CN117325203A - 一种机械手手指及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械手手指及机械手，涉及机械手技术领域。机械手手指包括相对转动连接的远指节、近指节和指根，还包括驱动机构、驱动连杆和腹板，驱动机构安装于指根，近指节与指根连接处设置有关节轴，驱动连杆位于近指节朝向或者背离指腹的一侧，驱动连杆的上端与远指节铰接，驱动连杆的下端与腹板铰接，腹板与关节轴连接，驱动机构与腹板驱动连接，并用于驱动腹板和关节轴同步转动，以实现近指节相对指根转动，且驱动连杆通过腹板的转动实现远指节相对近指节转动。降低远指节和近指节指关节处所受载荷，从而提高机械手指的远指节和近指节关节处稳定性。

Description

一种机械手手指及机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体而言，涉及一种机械手手指及机械手。

背景技术

仿生机械手包括机械手指，机械手指由可相对转动的远指节、近指节和指根等三个指关节组成，通过三个指关节相对转动角度的相互配合，实现物体的抓取。

目前，常在远指节和近指节装配有驱动结构，并通过驱动结构实现远指节相对近指节的转动，而由于驱动结构直接装配在远指节和近指节的关节处，这在一定程度上使得关节处所受载荷较大，从而影响关节的结构强度，进而影响关节的稳定性。

发明内容

本发明解决的问题是：如何提高机械手指的远指节和近指节关节处稳定性的问题。

为解决上述问题，一方面，本发明提供一种机械手手指，包括相对转动连接的远指节、近指节和指根，还包括驱动机构、驱动连杆和腹板，所述驱动机构安装于所述指根，所述近指节与所述指根连接处设置有关节轴，所述驱动连杆位于所述近指节朝向或者背离指腹的一侧，所述驱动连杆的上端与所述远指节铰接，所述驱动连杆的下端与所述腹板铰接，所述腹板与所述关节轴连接，所述驱动机构与所述腹板驱动连接，并用于驱动所述腹板和所述关节轴同步转动，以实现所述近指节相对所述指根转动，且所述驱动连杆通过所述腹板的转动实现所述远指节相对所述近指节转动。

可选地，所述机械手手指还包括弹簧连杆机构，所述弹簧连杆机构包括弹簧、传动连杆和连接板，所述传动连杆的上端与所述远指节铰接，所述传动连杆的下端与所述连接板铰接，所述连接板与所述关节轴铰接，所述弹簧连接于所述传动连杆的下端和所述指根之间，所述弹簧的弹力克服所述连接板绕所述关节轴的转动；所述驱动连杆和所述传动连杆分别位于所述近指节的两侧。

可选地，所述指根上设置有连接槽，所述弹簧安装于所述连接槽。

可选地，，所述驱动连杆的上端相对于所述传动连杆的上方靠近所述远指节的指尖。

可选地，所述驱动机构包括电机、丝杠、驱动杆和螺母，所述电机安装于所述指根，所述电机通过齿轮传动机构与所述丝杠驱动连接，所述丝杠的两端通过轴承安装于所述指根，所述螺母与所述丝杠螺纹连接，且与所述驱动杆的一端铰接，所述驱动杆的另一端与所述腹板铰接。

可选地，所述指根上设置有凹槽，所述电机安装于所述凹槽。

可选地，所述齿轮传动机构包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮的直径大于所述从动齿轮的直径，所述主动齿轮与所述电机的输出轴连接，所述从动齿轮与所述丝杠传动连接。

可选地，所述近指节包括第一装配腔，所述指根包括第二装配腔，所述第一装配腔和所述第二装配腔连通，所述驱动机构安装于所述第二装配腔，所述驱动连杆、所述传动连杆、所述腹板和所述连接板均安装于所述第一装配腔。

可选地，所述机械手手指还包括金属橡胶指垫，所述金属橡胶指垫分别安装于所述远指节和所述近指节的指腹。

与现有技术相比，本发明的机械手手指通过位于近指节朝向或者背离指腹的一侧的驱动连杆铰接在远指节与腹板之间，且腹板与远指节和指根之间的关节轴铰接，使得腹板绕关节轴的转动可通过驱动连杆转化为远指节相对近指节的转动，再通过安装于指根的驱动机构与腹板驱动连接，并用于驱动腹板绕关节轴转动，以实现远指节相对近指节转动，实现机械手手指的欠驱动，并由指根承受驱动结构的载荷，而远指节与近指节的关节处只需承受驱动连杆的作用力，这样，相对于在远指节与近指节的关节处直接设置驱动结构而言，可降低关节处所受载荷，从而提高机械手指的远指节和近指节关节处稳定性。

