CN111390946A - 摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，用以包络抓取、又可捏取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。本发明手指部件是仿节肢动物结构，由指根节、中指上节、中指下节、指尖节这四个骨节组成，其中指根节的转位由气缸驱动、转动由电机驱动，其他三个指节转动由软轴驱动。指根节如同节肢动物的胸部，其转位与转动的控制是核心，具有灵活性；采用叶片式转动气缸为动力，经摩擦副驱动与软轴弯曲传动的三个指节，如同节肢动物的腹部，多节的且每节为单自由度转动的特征，具有敏捷性、包络抓取特性。

Description

摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪

技术领域

本发明涉及机器人、自动化领域，具体涉及一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，适用于食品、农产品、轻工产品的分拣机器人，可应用于包装、物流行业机器人领域。

背景技术

手爪，又称为机械手、末端执行器、末端抓持器，是机器人抓取物体的操作工具，由于抓取对象的复杂性：材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大：①形状不规则的、大小差别大的物体(瓜果、蔬菜)；②易碎的脆性物体(禽蛋、玻璃陶瓷制品)；③易变形的软性物体(面包、软包装物品)；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)，同时，就形状尺寸的适应性看，不同尺寸的长方体、圆柱体、球体、椭球体、三棱柱体是最常见的形状。目前的末端执行器是不能通用地、可靠地抓持前述的复杂对象。

就接触状态看，手指刚性骨架表面粘贴橡胶，末端执行器刚性骨架外橡胶与物体的接触是半柔性接触，接触力分布差别大；或者是软体手指，因为没有骨架所以不能承受较大接触力，且接触力分布也不均匀。

手指与物体的接触又分为捏取、包络抓取、软体包裹抓取。机械手设计涉及物形、物性、物态三种。其中物形是指形状、尺寸，机械手的适应性设计；物性是材质的软硬、韧脆，控制策略设计涉及接触力的大小、方向的精确控制；物态是物体的放置状态，如立、卧，分布整齐或混乱，相互距离紧密或稀疏，相互接触关系如袋装冷冻汤团、袋装液体、袋装颗粒等软包装，涉及手指各指节的路径规划、接触力的作用位置、接触冲击等运动过程的控制策略，同时涉及机械手与机械联合臂的操作协同控制。

目前实际应用当中，使用最多的是一种二指夹钳式、单指节手指、两点接触的气动卡爪，但是尺寸适应性小，也不能包络抓取，更没有形状适应性。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，主要用以包络抓取、又可捏取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。

本发明所采用的技术方案如下：

一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，所述敏捷灵巧爪的结构包括手掌、与手掌连接的三个结构相同且沿周向均匀安装的手指部件、以及恒扭矩三轴输出装置；

所述敏捷灵巧爪具有如下特征：

①手掌提供手指部件的指根节转位功能，三个手指部件中有二个转位、一个不转位，即左前手指部件不转位；内导向笔形气缸活塞杆在原始位置，三个手指部件抓取水平圆柱、长方体；或内导向笔形气缸活塞杆在伸出末端位置，一个手指部件原地逆时针转位60度、另一个手指部件原地顺时针转位60度，从而抓取直立圆柱、球体；

②手掌提供指根节转动功能，电机驱动使三个手指部件转动，是以相同指根角度变化速度，指根角度是手指部件的指根节与底板的夹角；

③手掌提供向手掌内包络方式抓取或捏取方式抓取的功能，手掌上叶片式转动气缸通过耐磨平带，驱动每个手指部件连接的恒扭矩三轴输出装置，每个恒扭矩三轴输出装置再驱动三根软轴、带动手指部件的中指上节、中指下节、指尖节分别转动；

④通过相邻指节之间的转动限位，每个手指部件的指根节与中指上节、中指上节与中指下节、中指下节与指尖节之间的初始角度，为所有指节呈现一根直线状态、再分别向接触面相反方向转动，这三个角度分别为：-10°、-20°、-30°；

⑤包络抓取状态或捏取状态，靠恒扭矩三轴输出装置中的三对摩擦盘的打滑协调关节之间的角度，即指尖节、中指下节、中指上节先后各自接触被抓物体后，三根软轴先后各自停止转动；由被抓物体的形状与尺寸、机械臂状态控制的手掌与被抓物体的相对位置、以及电机控制的指根角度，最终决定各指节的接触状态；

⑥每根软轴通过蜗杆涡轮机构驱动中指上节、中指下节、指尖节转动，由于蜗杆涡轮机构的自锁作用，到位接触后停止驱动力，不再产生摩擦盘的打滑现象，但也不会松开被抓物体；

⑦因中指上节、中指下节、指尖节的角位移依次增加，为提高效率、并减少摩擦盘的摩擦耗能，恒扭矩三轴输出装置的一轴输入、三轴输出的齿轮副传动比有二种规格，使得驱动中指上节、中指下节、指尖节的三根软轴的角速度之比为1：1.2：1.5或1：1.3：1.8；

⑧靠压缩弹簧作用下张紧带轮的位移，耐磨平带与驱动带轮之间产生打滑，起到过载保护作用；

所述敏捷灵巧爪的具体结构如下：

整体安装结构：通过机械臂安装板上面的沉孔定位后，用螺钉将敏捷灵巧爪固定到机械臂上，导杆的两端分别与底板、机械臂安装板间隙配合，由两根导杆将间隔设置的底板和机械臂安装板联结成整体，通过螺母紧固；

Ⅰ、指根节转动结构：位于底板和机械臂安装板之间的指根转动推板上，装有两个直线轴承，两个直线轴承分别套在两个导杆上，指根转动推板靠两个导杆导向而上下移动；左前面一根固定不动的小条板靠螺栓固定在指根转动推板上，左后面、右面的转动的小条板各自通过开口销与指根转动推板铰链联结，三根小条板上都装有单耳推杆，单耳推杆下端的单耳与叉形二力杆上端的双耳铰链联结；带丝杠轴的电机安装在底板上，丝杠螺母固定在指根转动推板上，电机驱动指根转动推板上下移动，从而带动叉形二力杆，驱使手指部件的指根节转动；

Ⅱ、所述指根节的转位结构：左后面、右面的小条板转动约束的开口销轴心线，分别与左后面、右面的二个相同的设于底板中曲柄转套的二个回转中心线同轴；左前面的小条板固定螺栓的轴心线与设于底板中细高套座的轴心线同轴；

右面手指座正向转位结构：内导向笔形气缸活塞杆螺纹上固定的双耳座、滑块连杆、右面的曲柄转套形成曲柄滑块机构；内导向笔形气缸端部用螺母固定在L形气缸支座上，L形气缸支座固定在底板上；双耳座与滑块连杆一端铰链联结，滑块连杆另一端、长连杆的右端、右面的曲柄转套的曲柄端三者靠销钉形成铰链联结；内导向笔形气缸驱动下将双耳座直线移动变为右面的曲柄转套的转动；

