CN104511906A - 多关节机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多关节机械手，其包括驱动机构、与所述驱动机构传动连接的传动机构、手掌、至少两个夹持手指，所述夹持手指包括至少两个指节，所述指节种类分为根部指节、中部指节以及端部指节，所述夹持手指至少包括一个所述根部指节以及一个端部指节，所述根部指节包括根部指壳以及根部连杆，所述中部指节包括中部指壳以及中部连杆。本发明提出的多关节机械手采用交叉四连杆方式设计所述夹持手指的指节结构，具有结构简单、仅由一个电机驱动的优点，其组装成本低，可适用于各种环境。

Description

多关节机械手

【技术领域】

本发明涉及机器人控制技术，尤其涉及一种多关节机械手。

【背景技术】

目前机器人技术已被广泛应用于军事、工业、建筑业、农业、医学等众多领域，机器人的机械手或夹持部件是机器人完成抓取目标或夹持物体任务所需最重要的装置之一。

现有技术中的机器人机械手手指部分一般由多个可活动的指节构成，机械手手指结构较为复杂，在操作所述机械手抓取物体的过程中，需要对各个指节的运动分别进行操控，控制极为不便；同时在机械手的工作过程中，需要使用多个电机对上述各个指节分别进行驱动，因此加工所述机械手的成本较高。

【发明内容】

本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种多关节机械手。

本发明提出的多关节机械手包括驱动机构、与所述驱动机构传动连接的传动机构、手掌、至少两个夹持手指，所述夹持手指包括至少两个指节，所述指节种类分为根部指节、中部指节以及端部指节，所述夹持手指至少包括一个所述根部指节以及一个端部指节，所述根部指节包括根部指壳以及根部连杆，所述中部指节包括中部指壳以及中部连杆。其中，所述根部指壳具有相对的第一端以及第二端，所述第一端与所述手掌通过销钉于第一铰接点处铰接，所述第二端与所述中部指壳或端部指节通过销钉于第二铰接点处铰接，所述第一端还与所述传动机构通过销钉铰接；所述根部连杆一端与所述手掌通过销钉铰接、另一端与所述中部指壳或端部指节通过销钉铰接，连接所述第一铰接点以及第二铰接点的连线与所述根部连杆所在直线相交；所述中部指壳具有相对的两端，所述中部指壳的一端与所述根部指壳或另一相邻的中部指壳通过销钉于第三铰接点处铰接、另一端与所述端部指节或另一相邻的中部指壳通过销钉于第四铰接点处铰接；所述中部连杆一端与所述根部指壳或另一相邻的中部指壳通过销钉铰接、另一端与所述端部指节或另一相邻的中部指壳通过销钉铰接，连接所述第三铰接点以及第四铰接点的连线与所述中部连杆所在直线相交。

本发明提出的多关节机械手采用交叉四连杆方式设计所述夹持手指的指节结构，在根部指节受到驱动力的驱动而发生转动时，中部指节以及端部指节在所述交叉四连杆的力传导下自动发生转动，从而抓取物体。本发明提出的多关节机械手具有结构简单、仅由一个电机驱动的优点，其组装成本低，可适用于各种环境。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的多关节机械手立体外观图。

图2为本发明一实施例的夹持手指透视结构图。

图3为本发明一实施例的夹持手指外观图。

图4为本发明一实施例的交叉四连杆旋转前结构图。

图5为本发明一实施例的交叉四连杆旋转后结构图。

图6为本发明一实施例的多关节机械手俯视外观图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

本发明提供一种多关节机械手，所述多关节机械手包括驱动机构、与所述驱动机构传动连接的传动机构、手掌、至少两个夹持手指。其中所述夹持手指由若干指节构成，所述指节的种类又进一步分为根部指节、中部指节以及端部指节三类，所述夹持手指至少包括一个所述根部指节以及一个所述端部指节，所述夹持手指还可以由一个所述根部指节、一个所述端部指节以及若干连接所述根部指节与端部指节的中部指节构成。