另一方面，本发明还提供一种机械手，包括如前所述的机械手手指。

该机械手相对于现有技术的优势与该机械手手指的优势相同，此处不做赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中的驱动连杆位于指腹一侧时的结构示意图；

图2为本发明实施例中的驱动连杆位于指背一侧时的结构示意图；

图3为本发明实施例中的远指节捏取物体时的结构示意图；

图4为本发明实施例中的远指节和近指节环抱物体时的结构示意图。

附图标记说明：

1-驱动连杆；2-传动连杆；3-腹板；4-连接板；5-拉簧；6-压簧；7-电机；8-丝杠；9-驱动杆；10-螺母；100-远指节；200-近指节；201-关节轴；300-指根；301-凹槽；400-第一装配腔；500-第二装配腔；600-金属橡胶指垫。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

附图中Z轴表示竖向，也就是上下位置，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下；附图中Y轴表示前后位置，并且Y轴的正向(也就是Y轴的箭头指向)表示前侧，Y轴的负向(也就是与Y轴的正向相反的方向)表示后侧。同时需要说明的是，前述Z轴和Y轴的表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

一方面，结合1和图2所示，本发明提供一种机械手手指，包括相对转动连接的远指节100、近指节200和指根300，还包括驱动机构、驱动连杆1和腹板3，驱动机构安装于指根300，近指节200与指根300连接处设置有关节轴201，驱动连杆1位于近指节200朝向或者背离指腹的一侧，驱动连杆1的上端与远指节100铰接，驱动连杆1的下端与腹板铰接，腹板3与关节轴201铰接，驱动机构与腹板3驱动连接，并用于驱动腹板3绕关节轴201转动，以实现远指节100相对近指节200转动。

具体地，机械手手指抓取物体的过程中，手指关节朝向物体的一端为指腹，背离物体的一端则为指背，并以Z轴为机械手手指的上下方向，Y轴为机械手手指的前后方向，指腹也指的是远指节100、近指节200朝向Y轴正向的一端。近指节200位于远指节100和指根300之间，近指节200的两端分别通过轴承与远指节100和指根300铰接，且近指节200与指根300铰接处设置有关节轴201，即铰接轴。驱动连杆1位于近指节200朝向或者背离指腹的一侧，这里，以驱动连杆1位于近指节200朝向指腹的一侧为例。驱动机构安装于指根300，驱动连杆1位于近指节200的前侧，腹板3位于驱动连杆1和关节轴201之间，驱动连杆1的上端与远指节1的前端连接，驱动连杆1的下端与腹板3的前端铰接，腹板3的后端与关节轴201铰接。驱动机构的输出端与腹板3的前端驱动连接，驱动机构启动时，驱动机构对腹板3的前端施加向下的驱动力，在该驱动力的作用下，腹板3向下转动，以绕关节轴201转动，随着腹板3的向下转动，腹板3向下拉动驱动连杆1，使得驱动连杆1对远指端100施加向下的拉力，在该拉力的作用下，实现远指节100相对近指节200的转动。

故本实施例中，通过驱动连杆1铰接在远指节100与腹板3之间，且腹板3与远指节100和指根300之间的关节轴201铰接，使得腹板3绕关节轴201的转动可通过驱动连杆1转化为远指节100相对近指节200的转动，再通过安装于指根300的驱动机构与腹板3驱动连接，并用于驱动腹板3绕关节轴201转动，以实现远指节100相对近指节200转动，实现机械手手指的欠驱动，并由指根300承受驱动结构的载荷，而远指节100与近指节200的关节处只需承受驱动连杆1的作用力，这样，相对于在远指节100与近指节200的关节处直接设置驱动结构而言，可降低关节处所受载荷，从而提高机械手指的远指节和近指节关节处稳定性。

可选地，结合图1所示，机械手手指还包括弹簧连杆机构，弹簧连杆机构包括弹簧、传动连杆和连接板，传动连杆2的上端与远指节100铰接，传动连杆2的下端与连接板4铰接，连接板4与关节轴201铰接，弹簧连接于传动连杆2的下端和指根300之间，弹簧的弹力克服连接板4绕关节轴201的转动；驱动连杆1和传动连杆2分别位于近指节200的两侧。