左后面手指座的反向转位结构：长连杆的左端、左后面的曲柄转套靠销钉形成铰链联结，右面的曲柄转套、长连杆、左后面的曲柄转套形成反曲柄摇杆机构，右边的曲柄转套与左后面的曲柄转套的转动方向相反、角位移大小相等；

不转位的左前面手指座的安装结构：细高套座直接固定在底板上；

手指部件的安装结构：左前面的细高套座、以及左后面、右面的二个铜套座均布地固定在底板上，细高套座与底板的孔是定位间隙配合，曲柄转套的外圆柱面均与铜套座内孔是转动间隙配合，且在曲柄转套的下部靠轴用弹性卡环轴向限位；曲柄转套、细高套座的下部台阶面以下圆柱面均与倒L形纵截面的指根支座上的孔是定位间隙配合，再将三个指根支座调整好相位角，即内导向笔形气缸活塞杆伸出终端位置时，相邻两个指根支座的内侧平面之间夹角是60度角度，以抓取直立圆柱体、圆球体，再用两个开槽圆螺母防松固定，因此内导向笔形气缸就驱动二个曲柄转套原地转位，实现二根反向转动手指相关的指根支座、指根节、叉形二力杆、单耳推杆、小条板一起转位；

Ⅲ、中指上节、中指下节、指尖节转动的驱动结构：曲柄转套、的内孔与驱动轴外圆柱面之间是转动间隙配合，细高套座的内孔与转动轴外圆柱面之间是转动间隙配合，驱动轴的外圆柱面上有半圆弧截面形环槽，转动轴除了环槽的高度与驱动轴不同之外，尺寸与结构均相同；曲柄转套、细高套座的径向均有滚珠，球头紧定螺钉拧紧后限制滚珠径向移动，从而实现驱动轴、转动轴的轴向限位；

驱动轴、转动轴最下端是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置的内六角孔齿轮轴零件上的相同六角形孔中，再将恒扭矩三轴输出装置固定在指根支座，恒扭矩三轴输出装置的三个输出轴的下端也是外六角形，输出轴的下端均外套有内六角磁吸零件、并被吸住，软轴的压紧端头最外段也是外六角形，插进内六角磁吸、并被吸住；驱动轴、转动轴的上端装有带轮，螺钉通过圆盖将带轮固定在驱动轴、转动轴上，叶片式转动气缸安装在底板上，叶片式转动气缸输出轴上装有驱动带轮，驱动带轮通过耐磨平带、三个带轮，分别将二根驱动轴、一根转动轴转动、从而通过软轴驱动每个手指部件的中指上节、中指下节、指尖节转动；用来张紧耐磨平带的张紧带轮的轴安装在滑块上，滑块套在二根导向杆上，二根导向杆的两端被支架固定，二根压缩弹簧分别套在二根导向杆，压缩弹簧的两端分别抵着支架和滑块；

Ⅳ、手指部件的装配结构如下：

每个手指部件包括指根节、中指上节、中指下节、指尖节，是由双头间隙配合螺柱和螺母，分别将指根节右和指根节左、中指上节右和中指上节左(9f)、中指下节右和中指下节左、指尖节右和指尖节左，联结成的各个指节整体，从而二个L形横截面合并成U形横截面，各指节的U形的底平面上均粘贴了接触被抓物体的防滑橡胶；

与手掌相关的安装结构：指根支座与指根节侧面铰链联结、从而约束手指部件单自由度转动，叉形二力杆下端的叉形双耳也与指根节侧面铰链联结、从而使指根节转动；软轴两端的压紧端头最外段是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置的内六角磁吸、并被吸住；蜗杆蜗轮传动的悬臂蜗杆轴上段为外六角形，同样套有内六角磁吸，软轴下端的外六角形段也插进内六角磁吸，从而传递扭矩；三根软轴同时从叉形二力杆下端的叉形双耳中间、铰链销轴的外侧穿过；

用于相邻指节之间联结的蜗杆蜗轮传动结构：蜗杆蜗轮传动结构是左右对称的，右半壳、左半壳将右半铜套、左半铜套套装在悬臂蜗杆轴外面，右半铜套、左半铜套合起后形成的圆孔与悬臂蜗杆轴之间是转动间隙配合、使悬臂蜗杆轴滑动摩擦地转动，并靠右半铜套、左半铜套合起后形成的圆孔的上下二端面限制悬臂蜗杆轴的轴向移动、保证蜗杆蜗轮副的齿侧间隙；蜗轮轴中间左侧台阶面处装有短键和蜗轮，蜗轮的左侧有隔套，蜗轮轴中间右侧台阶面和隔套左侧面各装了一个短铜套，两个短铜套外圆柱分别塞进右半壳、左半壳下端的左、右侧壁的沉孔中；

相邻指节之间联结的装配结构：右半壳、左半壳合并后塞进指根节、中指上节、中指下节的槽口中，两个双头间隙配合螺柱穿过右半壳、左半壳的两个孔，将蜗杆蜗轮传动的右半壳、左半壳固定在中指节上；

中指上节右、中指上节左、中指下节右、中指下节左、指尖节右、指尖节左分别合并后装在蜗轮轴的两端，蜗轮轴两端装配的两根短键驱动中指上节或中指下节或指尖节转动，从而软轴驱动蜗杆轴、蜗轮轴、中指上节或中指下节或指尖节转动，两个双头间隙配合螺柱将右半指尖节、左半指尖节固定在各指节上；

中指上节或中指下节或指尖节的转动限位结构：在指尖节转动中心处，中指下节左侧边下端与指尖节左侧边上端的轮廓形状，限制了指尖节转动的初始角度与最终角度，且中指下节右侧边下端与指尖节右侧边上端的轮廓形状也相同；通过调整蜗杆蜗轮传动副，装配时须保证三根手指部件对应的中指上节、中指下节、指尖节的初始角度均相等；

Ⅴ、恒扭矩三轴输出装置的装配结构如下：

相邻的上壳、中壳、下壳之间靠定位销定位，二个内六角螺钉将上壳、中壳固定在下壳上，中壳左侧有二个安装的螺纹孔；输入的内六角孔齿轮轴的上端靠铜套、下端靠大轴承支撑，传动给周边均布的三个内六角孔齿轮轴，周边的三个内六角孔齿轮轴上下端均靠铜套支撑；三根中间轴的上段为外六角形，与周边的三个内六角孔齿轮轴的内六角孔间隙配合，中间轴的中段依次套有小轴承、圆碟形弹簧，中间轴台阶面限制小轴承内圈上面，圆碟形弹簧的小端顶住小轴承内圈下面，圆碟形弹簧的大端顶住摩擦盘，这样通过小轴承外圈承受摩擦盘产生的轴向力，中间轴下段与摩擦盘过盈紧配合或者强力胶水粘结；下面对应的摩擦盘与输出轴也是过盈紧配合或者强力胶水粘结，输出轴的中段依次套有圆碟形弹簧、小轴承，圆碟形弹簧的大端顶住下面的摩擦盘，圆碟形弹簧的小端顶住下面的小轴承内圈上面，细牙螺纹套的外螺纹旋在下壳上，细牙螺纹套上端顶住下面的小轴承外圈，旋转细牙螺纹套可调节二个摩擦盘之间的正压力，从而调节输出扭矩，输出轴的最下段为外六角形，在外六角形段套有内六角孔磁吸、并吸在上面；中间轴、小轴承、圆碟形弹簧、摩擦盘先整体装配，同样输出轴、小轴承、圆碟形弹簧、摩擦盘先整体装配，然后再装进下壳、中壳之间。

