掌骨之间、掌骨与腕骨之间均铰接，四根异形钢缆分别用于驱动远指端、中指端、近指端、掌骨的弯曲，四个电机及减速装置安装在腕骨内，四个电机及减速装置的动力输出端分别与四根异形钢缆的一端连接且驱动异形钢缆进行旋转，四根异形钢缆分别通过锥形齿轮组驱动相应关节弯曲；四个SAW传感器分别安装在远指端、中指端、近指端、掌骨上，同时用于反馈相应关节的角位移，腕骨内置有与SAW传感器电连接的电源；每个电机及减速装置和每个SAW传感器均与单片机连接；在异形钢缆转动θ角度时，会带动相应锥齿轮组转动，从而带动相应关节弯曲α角度，使得异形钢缆弯曲α角度；每个SAW传感器上的LC振荡电路产生脉冲激励，叉指换能器将声表面波信号转换为表面声波信号在反射栅内来回振荡，由于SAW传感器的弯曲会导致压电基片上声波波速的改变与反射栅之间的间距的改变，表面声波信号的频率就会发生偏移，并且弯曲角度越大信号偏移的程度也就越大；叉指换能器会将偏移后表面声波信号转换为电信号，天线端会将偏移后的电信号与激励源的电信号发射出去，腕骨内的RF查询端接收偏移后的电信号与激励源的电信号，从而得出每个关节的角位移，RF查询端与单片机连接；所述异形钢缆在穿过关节弯曲区域部分截面为圆形，所述远指端、中指端、近指端、掌骨与腕骨上分别开有用于异形钢缆穿过并避免弯折的通孔，该通孔设有倒角；每根异形钢缆的末端都留有冗余的长度，用于补偿相应关节弯曲时的轴向位移；所述远指端在远离中指端一侧上开有通孔，通孔中装有指尖端轴承，远指端关节驱动异形钢缆可从指尖端轴承内孔中自由伸缩。

全文数据：一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手技术领域本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手。背景技术目前关于灵巧手的专利主要是通过线驱动实现灵巧手关节的弯曲，例如专利号CN201510868252.0、CN201720995289.4中采用腱绳拉动指销的方式实现灵巧手的弯曲，该类装置结构简单，控制方便，集成性高，但是存在精确度低，负载小等问题。考虑到腱传动产生的精确度低，传动空间较大等问题，部分专利采用内置的机电系统实现灵巧手的关节弯曲，例如专利号CN201720290589.2通过内置复杂的集成电路与传感网络实现灵巧手的精确驱动，具有较高的灵敏度和工作灵活性，但是该类专利也因为系统的复杂性存在有成本高，维护性等劣势。专利CN201721756689.6采用气动驱动的方式改善手指关节的弯曲和灵活度，该专利具有较好的柔顺性与安全性，但载荷有限，不能实现对灵巧手的精确控制。此外，部分灵巧手采用液压驱动，例如专利号CN201711001387。液压驱动装置能够实现无级调速并输出较大的力矩具有较好的耐疲劳性，但该驱动方式难以在灵巧手有限的安装空间内实现。发明内容为了克服现有灵巧手存在不能精确控制、成本较高、安装空间有限的缺陷，本发明提供了一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，可实现在较小的工作空间内实现较大的传动力矩和精确的位姿反馈控制。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，包括手掌、五个单指弯曲关节和单片机，所述手掌与五个单指弯曲关节的腕骨固连；每个单指弯曲关节均包括远指端、中指端、近指端、掌骨、腕骨、四根异形钢缆、四个电机及减速装置和四个SAW传感器，所述远指端与中指端之间、中指端与近指端之间、近指端与掌骨之间、掌骨与腕骨之间均铰接，四根异形钢缆分别用于驱动远指端、中指端、近指端、掌骨的弯曲，四个电机及减速装置安装在腕骨内，四个电机及减速装置的动力输出端分别与四根异形钢缆连接且驱动异形钢缆进行旋转，四根异形钢缆分别通过锥形齿轮组驱动相应关节弯曲；四个SAW传感器分别安装在远指端、中指端、近指端、掌骨上，同时用于反馈相应关节的角位移，腕骨内置有与SAW传感器电连接的电源；每个电机及减速装置和每个SAW传感器均与单片机连接；在异形钢缆转动θ角度时，会带动相应锥齿轮组转动，从而带动相应关节弯曲α角度，使得异形钢缆弯曲α角度；每个SAW传感器上的LC振荡电路产生脉冲激励，叉指换能器将声表面波信号转换为表面声波信号在反射栅内来回振荡，由于声表面波传感器的弯曲会导致压电基片上声波波速的改变与反射栅之间的间距，表面声波信号的频率就会发生偏移，并且弯曲角度越大信号偏移的程度也就越大；叉指换能器会将偏移后表面声波信号转换为电信号，天线端会将偏移后的电信号与激励源的电信号发射出去，腕骨内的RF查询端接收偏移后的电信号与激励源信号，从而得出每个关节的角位移，RF查询端与单片机连接。