具体地，弹簧连杆机构和驱动连杆1分布在关节轴201的两侧指的是传动连杆2和驱动连杆1分布在关节轴201的前后两侧，例如，驱动连杆1位于手指靠近指腹的一侧，传动连杆2则位于手机远离指腹的一侧，两者分别位于关节轴201的两侧并不存在交叉，相应地，所述腹板3和连接板4也分别位于关节轴201的前后两侧；且当驱动连杆1位于关节轴201的前侧，传动连杆2位于关节轴201的后侧时，弹簧为拉簧5，传动连杆2的上端与远指节100铰接，传动连杆2的下端与连接板4铰接，连接板4与关节轴201连接，拉簧5连接于指根300和传动连杆2的下端之间，腹板3转动至极限位置时，拉簧5的弹力克服近指节相对指根300的转动。如图1所示，具体过程为：需要远指节100捏取物体时，参考图3所示，近指节200向前转动，连接板4在拉簧5弹力的作用下保持静止，驱动机构带动腹板3和驱动连杆1向下移动，腹板3及驱动连杆1实现远指节100向前转动，且传动连杆2相对连接板4向前转动，从而实现远指节100的长度方向始终与Z轴一致，即实现远指节100的水平向前移动，从而可通过两个相对的远指节100实现对物体的捏取；而需要远指节100与近指节200环抱物体时，参考图4所示，近指节200的指腹未接触物体之前，近指节200向前转动，连接板4在拉簧5弹力的作用下保持静止，驱动机构带动腹板3和驱动连杆1向下移动，腹板3及驱动连杆1实现远指节100向前转动，且传动连杆2相对连接板4向前转动，从而实现远指节100的长度方向始终与Z轴一致，当近指节200的指腹(即近指节200的前端)与物体接触，并停止转动时，驱动机构继续带动腹板3和驱动连杆1向下移动，腹板3及驱动连杆1带动远指节100向下转动，随着远指节100的转动，远指节100的长度方向与Z轴之间的夹角逐渐增大，使得传动连杆2带动连接板4向上转动，拉簧5的弹力逐渐增大，直至远指节100的指腹与物体接触时，实现对物体的环抱，且拉簧5的弹力为最大值，以在松开物体时，通过拉簧5增大的弹力与驱动机构的驱动力配合，使得远指节100的长度方向与Z轴平行后，再进行水平移动，以实现远指节100的松开稳定。

如此，通过关节轴200位于弹簧连杆机构和驱动连杆1之间，传动连杆2的上端与远指节100铰接，传动连杆2的下端与连接板4铰接，连接板4与关节轴201铰接，弹簧连接于传动连杆2的下端和指根300之间，弹簧的弹力克服连接板4绕关节轴201的转动，这样，在抓取物体的过程中，一方面，弹簧的弹力克服连接板4绕关节轴201的转动实现远指节100的水平移动，进而实现远指节100对物体的捏取，另一方面，还可通过弹簧的弹力与驱动机构相配合实现远指节100和近指节200对物体的环抱，从而提高机械手手指的适应能力。

可选地，当驱动连杆1位于关节轴201的前侧，传动连杆2位于关节轴201的后侧时，弹簧为压簧6，传动连杆2的上端与远指节100铰接，传动连杆2的下端与连接板4铰接，连接板4与关节轴201铰接，压簧6连接于指根300和传动连杆2的下端之间，压簧6的弹力克服连接板4绕关节轴201的转动，如图2所示，具体过程为：需要远指节100捏取物体时，近指节200向前转动，驱动机构带动腹板3和驱动连杆1向上移动，腹板3及驱动连杆1实现远指节100向前转动，且传动连杆2相对连接板4向前转动，压簧6对连接板4施加向上的弹力，连接板4在压簧6弹力的作用下克服连接板向下转动，以保持静止，在远指节100向前转动的过程中，远指节100的长度方向始终与Z轴一致，即实现远指节100的水平移动，从而可通过两个相对的远指节100实现对物体的捏取；而需要远指节100与近指节200环抱物体时，近指节200的指腹未接触物体之前，远指节100在驱动连杆1的带动下向下转动，传动连杆2通过远指节100向下转动下压压簧6，压簧6的弹力增大，直至远指节100的指腹与物体接触时，压簧6的弹力达到最大，实现远指节100与近指节200对物体的环抱，而在松开物体的过程中，压簧6的弹力可与驱动机构的驱动力向配合，实现远指节100的平稳松开。