作为上述技术方案的进一步改进：

二个转位的手指部件的指根转位的角位移是大小相等的；内导向笔形气缸的最大行程确定了指根最大转位角度为60度；靠压力传感器反馈和高速开关阀气压的精确控制，平衡单作用的内导向笔形气缸内的压缩弹簧力，从而使指根转位角度在0-60度范围的任意角度。

指根转动推板处于最高位置时，三个手指部件的指根转动的初始角度相等。

每次抓取前的初始位置是：根据抓取状态要求，电机控制指根节转动的初始角度精确设定；三个手指部件的每个指根节与中指上节之间、中指上节之间与中指下节之间、中指下节与指尖节之间的三个初始角度均相等，均处于反转的限位之处。

三个手指部件的指根节、中指上节、中指下节、指尖节转动的角位移是相等的；物体尺寸确定、敏捷灵巧爪高度确定、指根转动角度确定的情况下，随着叶片式转动气缸的压力变化，接触力的位置和方向是不变的。

靠压力传感器反馈和高速开关阀，对叶片式转动气缸输入气压的精确控制，控制接触力的大小。

本发明的有益效果如下：

本发明主要用以包络抓取、又可捏取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。本发明其中二个手指部件转位、一个手指部件不转位；内导向笔形气缸活塞杆在原始位置，抓取水平圆柱、长方体，活塞杆在伸出末端位置，二个手指部件相反方向原地转位60度，从而抓取直立圆柱、球体；电机驱动使三个手指部件以相同指根角度转动；叶片式转动气缸通过耐磨平带，驱动恒扭矩三轴输出装置，每个恒扭矩三轴输出装置再分别驱动三根软轴、带动中指上节、中指下节、指尖节转动。

节肢动物的特征是身体有许多体节构成的，集合成头、胸、腹三个部分，使动物的运动更灵活，体表有外骨骼，具有保护和支撑，足和触角也分节，常见的节肢动物有蜈蚣、虾等。本发明手指部件是仿节肢动物结构，由指根节、中指上节、中指下节、指尖节这四个骨节组成，其中指根节的转位由气缸驱动、转动由电机驱动，其他三个指节转动由软轴驱动。指根节如同节肢动物的胸部，其转位与转动的控制是核心，具有灵活性；采用叶片式转动气缸为动力，经摩擦副驱动与软轴弯曲传动的三个指节，如同节肢动物的腹部，多节的且每节为单自由度转动的特征，具有敏捷性、包络抓取特性。

附图说明

图1为本发明的A-A剖主视图。

图2为本发明的B-B剖俯视图。

图3为本发明的C-C局部剖仰视图。

图4为本发明的D-D剖仰视图。

图5为本发明的E-E剖仰视图。

图6为本发明的手指部件的F-F剖主视图。

图7为本发明的手指部件的H-H局部视图。

图8为本发明的手指部件的G-G剖右视图。

图9为本发明的恒扭矩三轴输出装置的M-M剖仰视图。

图10为本发明的恒扭矩三轴输出装置的I-I剖主视图。

图11为本发明的恒扭矩三轴输出装置的俯视图。

图12为本发明的恒扭矩三轴输出装置的J-J剖俯视图。

图13为本发明的恒扭矩三轴输出装置的K-K剖俯视图。

图14为本发明的恒扭矩三轴输出装置的L-L剖俯视图。

图15为本发明的指根支座零件的仰视图。

图16为本发明的指根支座零件的主剖视图。

图17为本发明的曲柄转套零件的主剖视图。

图18为本发明的曲柄转套零件的俯视图。

图19为本发明的驱动轴零件的仰视图。

图20为本发明的驱动轴零件的主视图。

图21为本发明的手指部件的叉形二力杆零件的主剖视图。

图22为本发明的手指部件的叉形二力杆零件的右视图。

图23为本发明的手指部件的指根节右零件的主视图。

图24为本发明的手指部件的指根节右零件的右视图。

图25为本发明的手指部件的指尖节右零件的主视图。

图26为本发明的手指部件的指尖节右零件的右视图。

图27为本发明灵巧爪的手指部件安装角度与转位的简图

图28为本发明灵巧爪以四指节接触包络方式抓取同一物体的状态图。

图29为本发明灵巧爪以三指节接触包络方式抓取同一物体一种状态图。

图30为本发明灵巧爪以三指节接触包络方式抓取同一物体另一种状态图。

图31为本发明灵巧爪以二指节接触包络方式抓取较小物体的状态图。

图32为本发明灵巧爪以四指节接触包络方式抓取较大物体的状态图。

图33为本发明敏捷灵巧爪以捏取方式抓取物体的状态图。

图中：1、电机；2、底板；3、内导向笔形气缸；4、L形气缸支座；5、双耳座；6、导杆；7、滑块连杆；8、长连杆；9、手指部件；10、恒扭矩三轴输出装置；11、指根支座；12、轴用弹性卡环；13、铜套座；14、曲柄转套；15、滚珠；16、驱动轴；17、带轮；18、圆盖；19、单耳推杆；20、小条板；21、指根转动推板；22、直线轴承；23、机械臂安装板；24、丝杠螺母；25、细高套座；26、支架；27、压缩弹簧；28、导向杆；29、张紧带轮；30、滑块；31、驱动带轮；32、叶片式转动气缸；33、耐磨平带；34、转动轴；

9a、软轴；9b、叉形二力杆；9c、指根节右；9d、指根节左；9e、中指上节右；9f、中指上节左；9g、中指下节右；9h、中指下节左；9i、指尖节右；9j、指尖节左；9k、右半壳；9l、左半壳；9m、右半铜套；9n、左半铜套；9o、悬臂蜗杆轴；9p、短铜套；9q、涡轮轴；9r、涡轮；9s、轴用小卡簧；9t、短键；9v、双头间隙配合螺柱；9w、防滑橡胶；

10a、内六角孔磁吸；10b、细牙螺纹套；10c、下壳；10d、中壳；10e、内六角孔齿轮轴；10f、上壳；10g、铜套；10h、大轴承；10i、上轴；10j、小轴承；10k、圆碟形弹簧；10l、摩擦盘；10m、下轴。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

本实施例的一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，所述敏捷灵巧爪的结构包括手掌、与手掌连接的三个结构相同且沿周向均匀安装的手指部件、以及恒扭矩三轴输出装置；

