CN106041995A - 一种仿人机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供一种仿人机械手，包括互相连接的机械手臂和机械手爪，且机械手臂包括大臂和小臂，大臂上设置有用于和肩部连接的肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节，小臂上设置有用于和大臂连接的肘部俯仰关节及肘部横滚关节，机械手爪上设置有用于和小臂连接的腕部偏航关节。该方案的仿人机械手，大臂上的三个关节实现了手臂和肩部连接处球关节的仿生设计；小臂的两个关节实现了手臂肘关节的仿生设计；机械手爪上的一个关节实现了对人手的仿生设计。该仿人机械手具有较高的运动空间及运动的灵活性，可以代替人完成不易完成的特殊工作；且其便于操作者根据直觉和经验控制，从而可以提高控制效率和准确度。

Description

一种仿人机械手

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿人机械手。

背景技术

随着对资源开发、核废料清理、高压高危作业、外科手术及康复护理等高危高强或精细工作需求的不断提高，研究仿人机械手，并使其替代人手完成相应特种工作的需求更加迫切。目前，使用较为广泛的机械手仿人程度不强、运动范围窄、灵活性低等特点。

例如，专利号为CN104708637A名称为“一种仿人机械手臂”的专利，其公开了一种仿人机械手臂，包括具有六个自由度的手臂和具有一个开合自由度的手爪。其中，手臂六个自由度包括前端臂部三个自由度和末端腕部三个自由度。前端臂部三个自由度为腰部回转运动、大臂摆动和小臂摆动；末端腕部三个自由度为两个手腕回转运动和一个手腕俯仰运动。然而，对于仿人机械手臂，该机械手臂存在下列不足：

首先，臂部自由度安排不合理，并不能与人臂的各个关节的运动相对应，因此对人的手臂运动的轨迹并不能实现完全的模仿；

其次，其手爪仅有一个开合自由度，与人手相比较而言，其机械手爪灵活度不足，而且其机械手爪的结构并没有达到仿生的效果；

最后，其机械手臂外观并不平整，不仅影响美观，而且会影响到机械手臂的运动。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种仿人机械手，解决现有技术中存在的臂部自由度安排不合理，并不能与人臂的各个关节的运动相对应，因此对人的手臂运动的轨迹并不能实现完全的模仿的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种仿人机械手，包括互相连接的机械手臂和机械手爪，且所述机械手臂包括大臂和小臂，所述大臂上设置有用于和肩部连接的肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节，所述小臂上设置有用于和所述大臂连接的肘部俯仰关节及肘部横滚关节，所述机械手爪上设置有用于和所述小臂连接的腕部偏航关节。

优选地，所述肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节依次串联；所述肘部俯仰关节和肘部横滚关节串联。

优选地，所述肩部俯仰关节包括沿着肩宽方向从内往外依次连接的第一舵机、第一舵机盘和肩部转轴；所述第一舵机带动所述肩部转轴绕第一轴心转动，且所述第一轴心沿着肩宽方向延伸；所述肩部转轴通过第一轴承安装在第一固定件上。

优选地，所述肩部转轴的外侧与第二固定件连接，所述第二固定件沿肩厚方向的两侧分别设置有大臂前盖和大臂后盖；所述肩部偏航关节安装在所述第二固定件上，且位于所述大臂前盖和大臂后盖之间，包括第二舵机和第二舵机盘；所述第二舵机的一侧通过所述第二舵机盘与所述大臂前盖连接，另一侧与所述大臂后盖连接；所述第二舵机带动所述大臂前盖和所述大臂后盖绕着第二轴心转动，且所述第二轴心沿着肩厚方向延伸。

优选地，所述肩部横滚关节安装在所述大臂前盖和大臂后盖之间，包括沿着大臂长度方向从上往下依次连接的第三舵机、第三舵机盘和大臂转轴；所述大臂前盖和所述大臂后盖之间设置有用于安装所述第三舵机的第三固定件，以及用于安装所述大臂转轴的第四固定件，且所述大臂转轴通过第二轴承安装在所述第四固定件上；所述第三舵机带动所述大臂转轴绕着第三轴心转动，且所述第三轴心沿着大臂长度方向延伸。

