CN104339361B - 机械手指及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械手指及机械手。其中，本发明的机械手指至少包括：第一指节、固接所述第一指节的第二指节、及第三指节，所述第二指节基于连接第三指节的第一连动部件来实现自身的曲伸、所述第三指节基于连接手掌的第二连动部件来实现自身的上抬下压、并基于自身包含的第三连动部件及连接手掌的第四连动部件来实现自身与第二指节的曲伸，其中，分别与第一连动部件、第二连动部件、第三连动部件及第四连动部件连接的电机设置在手掌；基于4个机械手指、1个机械拇指及手掌可构成本发明的机械手。本发明的优点包括：结构简单、手指部分不包含动力电机、手指灵活、材料要求低、及成本低廉等。

Description

机械手指及机械手

技术领域

本发明涉及机械领域，特别是涉及一种机械手指及机械手。

背景技术

随着科学技术不断发展，机械化、自动化的概念不断深入人们的生产、生活，机械手作为一种常见设备，已经在工厂流水线上完成了大量重复工作。

仿生机械手作为人类对自身双手的仿制品，拥有在众多不同结构的机械手中极高的灵活性。不过，由于生物进化的奇妙结果，仿生机械手还远远达不到“心灵手巧”的地步，众多的关节、关节动力小型化、关节协调等问题都限制了机械的手灵活性。

在机械手的发展中，有的使用先进的小型电机，虽然解决了关节灵巧的问题，但却提高了成本；有的通过控制机械手的动作而减少关节，又会造成灵活性下降；有的使用欠驱动技术，分离了关节电机，减少了复杂度，但却失去了主动抓取能力和部分灵活性。

事实上，人手的构造决定了人手的灵巧。如图1a及图1b所示，一根细长的手指包括；第一指节11，第二指节12、第三指节13、第一关节14、第二关节15、第三关节16，可见，细长的手指和大量的关节使人手具有无与伦比的灵活性，而也正是因为手指细长的结构，使得在手指部位放置关节动力变得很困难；同时，大量关节协同运动的控制系统也很难达到人脑无意中控制的效果。如果采用先进的技术当然能达到更好的效果，但是也会使机械手成本大大上升。因此，目前低成本的仿生机械手，由于种种原因，还很难达到人手的灵活。

然而，活动手指可以发现，在人曲伸手指时，第一关节14和第二关节15常常是同时曲同时伸的，而第三关节16和第一关节14、第二关节15的活动相对独立；此外，人手在活动时，要保持灵活的是手指，而手掌相对“笨”一些，因此，如何能基于手的该些特征来构建低成本的仿生机械手，已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构简单且成本低廉的机械手指及机械手。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机械手指，其至少包括：

第一指节、固接所述第一指节的第二指节、及第三指节，所述第二指节基于连接第三指节的第一连动部件来实现自身的曲伸、所述第三指节基于连接手掌的第二连动部件来实现自身的上抬下压、并基于自身包含的第三连动部件及连接手掌的第四连动部件来实现自身与第二指节的曲伸，其中，分别与第一连动部件、第二连动部件、第三连动部件及第四连动部件连接的电机设置在手掌。

优选地，所述第一连动部件包括：设置在第一部件的皮带轮、设置在第二部件的第一皮带轮以及连接两皮带轮的8字形皮带，其中，第一部件的一部分属于第一指节、一部分属于第二指节，第二部件属于第三指节。

优选地，第二连动部件包括：设置在第二部件的第二皮带轮、设置在第三部件的第一皮带轮以及连接两皮带轮的皮带，其中，第二部件属于第三指节，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌。

优选地，第三连动部件包括：设置在第三部件的第二皮带轮、设置在第四部件的皮带轮以及连接两皮带轮的皮带，其中，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌，第四部件一部分属于第二指节、一部分属于第三指节。

优选地，第四连动部件包括：设置在第三部件的两第三皮带轮、以及连接两第三皮带轮的皮带，其中，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌。