敏捷灵巧爪的零部件有：电机1、底板2、内导向笔形气缸3、L形气缸支座4、双耳座5、导杆6、滑块连杆7、长连杆8、手指部件9、恒扭矩三轴输出装置10、指根支座11、轴用弹性卡环12、铜套座13、曲柄转套14、滚珠15、驱动轴16、带轮17、圆盖18、单耳推杆19、小条板20、指根转动推板21、直线轴承22、机械臂安装板23、丝杠螺母24、细高套座25、支架26、压缩弹簧27、导向杆28、张紧带轮29、滑块30、驱动带轮31、叶片式转动气缸32、耐磨平带33、转动轴34；

其中手指部件9的组成零件是：软轴9a、叉形二力杆9b、指根节右9c、指根节左9d、中指上节右9e、中指上节左9f、中指下节右9g、中指下节左9h、指尖节右9i、指尖节左9j、右半壳9k、左半壳9l、右半铜套9m、左半铜套9n、悬臂蜗杆轴9o、短铜套9p、蜗轮轴9q、蜗轮9r、隔套9s、短键9t、双头间隙配合螺柱9v、防滑橡胶9w；

其中恒扭矩三轴输出装置的组成零件是：内六角孔磁吸10a、细牙螺纹套10b、下壳10c、中壳10d、内六角孔齿轮轴10e、上壳10f、铜套10g、大轴承10h、中间轴10i、小轴承10j、圆碟形弹簧10k、摩擦盘10l、输出轴10m。

本实施例的一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，由手掌、各三个结构相同、均布安装的手指部件9与恒扭矩三轴输出装置10组成；

所述敏捷灵巧爪的安装结构及功能：

①如附图2、27所示，手掌提供指根节转位功能，三个手指部件9中有二个手指部件9转位、一个手指部件9不转位，即左前手指部件9不转位；内导向笔形气缸3活塞杆在原始位置，三个手指部件9抓取水平圆柱、长方体；或内导向笔形气缸3活塞杆在伸出末端位置，一个手指部件9原地逆时针转位60度、另一个手指部件9原地顺时针转位60度，从而抓取直立圆柱、球体；

②手掌提供指根节转动功能，电机1驱动使三个手指部件9转动，是以相同指根角度变化速度，指根角度是指根节(左右对称的指根节右9c、指根节左9d合并而成)与手掌平面(即底板2)的夹角；

③手掌提供向手掌内包络方式抓取或捏取方式抓取的功能，手掌上叶片式转动气缸32通过耐磨平带33，驱动每个手指部件9连接的恒扭矩三轴输出装置10，每个恒扭矩三轴输出装置10再驱动三根软轴9a、带动中指上节(左右对称的中指上节右9e、中指上节左9f合并而成)、中指下节(左右对称的中指下节右9g、中指下节左9h合并而成)、指尖节(左右对称的指尖节右9i、指尖节左9j合并而成)分别转动；

④通过相邻指节之间的转动限位(附图8中，靠指下节左9h与指尖节左9j之间的侧板限位方法)，每个手指部件9的指根节与中指上节、中指上节与中指下节、中指下节与指尖节之间的初始角度(亦即关节初始角度)，为所有指节呈现一根直线状态、再分别向接触面相反方向转动，这三个角度分别为：-10°、-20°、-30°；

⑤包络抓取状态或捏取状态，靠恒扭矩三轴输出装置10中的三对摩擦盘10l的打滑协调关节之间的角度(指尖节、中指下节、中指上节先后各自接触被抓物体后，三根软轴先后各自停止转动)；如附图28-33所示，由被抓物体的形状与尺寸、机械臂状态控制的手掌部件与被抓物体的相对位置、以及电机控制的指根角度，最终决定各指节的接触状态；

⑥每根软轴9a通过蜗杆涡轮机构驱动中指上节、中指下节、指尖节转动，由于蜗杆涡轮机构的自锁作用，到位接触后停止驱动力，不再产生摩擦盘10l的打滑现象，但也不会松开被抓物体；

⑦因中指上节、中指下节、指尖节的角位移依次增加，为提高效率、并减少摩擦盘的摩擦耗能，恒扭矩三轴输出装置10的一轴输入、三轴输出的齿轮副传动比有二种规格，使得驱动中指上节、中指下节、指尖节的三根软轴9a的角速度之比为1:1.2:1.5或1:1.3:1.8；

⑧靠弹簧27作用下张紧带轮29的位移，耐磨平带33与驱动带轮31之间产生打滑，起到过载保护作用。

如附图1-5所示，具体结构是：

整体安装结构：通过机械臂安装板23上面的沉孔定位后，用螺钉将敏捷灵巧爪固定到机械臂上，导杆6的两端分别与底板2、机械臂安装板23间隙配合，由两根导杆6将底板2和机械臂安装板23联结成整体，通过螺母紧固；

Ⅰ、指根节转动结构：指根转动推板21上装有两个直线轴承22，两个直线轴承22分别套在两个导杆6上，指根转动推板21靠两个导杆6导向而上下移动；左前面一根固定不动的小条板20靠螺栓固定在指根转动推板21上，左后面、右面的转动的小条板20各自通过开口销与指根转动推板21铰链联结，三根小条板20上都装有单耳推杆19，单耳推杆19下端的单耳与叉形二力杆9b上端的双耳铰链联结；带丝杠轴的电机1安装在底板2上，丝杠螺母24固定在指根转动推板21上，电机1驱动指根转动推板21上下移动，从而带动叉形二力杆9b，驱使指根节转动；叉形二力杆9b的结构如图21、22所示；

Ⅱ、指根节转位结构：左后面、右面的小条板20转动约束的开口销轴心线，分别与左后面、右面的的二个相同的曲柄转套14的二个回转中心线同轴，曲柄转套14的结构如图17、18所示；左前面的小条板20固定螺栓的轴心线与细高套座25的轴心线同轴；

①右面手指座正向转位：内导向笔形气缸3活塞杆螺纹上固定的双耳座5、滑块连杆7、右面的曲柄转套14形成曲柄滑块机构；内导向笔形气缸3端部用螺母固定在L形气缸支座4上，L形气缸支座4固定在底板2；双耳座5与滑块连杆7一端铰链联结，滑块连杆7另一端、长连杆8的右端、右面的曲柄转套14的曲柄端三者靠销钉形成铰链联结；内导向笔形气缸3驱动下将双耳座5直线移动变为右面的曲柄转套14的转动；

②左后面手指座反向转位：长连杆8的左端、左后面的曲柄转套14靠销钉形成铰链联结，右面的曲柄转套14、长连杆8、左后面的曲柄转套14形成反曲柄摇杆机构，右边的曲柄转套14与左后面的曲柄转套14的转动方向相反、角位移大小相等；