进一步，所述SAW传感器上的LC振荡电路还是分时复用电路的控制电路，LC振荡电路与负的偏置电压叠加后合成一个正弦波偏置信号，该偏置信号分别连接到PNP型三极管与NPN型三极管的基极；当正弦波偏置信号大于NPN型三极管门槛电压时，LC振荡电路作为激励源信号与天线导通，RF查询端就会接收到激励源的信号频率；正弦波偏置信号小于PNP型三极管门槛电压时，偏移后的信号作为响应源信号与天线导通，RF查询端就会接收到响应的信号频率；其中，三极管的发射极连接有接地电阻，接地电阻与发射极之间连接天线。再进一步，所述四根异形钢缆分别为摆动关节驱动异形钢缆、近指端关节驱动异形钢缆、中指端关节驱动异形钢缆和远指端关节驱动异形钢缆，四个SAW传感器分别为用于检测掌骨角位移的掌骨传感器、用于检测近指端角位移的近指端传感器、用于检测中指端角位移的中指端传感器和用于检测远指端角位移的远指端传感器；所述腕骨从动部分由销钉与所述掌骨进行铰接，腕骨主动部分通过相互啮合的摆动关节主动锥齿轮和摆动关节从动锥齿轮进行传动，所述腕骨上安装有摆动关节滚动轴承，摆动关节滚动轴承内孔架设有摆动关节主动锥齿轮，所述摆动关节主动锥齿轮安装在摆动关节驱动异形钢缆的另一端上，且两者之间在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，所述摆动关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与掌骨实现键连接；通过驱动摆动关节驱动异形钢缆转动带动摆动关节主动锥齿轮转动，摆动关节主动锥齿轮带动摆动关节从动锥齿轮转动，实现掌骨的摆动，从而带动近指端、中指端与远指端的摆动；所述腕骨的侧面固定有条形锰钢片，所述掌骨内固定有滑槽，该滑槽与腕骨上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述掌骨传感器贴在该锰钢片上，用于测量掌骨关节弯曲程度；所述掌骨与近指端之间通过近指端关节从动轴铰接，所述掌骨上安装有近指端关节滚动轴承，在近指端关节滚动轴承内孔架设有近指端关节主动锥齿轮，所述近指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端关节主动锥齿轮内孔伸入到近指端内，所述近指端关节主动锥齿轮与近指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，近指端关节主动锥齿轮与近指端关节从动锥齿轮啮合，近指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与近指端实现键连接；所述近指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端之间均为间隙配合，通过驱动近指端关节驱动异形钢缆带动近指端关节主动锥齿轮转动，近指端关节主动锥齿轮带动近指端关节从动锥齿轮转动，实现控制近指端的弯曲角度；所述掌骨的上表面固定有条形锰钢片，所述近指端内固定有滑槽，该滑槽与掌骨上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述近指端传感器贴在该锰钢片上，用于测量近指端关节弯曲程度；所述近指端与中指端之间通过中指端关节从动轴铰接，所述近指端上安装有中指端关节滚动轴承，在中指端关节滚动轴承内孔架设有中指端关节主动锥齿轮，所述中指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端、中指端关节主动锥齿轮内孔伸入到中指端内，所述中指端关节主动锥齿轮与中指