优选地，所述大臂转轴的下端与第五固定件连接，所述第五固定件沿肩宽方向的两侧分别设置有肘外侧板和肘内侧板；所述肘部俯仰关节安装在所述第五固定件上，且位于所述肘外侧板和肘内侧板之间，包括第四舵机和第四舵机盘；所述第四舵机的一侧与所述肘外侧板连接，另一侧通过所述第四舵机盘与所述肘内侧板连接；所述第四舵机带动所述肘外侧板和肘内侧板绕着第四轴心转动，且所述第四轴心沿着肩宽方向延伸。

优选地，所述肘部横滚关节设置在所述肘外侧板和肘内侧板之间，包括沿着小臂长度方向从上往下依次连接的第五舵机、第五舵机盘和小臂转轴；所述肘外侧板和肘内侧板之间设置有用于安装所述第五舵机的第六固定件，以及用于安装所述小臂转轴的第七固定件，且所述小臂转轴通过第三轴承安装在所述第七固定件上；所述第五舵机带动所述小臂转轴绕着第五轴心转动，且所述第五轴心沿着小臂长度方向延伸。

优选地，所述小臂转轴的下端与第八固定件连接；所述腕部偏航关节安装在所述第八固定件上，包括第六舵机、第六舵机盘、手腕转轴和曲柄连杆机构；所述第六舵机和所述手腕转轴均沿着肩宽方向设置，且所述第六舵机通过所述第六舵机盘与所述曲柄连杆机构的一端连接，所述曲柄连杆的另一端与所述手腕转轴连接并可带动所述手腕转轴绕着第六轴心转动，所述第六轴心沿着肩宽方向延伸。

优选地，所述机械手爪与所述手腕转轴固定连接；所述机械手爪包括四根手指；所述第八固定件上固定有四个沿着肩宽方向设置的第七舵机；所述手腕转轴上固定有走线导向轮和位于所述走线导线轮外侧的走线挡片；四个所述第七舵机分别与四个第七舵机盘一一对应连接，且四个所述第七舵机盘均捆绑第一牵拉线；所述第一牵拉线通过所述走线导线轮后分别连接四根所述手指中的弹簧片以控制手指的弯曲。

优选地，所述机械手爪还包括大拇指；所述机械手爪包括与所述手腕转轴连接的手掌板，以及位于所述手掌板上方的手心板；第八舵机位于所述手掌板和所述手心板之间；所述第八舵机的一侧通过第八舵机盘与所述手心板连接，另一侧与所述手掌板连接；所述手掌板和所述手心板之间设置有走线盖板，且在所述走线盖板与所述手掌板之间设置有走线器；所述第八舵机盘捆绑第二牵拉线；所述第二牵拉线通过所述走线器后连接所述大拇指中的弹簧片以控制大拇指的弯曲；所述第八固定件包括小臂支块、小臂上盖板、小臂下盖板和舵机盘保护栏杆；所述小臂支块的上端与所述小臂转轴连接，下端与所述小臂上板和小臂下板连接；所述第六舵机和第七舵机均位于所述小臂上盖板和所述小臂下盖板之间，且所述第六舵机固定在所述小臂上盖板上，所述第七舵机固定在所述小臂下盖板上；在所述小臂上盖板和小臂下盖板之间设置有所述舵机盘保护栏杆；所述手指和大拇指均包括依次通过手指转轴连接的指根、大指肚、小指肚和指尖，且所述大指肚上固定有大指肚芯，所述小指肚上固定有小指肚芯。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的仿人机械手，包括互相连接的机械手臂和机械手爪，且所述机械手臂包括大臂和小臂，所述大臂上设置有用于和肩部连接的肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节，所述小臂上设置有用于和所述大臂连接的肘部俯仰关节及肘部横滚关节，所述机械手爪上设置有用于和所述小臂连接的腕部偏航关节。该方案的仿人机械手，大臂上的三个关节实现了手臂和肩部连接处球关节的仿生设计；小臂的两个关节实现了手臂肘关节的仿生设计；机械手爪上的一个关节实现了对人手的仿生设计。由于该仿人机械手自由度的安排与人体手臂各个关节的运动相对应，可以很好地模仿人体手臂的运动，且具有较高的运动空间及运动的灵活性。并且，由于该仿人机械手的机械手臂的运动轨迹可以与人体手臂运动轨迹实时一致，从而可以代替人完成不易完成的特殊工作。此外，该仿人机械手与人体手结构具有同构性，两者的运动学模型一致，便于操作者根据直觉和经验控制，从而可以提高控制效率和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例的仿人机械手的立体结构示意图；