③不转位的左前面手指座的安装：细高套座25直接固定在底板2上；

④手指部件9的安装：左前面的细高套座25、以及左后面、右面的二个铜套座13均布地固定在底板2上，细高套座25与底板2的孔是定位间隙配合，曲柄转套14的外圆柱面均与铜套座13内孔是转动间隙配合，且在曲柄转套14的下部靠轴用弹性卡环12轴向限位；曲柄转套14、细高套座25的下部台阶面以下圆柱面均与倒L形纵截面的指根支座11上的孔是定位间隙配合，指根支座11的结构如图15、16所示，再将三个指根支座11调整好相位角(如图2、27所示，内导向笔形气缸3活塞杆伸出终端位置时，相邻两个指根支座11的内侧平面之间夹角是60度角度，以抓取直立圆柱体、圆球体)，再用两个开槽圆螺母防松固定，因此内导向笔形气缸3就驱动二个曲柄转套14原地转位，实现二根反向转动手指相关的指根支座11、指根节、叉形二力杆9b、单耳推杆19、小条板20一起转位；

Ⅲ、中指上节、中指下节、指尖节转动的驱动结构：曲柄转套14、的内孔与驱动轴16外圆柱面之间是转动间隙配合，细高套座25的内孔与转动轴34外圆柱面之间是转动间隙配合，驱动轴16的结构如图19、20所示，驱动轴16的外圆柱面上有半圆弧截面形环槽，转动轴34除了环槽的高度与驱动轴16不同之外，尺寸与结构均相同；曲柄转套14、细高套座25的径向均有滚珠15，球头紧定螺钉拧紧后限制滚珠15径向移动，从而实现驱动轴16、转动轴34的轴向限位；驱动轴16、转动轴34最下端是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置10的内六角孔齿轮轴10e零件上的相同六角形孔中，再将恒扭矩三轴输出装置10固定在指根支座11，恒扭矩三轴输出装置10的三个输出轴10m的下端也是外六角形，输出轴10m的下端均外套有内六角磁吸10a零件、并被吸住，软轴9a的压紧端头最外段也是外六角形，插进内六角磁吸10a、并被吸住；驱动轴16、转动轴34的上端装有带轮17，螺钉通过圆盖18将带轮17固定在驱动轴16、转动轴34上，叶片式转动气缸32安装在底板2上，叶片式转动气缸32输出轴上装有驱动带轮31，驱动带轮31通过耐磨平带33、三个带轮17，分别将二根驱动轴16、一根转动轴34转动、从而通过软轴9a驱动每个手指部件9的中指上节、中指下节、指尖节转动；用来张紧耐磨平带33的张紧带轮29的轴安装在滑块30上，滑块30套在二根导向杆28上，二根导向杆28的两端被支架26固定，二根弹簧27分别套在二根导向杆28，弹簧27的两端分别抵着支架26和滑块30。

Ⅳ、如附图6-8所示，手指部件9的装配结构如下：

所述的指根节、中指上节、中指下节、指尖节，是由双头间隙配合螺柱9v和螺母，分别将指根节右9c(如图23、24所示)和指根节左9d、中指上节右9e和中指上节左9f、中指下节右9g和中指下节左9h、指尖节右9i和指尖节左9j，联结成的各个指节整体，从而二个L形横截面合并成U形横截面，各指节的U形的底平面上均粘贴了接触被抓物体的防滑橡胶9w；

与手掌相关的安装结构：指根支座11与指根节侧面铰链联结、从而约束手指部件9单自由度转动，叉形二力杆9b下端的叉形双耳也与指根节侧面铰链联结、从而使指根节转动；软轴9a两端的压紧端头最外段是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置10的内六角磁吸10a、并被吸住；蜗杆蜗轮传动的悬臂蜗杆轴9o上段为外六角形，同样套有内六角磁吸10a，软轴9a下端的外六角形段也插进内六角磁吸10a，从而传递扭矩；三根软轴9a同时从叉形二力杆9b下端的叉形双耳中间、铰链销轴的外侧穿过；

用于相邻指节之间联结的蜗杆蜗轮传动结构：蜗杆蜗轮传动结构是左右对称的，右半壳9k、左半壳9l将右半铜套9m、左半铜套9n套装在悬臂蜗杆轴9o外面，右半铜套9m、左半铜套9n合起后形成的圆孔与悬臂蜗杆轴9o之间是转动间隙配合、使悬臂蜗杆轴9o滑动摩擦地转动，并靠右半铜套9m、左半铜套9n合起后形成的圆孔的上下二端面限制悬臂蜗杆轴9o的轴向移动、保证蜗杆蜗轮副的齿侧间隙；蜗轮轴9q中间左侧台阶面处装有短键9t和蜗轮9r，蜗轮9r的左侧有隔套9s，蜗轮轴9q中间右侧台阶面和隔套9s左侧面各装了一个短铜套9p，两个短铜套9p外圆柱分别塞进右半壳9k、左半壳9l下端的左、右侧壁的沉孔中；

相邻指节之间联结的装配结构：右半壳9k、左半壳9l合并后塞进指根节、中指上节、中指下节的槽口中，两个双头间隙配合螺柱9t穿过右半壳9k、左半壳9l的两个孔，将蜗杆蜗轮传动的右半壳9k、左半壳9l固定在中指节9g上；

中指上节右9e、中指上节左9f、中指下节右9g、中指下节左9h、指尖节右9i、指尖节左9j分别合并后装在蜗轮轴9q的两端，蜗轮轴9q两端装配的两根短键9t驱动中指上节或中指下节或指尖节转动，从而软轴9a驱动蜗杆轴9o、蜗轮轴9q、中指上节或中指下节或指尖节转动，两个双头间隙配合螺柱9t将右半指尖节9n、左半指尖节9o固定在各指节上；

中指上节或中指下节或指尖节的转动限位结构：如图5所示，在指尖节转动中心处，中指下节左9h侧边下端与指尖节左9j侧边上端的轮廓形状，限制了指尖节转动的初始角度与最终角度，且中指下节右9g侧边下端与指尖节右9i侧边上端的轮廓形状也相同；指尖节右9i的结构如图25、26所示；通过调整蜗杆蜗轮传动副，装配时须保证三根手指部件9对应的中指上节、中指下节、指尖节的初始角度均相等。

Ⅴ、如附图9-14所示，恒扭矩三轴输出装置10的装配结构如下：

相邻的上壳10f、中壳10d、下壳10c之间靠定位销定位，二个内六角螺钉将上壳10f、中壳10d固定在下壳10c上，中壳10d左侧有二个安装的螺纹孔；输入的内六角孔齿轮轴10e的上端靠铜套10g、下端靠大轴承10h支撑，传动给周边均布的三个内六角孔齿轮轴10e，周边的三个内六角孔齿轮轴10e上下端均靠铜套10g支撑；三根中间轴10i的上段为外六角形，与周边的三个内六角孔齿轮轴10e的内六角孔间隙配合，中间轴10i的中段依次套有小轴承10j、圆碟形弹簧10k，中间轴10i台阶面限制小轴承10j内圈上面，圆碟形弹簧10k的小端顶住小轴承10j内圈下面，圆碟形弹簧10k的大端顶住摩擦盘10l，这样通过小轴承10j外圈承受摩擦盘10l产生的轴向力，中间轴10i下段与摩擦盘10l过盈紧配合或者强力胶水粘结；下面对应的摩擦盘10l与输出轴10m也是过盈紧配合或者强力胶水粘结，输出轴10m的中段依次套有圆碟形弹簧10k、小轴承10j，圆碟形弹簧10k的大端顶住下面的摩擦盘10l，圆碟形弹簧10k的小端顶住下面的小轴承10j内圈上面，细牙螺纹套10b的外螺纹旋在下壳10c上，细牙螺纹套10b上端顶住下面的小轴承10j外圈，旋转细牙螺纹套10b可调节二个摩擦盘10l之间的正压力，从而调节输出扭矩，输出轴10m的最下段为外六角形，在外六角形段套有内六角孔磁吸10a、并吸在上面；中间轴10i、小轴承10j、圆碟形弹簧10k、摩擦盘10l先整体装配，同样输出轴10m、小轴承10j、圆碟形弹簧10k、摩擦盘10l先整体装配，然后再装进下壳10c、中壳10d之间。

