CN106426137A - 仿人手机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿人手机械手，包括四指及拇指，四指和拇指的各关节之间分别铰接，四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，四指及拇指的一端铰接设置在手部支撑上，手部支撑上移动式设置有传力滑块，第一连杆机构与传力滑块连接，驱动机构驱动传力滑块位于手部支撑上移动，并连动四指呈现弯曲动作，第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动过渡连杆单元动作并连动拇指呈现弯曲动作，该机械手能够模仿人手掌的实际动作，灵活度极高。

Description

仿人手机械手

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种仿人手机械手。

背景技术

模仿人手的机械手是近年来机械研究的重要方向，由于人的手掌关节构造及肌肉组织复杂，因此人的四指及大拇指能够在空间内做多种弯曲、摆动动作，人的手掌较为灵活，能够适应不同抓取或者其他动作的需要，并且在假肢、功能性恢复等方面对于人体结构仿生的设计要求高，综合各个领域来看，仿人手机械手的设计研究一直是仿生机械制造和康复医疗研究的重点。

对此，中国专利申请(ZL:2014205579340)公开了一种仿人手机械手，该机械手中公开的四指及大拇指机械手指依次排列在掌部上，四指及大拇指的各个关节之间铰接连接，上述四指及大拇指通过拉伸连接，拉伸与各自的电机连接，通过控制电机的正反转，从而达到模仿手指弯曲的效果，上述仿人手机械手虽然能够在一定程度上模仿人的手指弯曲动作，但是上述机械手依赖的是在关节与关节连接处设置驱动电机以及铰接模块，方能实现机械手四指及大拇指的弯曲，对应的结构较为复杂，所需的驱动电机数量较多，成本极高，不具备产业上的应用价值。

发明内容

本发明的目的是：提供一种仿人手机械手，结构简单且能够模仿人手指的自然弯曲，提高机械手的灵活度，减少仿人手机械手的制造成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种仿人手机械手，包括四指及拇指，四指及拇指的各关节之间分别铰接，四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，所述四指及拇指的一端铰接设置在手部支撑上，所述手部支撑上移动式设置有传力滑块，所述第一连杆机构与传力滑块连接，驱动机构驱动传力滑块位于手部支撑上移动，并连动四指呈现弯曲动作，所述第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动过渡连杆单元动作并连动拇指呈现弯曲动作。

本发明还存在下列技术特征：

所述四指包括远、中、近指关节，远、中、近指关节顺序铰接，所述近指关节与手部支撑的边缘铰接，所述拇指包括远、中、拇指近端关节,远、中、拇指近端关节顺序铰接，拇指近端关节与过渡连杆单元铰接，拇指近端关节还与延伸支架铰接。

所述手部支撑上设置有条形滑孔，传力滑块位于条形滑孔内滑动，导向滑板与连接支架固连，连接支架与驱动机构连接，所述驱动机构驱动导向滑板沿着条形滑孔长度方向往复移动。

第一连杆机构包括与远指关节及中指关节外壁连接的远指滑块及中指滑块，远指滑块及中指滑块分别与远指关节及中指关节构成长度方向的滑动配合，第一传力杆的一端铰接设置在远指滑块上，第一传力杆的另一端与中指关节铰接且两端的铰接轴与远指关节及中指关节之间的铰接轴平行，中指滑块上铰接设置有第二传力杆，第二传力杆的另一端与近指关节铰接且两端的铰接轴与第一传力杆两端的铰接轴平行，第一传力杆与近指关节之间设置有第三传力杆，所述第三传力杆的两端通过铰接轴分别与第一传力杆与近指关节连接且铰接轴与远指关节及中指关节之间的铰接轴平行，所述第二传力杆上还设置有第四传力杆，所述第四传力杆的两端分别与第二传力杆及手部支撑铰接且铰接轴与远指关节及中指关节之间的铰接轴平行。

所述远指关节与中指关节之间通过第一、第二连接杆铰接连接且铰接轴与第一传力杆杆端的铰接轴平行，所述中指关节与近指关节之间通过第三、第四连接杆铰接连接且铰接轴与第二传力杆杆端的铰接轴平行，所述第三传力杆及第四传力杆的杆长可调，位于近指关节上还设置有第一施力杆，所述第一施力杆的一端与近指关节铰接且铰接轴与第二传力杆杆端的铰接轴平行，所述第一施力杆的另一端与传力滑块铰接，第一施力杆的长度可调。