图2是实施例的仿人机械手的某一状态下的侧视示意图；

图3实施例的仿人机械手的又一状态下的侧视示意图；

图4是肩部俯仰关节和肩部偏航关节的结构及安装示意图；

图5是肩部横滚关节的结构及安装示意图；

图6是肘部俯仰关节和肘部横滚关节的结构及安装示意图；

图7和图8是机械手爪的结构及安装示意图；

图中：1、大臂；2、小臂；3、机械手爪；4、第一舵机；5、第一舵机盘；6、肩部转轴；7、第一轴承；8、第一固定件；9、第二固定件；10、大臂前盖；11、大臂后盖；12、第二舵机；13、第二舵机盘；14、第三舵机；15、第三舵机盘；16、大臂转轴；17、第三固定件；18、第四固定件；19、第二轴承；20、第五固定件；21、肘外侧板；22、肘内侧板；23、第四舵机；24、第四舵机盘；25、第五舵机；26、第五舵机盘；27、小臂转轴；28、第六固定件；29、第七固定件；30、第三轴承；31、第六舵机；32、第六舵机盘；33、手腕转轴；34、曲柄；35、连杆；36、手指；361、指根；362、大指肚；363、小指肚；364、指尖；365、大指肚芯；366、小指肚芯；367、手指转轴；37、第七舵机；38、走线导向轮；39、走线挡片；40、大拇指；41、手掌板；42、手心板；43、第八舵机；44、走线盖板；45、走线器；46、小臂支块；47、小臂上盖板；48、小臂下盖板；49、舵机盘保护栏杆；50、第七舵机盘；51、第八舵机盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1至图3，本实施例的仿人机械手，包括互相连接的机械手臂和机械手爪3。其中，机械手臂包括大臂1和小臂2，且大臂1上设置有用于和肩部连接的肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节；小臂2上设置有用于和大臂连接的肘部俯仰关节及肘部横滚关节；机械手爪3上设置有用于和小臂2连接的腕部偏航关节。

其中需要说明的是，“肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节”并非均直接和肩部连接，也可以是间接连接；同样，也不要求肘部俯仰关节及肘部横滚关节直接与大臂连接，且不要求腕部偏航关节直接与小臂直接连接。

本实施例的仿人机械手，大臂上的三个关节实现了手臂和肩部连接处球关节的仿生设计；小臂的两个关节实现了手臂肘关节的仿生设计；机械手爪上的一个关节实现了对人手的仿生设计。

由于该仿人机械手自由度的安排与人体手臂各个关节的运动相对应，可以很好地模仿人体手臂的运动，且具有较高的运动空间及运动的灵活性。并且，由于该仿人机械手的机械手臂的运动轨迹可以与人体手臂运动轨迹实时一致，从而可以代替人完成不易完成的特殊工作。

此外，该仿人机械手与人体手结构具有同构性，两者的运动学模型一致，便于操作者根据直觉和经验控制，从而可以提高控制效率和准确度。

本实施例中，优选肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节依次串联，且肘部俯仰关节和肘部横滚关节串联。

请参见图4，肩部俯仰关节包括沿着肩宽方向从内往外依次连接的第一舵机4、第一舵机盘5和肩部转轴6。其中，“肩宽方向从内往外”指的是图1中箭头①所指的方向。此处“内”、“外”均是以人的身体为基准而言的，靠近人身体的为“内”，远离人身体的为“外”。

具体地，第一舵机4固定在第一舵机盘5上，第一舵机盘5与肩部转轴6固定连接，从而使得第一舵机4可以带动所述肩部转轴6绕第一轴心转动。其中，“第一轴心”指的是沿着肩宽方向延伸的轴，从而保证第一舵机4运转时，通过肩部转轴6的转动即可实现该大臂的俯仰运动。并且，肩部转轴6通过第一轴承7安装在第一固定件8上。

请进一步参见图4并结合图5，肩部转轴6的外侧与第二固定件9连接，第二固定件9沿肩厚方向的两侧分别设置有大臂前盖10和大臂后盖11。其中，“肩厚方向”指的是图1中箭头②所指的方向；肩部转轴6的“外侧”指的是远离人的身体的一侧。肩部偏航关节安装在第二固定件9上，且位于所述大臂前盖10和大臂后盖11之间，包括第二舵机12和第二舵机盘13。