附图15-24分别给出了指根支座11、曲柄转套14、驱动轴16、指部件9的叉形二力杆9b、指根节右9c、指尖节右9i等六个零件图纸。

本发明的工作原理及使用流程：

手掌提供指根转位功能，适应形状变化：内导向笔形气缸3活塞杆在原始位置，三个手指部件9抓取水平圆柱、长方体；或内导向笔形气缸3活塞杆在伸出末端位置，一个手指部件9逆时针转位60度、另一个手指部件9顺时针转位60度，从而抓取直立圆柱、球体。

手掌提供指根转动功能，适应尺寸变化：电机1驱动使三个手指部件9以相同指根角度转动，指根角度是指根节(左右对称的指根节右9c、指根节左9d合并而成)与手掌平面(即底板2)的夹角。

包络方式或捏取方式快速夹持物体：①手掌上叶片式转动气缸32通过耐磨平带33，驱动每个手指部件9连接的恒扭矩三轴输出装置10，每个恒扭矩三轴输出装置10再驱动三根软轴9a、带动中指上节(左右对称的中指上节右9e、中指上节左9f合并而成)、中指下节(左右对称的中指下节右9g、中指下节左9h合并而成)、指尖节(左右对称的指尖节右9i、指尖节左9j合并而成)分别转动；②每根软轴9a通过蜗杆涡轮机构驱动中指上节、中指下节、指尖节转动，由于蜗杆涡轮机构的自锁作用，到位接触后停止驱动力，不再产生摩擦盘10l的打滑现象，但也不会松开被抓物体；③由被抓物体的形状与尺寸、机械臂状态控制的手掌部件与被抓物体的相对位置、以及电机控制的指根角度，最终决定各指节的接触状态；④每个手指部件的指根节、中指上节、中指下节、指尖节的相邻指节之间的初始角度(亦即关节初始角度)，分别为一根直线的反接触面方向-10°:-20°:-30°；⑤因中指上节、中指下节、指尖节的角位移依次增加，为提高效率、并减少摩擦盘的摩擦耗能，设定一轴输入三轴输出齿轮副的传动比，使中指上节、中指下节、指尖节各自的软轴9a输出角速度之比为1:1.2:1.5或1:1.3:1.8。

通过摩擦副传动、软轴柔性弯曲传递转矩，是本发明与众不同的创新点，这种传动链既不是连杆类传动、也不是齿轮类传动，更不是低功率的绳索牵引式传动。

二个转位的手指部件9的指根转位的角位移是大小相等的；内导向笔形气缸3的最大行程确定了指根最大转位角度为60度；靠压力传感器反馈和高速开关阀气压的精确控制，平衡单作用的内导向笔形气缸3内的压缩弹簧力，从而使指根转位角度在0-60度范围的任意角度。

装配时，指根转动推板21处于最高位置时，三个手指部件9的指根转动的初始角度相等。

每次抓取前的初始位置是：根据抓取状态要求，电机控制指根节转动的初始角度精确设定；三个手指部件9的每个指根节与中指上节之间、中指上节之间与中指下节之间、中指下节与指尖节之间的三个初始角度均相等，均处于反转的限位之处(反转最大角度)。

三个手指部件9的指根节、中指上节、中指下节、指尖节转动的角位移是相等的；物体尺寸确定、敏捷灵巧爪高度确定、指根转动角度确定的情况下，随着叶片式转动气缸32的压力变化，接触力的位置和方向是不变的。

靠压力传感器反馈和高速开关阀，对叶片式转动气缸32输入气压的精确控制，控制接触力的大小。

图27为手指部件安装角度与转位的简图，图28为本发明敏捷灵巧爪四指节接触包络方式抓取同一物体的状态图、图29为本发明灵巧爪以三指节接触包络方式抓取同一物体一种状态图、图30为本发明灵巧爪以三指节接触包络方式抓取同一物体另一种状态图；图31为本发明灵巧爪以二指节接触包络方式抓取较小物体的状态图，图32为本发明灵巧爪以四指节接触包络方式抓取较大物体的状态图，图33为本发明敏捷灵巧爪以捏取方式抓取物体的状态图。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：所述敏捷灵巧爪的结构包括手掌、与手掌连接的三个结构相同且沿周向均匀安装的手指部件(9)、以及恒扭矩三轴输出装置(10)；

所述敏捷灵巧爪具有如下特征：

①手掌提供手指部件(9)的指根节转位功能，三个手指部件(9)中有二个转位、一个不转位，即左前手指部件(9)不转位；内导向笔形气缸(3)活塞杆在原始位置，三个手指部件(9)抓取水平圆柱、长方体；或内导向笔形气缸(3)活塞杆在伸出末端位置，一个手指部件(9)原地逆时针转位60度、另一个手指部件(9)原地顺时针转位60度，从而抓取直立圆柱、球体；

②手掌提供指根节转动功能，电机(1)驱动使三个手指部件(9)转动，是以相同指根角度变化速度，指根角度是手指部件(9)的指根节与底板(2)的夹角；

③手掌提供向手掌内包络方式抓取或捏取方式抓取的功能，手掌上叶片式转动气缸(32)通过耐磨平带(33)，驱动每个手指部件(9)连接的恒扭矩三轴输出装置(10)，每个恒扭矩三轴输出装置(10)再驱动三根软轴(9a)、带动手指部件(9)的中指上节、中指下节、指尖节分别转动；

④通过相邻指节之间的转动限位，每个手指部件(9)的指根节与中指上节、中指上节与中指下节、中指下节与指尖节之间的初始角度，为所有指节呈现一根直线状态、再分别向接触面相反方向转动，这三个角度分别为：-10°、-20°、-30°；

⑤包络抓取状态或捏取状态，靠恒扭矩三轴输出装置(10)中的三对摩擦盘(10l)的打滑协调关节之间的角度，即指尖节、中指下节、中指上节先后各自接触被抓物体后，三根软轴(9a)先后各自停止转动；由被抓物体的形状与尺寸、机械臂状态控制的手掌与被抓物体的相对位置、以及电机控制的指根角度，最终决定各指节的接触状态；