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，中指端关节主动锥齿轮与中指端关节从动锥齿轮啮合，中指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与中指端实现键连接；所述中指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端、中指端之间均为间隙配合，通过驱动中指端关节驱动异形钢缆带动中指端关节主动锥齿轮转动，中指端关节主动锥齿轮带动中指端关节从动锥齿轮转动，实现控制中指端的弯曲角度；所述近指端的上表面固定有条形锰钢片，所述中指端内固定有滑槽，该滑槽与近指端上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述中指端传感器贴在锰钢片上，用于测量中指端关节弯曲程度；所述中指端与远指端之间通过远指端关节从动轴铰接，所述中指端上安装有远指端关节滚动轴承，在远指端关节滚动轴承内孔架设有远指端关节主动锥齿轮，所述远指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端、中指端、远指端关节主动锥齿轮内孔伸入到远指端内，所述远指端关节主动锥齿轮与远指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，远指端关节主动锥齿轮与远指端关节从动锥齿轮啮合，远指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与远指端实现键连接；所述远指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端、中指端、远指端之间均为间隙配合，通过驱动远指端关节驱动异形钢缆带动远指端关节主动锥齿轮转动，远指端关节主动锥齿轮带动远指端关节从动锥齿轮转动，实现控制远指端的弯曲角度；所述中指端的上表面固定有条形锰钢片，所述远指端内固定有滑槽，该滑槽与中指端上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述远指端传感器贴在锰钢片上，用于测量远指端关节弯曲程度。再进一步，所述异形钢缆在穿过关节弯曲区域部分截面为圆形，在除关节弯曲区域附近外，异形钢缆的截面需加工呈矩形；所述远指端、中指端、近指端、掌骨与腕骨上分别开有用于异形钢缆穿过并避免弯折的通孔，该通孔设有倒角。更进一步，每根异形钢缆的末端都留有冗余的长度，用于补偿相应关节弯曲时的轴向位移；所述远指端在远离中指端一侧上开有通孔，通孔中装有指尖端轴承，远指端关节驱动异形钢缆可从指尖端轴承内孔中自由伸缩。本发明的有益效果主要表现在：可实现在较小的工作空间内实现较大的传动力矩和精确的位姿反馈控制，通过异形钢缆的驱动，可实现五指灵巧手指的运动，同时，异形钢缆结构简单，减小了运动部件的体积，节省了装置的占用空间。附图说明图1是本发明单指弯曲关节的斜侧视图。图2是本发明单指弯曲关节的半剖视图。图3是图1中A的放大图。图4是本发明五指灵巧手的整体图。图5是本发明的SAW传感器的局部放大图。图6是本发明异形钢缆的伸展状态示意图。图7是图6中A-A截面图。图8是图6中B-B截面图。图9是本发明异形钢缆的传动示意图。图10是本发明SAW传感器信号处理原理图。图11是本发明SAW传感器天线分时复用电路图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1～图11，一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，包括手掌17、五个单指弯曲关节和单片机，所述手掌17与五个单指弯曲关节的腕骨固连；每个单指弯曲关节均包括远指端5、中指端4、近指端2、掌骨8、腕骨7、四根截面被部分加工呈矩形的异形钢缆、四个电机及减速装置1和四个SAW传感器19，所述远指端5与中指端4之间、中指端4与近指端2之间、近指端2与掌骨8之间、掌骨8与腕骨7之间均铰接，四根异形钢缆分别用于驱动远指端5、中指端4、近指端2、掌骨8的弯曲，四个电机及减速装置1安装在腕骨7内，四个电机