所述第二连杆机构包括与拇指远端关节与拇指中端关节外壁连接的第一滑块及第二滑块，第一滑块及第二滑块分别与拇指远端关节与拇指中端关节构成长度方向的滑动配合，第一连动杆的一端铰接设置在拇指远端关节上，第一连动杆的另一端与拇指中端关节铰接且两端的铰接轴与拇指远端关节和拇指中端关节之间的铰接轴平行，第二滑块上铰接设置有第二连动杆，第二连动杆的另一端与拇指近端关节铰接且两端的铰接轴与第一连动杆两端的铰接轴平行，第一连动杆与拇指近端关节之间设置有第三连动杆，所述第三连动杆的两端通过铰接轴分别与第一连动杆与拇指近端关节铰接且铰接轴与拇指远端关节和拇指中端关节之间的铰接轴平行，所述第二连动杆上还设置有第四连动杆，所述第四连动杆的两端分别与第二连动杆及过渡连杆单元铰接且铰接轴与拇指远端关节与拇指中端关节之间的铰接轴平行。

所述拇指远端关节与拇指中端关节之间通过第一、第二铰接杆铰接连接且铰接轴与第一连动杆杆端的铰接轴平行，所述拇指中端关节与拇指近端关节之间通过第三、第四铰接杆铰接连接且铰接轴与第二连动杆杆端的铰接轴平行，所述第三连动杆及第四连动杆的杆长可调，位于拇指近端关节上还设置有第二施力杆，所述第二施力杆的一端与拇指近端关节铰接且铰接轴与第二连动杆杆端的铰接轴平行，所述第二施力杆的另一端与过渡连杆单元的动力滑块铰接。

所述过渡连杆单元包括驱动板，所述驱动板的延伸端设置有条形滑孔，所述条形滑孔孔长方向竖直布设，所述动力滑块滑动设置在条形滑孔内，所述延伸支架设置在机架上。

所述驱动机构包括设置在机架上的丝杆，丝杆与驱动螺母构成丝杆螺母机构，丝杆的一端设置有驱动电机，所述导向滑板及驱动板设置在驱动螺母上，驱动电机驱动丝杆转动，所述机架上延伸设置有调节板，所述调节板的板面设置有调节螺母，调节螺母内设置调节丝杠，调节丝杠的杆长方向竖直且下端与手部支撑固连。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：该机械手模仿人手掌设计四指及拇指，四指及拇指通过铰接设置，并分别通过第一、第二连杆机构连接，四指及拇指设置在手部支撑上，从而模仿人手掌的形状，连动各指的连杆机构与对应滑块连接，在驱动机构的作用下，从而连动各指呈现弯曲动作，模仿人手指动作，该机械手能够模仿人手的实际屈伸动作，并在驱动五指活动时，由于机构结构限位设置和轨迹定向作用，使五指的摆动不会超出允许运动范围，各手指运动时不影响整体运动情况，不影响屈伸的幅度，灵活度高，而且可以减少机械手的制造成本。

附图说明

图1是仿人手机械手的结构示意图；

图2是仿人手机械手的四指的结构示意图；

图3是仿人手机械手的拇指的结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图3，对本发明作进一步地说明：

一种仿人手机械手，包括四指及拇指，四指及拇指的关节之间铰接连接，四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，所述四指及拇指的一端铰接设置在手部支撑102上，所述手部支撑102上移动式设置有传力滑块30，所述第一连杆机构与传力滑块30连接，驱动机构驱动传力滑块30位于手部支撑102上移动，并连动四指呈现弯曲动作，所述第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动过渡连杆单元动作并连动拇指呈现弯曲动作。

该机械手模仿人手掌设计四指及拇指，四指及拇指铰接设置，并通过第一、第二连杆机构连接，四指及拇指设置在手部支撑102上，从而模仿人手掌的形状，连动四指的第一连杆机构与传力滑30块连接，在驱动机构的作用下，从而连动四指呈现摆动动作，从而模仿人手掌四指的实际动作，连动拇指的第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，并在驱动机构的作用下，从而连动拇指呈现弯曲的动作，该机械手的运动自由度高，能够模仿人手掌的实际动作，并在驱动五指活动时，五指的摆动不影响整体运动情况，不影响机械手指屈伸的幅度，还可以减少仿人手机械手的制造成本。