⑥每根软轴(9a)通过蜗杆涡轮机构驱动中指上节、中指下节、指尖节转动，由于蜗杆涡轮机构的自锁作用，到位接触后停止驱动力，不再产生摩擦盘(10l)的打滑现象，但也不会松开被抓物体；

⑦因中指上节、中指下节、指尖节的角位移依次增加，为提高效率、并减少摩擦盘的摩擦耗能，恒扭矩三轴输出装置(10)的一轴输入、三轴输出的齿轮副传动比有二种规格，使得驱动中指上节、中指下节、指尖节的三根软轴(9a)的角速度之比为1:1.2:1.5或1:1.3:1.8；

⑧靠压缩弹簧(27)作用下张紧带轮(29)的位移，耐磨平带(33)与驱动带轮(31)之间产生打滑，起到过载保护作用；

所述敏捷灵巧爪的具体结构如下：

整体安装结构：通过机械臂安装板(23)上面的沉孔定位后，用螺钉将敏捷灵巧爪固定到机械臂上，导杆(6)的两端分别与底板(2)、机械臂安装板(23)间隙配合，由两根导杆(6)将间隔设置的底板(2)和机械臂安装板(23)联结成整体，通过螺母紧固；

Ⅰ、指根节转动结构：位于底板(2)和机械臂安装板(23)之间的指根转动推板(21)上，装有两个直线轴承(22)，两个直线轴承(22)分别套在两个导杆(6)上，指根转动推板(21)靠两个导杆(6)导向而上下移动；左前面一根固定不动的小条板(20)靠螺栓固定在指根转动推板(21)上，左后面、右面的转动的小条板(20)各自通过开口销与指根转动推板(21)铰链联结，三根小条板(20)上都装有单耳推杆(19)，单耳推杆(19)下端的单耳与叉形二力杆(9b)上端的双耳铰链联结；带丝杠轴的电机(1)安装在底板(2)上，丝杠螺母(24)固定在指根转动推板(21)上，电机(1)驱动指根转动推板(21)上下移动，从而带动叉形二力杆(9b)，驱使手指部件(9)的指根节转动；

Ⅱ、所述指根节的转位结构：左后面、右面的小条板(20)转动约束的开口销轴心线，分别与左后面、右面的二个相同的设于底板(2)中曲柄转套(14)的二个回转中心线同轴；左前面的小条板(20)固定螺栓的轴心线与设于底板(2)中细高套座(25)的轴心线同轴；

右面手指座正向转位结构：内导向笔形气缸(3)活塞杆螺纹上固定的双耳座(5)、滑块连杆(7)、右面的曲柄转套(14)形成曲柄滑块机构；内导向笔形气缸(3)端部用螺母固定在L形气缸支座(4)上，L形气缸支座(4)固定在底板(2)上；双耳座(5)与滑块连杆(7)一端铰链联结，滑块连杆(7)另一端、长连杆(8)的右端、右面的曲柄转套(14)的曲柄端三者靠销钉形成铰链联结；内导向笔形气缸(3)驱动下将双耳座(5)直线移动变为右面的曲柄转套(14)的转动；

左后面手指座的反向转位结构：长连杆(8)的左端、左后面的曲柄转套(14)靠销钉形成铰链联结，右面的曲柄转套(14)、长连杆(8)、左后面的曲柄转套(14)形成反曲柄摇杆机构，右边的曲柄转套(14)与左后面的曲柄转套(14)的转动方向相反、角位移大小相等；

不转位的左前面手指座的安装结构：细高套座(25)直接固定在底板(2)上；

手指部件(9)的安装结构：左前面的细高套座(25)、以及左后面、右面的二个铜套座(13)均布地固定在底板(2)上，细高套座(25)与底板(2)的孔是定位间隙配合，曲柄转套(14)的外圆柱面均与铜套座(13)内孔是转动间隙配合，且在曲柄转套(14)的下部靠轴用弹性卡环(12)轴向限位；曲柄转套(14)、细高套座(25)的下部台阶面以下圆柱面均与倒L形纵截面的指根支座(11)上的孔是定位间隙配合，再将三个指根支座(11)调整好相位角，即内导向笔形气缸(3)活塞杆伸出终端位置时，相邻两个指根支座(11)的内侧平面之间夹角是60度角度，以抓取直立圆柱体、圆球体，再用两个开槽圆螺母防松固定，因此内导向笔形气缸(3)就驱动二个曲柄转套(14)原地转位，实现二根反向转动手指相关的指根支座(11)、指根节、叉形二力杆(9b)、单耳推杆(19)、小条板(20)一起转位；

Ⅲ、中指上节、中指下节、指尖节转动的驱动结构：曲柄转套(14)、的内孔与驱动轴(16)外圆柱面之间是转动间隙配合，细高套座(25)的内孔与转动轴(34)外圆柱面之间是转动间隙配合，驱动轴(16)的外圆柱面上有半圆弧截面形环槽，转动轴(34)除了环槽的高度与驱动轴(16)不同之外，尺寸与结构均相同；曲柄转套(14)、细高套座(25)的径向均有滚珠(15)，球头紧定螺钉拧紧后限制滚珠(15)径向移动，从而实现驱动轴(16)、转动轴(34)的轴向限位；

驱动轴(16)、转动轴(34)最下端是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置(10)的内六角孔齿轮轴(10e)零件上的相同六角形孔中，再将恒扭矩三轴输出装置(10)固定在指根支座(11)，恒扭矩三轴输出装置(10)的三个输出轴(10m)的下端也是外六角形，输出轴(10m)的下端均外套有内六角磁吸(10a)零件、并被吸住，软轴(9a)的压紧端头最外段也是外六角形，插进内六角磁吸(10a)、并被吸住；驱动轴(16)、转动轴(34)的上端装有带轮(17)，螺钉通过圆盖(18)将带轮(17)固定在驱动轴(16)、转动轴(34)上，叶片式转动气缸(32)安装在底板(2)上，叶片式转动气缸(32)输出轴上装有驱动带轮(31)，驱动带轮(31)通过耐磨平带(33)、三个带轮(17)，分别将二根驱动轴(16)、一根转动轴(34)转动、从而通过软轴(9a)驱动每个手指部件(9)的中指上节、中指下节、指尖节转动；用来张紧耐磨平带(33)的张紧带轮(29)的轴安装在滑块(30)上，滑块(30)套在二根导向杆(28)上，二根导向杆(28)的两端被支架(26)固定，二根压缩弹簧(27)分别套在二根导向杆(28)，压缩弹簧(27)的两端分别抵着支架(26)和滑块(30)；

Ⅳ、手指部件(9)的装配结构如下：

每个手指部件(9)包括指根节、中指上节、中指下节、指尖节，是由双头间隙配合螺柱(9v)和螺母，分别将指根节右(9c)和指根节左(9d)、中指上节右(9e)和中指上节左(9f)、中指下节右(9g)和中指下节左(9h)、指尖节右(9i)和指尖节左(9j)，联结成的各个指节整体，从而二个L形横截面合并成U形横截面，各指节的U形的底平面上均粘贴了接触被抓物体的防滑橡胶(9w)；