及减速装置1的动力输出端分别与四根异形钢缆连接且驱动异形钢缆进行旋转，四根异形钢缆分别通过锥形齿轮组驱动相应关节弯曲；四个SAW传感器分别安装在远指端5、中指端4、近指端2、掌骨8上，同时用于反馈相应关节的角位移，腕骨7内置有与SAW传感器电连接的电源；每个电机及减速装置1和每个SAW传感器均与单片机连接；所述四根异形钢缆分别为摆动关节驱动异形钢缆9a、近指端关节驱动异形钢缆9b、中指端关节驱动异形钢缆9c和远指端关节驱动异形钢缆9d，四个SAW传感器分别为用于检测掌骨角位移的掌骨传感器18A、用于检测近指端角位移的近指端传感器18B、用于检测中指端角位移的中指端传感器18C和用于检测远指端角位移的远指端传感器18D；单指弯曲关节中四根异形钢缆分别通过锥形齿轮传动用于控制该部件不同关节，在单指弯曲关节上的SAW传感器用于反馈不同关节的角位移。异形钢缆转动θ角度时，会带动锥齿轮转动，从而锥齿轮传动会带动关节弯曲α角度，使得异形钢缆弯曲α角度。每个单指弯曲关节中的腕骨内置电源与SAW传感器电连接，所述SAW传感器上的LC振荡电路产生脉冲激励，叉指换能器IDT将声表面波信号转换为表面声波信号在反射栅内来回振荡。由于声表面波传感器的弯曲会导致压电基片上声波波速的改变与反射栅之间的间距，表面声波信号的频率就会发生偏移，并且弯曲角度越大信号偏移的程度也就越大。叉指换能器IDT会将偏移后表面声波信号转换为电信号，天线端会将偏移后的电信号与激励源的电信号发射出去，所述腕骨内的RF查询端接收偏移后的电信号与激励源信号，从而得出每个关节的角位移。进一步的，LC振荡电路除了为表面声波信号提供激励外，还是分时复用电路的控制电路。具体来说，LC振荡电路与负的偏置电压叠加后合成一个正弦波偏置信号。该偏置信号分别连接到PNP型三极管与NPN型三极管的基极。当正弦波偏置信号大于NPN型三极管门槛电压时，LC振荡电路作为激励源信号与天线导通，RF查询端就会接收到激励源的信号频率；正弦波偏置信号小于PNP型三极管门槛电压时，偏移后的信号作为响应源信号与天线导通，RF查询端就会接收到响应的信号频率。其中，三极管的发射极连接有接地电阻，接地电阻与发射极之间连接天线。具体来说，所述腕骨7上固连有四个电机及减速器1，所述电机及减速器的转速与传动力矩由单片机控制。所述电机与减速器1分别用于驱动摆动关节驱动异形钢缆9a、近指端关节驱动异形钢缆9b、中指端关节驱动异形钢缆9c与远指端关节驱动异形钢缆9d。所述腕骨7由销钉14与所述掌骨8进行铰接，所述腕骨7还通过两个相互啮合的锥形齿轮进行传动，即摆动关节主动锥齿轮10a1与摆动关节从动锥齿轮10a2。所述摆动关节主动锥齿轮10a1的内孔呈矩形，以便所述摆动关节驱动异形钢缆9a进行传动。需特殊指出的是，考虑到所述摆动关节驱动异形钢缆9a在传动中存在轴向位移，所述摆动关节驱动异形钢缆9a的外表面与摆动关节主动锥齿轮10a1内表面的配合类型为移动副。所述摆动关节从动锥齿轮10a2及其标称轴上开有键槽，与掌骨8的实现键连接。所述摆动关节驱动异形钢缆9a可通过摆动关节主动锥齿轮10a1与摆动关节从动锥齿轮10a2的啮合传动实现掌骨8的摆动，从而带动远指端5、中指端4与近指端2。所述腕骨的侧面固定有条形锰钢片，所述掌骨内固定有滑槽，与锰钢片形成悬臂梁结构，锰钢片上贴有SAW传感器用于测量掌骨关节弯曲程度。所述腕骨7上固连有支撑架15，所述支撑架15与掌骨8底面实现面接触以提升可靠性。腕骨7与掌骨8邻近一侧分别开有三处倒角较大的通孔，并且近指端关节驱动异形钢缆9b、中指端关节驱动异形钢缆9c与远指端关节驱动异形钢缆9d通过此区域时截面呈圆形，且与所述腕骨7、所述掌骨8实现间隙配合，以降低传动摩擦与弯曲应力。所述掌骨8与近指端2通过近指端关节从动轴3a实现铰接，所述掌骨8与近指端2邻近一侧分别开有三处倒角较大的通孔。掌骨8其中一处通孔内装有近指端关节滚动轴承13，所述近指端关节滚动轴承13内孔架设有近指端关节主动锥齿轮10b1。所述近指端关节驱动异形钢缆通过近指端关节主动锥齿轮10b1与近指端关节从动锥齿轮10b2啮合驱动，实现控制所述近指9b端2的弯曲角度，其中所述近指端关节从动锥齿轮10b2及其标称轴上开有键槽，与所述近指端2的实现键连接。