优选地，所述第三连动部件及第四连动部件共用双连皮带轮。

优选地，电机设置在手掌的背面。

本发明还提供一种机械手，其至少包括：

4个前述的机械手指、一个机械拇指、以及与4个机械手指及一个机械拇指连接的手掌，其中，所述手掌设置有多个分别连接各机械手指的连动部件的电机。

优选地，所述机械拇指基于第五连动部件、及连接手掌的第六连动部件与第七连动部件来实现自身的下压上抬。

优选地，所述第五连动部件包括：设置在第五部件的皮带轮、设置在第六部件的皮带轮及连接两皮带轮的皮带；第六连动部件包括：设置在第六部件的两皮带轮及连接该两皮带轮的皮带；第七连动部件包括：设置在第六部件的皮带轮、设置在第七部件的皮带轮及连接两皮带轮的皮带；其中，第五部件的一部分属于第一指节、一部分属于第二指节；第六部件一部分属于第二指节、一部分属于手掌；第七部件属于第二指节。

如上所述，本发明的机械手指及机械手，具有以下有益效果：结构简单，手指部分不包含动力电机，材料要求低，手指灵活，成本低廉。

附图说明

图1a显示为人手的俯视图。

图1b显示为人手的侧视图。

图2a及2b显示为本发明的机械手指的结构示意图。

图3a至3c显示为构成本发明的机械手指的第一部件的结构示意图，其中，图3a为俯视图、图3b为左视图、图3c为右视图。

图4a至4c显示为构成本发明的机械手指的第二部件的结构示意图，其中，图4a为俯视图、图4b为左视图、图4c为右视图。

图5a至5c显示为构成本发明的机械手指的第四部件的结构示意图，其中，图5a为俯视图、图5b为左视图、图5c为右视图。

图6显示为本发明的机械手结构示意图。

图7显示为本发明的机械拇指结构示意图。

图8a至8c显示为构成本发明的机械拇指的第七部件的结构示意图，其中，图8a为俯视图、图8b为左视图、图8c为右视图。

图9a及9b显示为本发明的机械手指的上抬示意图，其中，图9a为机械手指的左视图、图9b为机械手指的右视图。

图10a及10b显示为本发明的机械手指的弯曲示意图，其中，10a为机械手指的左视图、图10b为机械手指的右视图。

元件标号说明

11第一指节

12第二指节

13第三指节

14第一关节

15第二关节

16第三关节

2机械手指

21第一指节

22第二指节

23第三指节

24第一连动部件

241皮带轮

242第一皮带轮

25第二连动部件

251第二皮带轮

26第三连动部件

261第二皮带轮

262皮带轮

27第四连动部件

271第三皮带轮

3手掌

41第一部件

42第二部件

43第三部件

44第四部件

5机械拇指

51第一指节

52第二指节

53第五连动部件

54第六连动部件

55第七连动部件

61第五部件

62第六部件

63第七部件

71第一挡板

72第二档板

73第三挡板

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图2a至图10b。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2a及2b所示，本发明提供一种机械手指。所述机械手指2至少包括：第一指节21、固接所述第一指节21的第二指节22、及第三指节23。

其中，所述第二指节22基于连接第三指节23的第一连动部件24来实现自身的曲伸、第三指节23基于连接手掌3的第二连动部件25以实现自身的上抬下压、并基于第三连动部件26及连接手掌3的第四连动部件27来实现自身与第二指节的曲伸，其中，分别与第一连动部件24、第二连动部件25、第三连动部件26及第四连动部件27连接的电机设置在手掌3。

所述第一连动部件24可采用任何一种能使第二指节22进行曲伸运动的部件，例如，一种优选的第一连动部件包括：设置在第一部件41的皮带轮241、设置在第二部件42的第一皮带轮242以及连接两皮带轮的8字形皮带，其中，第一部件41的一部分属于第一指节21、一部分属于第二指节22，第二部件42属于第三指节23。

第一部件41的结构如图3a至3c所示，其中，图3a为第一部件41的俯视图，图3b为第一部件41的左视图，图3c为第一部件41的右视图。

第二部件42的结构如图4a至4c所示；其中，图4a为第二部件42的俯视图，图4b为第二部件42的左视图，图4c为第二部件42的右视图。

所述第二连动部件25可采用任何一种能使第三指节23进行上抬下压运动的部件，例如，一种优选的第二连动部件包括：设置在第二部件42的第二皮带轮251、设置在第三部件43的第一皮带轮以及连接两皮带轮的皮带，其中，第三部件43的一部分属于第三指节23、一部分属于手掌3。