本发明的机械手由于具有较高的灵活性，可应用在工业、医疗等对精准度要求较高的领域内。

优选地方案，为进一步提高机械手与人手掌的相似度，所述四指包括远、中、近指关节21、22、23，远、中、近指关节21、22、23顺序铰接，所述近指关节23与机架10的边缘铰接，所述拇指包括远、中、拇指近端关节41、42、43,远、中、拇指近端关节41、42、43顺序铰接，拇指近端关节43与过渡连杆单元铰接，拇指近端关节43还与延伸支架11铰接，上述的近指关节23与手部支撑102的边缘铰接，以及拇指近端关节43还与延伸支架11铰接，四指及拇指能够呈现灵活的弯曲动作。

进一步地，所述手部支撑102上设置有条形滑孔101，传力滑块30位于条形滑孔101内滑动，传力滑块30之间通过连接支架31连接为一体，连接支架31与驱动机构连接，所述驱动机构驱动导向滑板12沿着条形滑孔101长度方向往复移动，上述的传力滑块30之间通过连接支架31连接为一体，只需要加设一个驱动机构即可实现四指的运动。

由于本发明的机械手的的灵活度高，为避免机械手位于空间内随意的弯曲，所述传力滑块30与手部支撑102之间设置有弹簧及阻尼器并构成柔性连接。

为进一步提高该机械手的灵活度，能够模仿人手掌的四指自然弯曲，所示第一连杆机构包括与远指关节21及中指关节22外壁连接的远指滑块211及中指滑块221，远指滑块211及中指滑块221分别与远指关节21及中指关节22构成长度方向的滑动配合；

同理，为避免机械手随意的摆动，远指滑块211及中指滑块221分别与远指关节21及中指关节22之间设置有弹簧及阻尼器并且构成柔性连接；

第一传力杆212的一端铰接设置在远指滑块211上，第一传力杆212的另一端与中指关节22铰接且两端的铰接轴与远指关节21及中指关节22之间的铰接轴平行，中指滑块221上铰接设置有第二传力杆222，第二传力杆222的另一端与近指关节23铰接且两端的铰接轴与第一传力杆212两端的铰接轴平行，第一传力杆212与近指关节23之间设置有第三传力杆213，所述第三传力杆213的两端通过铰接轴分别与第一传力杆212与近指关节23连接且铰接轴与远指关节21及中指关节22之间的铰接轴平行，所述第二传力杆222上还设置有第四传力杆223，所述第四传力杆223的两端分别与第二传力杆222及手部支撑102铰接且铰接轴与远指关节21和中指关节22之间的铰接轴平行。

上述实施例中，为实现远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23之间的铰接连接，所述远指关节21与中指关节22之间通过第一、第二连接杆21a、22a铰接连接且铰接轴与第一传力杆212杆端的铰接轴平行，所述中指关节22与近指关节23之间通过第三、第四连接杆22b、23a铰接连接且铰接轴与第二传力杆222杆端的铰接轴平行；

为实现对上述远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23弯曲幅度的微调，所述第三传力杆213及第四传力杆223的杆长可调，为实现四指的动力输入，位于近指关节23上还设置有第一施力杆231，所述第一施力杆231的一端与近指关节23铰接且铰接轴与第二传力杆222杆端的铰接轴平行，由于四指能够灵活的呈现弯曲的姿态，所述第一施力杆231的另一端与传力滑块30铰接，第一施力杆231的长度可调，上述结构能够进一步提高四指运动的灵活度。

拇指摆动的实施方式如下：

所述第二连杆机构包括与拇指远端关节41与拇指中端关节42外壁连接的第一滑块411及第二滑块421，第一滑块411及第二滑块421分别与拇指远端关节41与拇指中端关节42构成长度方向的滑动配合；

同理，由于本发明的机械手的自由度高，为避免机械手位于空间内随意的摆动，第一滑块411及第二滑块421与拇指远端关节41与拇指中端关节42之间分别设置有弹簧及阻尼器且构成柔性连接；