所述近指端关节主动锥齿轮10b1的内孔呈矩形，以便所述近指端关节驱动异形钢缆9b进行传动。需特殊指出的是，考虑到所述近指端关节驱动异形钢缆9b在传动中存在轴向位移，所述近指端关节驱动异形钢缆9b的外表面与近指端关节主动锥齿轮10b1内表面的配合类型为移动副。所述掌骨8与近指端2邻近一侧剩余五个通孔用于通过截面呈圆形的弯曲近指端关节驱动异形钢缆9b、中指端关节驱动异形钢缆9c与远指端关节驱动异形钢缆9d，且所述三条异形钢缆与所述掌骨8、所述近指端2实现间隙配合，以降低传动摩擦与弯曲应力。所述掌骨的上表面固定有条形锰钢片，所述近指端内固定有滑槽，与锰钢片形成悬臂梁结构，锰钢片上贴有SAW传感器用于测量中指端关节弯曲程度。所述近指端2与中指端4通过中指端关节从动轴3b实现铰接，所述近指端2与中指端4邻近一侧分别开有两处倒角较大的通孔。近指端2其中一处通孔内装有中指端关节滚动轴承12，所述中指端关节滚动轴承12内孔架设有中指端关节主动锥齿轮10c1。所述中指端关节驱动异形钢缆9c通过中指端关节主动锥齿轮10c1与中指端关节从动锥齿轮10c2啮合驱动，实现控制所述中指端4的弯曲角度，其中所述近指端关节从动锥齿轮10b2及其标称轴上开有键槽，与所述中指端4的实现键连接。所述中指端关节主动锥齿轮10c1的内孔呈矩形，以便所述中指端关节驱动异形钢缆9c进行传动。需特殊指出的是，考虑到所述中指端关节驱动异形钢缆9c在传动中存在轴向位移，所述中指端关节驱动异形钢缆9c的外表面与中指端关节主动锥齿轮10c1内表面的配合类型为移动副。所述近指端2与中指端4邻近一侧剩余三个通孔用于通过截面呈圆的中指端关节驱动异形钢缆9c与远指端关节驱动异形钢缆9d，且所述两条异形钢缆与所述近指端2、所述中指端4实现间隙配合，以降低传动摩擦与弯曲应力。所述近指端的上表面固定有条形锰钢片，所述中指端内固定有滑槽，与锰钢片形成悬臂梁结构，锰钢片上贴有SAW传感器用于测量中指端关节弯曲程度。所述中指端4与远指端5通过远指端关节从动轴3c实现铰接。所述中指端4邻近远指端5一侧开有通孔，通孔内装有远指端关节滚动轴承11，所述远指端关节滚动轴承11内孔架设有远指端关节主动锥齿轮10d1。所述远指端关节驱动异形钢缆9d通过远指端关节主动锥齿轮10d1与远指端关节从动锥齿轮10d2啮合驱动，实现控制所述远指端5的弯曲角度，其中所述远指端关节从动锥齿轮10d2及其标称轴上开有键槽，与所述远指端5的实现键连接。所述远指端关节主动锥齿轮10d1的内孔呈矩形，以便所述远指端关节驱动异形钢缆9d进行传动。需特殊指出的是，考虑到所述远指端关节驱动异形钢缆9d在传动中存在轴向位移，所述远指端关节驱动异形钢缆9d的外表面与远指端关节主动锥齿轮10d1内表面的配合类型为移动副。所述远指端5邻近中指端4一侧开有通孔，用于通过截面呈圆的远指端关节驱动异形钢缆9d，且与所述远指端5实现间隙配合，以降低传动摩擦与弯曲应力。为补偿所述远指端关节驱动异形钢缆9d存在的轴向位移，远指端5的指尖端开有通孔，内孔上架设有指尖端轴承6，远指端关节驱动异形钢缆9d补偿冗余部分可自由地从指尖端轴承6中伸缩，且不影响远指端关节驱动异形钢缆9d的回旋运动。所述中指端的上表面固定有条形锰钢片，所述远指端内固定有滑槽，与锰钢片形成悬臂梁结构，锰钢片上贴有SAW传感器用于测量远指端关节弯曲程度。需特殊指出的是，为保证四条异形钢缆，即所述驱动摆动关节驱动异形钢缆9a、所述近指端关节驱动异形钢缆9b、所述中指端关节驱动异形钢缆9c与所述远指端关节驱动异形钢缆9d在传动中具有较高的刚度以保证传动的精确度，在除关节弯曲区域附近外，异形钢缆需加工呈矩形。考虑到所述异形钢缆穿过关节弯曲区域会产生较大的应力，该区域附近的异形钢缆截面保持圆形以减少弯曲应力，并且所述远指端、中指端、近指端、掌骨与腕骨上分别开有倒角较大的通孔，以避免弯折。考虑到异形钢缆在传动中会由于关节弯矩产生轴向位移，在关节弯曲区域应留有一部分的截面呈圆形的异形钢缆用于补偿轴向位移，在主动锥齿轮附近也应留有一部分的截面呈矩形的异形钢缆用于补偿轴向位移。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

