指骨直接連接于遠側(cè)指骨的遠側(cè)接頭，遠側(cè)接頭沿第一方向是順從的；將近側(cè)指骨直接連接于基部的近側(cè)接頭，近側(cè)接頭沿第二方向是順從的；以及用于移動近側(cè)指骨和遠側(cè)指骨的腱索，其中，腱索基本上平行于順從性的第一方向，并且基本上改變遠側(cè)接頭沿第一方向的順從性。抓緊器進一步包括用以移動手指趾和拇指趾的至少一個促動器。腱索能夠傳輸范圍為大約60Ibf至120 Ibf的持續(xù)拉伸負載，在彎曲之后展現(xiàn)低能量存儲，并且對于小于一毫米的彎曲半徑是穩(wěn)健的。抓緊器具有少于自由度的促動器。
[0033]在一些實施例中，手指趾和拇指趾中的至少一個包括將近側(cè)接頭可釋放地聯(lián)接于基部的磁分離機構(gòu)。
[0034]通過閱讀附圖和以下實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到本發(fā)明的另外的特征、優(yōu)點和細節(jié)，此類描述僅說明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0035]圖1是機器人的片斷透視圖，該機器人包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的抓緊器。
[0036]圖2是圖1的抓緊器的正視透視圖。
[0037]圖3是圖1的抓緊器的后視透視圖。
[0038]圖4是沿著圖1的線4-4得到的圖1的抓緊器的橫截面圖。
[0039]圖5是沿著圖1的線5-5得到的圖1的抓緊器的橫截面圖。
[0040]圖6是圖1的抓緊器的俯視平面圖。
[0041]圖7是圖1的抓緊器的側(cè)視立面圖。
[0042]圖8是圖1的抓緊器的后視立面圖。
[0043]圖9是形成圖1的抓緊器的部分的手指的俯視透視圖。
[0044]圖10是圖9的手指的仰視透視圖。
[0045]圖11是沿著圖9的線11-11得到的圖9的手指的橫截面圖。
[0046]圖12是圖9的手指的放大片斷側(cè)視圖。
[0047]圖13是圖9的手指的俯視平面圖。
[0048]圖14是圖9的手指的側(cè)視圖。
[0049]圖15是圖9的手指和相關(guān)聯(lián)的磁分離系統(tǒng)的俯視透視圖。
[0050]圖16是圖15的手指和磁分離系統(tǒng)的分解片斷仰視透視圖。
[0051]圖17是圖15的手指和磁分離系統(tǒng)的分解片斷俯視透視圖。
[0052]圖18是沿著圖15的線18-18得到的圖15的磁分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0053]圖19是沿著圖15的線19-19得到的圖15的磁分離系統(tǒng)的橫截面圖。
[0054]圖20是圖15的磁分離系統(tǒng)的分解片斷橫截面仰視透視圖。
[0055]圖21是形成圖1的抓緊器的一部分的基部的俯視透視圖，該基部包括形成磁分離系統(tǒng)的一部分的基臺。
[0056]圖22是圖15的手指和磁分離系統(tǒng)的片斷透視圖，其示出磁分離系統(tǒng)的運行。
[0057]圖23-29示出可由圖1的抓緊器執(zhí)行的各種手指構(gòu)造。
[0058]圖30A和30B示出圖1的抓緊器抓住和撿起物體的移動順序。
【具體實施方式】
[0059]現(xiàn)在將參照附圖在下文中更全面地描述本發(fā)明，在該附圖中顯示本發(fā)明的示例性實施例。在圖中，為了清楚，可放大區(qū)域或特征的相對大小。然而，本發(fā)明可體現(xiàn)為許多不同的形式，并且不應(yīng)當理解為受限于本文闡述的實施例；相反，這些實施例提供成使得本公開將是詳盡和完整的，并且將對本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地傳送本發(fā)明的范圍。
[0060]將理解的是，當元件被稱為“聯(lián)接”或“連接”于另一個元件時，其可直接聯(lián)接或連接于其它元件，或者也可存在居間元件。相反地，當元件被稱為“直接聯(lián)接”或“直接連接”于另一個元件時，不存在居間元件。相同標號遍及表示相同元件。
[0061]另外，諸如“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等的空間相對用語可在本文用來便于描述，以描述一個元件或特征與圖中示出的另一個元件(一個或多個)或特征(一個或多個)的關(guān)系。將理解的是，除了圖中描繪的定向之外，空間相對用語意于包含正在使用或運行的裝置的不同定向。例如，如果圖中的裝置倒過來，則描述為在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件將接著定向在其它元件或特征“上面”。因而，示例性用語“下方”可包含上面和下面的定向兩者。裝置可按另外的方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它定向)，并且相應(yīng)地解釋在本文使用的空間相對描述符。
[0062]本文使用的用語僅是為了描述特定實施例的目的，并且不意于限制本發(fā)明。如本文所用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意于還包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指示。將進一步理解的是，當在該說明書中使用時，用語“包括”和/或“包含”規(guī)定存在所陳述的特征、整數(shù)、步驟、運行、元件和/或構(gòu)件，但不排除存在或添加一個或更多個其它特征、整數(shù)、步驟、運行、元件、構(gòu)件和/或它們的組合。如本文所用，表達“和/或”包括相關(guān)聯(lián)所列物品中的一個或更多個的任何和所有組合。
[0063]除非另外限定，本文使用的所有用語(包括技術(shù)和科學用語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，諸如在常用詞典中限定的那些的用語應(yīng)當解釋為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，并且將不在理想化或過于正式的意義上解釋，除非本文明確地如此限定。