第一连动杆412的一端铰接设置在拇指远端关节41上，第一连动杆412的另一端与拇指中端关节42铰接且两端的铰接轴与拇指远端关节41与拇指中端关节42之间的铰接轴平行，第二滑块421上铰接设置有第二连动杆422，第二连动杆422的另一端与拇指近端关节43铰接且两端的铰接轴与第一连动杆412两端的铰接轴平行，第一连动杆412与拇指近端关节43之间设置有第三连动杆413，所述第三连动杆413的两端通过铰接轴分别与第一连动杆412与拇指近端关节43连接且铰接轴与拇指远端关节41及拇指中端关节42之间的铰接轴平行，所述第二连动杆422上还设置有第四连动杆423，所述第四连动杆423的两端分别与第二连动杆422及过渡连杆单元铰接且铰接轴与拇指远端关节41与拇指中端关节42之间的铰接轴平行。

上述的拇指能够呈现弯曲摆动的姿态，由于人的四指与拇指的骨骼及肌肉存在较大的差异，因此拇指及四指的运动姿态存在较大的差别，对此，通过调整上述第二连杆机构的布置，模仿拇指摆动，从而提高机械手拇指运动的灵活度。

上述实施例中，为实现远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23之间的铰接连接，所述拇指远端关节41与拇指中端关节42之间通过第一、第二铰接杆41a、42a铰接连接且铰接轴与第一连动杆412杆端的铰接轴平行，所述拇指中端关节42与拇指近端关节43之间通过第三、第四铰接杆42b、43a铰接连接且铰接轴与第二连动杆422杆端的铰接轴平行；

为实现拇指远端关节41与拇指中端关节42以及拇指中端关节42与拇指近端关节43弯曲及摆动的微调，所述第三连动杆413及第四连动杆423的杆长可调，位于拇指近端关节43上还设置有第二施力杆431，所述第二施力杆431的一端与拇指近端关节43铰接且铰接轴与第二连动杆422杆端的铰接轴平行，由于拇指能够在空间内呈现摆动的姿态，所述第二施力杆431的另一端与过渡连杆单元的动力滑块51铰接。

所述过渡连杆单元包括驱动板52，所述驱动板52的延伸端设置有导向滑孔521，所述导向滑孔521孔长方向竖直布设，所述动力滑块51滑动设置在导向滑孔521内，延伸支架11设置在机架10上由于拇指的摆动存在一定的偏角，所述延伸支架11与驱动机构之间的连接应当为柔性的连接，可以避免拇指无法摆动的状况，上述柔性连接的方式，可采用在支架11的一端设置压缩弹簧，当需要拇指摆动时，压缩单元压缩，从而实现拇指摆动的姿态。

所述驱动机构包括设置在机架10上的丝杆61，丝杆61与驱动螺母构成丝杆螺母机构，丝杆61的一端设置有驱动电机62，所述连接支架31设置在驱动螺母上，驱动电机62驱动丝杆61转动，所述驱动支杆54上延伸设置有调节板541，所述调节板541的板面设置有调节螺母，调节螺母内设置调节丝杠，调节丝杠的杆长方向竖直且下端与手部支撑102固连。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种仿人手机械手，其特征在于：包括四指及拇指，四指和拇指的各关节之间分别铰接，四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，所述四指及拇指的一端铰接设置在手部支撑(102)上，所述手部支撑(102)上移动式设置有传力滑块(30)，所述第一连杆机构与传力滑块(30)连接，驱动机构驱动传力滑块(30)位于手部支撑(102)上移动，并连动四指呈现弯曲动作，所述第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动过渡连杆单元动作并连动拇指呈现弯曲动作。

2.根据权利要求1所述的仿人手机械手，其特征在于：所述四指包括远、中、近指关节(21、22、23)，远、中、近指关节(21、22、23)顺序铰接，所述近指关节(23)与手部支撑(102)的边缘铰接，所述拇指包括远、中、拇指近端关节(41、42、43),远、中、拇指近端关节(41、42、43)顺序铰接，拇指近端关节(43)与过渡连杆单元铰接，拇指近端关节(43)还与延伸支架(11)铰接。