其中，第二部件42的结构如图4a至4c所示，在此不再重述；第三部件43的结构容后陈述。

所述第三连动部件26设置在第三指节23，所述第四连动部件27连接第三指节23与手掌3，所述第三连动部件26与所述第四连动部件27配合来实现第三指节23与第二指节22的曲伸。

一种优选的第三连动部件包括设置在第三部件43的第二皮带轮261、设置在第四部件44的皮带轮262以及连接两皮带轮的皮带；一种优选的第四连动部件包括设置在第三部件43的两第三皮带轮271（图中仅示出了属于第三指节23的第三皮带轮271）、以及连接两第三皮带轮的皮带。其中，第四部件44一部分属于第二指节22、一部分属于第三指节23；一个第三皮带轮271与第二皮带轮261构成双连皮带轮。

第四部件44的结构如图5a至5c所示，其中，图5a为第四部件44的俯视图，图5b为第四部件44的左视图，图5c为第四部件44的右视图。

第三部件43的结构如图6所示，该第三部件43的一部分属于第三指节23，一部分属于手掌3。

基于上述描述及图示，本领域技术人员应该理解本实施例中的机械手指2的第一指节21、第二指节22及第三指节23各自的结构及构件，即：第一指节21由第一部件41的一部分构成；第二指节22由第一部件41的另一部分、第四部件44的一部分以及第一挡板71的一部分构成；第三指节23由第四部件44的另一部分、第二部件42、第三部件43的一部分、第一挡板71的另一部分及第二档板72构成。

基于上述机械手指2构成的机械手如图6所示，该机械手包括：4个机械手指2、一个机械拇指5、与4个机械手指2及机械拇指5连接的手掌3，其中，所述手掌3的背面设置有多个分别连接各机械手指的连动部件的电机（图中未示出）。

其中，一种优选的机械拇指结构如图7所示，该机械拇指5至少包括第一指节51及第二指节52；所述第二指节52基于第五连动部件53、以及连接手掌3的第六连动部件54和第七连动部件55来实现手指的下压上抬。

其中，所述第五连动部件53包括：设置在第五部件61的皮带轮、设置在第六部件62的皮带轮及连接两皮带轮的皮带；第六连动部件54包括：设置在第六部件62的两皮带轮（为简化图示，图7中仅示出了与第五连动部件53的一个皮带轮构成连动的皮带轮，设置在手掌的皮带轮未示出）、及连接两皮带轮的皮带；所述第七连动部件55包括：设置在第七部件63的皮带轮、设置在第六部件62的皮带轮及连接两皮带轮的皮带。

其中，第五部件61的一部分属于第一指节51、一部分属于第二指节52，其结构与前述第一部件41的结构相同，故在此不再予以详述。

其中，第七部件63的结构与前述第四部件44的结构相似，具体如图8a至8c所示，其中，图8a为第七部件63的俯视图，图8b为第七部件63的左视图，图8c为第七部件63的右视图。

其中，第六部件62的一部分属于第二指节52、一部分属于手掌3，其结构参见图6所示，在此不再详述。

基于上述描述及图示，本领域技术人员应该理解本实施例中的机械拇指5的第一指节51、及第二指节52各自的结构及构件，即：第一指节51由第五部件61的一部分构成；第二指节52由第五部件61的另一部分、第六部件62的一部分、第七部件63以及第三挡板73构成。

以下将详述机械手指2的运动过程：

机械手指2上抬的过程如图9a及9b所示，当电机控制第二连动部件25运动，带动第二连动部件25的皮带轮251顺时针转动时，第三指节23抬起；同时第四连动部件27运动，与第四连动部件27的皮带轮271双连的皮带轮261逆时针转动相同角度，使双连皮带轮相对第三指节23静止，可以使第三连动部件26的皮带静止，使第一连动部件24的连动皮带静止，从而在手指伸直的姿态下抬起机械手指2。