具体地，第二舵机12的一侧通过第二舵机盘13与大臂前盖10连接，第二舵机12的另一侧与大臂后盖11连接，从而使得第二舵机12可以带动大臂前盖10和大臂后盖11绕着第二轴心转动。其中，“第二轴心”指的是沿着肩厚方向延伸的轴，从而保证第二舵机12运转时，通过大臂前盖10和大臂后盖11的转动即可实现该大臂的偏航运动。

请进一步参见图5，肩部横滚关节安装在大臂前盖10和大臂后盖11之间，包括沿着大臂长度方向从上往下依次连接的第三舵机14、第三舵机盘15和大臂转轴16。其中，“大臂长度方向从上往下”是图1中箭头③所指的方向。此处，靠近“第二固定件9”的为“上”，远离“第二固定件9”的为“下”；也就相当于人体的大臂靠近肩膀的为上，反之则为下。

具体地，在大臂前盖10和大臂后盖11之间设置有用于安装第三舵机14的第三固定件17，以及用于安装大臂转轴16的第四固定件18，并且大臂转轴16通过第二轴承19安装在所述第四固定件18上。第三舵机14通过第三舵机盘15与大臂转轴16连接，以使得第三舵机14带动所述大臂转轴16绕着第三轴心转动。其中，“第三轴心”指的是沿着大臂长度方向延伸的轴，从而通过大臂转轴16的转动即可实现大臂的横滚运动。

其中，第一舵机盘5与肩部转轴6之间，肩部转轴6与第二固定件9之间，第二舵机盘13与大臂前盖10之间，第三固定件17与大臂前盖10之间，第三固定件17与大臂后盖11之间，第四固定件18与大臂前盖10之间，第四固定件18与大臂后盖11之间，以及第三舵机盘15和大臂转轴16之间，均优选采用螺栓固定连接。

本实施例中肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节的串联，从而使得大臂获得了三个自由度，并实现了对人体手臂的臂肩部的球关节的仿生设计。

进一步地，请参见图6，大臂转轴16的下端与第五固定件20连接，第五固定件20沿肩宽方向的两侧分别设置有肘外侧板21和肘内侧板22。其中，“肩宽方向”前面已经进行了解释；“大臂转轴16的下端”中的“下”和上述一样，指的是远离“第二固定件9”的一端，也即类比于人体大臂上远离肩膀的一端。此外，“肘外侧板21和肘内侧板22”同样是以人的身体为基准。将肘部俯仰关节安装在第五固定件20上，且位于所述肘外侧板21和肘内侧板22之间。并且，肘部俯仰关节包括第四舵机23和第四舵机盘24。

具体地，第四舵机23的一侧与肘外侧板21连接，另一侧通过第四舵机盘24与所述肘内侧板22连接，从而使得第四舵机23可以带动肘外侧板21和肘内侧板22绕第四轴心转动。其中，“第四轴心”指的是沿着肩宽方向延伸的轴，从而保证第四舵机23运转时，通过肘外侧板21和肘内侧板22的转动即可实现小臂的俯仰运动。

请进一步参见图6，肘部横滚关节设置在所述肘外侧板21和肘内侧板22之间，包括沿着小臂长度方向从上往下依次连接的第五舵机25、第五舵机盘26和小臂转轴27。其中，“小臂长度方向从上往下”是图1中箭头④所指的方向。此处也一样，靠近“第二固定件9”的为“上”，远离“第二固定件9”的为“下”；也就类比于人体的小臂靠近肩膀的为上，反之则为下。

具体地，在肘外侧板21和肘内侧板22之间设置有用于安装第五舵机25的第六固定件28，以及用于安装小臂转轴27的第七固定件29，并且小臂转轴27通过第三轴承30安装在第七固定件29上。此处第六固定件28同时也是肘外侧板21和肘内侧板22之间的支撑件。第五舵机25通过第五舵机盘26与小臂转轴27连接，以使得第五舵机25带动小臂转轴27绕着第五轴心转动。其中，“第五轴心”指的是沿着小臂长度方向延伸的轴，从而通过小臂转轴27的转动即可实现小臂的横滚运动。