权利要求：1.一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：包括手掌、五个单指弯曲关节和单片机，所述手掌与五个单指弯曲关节的腕骨固连；每个单指弯曲关节均包括远指端、中指端、近指端、掌骨、腕骨、四根异形钢缆、四个电机及减速装置和四个SAW传感器，所述远指端与中指端之间、中指端与近指端之间、近指端与掌骨之间、掌骨与腕骨之间均铰接，四根异形钢缆分别用于驱动远指端、中指端、近指端、掌骨的弯曲，四个电机及减速装置安装在腕骨内，四个电机及减速装置的动力输出端分别与四根异形钢缆连接且驱动异形钢缆进行旋转，四根异形钢缆分别通过锥形齿轮组驱动相应关节弯曲；四个SAW传感器分别安装在远指端、中指端、近指端、掌骨上，同时用于反馈相应关节的角位移，腕骨内置有与SAW传感器电连接的电源；每个电机及减速装置和每个SAW传感器均与单片机连接；在异形钢缆转动θ角度时，会带动相应锥齿轮组转动，从而带动相应关节弯曲α角度，使得异形钢缆弯曲α角度；每个SAW传感器上的LC振荡电路产生脉冲激励，叉指换能器将声表面波信号转换为表面声波信号在反射栅内来回振荡，由于声表面波传感器的弯曲会导致压电基片上声波波速的改变与反射栅之间的间距，表面声波信号的频率就会发生偏移，并且弯曲角度越大信号偏移的程度也就越大；叉指换能器会将偏移后表面声波信号转换为电信号，天线端会将偏移后的电信号与激励源的电信号发射出去，腕骨内的RF查询端接收偏移后的电信号与激励源信号，从而得出每个关节的角位移，RF查询端与单片机连接。2.如权利要求1所述的一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：所述SAW传感器上的LC振荡电路还是分时复用电路的控制电路，LC振荡电路与负的偏置电压叠加后合成一个正弦波偏置信号，该偏置信号分别连接到PNP型三极管与NPN型三极管的基极；当正弦波偏置信号大于NPN型三极管门槛电压时，LC振荡电路作为激励源信号与天线导通，RF查询端就会接收到激励源的信号频率；正弦波偏置信号小于PNP型三极管门槛电压时，偏移后的信号作为响应源信号与天线导通，RF查询端就会接收到响应的信号频率；其中，三极管的发射极连接有接地电阻，接地电阻与发射极之间连接天线。3.如权利要求1或2所述的一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：所述四根异形钢缆分别为摆动关节驱动异形钢缆、近指端关节驱动异形钢缆、中指端关节驱动异形钢缆和远指端关节驱动异形钢缆，四个SAW传感器分别为用于检测掌骨角位移的掌骨传感器、用于检测近指端角位移的近指端传感器、用于检测中指端角位移的中指端传感器和用于检测远指端角位移的远指端传感器；所述腕骨从动部分由销钉与所述掌骨进行铰接，腕骨主动部分通过相互啮合的摆动关节主动锥齿轮和摆动关节从动锥齿轮进行传动，所述腕骨上安装有摆动关节滚动轴承，摆动关节滚动轴承内孔架设有摆动关节主动锥齿轮，所述摆动关节主动锥齿轮安装在摆动关节驱动异形钢缆的另一端上，且两者之间在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，所述摆动关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与掌骨实现键连接；通过驱动摆动关节驱动异形钢缆转动带动摆动关节主动锥齿轮转动，摆动关节主动锥齿轮带动摆动关节从动锥齿轮转动，实现掌骨的摆动，从而带动近指端、中指端与远指端的摆动；所述腕骨的侧面固定有条形锰钢片，所述掌骨内固定有滑槽，该滑槽与腕骨上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述掌骨传感器贴在该锰钢片上，用于测量掌骨关节弯曲程度；所述掌骨与近指端之间通过近指端关节从动轴铰接，所述掌骨上安装有近指端关节滚动轴承，在近指端关节滚动轴承内孔架设有近指端关节主动锥齿轮，所述近指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端关节主动锥齿轮内孔伸入到近指端内，所述近指端关节主