机械手指2下压的控制方法与上述图9a及9b所示的机械手指2抬起相反，故在此不再详述。

机械手指2弯曲的过程如图10a及10b，当控制第二连动部件25的皮带不动，使第三指节23静止；同时电机控制第四连动部件27，使得第四连动部件27的皮带轮271顺时针转动，由此与皮带轮271双连的皮带轮261顺时针转动，皮带轮261所属的第三连动部件26运动，使第二指节22相对第三指节23顺时针转动；也就是第三指节23相对第二指节22逆时针转动，由于第一连动部件24的皮带呈“8”字型，由此，第一连动部件24的皮带轮241与242会向相反的方向旋转，从而第一指节21与第二指节22的上半部分相对第二指节22的下半部分顺时针转动。由此实现了机械手指2的弯曲。

基于上述描述及图示，本领域技术人员应该理解机械拇指5的上抬下压运动，故在此不再详述。

综上所述，本发明的机械手指，所有关节动力来源于手掌，仅采用皮带轮来传递动力，结构简单，使手指内部结构简单、重量轻，以便手指灵活运动。而且，对手指所使用的材料没有苛刻要求，可基于实际情况来选取，由此可以有效降低成本；基于本发明的机械手指所形成的机械手，具有全主动关节，可以主动抓取物品，即使物品细小且没有支撑也可以抓取；有十多个自由关节，各手指灵活；结构简单，扩展性强，手指部分简单且不包含动力，动力在手背上，更大的空间允许更多种类的动力电机；材料要求低，动力电机限制较小，结构简单，成本低廉。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机械手指，其特征在于，所述机械手指至少包括：

第一指节、固接所述第一指节的第二指节、及第三指节，所述第二指节基于连接第三指节的第一连动部件来实现自身的曲伸、所述第三指节基于连接手掌的第二连动部件来实现自身的上抬下压、并基于自身包含的第三连动部件及连接手掌的第四连动部件来实现自身与第二指节的曲伸，其中，分别与第一连动部件、第二连动部件、第三连动部件及第四连动部件连接的电机设置在手掌；所述机械手指基于所述第二连动部件和第四连动部件来实现在手指伸直的姿态下抬起机械手指。

2.根据权利要求1所述的机械手指，其特征在于：所述第一连动部件包括：设置在第一部件的皮带轮、设置在第二部件的第一皮带轮以及连接两皮带轮的8字形皮带，其中，第一部件的一部分属于第一指节、一部分属于第二指节，第二部件属于第三指节。

3.根据权利要求1所述的机械手指，其特征在于：第二连动部件包括：设置在第二部件的第二皮带轮、设置在第三部件的第一皮带轮以及连接两皮带轮的皮带，其中，第二部件属于第三指节，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌。

4.根据权利要求1所述的机械手指，其特征在于：第三连动部件包括：设置在第三部件的第二皮带轮、设置在第四部件的皮带轮以及连接两皮带轮的皮带，其中，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌，第四部件一部分属于第二指节、一部分属于第三指节。

5.根据权利要求1所述的机械手指，其特征在于：第四连动部件包括：设置在第三部件的两第三皮带轮、以及连接两第三皮带轮的皮带，其中，第三部件的一部分属于第三指节、一部分属于手掌。

6.根据权利要求1或4或5所述的机械手指，其特征在于：所述第三连动部件及第四连动部件共用双连皮带轮。

7.根据权利要求1所述的机械手指，其特征在于：电机设置在手掌的背面。

8.一种机械手，其特征在于，所述机械手至少包括：

4个权利要求1至7任一项所述的机械手指、一个机械拇指、以及与4个机械手指及一个机械拇指连接的手掌，其中，所述手掌设置有多个分别连接各机械手指的连动部件的电机。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于：所述机械拇指基于第五连动部件、及连接手掌的第六连动部件与第七连动部件来实现自身的下压上抬。

10.根据权利要求9所述的机械手，其特征在于：所述第五连动部件包括：设置在第五部件的皮带轮、设置在第六部件的皮带轮及连接两皮带轮的皮带；第六连动部件包括：设置在第六部件的两皮带轮及连接该两皮带轮的皮带；第七连动部件包括：设置在第六部件的皮带轮、设置在第七部件的皮带轮及连接两皮带轮的皮带；其中，第五部件的一部分属于第一指节、一部分属于第二指节；第六部件一部分属于第二指节、一部分属于手掌；第七部件属于第二指节。