其中，大臂转轴16和第五固定件20之间，第四舵机盘24与肘内侧板22之间，第六固定件28与肘外侧板21之间，第六固定件28与肘内侧板22之间，第七固定件29与肘外侧板21之间，第七固定件29与肘内侧板22之间，以及第五舵机盘26与小臂转轴27之间，均优选采用螺栓固定连接。

本实施例中肘部俯仰关节及肘部横滚关节串联，从而使得小臂获得两个自由度，并实现了对人体手臂的肘部关节的仿生设计。

本实施例的机械手臂由大臂和小臂构成，且采用与人体手臂相同的尺寸比例，从而使其具有与人体手臂相同的工作空间。

更进一步地，请参见图7和图8，小臂转轴27的下端与第八固定件连接。腕部偏航关节安装在所述第八固定件上，包括第六舵机31、第六舵机盘32、手腕转轴33和曲柄连杆机构，且第六舵机31和手腕转轴33均沿着肩宽方向设置。其中，“肩宽方向”和上述定义相同，此处不再赘述。

具体地，第六舵机31通过第六舵机盘32与曲柄连杆机构的一端连接，曲柄34连杆35的另一端与手腕转轴33连接，以使得第六舵机31通过曲柄34连杆35带动第六舵机31带动手腕转轴33绕着第六轴心转动。其中，“第六轴心”指的是沿着肩宽方向延伸的轴，从而通过手腕转轴33的转动即可实现手腕的偏航运动。

其中，“曲柄连杆机构”包括互相连接的连杆35和曲柄34，并且，连杆35的第一端和第六舵机盘32连接，连杆35的第二端和曲柄34连接的第一端连接；而曲柄34连杆35的第二端则和手腕转轴33连接。

在此基础上，将机械手爪与手腕转轴33固定连接。其中，机械手爪包括四根手指36。在第八固定件上固定有四个沿着肩宽方向设置的第七舵机37；手腕转轴33上固定有走线导向轮38和位于走线导线轮外侧的走线挡片39。其中，“走线导线轮外侧”也即以走线导线为中心，位于其两侧的位置为外侧。

具体地，四个第七舵机37分别与四个第七舵机盘50一一对应连接，且在四个第七舵机盘50上均捆绑有第一牵拉线。第一牵拉线通过走线导线轮后分别连接四根所述手指36中的弹簧片，从而四个第七舵机37分别控制着四根手指36弯曲度的任意调节。当第七舵机37带动第七舵机盘50转动时，位于第七舵机盘50上的第一牵拉线都会拽动手指36中的弹簧片，以实现对应手指36的弯曲度调节。

此外，机械手爪还包括大拇指40。其中，机械手爪包括与所述手腕转轴33连接的手掌板41，以及位于所述手掌板41上方的手心板42。第八舵机43位于所述手掌板41和所述手心板42之间；第八舵机43的一侧通过第八舵机盘51与手心板42连接，另一侧与手掌板41连接。手掌板41和手心板42之间设置有走线盖板44，且在走线盖板44与手掌板41之间设置有走线器45。

具体地，第八舵机43与大拇指40相对应，并且在第八舵机盘51上捆绑有第一牵拉线。第二牵拉线通过走线器45后连接大拇指40中的弹簧片以控制大拇指40的弯曲。当第八舵机43带动第七舵机盘50转动时，位于第八舵机盘51上的第二牵拉线都会拽动大拇指40中的弹簧片，以实现大拇指40的弯曲度调节。

在此基础上，优选手指36和大拇指40均包括依次通过手指转轴367连接的指根361、大指肚362、小指肚363和指尖364，且所述大指肚362上固定有大指肚芯365，所述小指肚363上固定有小指肚芯366。

请进一步参见图7和图8，优选但是不必须第八固定件包括小臂支块46、小臂上盖板47、小臂下盖板48和舵机盘保护栏杆49。小臂支块46的上端与小臂转轴27固定连接，下端与所述小臂上板和小臂下板连接。其中，“小臂支块46的上端”指的是靠近“第二固定件9”的一端，也即类比于人体的小臂靠近肩膀的一端。此外，“小臂上盖板47、小臂下盖板48”中的“上”、“下”指的是图3中的方位。

第六舵机31和第七舵机37均位于所述小臂上盖板47和所述小臂下盖板48之间，且第六舵机31固定在小臂上盖板47上，第七舵机37固定在小臂下盖板48上；在小臂上盖板47和小臂下盖板48之间设置有舵机盘保护栏杆49。

