CN101367209A

CN101367209A - 一种五指型仿人机器手机构

Info

Publication number: CN101367209A
Application number: CNA2007101436376A
Authority: CN
Inventors: 杨志成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-02-18

Abstract

本发明属于仿人机器手领域，由手掌、拇指、食指、中指、无名指和小指组成，食指，中指、无名指和小指安装在手掌前端，拇指安装在手掌的右上端。除拇指以外四指由驱动电机、手掌节、首指节、中指节和末指节组成，拇指由驱动电机、手掌节、中指节、末指节组成。本发明是利用电能转化为两根相互牵制拉扯手指的钢丝绳的伸缩的机械能使手指在一个平面内运行；利用电能驱动连杆转化为机械能使得手指可以相互运动，与前者结合实现各手指间的三维运动，可以对非规则物体实现握、拿、捏、夹等动作。

Description

一种五指型仿人机器手机构

所属技术领域

本发明涉及一种具有五指十四关节九自由度的仿人手机械机构的仿人机器手机构。

背景技术

目前，人类研究的各种机械手、夹持器不断涌现，机械手朝着两个方向发展：其一是机器人灵巧手，此种机器手自由度多，在九个以上；其二是仿人型机器手，此种机器手自由度少，一般在五个自由度以下。为了使机器人能够完成某写操作任务，要求机器人有仿人手功能的机器手。因此，设计出功能全面、安全可靠、机构简单、容易实现的机器手成为一个重要的科研课题。设计仿人手的机器手的主要要求是：一是使用较少数量的电机，实现较多的关节运动，二是实现较多的运动功能，本质上说后者意义更强于前者。为了实现两者的要求，有多种传动方案可以采纳，用来实现手指个关节的运动，以及手指间的协调配合运动。采用的传动方式有：连杆传动、齿轮传动、钢丝绳与动定滑轮耦合传动。各种传动方式各有优缺点，钢丝绳传动灵活性好、有利于长距离传输，但传动精度差；连杆机构结构简单，传动精度高，连续传动性差，齿轮传动精度高、要求场合严格，关键的是这些运动装置只能使手指一个平面内运动，满足不了完成某些动作要求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种五指十四关节九自由度的仿人机器手机械机构。本发明的仿人机器手机械机构采用定轴、钢丝绳、万向节等简单机械的耦合装置完成手指间的三维运动关系。该机器手能够代替人手完成某些特定场合的操作任务。其结构简单、安全可靠、容易实现、功能全面、维护方便、成本低廉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用电能转化为两根相互牵制拉扯手指的钢丝绳的伸缩的机械能使手指在一个平面内运行；利用电能驱动连杆转化为机械能使得手指可以相互运动，与前者结合实现各手指间的三维运动。本发明由五个可弯曲的手指机构和一个手掌机构连接而成。每个手指均为一个自由度，分别由一个电机驱动；拇指与食指、食指与中指、中指与无名指、无名指与小指之间有耦合机构，分别由一个电机驱动。拇指为两截运动串级耦合组成，其余四指为三节串级耦合组成。四个手指区别在于类人手长短不同、可以对非规则物体实现握、拿、捏、夹等动作。电源可以外接。

本发明的有益效果是，可以对非规则物体实现抓握、捏、夹等动作，自身结构简单，维修方便。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发明仿人手整体结构示意图。

图2是本发明手指运动结构示意图。

图3是本发明手指关节形状示意图。

图4是本发明手掌示意图。

图5是本发明两指间耦合运动结构示意图。

图中各部分名称如下：1.手掌，11.连接轴，12.万向节，13.万向节，14.万向节，15.万向节，2.拇指，20.驱动电机，21.手掌节，22.中指节，23.末指节，3.食指，30驱动电机，31.手掌节，32.首指节，33中指节，34.末指节，4.中指，40驱动电机，41.手掌节，42.首指节，43中指节，44.末指节，5.无名指，50驱动电机，51.手掌节，52.首指节，53中指节，54.末指节，6.小指，60驱动电机，61.手掌节，62.首指节，63中指节，64.末指节，65.钢丝绳，66.钢丝绳，67.连线点，68.过孔，69.定滑轮，7.指间耦合机构，70.驱动电机.71连杆，72.轴连接器，73.连杆，74.连杆，75.万向节，76.万向节，8.指间耦合机构，9.指间耦合机构，10.指间耦合机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