可选地，指根300上设置有连接槽，弹簧安装于连接槽。

具体地，指根300的上端设置有连接槽，弹簧的下端安装在连接槽内。

如此，通过弹簧安装于指根300上设置的连接槽，连接槽可对弹簧的下端进行限位，从而避免连接板4转动过程中导致弹簧从指根300上分离，以提高弹簧的稳定性。

可选地，结合图1所示，驱动连杆1的上端相对于传动连杆2的上方靠近远指节100的指尖。

具体地，由于远指节100的转动通过驱动连杆1驱动实现，因此，驱动连杆1在到达死点位置之前的转动路径越大，则远指节100的转动角度越大，例如，以远指节100与驱动连杆1的铰接点朝向Z轴负向的转动距离最大处为死点，驱动连杆1的上端相对于传动连杆2的上方更靠近远指节100的指尖，可以使得铰接点与死点之间的弧形路径距离较大，从而可使得驱动连杆1的转动路径最大。其中，驱动连杆1的上端在远指节100上的铰接处的位置、远指节100的转动中心以及死点连线所成的角度为钝角。

如此，通过驱动连杆1的上端相对于传动连杆2的上方靠近远指节100的指尖，可使得远指节100的转动角度范围增大，以提高远指节100的使用灵活性。

另一方面，当传动连杆2位于指腹一侧时，结合图2所示，可将传动连杆2的上端设置在驱动连杆1的上端的上方，也可增大远指节100的转动角度范围。

可选地，结合图1所示，驱动机构包括电机7、丝杠8、驱动杆9和螺母10，电机7安装于指根300，电机7通过齿轮传动机构与丝杠8驱动连接，丝杠8的两端通过轴承安装于指根300，螺母10与丝杠8螺纹连接，且与驱动杆9的一端铰接，驱动杆9的另一端与腹板3铰接。

具体地，丝杠8沿Z轴方向设置，丝杠8的上下两端分别通过轴承安装于指根300，电机7通过齿轮传动机构与丝杠8驱动连接，螺母10与丝杠8螺纹连接，且与驱动杆9的一端铰接，驱动杆9的另一端与腹板3铰接，以实现腹板3的转动，即，电机7启动时，电机7通过丝杠8驱动螺母10向下移动，螺母10带动驱动杆9向下移动，驱动杆9带动腹板3向下转动，从而实现远指节100和近指节200的转动。

如此，通过电机7安装于指根300，电机7通过齿轮传动机构与丝杠8驱动连接，丝杠8的两端通过轴承安装于指根300，螺母10与丝杠8螺纹连接，且与驱动杆9的一端铰接，驱动杆9的另一端与腹板3铰接，以实现腹板3的转动，这样，丝杠8和螺母10的螺纹连接可保证电机7输出的动力的传递精度，同时，在抓取物体时，可提高机械手手指的自锁能力。

可选地，结合图1所示，指根300上设置有凹槽301，电机7安装于凹槽301。

具体地，电机7包括输出端和固定端，电机7的固定端安装于凹槽301内。

如此，通过电机7安装于指根300上设置的凹槽301，凹槽301对电机7进行限位，从而提高电机7的稳定性。

可选地，齿轮传动机构包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮的直径大于从动齿轮的直径，主动齿轮与电机7的输出轴连接，从动齿轮与丝杠8传动连接。

具体地，主动齿轮与电机7的输出轴键连接，从动齿轮通过键与丝杠8传动连接。

如此，通过主动齿轮的直径大于从动齿轮的直径，且主动齿轮与电机7的输出轴连接，从动齿轮与丝杠8传动连接，主动齿轮和从动齿轮形成减速机构，从而实现电机7的转速的可调节。

可选地，结合图1所示，近指节100包括第一装配腔400，指根300包括第二装配腔500，第一装配腔400和第二装配腔500连通，驱动机构安装于第二装配腔400，驱动连杆1、传动连杆2、腹板3和连接板4均安装于第一装配腔500。

具体地，近指节100与指根300均为空心结构，近指节100包括第一装配腔400，指根300包括第二装配腔500，第一装配腔400和第二装配腔500连通，驱动机构安装于第二装配腔400，驱动连杆1、传动连杆2、腹板3和连接板4均安装于第一装配腔500。