当然需要说明的是，第八固定件不受附图的限制，其结构形式可以是任意的，只要其可以用于固定第六舵机31和第七舵机37即可。并且，即使第八固定件包括附图中的小臂支块46、小臂上盖板47、小臂下盖板48和舵机盘保护栏杆49，但是第六舵机31和第七舵机37与第八固定件之间的连接关系也不受附图限制。例如，也可以将第六舵机31固定在小臂下盖板48上，并将第七舵机37固定在小臂上盖板47上。

其中，小臂转轴27和小臂支块46之间，小臂支块46与小臂上盖板47之间，小臂支块46与小臂下盖板48之间，第六舵机盘32与小臂上盖板47之间，第七舵机盘50与小臂下盖板48之间，第八舵机43与手掌板41之间，第八舵机盘51与手心板42之间，走线盖板44与走线器45之间，手掌板41与走线器45之间，走线器45与手心板42之间，大指肚362与大指肚芯365之间，以及小指肚363与小指肚芯366之间，均优选但是不必须采用螺栓进行固定连接。

本实施例中，机械手爪包含一个腕部偏航关节和五个手指36弯曲关节自由度，从而实现了对人手部的仿生设计。其灵活性高、仿生程度强，可以像人一样完成抓取、翻书、握手等动作。

本实施例中，上述描述的第一轴承7、第二轴承19和第三轴承30均优选采用无油自润滑轴承。并且，所有上述提到的舵机均可以采用其它驱动单元的代替，例如电机；不过此处舵机的采用可以保证整个仿人机械手的轻量化。

为了使得本实施例的仿人机械手拥有与人体手臂和手部相同的工作空间且能够安全工作，设定肩部俯仰关节和肩部偏航关节的最大运动范围为0～90度，肩部横滚关节的最大运动范围为-60～90度；肘部俯仰关节的最大运动范围为-70～70度，肘部横滚关节的最大运动范围为-90～90度；腕部偏航关节的最大运动范围为-10～70度。并且，机械手爪的每个手指36的最大运动范围为手指36伸直至握拳，对应牵引线运动范围的舵机转角为0～130度。

由于本实施例的该仿人机械手包括肩关节、肘关节和腕关节共六自由度以及五个手指36弯曲自由度，其运动空间与人一致，能够与主端人体姿态采集系统解算的各关节角度一一对应。在此基础上，当操作者穿上采集服，通过采集服来采集人体各关节的姿态，并将姿态数据传给从端仿人机械手的时候，从端仿人机械手就可以实时地跟踪人体姿态而运动，从而不仅保证仿人机械手末端位置与人手相同，更能确保仿人机械手的运动轨迹与人手运动轨迹实时一致，代替人完成人不能完成的特殊工作。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种仿人机械手，包括互相连接的机械手臂和机械手爪，且所述机械手臂包括大臂和小臂，其特征在于，所述大臂上设置有用于和肩部连接的肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节，所述小臂上设置有用于和所述大臂连接的肘部俯仰关节及肘部横滚关节，所述机械手爪上设置有用于和所述小臂连接的腕部偏航关节。

2.根据权利要求1所述的仿人机械手，其特征在于，所述肩部俯仰关节、肩部偏航关节和肩部横滚关节依次串联；所述肘部俯仰关节和肘部横滚关节串联。

3.根据权利要求2所述的仿人机械手，其特征在于，所述肩部俯仰关节包括沿着肩宽方向从内往外依次连接的第一舵机、第一舵机盘和肩部转轴；所述第一舵机带动所述肩部转轴绕第一轴心转动，且所述第一轴心沿着肩宽方向延伸；所述肩部转轴通过第一轴承安装在第一固定件上。

4.根据权利要求3所述的仿人机械手，其特征在于，所述肩部转轴的外侧与第二固定件连接，所述第二固定件沿肩厚方向的两侧分别设置有大臂前盖和大臂后盖；所述肩部偏航关节安装在所述第二固定件上，且位于所述大臂前盖和大臂后盖之间，包括第二舵机和第二舵机盘；所述第二舵机的一侧通过所述第二舵机盘与所述大臂前盖连接，另一侧与所述大臂后盖连接；所述第二舵机带动所述大臂前盖和所述大臂后盖绕着第二轴心转动，且所述第二轴心沿着肩厚方向延伸。