[0064]本發(fā)明的實施例涉及端部效應(yīng)器或抓緊器。本文公開的抓緊器可形成機器人或假體設(shè)備的一部分。特別地，抓緊器可安裝在機器人臂上，并且用于操縱和抓持結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的物體。抓緊器可用作似人機器人的抓緊器或“手”，并且/或者可遵照在DARPA自主機器人操縱硬件(ARM-H)程序下規(guī)定的標準。
[0065]參照附圖，在其中顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的機器人10(圖1)，并且其包括臂12和通過腕接頭14可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接于臂12的抓緊器20。
[0066]抓緊器20包括基部組件30、第一手指70、第二手指80和拇指90。手指70、80和拇指90可同樣地構(gòu)建，除了它們在基部30上的布置和如下面論述的促動方法和促動機構(gòu)之外。除非另有說明，否則“手指”和“多個手指”也稱為拇指90。抓緊器20具有主軸線或縱向軸線LG-LG (圖4)。
[0067]基部30包括第一手指促動器60、第二手指促動器62、拇指收縮筋促動器64、拇指對抗肌促動器66和手指旋轉(zhuǎn)促動器68。促動器60、62、64、66、68可為電動馬達(例如DC馬達)。腱索60A和62A(圖4)分別連接于手指70和80，以使用促動器60和62引起手指70和80的受控制移動。腱索64A、66A(圖5)連接于拇指90，以分別使用促動器64和66引起拇指90的受控制移動。手指70、80、90中的各個可通過腱60A、62A、64A、66A和促動器60、62、64、66在相應(yīng)的近側(cè)銷樞轉(zhuǎn)接頭JP處圍繞軸線FP-FP(圖2)樞轉(zhuǎn)。另外，手指70和80可通過促動器68在相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)接頭JR處圍繞旋轉(zhuǎn)軸線FR-FR(圖8)沿相反的方向K旋轉(zhuǎn)。手指70和80通過連結(jié)聯(lián)接，以使它們圍繞接頭JR沿彼此相反的方向一前一后地旋轉(zhuǎn)。各個手指70、80、90還可圍繞遠側(cè)順從撓曲接頭JC(圖1)彎曲，如下面描述的。
[0068]基部組件30包括框架32和在框架32的運行側(cè)上的手掌34。三個磁基部基臺160安裝在框架32中，并且三個相關(guān)聯(lián)的手指基部基臺40安裝在三個磁基部基臺160上(圖15)。在正常運行期間，各個基臺160及其相關(guān)聯(lián)的基臺40聯(lián)接成如單個單元有效地起作用。手指70和80的基臺160能夠在接頭JR處旋轉(zhuǎn)。
[0069]手指70、80、90可如上面論述地相同或相似地構(gòu)建。將描述示例性手指70，并且將認識到的是，該描述將同樣適用于其它手指80和90。
[0070]參照圖9-14，手指70包括在順從遠側(cè)指骨間撓曲接頭JC處由順從撓曲連結(jié)件130聯(lián)接的近側(cè)指骨110和遠側(cè)指骨120。手指70還具有將手指70聯(lián)接于其手指基部安裝件40的鉸接件特征112。手指70具有縱向軸線LF-LF。更特別地，近側(cè)指骨110具有近側(cè)端部IlOA和遠側(cè)端部110B。遠側(cè)指骨120具有近側(cè)端部120A和遠側(cè)端部120B。在端部IlOA上提供鉸接件特征112。撓曲連結(jié)件130固定于端部IlOB和120A。端部120B是自由的。遠側(cè)延伸或板部件140安裝在端部120B上。
[0071]鉸接件特征112通過樞轉(zhuǎn)銷50樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接于手指基部基臺40上的協(xié)作的鉸接件特征42 (圖1)，樞轉(zhuǎn)銷50限定銷樞轉(zhuǎn)軸線FP-FP，以形成近側(cè)銷樞轉(zhuǎn)接頭JP。手指70圍繞樞轉(zhuǎn)接頭JP的旋轉(zhuǎn)移動約束成沿手指閉合樞轉(zhuǎn)方向F和手指打開樞轉(zhuǎn)方向H圍繞樞轉(zhuǎn)軸線FP-FP樞轉(zhuǎn)。手指70限定平行于縱向軸線LF-LF和樞轉(zhuǎn)軸線FP-FP中的各個的手指側(cè)向平面E。將認識到的是，樞轉(zhuǎn)軸線FP-FP的定向?qū)⑷Q于基臺40圍繞軸線FR-FR的旋轉(zhuǎn)位置而改變。
[0072]在一個實施例中，設(shè)置在接頭JP中的角位置傳感器54檢測指骨110相對于基部30的角位置。例如，磁性編碼器可安裝在接頭JP的一部分(例如，鉸接件特征43)上，并且協(xié)作磁體可安裝在接頭JP的另一部分(例如，鉸接件特征112)上。
[0073]在接頭JP中提供偏置部件52 (圖4和7)。根據(jù)一些實施例，偏置部件52是扭轉(zhuǎn)彈簧，并且特別地，可為螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧。扭轉(zhuǎn)彈簧52用作平衡彈簧或偏置返回彈簧。在沒有腱索或外力的抑制的情況下，扭轉(zhuǎn)彈簧52將迫使手指70沿方向I樞轉(zhuǎn)到大開位置。
[0074]撓曲連結(jié)件130是半剛性、柔性、有彈性并且順從的。在一些實施例中，撓曲連結(jié)件130由彈性體材料形成。撓曲連結(jié)件130優(yōu)先圍繞遠側(cè)或撓曲接頭樞轉(zhuǎn)軸線FB-FB沿向內(nèi)方向、主要方向M和向外方向N中的各個撓曲或彎曲。撓曲連結(jié)件130還可沿垂直于或橫向于手指閉合方向F的相反的側(cè)面或側(cè)向、次要方向P撓曲或彎曲。因而，撓曲連結(jié)件130和接頭JC