图1所示为本发明一实施例的多关节机械手。所述多关节机械手包括夹持手指1、夹持手指2、夹持手指3、手掌4、驱动机构6、与驱动机构6传动连接的传动机构5。在本实施例采用三个夹持手指的设计方式，其中每个所述夹持手指由根部指节、中部指节以及端部指节共三根指节构成。

下面就该实施例中所述多关节机械手的构造及其工作原理作进一步详细描述。

请一并参照图2以及图3，以夹持手指1为例，夹持手指1由根部指节11、中部指节12以及端部指节13构成。其中，根部指节11包括根部指壳111以及根部连杆112，所述中部指节12包括中部指壳121以及中部连杆122。

其中，根部指壳111具有相对的第一端以及第二端，根部指壳111的第一端上设有第一铰接点A，根部指壳111的第一端与手掌4通过销钉于第一铰接点A处铰接；根部指壳111的第二端与中部指壳121通过销钉于第二铰接点B处铰接；根部指壳111的第一端还与传动机构5通过销钉于铰接点M处铰接。

根部连杆112一端与手掌4通过销钉铰接、另一端与中部指壳121通过销钉铰接。连接第一铰接点A以及第二铰接点B的连线与根部连杆112所在直线相交。

中部指壳121具有相对的两端，中部指壳121的一端与根部指壳111通过销钉于第三铰接点（该第三铰接点即为根部指壳111上的第二铰接点B）处铰接、另一端与端部指节13通过销钉于第四铰接点C处铰接。

中部连杆122一端与根部指壳111通过销钉铰接、另一端与端部指节13通过销钉铰接。连接所述第三铰接点（即第二铰接点B）以及第四铰接点C的连线与中部连杆122所在直线相交。

由上述部件的连接结构可以看出，连接第一铰接点A以及第二铰接点B的连线与根部连杆112所在直线、连接所述第三铰接点（即第二铰接点B）以及第四铰接点C的连线与中部连杆122所在直线相交共同构成了如图4所示的交叉四连杆结构，该交叉四连杆结构具有传动特性。以所述夹持手指握紧为例，根部指壳111（线段AB所示）在传动机构5的拉力下以第一铰接点A为旋转轴心朝方向a转动，此时等效于根部连杆112（线段DE所示）朝b方向发生了微幅直线运动，因此在根部指壳111的转动作用带动下，中部指壳121（线段BC所示）以第二铰接点B为旋转轴心朝方向a转动。同理，在中部指壳121的转动作用带动下，等效于中部连杆122（线段FG所示）朝c方向发生了微幅直线运动，因此在中部指壳121的转动作用带动下，端部指节13以点F为旋转轴心朝方向a转动，最终形成了图5所示的旋转运动后交叉四连杆结构。

优选地，请参照图6，传动机构5进一步包括推拉杆51、连接所述夹持手指的驱动杆52、用于对所述推拉杆进行限位的直线轴承53，驱动杆52一端与根部指壳111通过销钉铰接、另一端与推拉杆51通过销钉铰接，推拉杆51套接在直线轴承53内，推拉杆51可在直线轴承53内来回滑动，直线轴承53用于限制推拉杆51在滑动方向以外的方向上发生不必要的位移，驱动机构6与推拉杆51传动连接。

在该优选实施例中，手掌4上设有用于供推拉杆51穿过其的圆孔，推拉杆51穿过所述圆孔并与直线轴承53套接。

进一步优选地，传动机构5还包括用于缓冲驱动力的弹簧54，弹簧54套于推拉杆51上，弹簧54的一端抵住直线轴承53、另一端抵住驱动机构6。弹簧54可避免机械手在抓取物体时因驱动力变化过大而受到冲击，起到了保护机械手的作用。

请继续参照图6，优选地，驱动机构6包括电机61、齿轮62、齿条63以及传动块64，齿轮62中心与电机61的输出轴相连接，齿条62与齿轮61传动连接，传动块64与齿条61固接，传动机构5与传动块64传动连接。在本实施例中，传动机构5与推拉杆51一端相连接。

优选地，本发明所述多关节机械手还包括基座7，手掌4与电机61固定设于基座7上，齿条63与基座7滑动连接，即齿条63与基座7可发生相对位移。齿条63通过传动块64带动推拉杆51作直线运动，进而带动所述夹持手指抓取物体。