3.根据权利要求1或2所述的仿人手机械手，其特征在于：第一连杆机构包括与远指关节(21)及中指关节(22)外壁连接的远指滑块(211)及中指滑块(221)，远指滑块(211)及中指滑块(221)分别与远指关节(21)及中指关节(22)构成长度方向的滑动配合，第一传力杆(212)的一端铰接设置在远指滑块(211)上，第一传力杆(212)的另一端与中指关节(22)铰接且两端的铰接轴与远指关节(21)及中指关节(22)之间的铰接轴平行，中指滑块(221)上铰接设置有第二传力杆(222)，第二传力杆(222)的另一端与近指关节(23)铰接且两端的铰接轴与第一传力杆(212)两端的铰接轴平行，第一传力杆(212)与近指关节(23)之间设置有第三传力杆(213)，所述第三传力杆(213)的两端分别与第一传力杆(212)及近指关节(23)铰接且铰接轴与远指关节(21)及中指关节(22)之间的铰接轴平行，所述第二传力杆(222)上还设置有第四传力杆(223)，所述第四传力杆(223)的两端分别与第二传力杆(222)及手部支撑(102)铰接且铰接轴与远指关节(21)及中指关节(22)之间的铰接轴平行。

4.根据权利要求1或2所述的仿人手机械手，其特征在于：所述第二连杆机构包括与拇指远端关节(41)与拇指中端关节(42)外壁连接的第一滑块(411)及第二滑块(421)，第一滑块(411)及第二滑块(421)分别与拇指远端关节(41)与拇指中端关节(42)构成长度方向的滑动配合，第一连动杆(412)的一端铰接设置在拇指远端关节(41)上，第一连动杆(412)的另一端与拇指中端关节(42)铰接且两端的铰接轴与拇指远端关节(41)和拇指中端关节(42)之间的铰接轴平行，第二滑块(421)上铰接设置有第二连动杆(422)，第二连动杆(422)的另一端与拇指近端关节(43)铰接且两端的铰接轴与第一连动杆(412)两端的铰接轴平行，第一连动杆(412)与拇指近端关节(43)之间设置有第三连动杆(413)，所述第三连动杆(413)的两端分别与第一连动杆(412)与拇指近端关节(43)铰接且铰接轴与拇指远端关节(41)和拇指中端关节(42)之间的铰接轴平行，所述第二连动杆(422)上还设置有第四连动杆(423)，所述第四连动杆(423)的两端分别与第二连动杆(422)及延伸支架(11)铰接且铰接轴与拇指远端关节(41)和拇指中端关节(42)之间的铰接轴平行。

5.根据权利要求3或4所述的仿人手机械手，其特征在于：所述第三传力杆(213)及第四传力杆(223)的杆长可调，近指关节(23)上还设置有第一施力杆(231)，所述第一施力杆(231)的一端与近指关节(23)铰接且铰接轴与第二传力杆(222)杆端的铰接轴平行，所述第一施力杆(231)的另一端与传力滑块(30)铰接，第一施力杆(231)的长度可调，所述第三连动杆(413)及第四连动杆(423)的杆长可调，位于拇指近端关节(43)上还设置有第二施力杆(431)，所述第二施力杆(431)的一端与拇指近端关节(43)铰接且铰接轴与第二连动杆(422)杆端的铰接轴平行，所述第二施力杆(431)的另一端与过渡连杆单元上的动力滑块(51)铰接。

6.根据权利要求2所述的仿人手机械手，其特征在于：所述手部支撑(102)上设置有条形滑孔(101)，传力滑块(30)位于条形滑孔(101)内滑动，导向滑板(12)与连接支架(31)固连，所述连接支架(31)与驱动机构连接，所述驱动机构驱动导向滑板(12)位于手部支撑(102)上往复移动。

7.根据权利要求2所述的仿人手机械手，其特征在于：所述过渡连杆单元包括驱动板(52)，所述驱动板(52)的延伸端设置有导向滑孔(521)，所述动力滑块(51)滑动设置在导向滑孔(521)内，所述延伸支架(11)设置在机架(10)上。

8.根据权利要求6或7所述的仿人手机械手，其特征在于：所述驱动机构包括设置在机架(10)上的丝杆(61)，丝杆(61)的一端设置有驱动电机(62)，所述连接支架(31)设置在驱动螺母上，驱动电机(62)驱动丝杆(61)转动，所述机架(10)上延伸设置有调节板(541)，所述调节板(541)的板面设置有调节螺母，调节螺母内设置调节丝杠，调节丝杠的杆长方向竖直且下端与手部支撑(102)固连。