动锥齿轮与近指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，近指端关节主动锥齿轮与近指端关节从动锥齿轮啮合，近指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与近指端实现键连接；所述近指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端之间均为间隙配合，通过驱动近指端关节驱动异形钢缆带动近指端关节主动锥齿轮转动，近指端关节主动锥齿轮带动近指端关节从动锥齿轮转动，实现控制近指端的弯曲角度；所述掌骨的上表面固定有条形锰钢片，所述近指端内固定有滑槽，该滑槽与掌骨上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述近指端传感器贴在该锰钢片上，用于测量近指端关节弯曲程度；所述近指端与中指端之间通过中指端关节从动轴铰接，所述近指端上安装有中指端关节滚动轴承，在中指端关节滚动轴承内孔架设有中指端关节主动锥齿轮，所述中指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端、中指端关节主动锥齿轮内孔伸入到中指端内，所述中指端关节主动锥齿轮与中指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，中指端关节主动锥齿轮与中指端关节从动锥齿轮啮合，中指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与中指端实现键连接；所述中指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端、中指端之间均为间隙配合，通过驱动中指端关节驱动异形钢缆带动中指端关节主动锥齿轮转动，中指端关节主动锥齿轮带动中指端关节从动锥齿轮转动，实现控制中指端的弯曲角度；所述近指端的上表面固定有条形锰钢片，所述中指端内固定有滑槽，该滑槽与近指端上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述中指端传感器贴在锰钢片上，用于测量中指端关节弯曲程度；所述中指端与远指端之间通过远指端关节从动轴铰接，所述中指端上安装有远指端关节滚动轴承，在远指端关节滚动轴承内孔架设有远指端关节主动锥齿轮，所述远指端关节驱动异形钢缆另一端依次穿过掌骨、近指端、中指端、远指端关节主动锥齿轮内孔伸入到远指端内，所述远指端关节主动锥齿轮与远指端关节驱动异形钢缆在异形钢缆弯曲时会有相对的轴向运动，远指端关节主动锥齿轮与远指端关节从动锥齿轮啮合，远指端关节从动锥齿轮的标称轴上开有键槽，与远指端实现键连接；所述远指端关节驱动异形钢缆与掌骨、近指端、中指端、远指端之间均为间隙配合，通过驱动远指端关节驱动异形钢缆带动远指端关节主动锥齿轮转动，远指端关节主动锥齿轮带动远指端关节从动锥齿轮转动，实现控制远指端的弯曲角度；所述中指端的上表面固定有条形锰钢片，所述远指端内固定有滑槽，该滑槽与中指端上的锰钢片形成悬臂梁结构，所述远指端传感器贴在锰钢片上，用于测量远指端关节弯曲程度。4.如权利要求1或2所述的一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：所述异形钢缆在穿过关节弯曲区域部分截面为圆形，在除关节弯曲区域附近外，异形钢缆的截面需加工呈矩形；所述远指端、中指端、近指端、掌骨与腕骨上分别开有用于异形钢缆穿过并避免弯折的通孔，该通孔设有倒角。5.如权利要求1或2所述的一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手，其特征在于：每根异形钢缆的末端都留有冗余的长度，用于补偿相应关节弯曲时的轴向位移；所述远指端在远离中指端一侧上开有通孔，通孔中装有指尖端轴承，远指端关节驱动异形钢缆可从指尖端轴承内孔中自由伸缩。

百度查询： 浙江工业大学 一种基于智能异形钢缆驱动的五指灵巧手

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