进一步优选地，基座7还设有一限位装置71，限位装置71位于齿条63运动方向所在的直线位置上，限位装置71用于对齿条63的运动进行限位。基座7还可设置用于固定电机61的电机架72。

在上述所有实施例中，所述夹持手指的数量为三个，构成所述夹持手指的指节数量为三个。本领域技术人员应能理解，所述夹持手指的数量以及构成所述夹持手指的指节数量均可根据具体夹持环境以及被夹持物体的体积设置为其他个数。当构成所述夹持手指的指节数量大于三时，连接所述根部指节11以及端部指节13的中部指节数量应当至少为一个，且若干中部指节构成相互连接的交叉四连杆结构，从而依次传递由传动机构5传递而来的力矩，进而实现所述夹持机械手的握紧与松开。

本发明提出的多关节机械手采用交叉四连杆方式设计所述夹持手指的指节结构，在根部指节受到驱动力的驱动而发生转动时，中部指节以及端部指节在所述交叉四连杆的力传导下自动发生转动，从而模仿人手的包络抓取物体。本发明提出的多关节机械手具有结构简单、仅由一个电机驱动的优点，其组装成本低，可适用于各种环境。

虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案，而并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、变形、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多关节机械手，包括：驱动机构、与所述驱动机构传动连接的传动机构、手掌，其特征在于，还包括至少两个夹持手指，所述夹持手指包括至少两个指节，所述指节种类分为根部指节、中部指节以及端部指节，所述夹持手指至少包括一个所述根部指节以及一个所述端部指节，所述根部指节包括根部指壳以及根部连杆，所述中部指节包括中部指壳以及中部连杆，其中，

所述根部指壳具有相对的第一端以及第二端，所述第一端与所述手掌通过销钉于第一铰接点处铰接，所述第二端与所述中部指壳或端部指节通过销钉于第二铰接点处铰接，所述第一端还与所述传动机构通过销钉铰接；

所述根部连杆一端与所述手掌通过销钉铰接、另一端与所述中部指壳或端部指节通过销钉铰接，连接所述第一铰接点以及第二铰接点的连线与所述根部连杆所在直线相交；

所述中部指壳具有相对的两端，所述中部指壳的一端与所述根部指壳或另一相邻的中部指壳通过销钉于第三铰接点处铰接、另一端与所述端部指节或另一相邻的中部指壳通过销钉于第四铰接点处铰接；

所述中部连杆一端与所述根部指壳或另一相邻的中部指壳通过销钉铰接、另一端与所述端部指节或另一相邻的中部指壳通过销钉铰接，连接所述第三铰接点以及第四铰接点的连线与所述中部连杆所在直线相交。

2.根据权利要求1所述的多关节机械手，其特征在于，所述传动机构包括：推拉杆、连接所述夹持手指的驱动杆、用于对所述推拉杆进行限位的直线轴承，所述驱动杆一端与所述根部指壳通过销钉铰接、另一端与所述推拉杆通过销钉铰接，所述推拉杆套接在所述直线轴承内，所述驱动机构与所述推拉杆传动连接。

3.根据权利要求2所述的多关节机械手，其特征在于，所述传动机构还包括用于缓冲驱动力的弹簧，所述弹簧套于所述推拉杆上，所述弹簧一端抵住所述直线轴承、另一端抵住所述驱动机构。

4.根据权利要求1所述的多关节机械手，其特征在于，所述驱动机构包括：电机、齿轮、齿条以及传动块，所述齿轮中心与所述电机的输出轴相连接，所述齿条与所述齿轮传动连接，所述传动块与所述齿条固接，所述传动机构与所述传动块传动连接。

5.根据权利要求4所述的多关节机械手，其特征在于，还包括基座，所述手掌与所述电机固定设于所述基座上，所述齿条与所述基座滑动连接。

6.根据权利要求5所述的多关节机械手，其特征在于，还包括固定设于所述基座上的限位装置，所述限位装置位于所述齿条运动方向所在的直线位置上。

7.根据权利要求5所述的多关节机械手，其特征在于，还包括固定设于所述基座上的电机架。