与手掌相关的安装结构：指根支座(11)与指根节侧面铰链联结、从而约束手指部件(9)单自由度转动，叉形二力杆(9b)下端的叉形双耳也与指根节侧面铰链联结、从而使指根节转动；软轴(9a)两端的压紧端头最外段是外六角形，插进恒扭矩三轴输出装置(10)的内六角磁吸(10a)、并被吸住；蜗杆蜗轮传动的悬臂蜗杆轴(9o)上段为外六角形，同样套有内六角磁吸(10a)，软轴(9a)下端的外六角形段也插进内六角磁吸(10a)，从而传递扭矩；三根软轴(9a)同时从叉形二力杆(9b)下端的叉形双耳中间、铰链销轴的外侧穿过；

用于相邻指节之间联结的蜗杆蜗轮传动结构：蜗杆蜗轮传动结构是左右对称的，右半壳(9k)、左半壳(9l)将右半铜套(9m)、左半铜套(9n)套装在悬臂蜗杆轴(9o)外面，右半铜套(9m)、左半铜套(9n)合起后形成的圆孔与悬臂蜗杆轴(9o)之间是转动间隙配合、使悬臂蜗杆轴(9o)滑动摩擦地转动，并靠右半铜套(9m)、左半铜套(9n)合起后形成的圆孔的上下二端面限制悬臂蜗杆轴(9o)的轴向移动、保证蜗杆蜗轮副的齿侧间隙；蜗轮轴(9q)中间左侧台阶面处装有短键(9t)和蜗轮(9r)，蜗轮(9r)的左侧有隔套(9s)，蜗轮轴(9q)中间右侧台阶面和隔套(9s)左侧面各装了一个短铜套(9p)，两个短铜套(9p)外圆柱分别塞进右半壳(9k)、左半壳(9l)下端的左、右侧壁的沉孔中；

相邻指节之间联结的装配结构：右半壳(9k)、左半壳(9l)合并后塞进指根节、中指上节、中指下节的槽口中，两个双头间隙配合螺柱(9t)穿过右半壳(9k)、左半壳(9l)的两个孔，将蜗杆蜗轮传动的右半壳(9k)、左半壳(9l)固定在中指节(9g)上；

中指上节右(9e)、中指上节左(9f)、中指下节右(9g)、中指下节左(9h)、指尖节右(9i)、指尖节左(9j)分别合并后装在蜗轮轴(9q)的两端，蜗轮轴(9q)两端装配的两根短键(9t)驱动中指上节或中指下节或指尖节转动，从而软轴(9a)驱动蜗杆轴(9o)、蜗轮轴(9q)、中指上节或中指下节或指尖节转动，两个双头间隙配合螺柱(9t)将右半指尖节(9n)、左半指尖节(9o)固定在各指节上；

中指上节或中指下节或指尖节的转动限位结构：在指尖节转动中心处，中指下节左(9h)侧边下端与指尖节左(9j)侧边上端的轮廓形状，限制了指尖节转动的初始角度与最终角度，且中指下节右(9g)侧边下端与指尖节右(9i)侧边上端的轮廓形状也相同；通过调整蜗杆蜗轮传动副，装配时须保证三根手指部件(9)对应的中指上节、中指下节、指尖节的初始角度均相等；

Ⅴ、恒扭矩三轴输出装置(10)的装配结构如下：

相邻的上壳(10f)、中壳(10d)、下壳(10c)之间靠定位销定位，二个内六角螺钉将上壳(10f)、中壳(10d)固定在下壳(10c)上，中壳(10d)左侧有二个安装的螺纹孔；输入的内六角孔齿轮轴(10e)的上端靠铜套(10g)、下端靠大轴承(10h)支撑，传动给周边均布的三个内六角孔齿轮轴(10e)，周边的三个内六角孔齿轮轴(10e)上下端均靠铜套(10g)支撑；三根中间轴(10i)的上段为外六角形，与周边的三个内六角孔齿轮轴(10e)的内六角孔间隙配合，中间轴(10i)的中段依次套有小轴承(10j)、圆碟形弹簧(10k)，中间轴(10i)台阶面限制小轴承(10j)内圈上面，圆碟形弹簧(10k)的小端顶住小轴承(10j)内圈下面，圆碟形弹簧(10k)的大端顶住摩擦盘(10l)，这样通过小轴承(10j)外圈承受摩擦盘(10l)产生的轴向力，中间轴(10i)下段与摩擦盘(10l)过盈紧配合或者强力胶水粘结；下面对应的摩擦盘(10l)与输出轴(10m)也是过盈紧配合或者强力胶水粘结，输出轴(10m)的中段依次套有圆碟形弹簧(10k)、小轴承(10j)，圆碟形弹簧(10k)的大端顶住下面的摩擦盘(10l)，圆碟形弹簧(10k)的小端顶住下面的小轴承(10j)内圈上面，细牙螺纹套(10b)的外螺纹旋在下壳(10c)上，细牙螺纹套(10b)上端顶住下面的小轴承(10j)外圈，旋转细牙螺纹套(10b)可调节二个摩擦盘(10l)之间的正压力，从而调节输出扭矩，输出轴(10m)的最下段为外六角形，在外六角形段套有内六角孔磁吸(10a)、并吸在上面；中间轴(10i)、小轴承(10j)、圆碟形弹簧(10k)、摩擦盘(10l)先整体装配，同样输出轴(10m)、小轴承(10j)、圆碟形弹簧(10k)、摩擦盘(10l)先整体装配，然后再装进下壳(10c)、中壳(10d)之间。

2.根据权利要求1所述的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：二个转位的手指部件(9)的指根转位的角位移是大小相等的；内导向笔形气缸(3)的最大行程确定了指根最大转位角度为60度；靠压力传感器反馈和高速开关阀气压的精确控制，平衡单作用的内导向笔形气缸(3)内的压缩弹簧力，从而使指根转位角度在0-60度范围的任意角度。

3.根据权利要求1所述的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：指根转动推板(21)处于最高位置时，三个手指部件(9)的指根转动的初始角度相等。

4.根据权利要求1所述的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：每次抓取前的初始位置是：根据抓取状态要求，电机控制指根节转动的初始角度精确设定；三个手指部件(9)的每个指根节与中指上节之间、中指上节之间与中指下节之间、中指下节与指尖节之间的三个初始角度均相等，均处于反转的限位之处。

5.根据权利要求1所述的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：三个手指部件(9)的指根节、中指上节、中指下节、指尖节转动的角位移是相等的；物体尺寸确定、敏捷灵巧爪高度确定、指根转动角度确定的情况下，随着叶片式转动气缸(32)的压力变化，接触力的位置和方向是不变的。

6.根据权利要求1所述的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，其特征在于：靠压力传感器反馈和高速开关阀，对叶片式转动气缸(32)输入气压的精确控制，控制接触力的大小。

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