如此，通过第一装配腔400和第二装配腔500连通，驱动机构安装于第二装配腔400，驱动连杆1、传动连杆2、腹板3和连接板4均安装于第一装配腔500，使得驱动连杆1、传动连杆2、腹板3和连接板4与外界环境隔离，避免驱动连杆1、传动连杆2、腹板3和连接板4外露，从而提高机械手手指的美观性。

可选地，结合图1所示，机械手手指还包括金属橡胶指垫600，金属橡胶指垫600分别安装于远指节100和近指节200的指腹。

具体地，金属橡胶指垫600通过螺钉装配在远指节100和近指节200的指腹。

如此，通过金属橡胶指垫600分别安装于远指节100和近指节200的指腹，金属橡胶指垫600提高远指节100和近指节200的指腹与物体之间的接触摩擦力，从而便于物体的抓取。

本发明另一实施例还提供一种机械手，包括如前的机械手手指。

该机械手相对于现有技术的优势与该机械手手指的优势相同，此处不做赘述。

虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机械手手指，包括相对转动连接的远指节(100)、近指节(200)和指根(300)，其特征在于，还包括驱动机构、驱动连杆(1)和腹板(3)，所述驱动机构安装于所述指根(300)，所述近指节(200)与所述指根(300)连接处设置有关节轴(201)，所述驱动连杆(1)的上端与所述远指节(100)铰接，所述驱动连杆(1)的下端与所述腹板(3)铰接，所述腹板(3)与所述关节轴(201)铰接，所述驱动机构与所述腹板(3)驱动连接，并用于驱动所述腹板(3)绕所述关节轴(201)转动，以实现所述远指节(100)相对所述近指节(200)转动。

2.根据权利要求1所述的机械手手指，其特征在于，还包括弹簧连杆机构，所述弹簧连杆机构包括弹簧、传动连杆(2)和连接板(4)，所述传动连杆(2)的上端与所述远指节(100)铰接，所述传动连杆(2)的下端与所述连接板(4)铰接，所述连接板(4)与所述关节轴(201)铰接，所述弹簧连接于所述传动连杆(2)的下端和所述指根(300)之间，所述弹簧的弹力克服所述连接板(4)绕所述关节轴(201)的转动；所述驱动连杆(1)和所述传动连杆(2)分别位于所述近指节(200)的两侧。

3.根据权利要求2所述的机械手手指，其特征在于，所述指根(300)上设置有连接槽，所述弹簧安装于所述连接槽。

4.根据权利要求2所述的机械手手指，其特征在于，所述驱动连杆(1)的上端相对于所述传动连杆(2)的上方靠近所述远指节(100)的指尖。

5.根据权利要求1所述的机械手手指，其特征在于，所述驱动机构包括电机(7)、丝杠(8)、驱动杆(9)和螺母(10)，所述电机(7)安装于所述指根(300)，所述电机(7)通过齿轮传动机构与所述丝杠(8)驱动连接，所述丝杠(8)的两端通过轴承安装于所述指根(300)，所述螺母(10)与所述丝杠(8)螺纹连接，且与所述驱动杆(9)的一端铰接，所述驱动杆(9)的另一端与所述腹板(3)铰接。

6.根据权利要求5所述的机械手手指，其特征在于，所述指根(300)上设置有凹槽(301)，所述电机(7)安装于所述凹槽(301)。

7.根据权利要求5所述的机械手手指，其特征在于，所述齿轮传动机构包括相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮的直径大于所述从动齿轮的直径，所述主动齿轮与所述电机(7)的输出轴连接，所述从动齿轮与所述丝杠(8)传动连接。

8.根据权利要求1所述的机械手手指，其特征在于，所述近指节(100)包括第一装配腔(400)，所述指根(300)包括第二装配腔(500)，所述第一装配腔(400)和所述第二装配腔(500)连通，所述驱动机构安装于所述第二装配腔(400)，所述驱动连杆(1)、所述传动连杆(2)、所述腹板(3)和所述连接板(4)均安装于所述第一装配腔(500)。

9.根据权利要求1所述的机械手手指，其特征在于，还包括金属橡胶指垫(600)，所述金属橡胶指垫(600)分别安装于所述远指节(100)和所述近指节(200)的指腹。

10.一种机械手，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的机械手手指。