为了方便描述，在图1中，是一个手心向外的仿人型机器右手，仿人型机器手由手掌(1)，拇指(2)，食指(3)，中指(4)，无名指(5)和小指(6)组成，食指(3)，中指(4)，无名指(5)和小指(6)安装在手掌(1)前端，拇指(2)安装在手掌(1)的右上端。除拇指以外四指由驱动电机(30)，手掌节(31)，首指节(32)，中指节(33)，末指节(34)组成，拇指(2)由驱动电机(20)，手掌节(21)，中指节(23)，末指节(24)组成。

在图2中，手指的安装在手掌(1)的首掌节上(31)上，手掌节(31)与首指节(32)是万向节(301)连接，手掌节(31)万向节的轴碗端，首指节(32)为万向节的轴心端。当手指的驱动电机正相转动时，拉动穿过过孔的钢丝绳(65)、松动钢丝绳(66)，带动末指节(34)，拉动钢丝绳(65)的力，带动中指节(33)首指节(32)向上弯曲，受万向节(301)、指节连接轴(302)指节连接轴(303)安装位置的影响，各相邻指节间均在0~90°运动，完成手指的抓握动作。反之，驱动电机方向运动完成手指的伸直动作。

在图3中，是相邻指节间的形状示意图，各指节可以是方形、椭圆形，指节间连接采用指节连接轴连接，指节连接处各留有一定角度，建议45°合适，使得弯曲时均在0~90°运动，另外，为了方便抓取物体，手指有较大力量，伸直时手指较快的速度，在只使用电机一台电机完成抓握、伸直动作的情况下，使用杠杆原理，增加抓握时的动力臂长度，减少阻力臂长度。

在图4中是手掌(1)机构的示意图，由驱动电机(20)，手掌节(21)，指间耦合机构(7)由各手指的驱动电机(30)，手掌节(31)，指间耦合机构(8)，驱动电机(40)，手掌节(41)，指间耦合机构(9)，驱动电机(50)，手掌节(51)，指间耦合机构(8)，驱动电机(60)，手掌节(61)，指间耦合机构(10)组成。手掌节的运动使手指的耦合运动影响的，而且它的运动空间相对较小。

在图5中是本发明两指间耦合运动结构示意图，驱动电机(70)转动时，带动连杆(71)前后运动，连杆(71)带动轴连接器(72)前后运动，轴连接器(72)带动连杆(73)、连杆(74)前后运动，两个连杆连在两个手指的手指节的万向节上，在力的作用下两手指间可以做相互运动，实现了手指夹、撑的动作。

如果在手指运动机构和指间耦合机构再机构耦合，就可以实现机器手的三维运动。

Claims

1.一种五指型仿人机器手，其特征是：由手掌(1)，拇指(2)，食指(3)，中指(4)，无名指(5)和小指(6)组成，食指(3)，中指(4)，无名指(5)和小指(6)安装在手掌(1)前端，拇指(2)安装在手掌(1)的右上端。除拇指以外四指由驱动电机(30)，手掌节(31)，首指节(32)，中指节(33)，末指节(34)组成，拇指(2)由驱动电机(20)，手掌节(21)，中指节(23)，末指节(24)组成。

2.根据权利要求1所述的五指型仿人机器手，其特征是：手指的安装在手掌(1)的首掌节上(31)上，手掌节(31)与首指节(32)是万向节(301)连接，手掌节(31)万向节的轴碗端，首指节(32)为万向节的轴心端。当手指的驱动电机正相转动时，拉动穿过过孔的钢丝绳(65)、松动钢丝绳(66)，带动末指节(34)，拉动钢丝绳(65)的力，带动中指节(33)首指节(32)向上弯曲，受万向节(301)、指节连接轴(302)指节连接轴(303)安装位置的影响，各相邻指节间均在0～90⁰运动，完成手指的抓握动作。反之，驱动电机方向运动完成手指的伸直动作。

3.根据权利要求1所述的五指型仿人机器手，其特征是：两指间耦合运动驱动电机(70)转动时，带动连杆(71)前后运动，连杆(71)带动轴连接器(72)前后运动，轴连接器(72)带动连杆(73)、连杆(74)前后运动，两个连杆连在两个手指的手指节的万向节上，在力的作用下两手指间可以做相互运动，实现了手指夹、撑的动作。

4.根据权利要求1所述的五指型仿人机器手，其特征是：在手指运动机构和指间耦合机构再机构耦合，就可以实现机器手的三维运动。