5.根据权利要求4所述的仿人机械手，其特征在于，所述肩部横滚关节安装在所述大臂前盖和大臂后盖之间，包括沿着大臂长度方向从上往下依次连接的第三舵机、第三舵机盘和大臂转轴；所述大臂前盖和所述大臂后盖之间设置有用于安装所述第三舵机的第三固定件，以及用于安装所述大臂转轴的第四固定件，且所述大臂转轴通过第二轴承安装在所述第四固定件上；所述第三舵机带动所述大臂转轴绕着第三轴心转动，且所述第三轴心沿着大臂长度方向延伸。

6.根据权利要求5所述的仿人机械手，其特征在于，所述大臂转轴的下端与第五固定件连接，所述第五固定件沿肩宽方向的两侧分别设置有肘外侧板和肘内侧板；所述肘部俯仰关节安装在所述第五固定件上，且位于所述肘外侧板和肘内侧板之间，包括第四舵机和第四舵机盘；所述第四舵机的一侧与所述肘外侧板连接，另一侧通过所述第四舵机盘与所述肘内侧板连接；所述第四舵机带动所述肘外侧板和肘内侧板绕着第四轴心转动，且所述第四轴心沿着肩宽方向延伸。

7.根据权利要求6所述的仿人机械手，其特征在于，所述肘部横滚关节设置在所述肘外侧板和肘内侧板之间，包括沿着小臂长度方向从上往下依次连接的第五舵机、第五舵机盘和小臂转轴；所述肘外侧板和肘内侧板之间设置有用于安装所述第五舵机的第六固定件，以及用于安装所述小臂转轴的第七固定件，且所述小臂转轴通过第三轴承安装在所述第七固定件上；所述第五舵机带动所述小臂转轴绕着第五轴心转动，且所述第五轴心沿着小臂长度方向延伸。

8.根据权利要求7所述的仿人机械手，其特征在于，所述小臂转轴的下端与第八固定件连接；所述腕部偏航关节安装在所述第八固定件上，包括第六舵机、第六舵机盘、手腕转轴和曲柄连杆机构；所述第六舵机和所述手腕转轴均沿着肩宽方向设置，且所述第六舵机通过所述第六舵机盘与所述曲柄连杆机构的一端连接，所述曲柄连杆的另一端与所述手腕转轴连接并可带动所述手腕转轴绕着第六轴心转动，所述第六轴心沿着肩宽方向延伸。

9.根据权利要求8所述的仿人机械手，其特征在于，所述机械手爪与所述手腕转轴固定连接；所述机械手爪包括四根手指；所述第八固定件上固定有四个沿着肩宽方向设置的第七舵机；所述手腕转轴上固定有走线导向轮和位于所述走线导线轮外侧的走线挡片；四个所述第七舵机分别与四个第七舵机盘一一对应连接，且四个所述第七舵机盘均捆绑第一牵拉线；所述第一牵拉线通过所述走线导线轮后分别连接四根所述手指中的弹簧片以控制手指的弯曲。

10.根据权利要求9所述的仿人机械手，其特征在于，所述机械手爪还包括大拇指；所述机械手爪包括与所述手腕转轴连接的手掌板，以及位于所述手掌板上方的手心板；第八舵机位于所述手掌板和所述手心板之间；所述第八舵机的一侧通过第八舵机盘与所述手心板连接，另一侧与所述手掌板连接；所述手掌板和所述手心板之间设置有走线盖板，且在所述走线盖板与所述手掌板之间设置有走线器；所述第八舵机盘捆绑第二牵拉线；所述第二牵拉线通过所述走线器后连接所述大拇指中的弹簧片以控制大拇指的弯曲；所述第八固定件包括小臂支块、小臂上盖板、小臂下盖板和舵机盘保护栏杆；所述小臂支块的上端与所述小臂转轴连接，下端与所述小臂上板和小臂下板连接；所述第六舵机和第七舵机均位于所述小臂上盖板和所述小臂下盖板之间，且所述第六舵机固定在所述小臂上盖板上，所述第七舵机固定在所述小臂下盖板上；在所述小臂上盖板和小臂下盖板之间设置有所述舵机盘保护栏杆；所述手指和大拇指均包括依次通过手指转轴连接的指根、大指肚、小指肚和指尖，且所述大指肚上固定有大指肚芯，所述小指肚上固定有小指肚芯。