CN106584490A - 一种多功能联动灵巧手及其机器人 - Google Patents

Abstract

一种多功能联动灵巧手，包括手掌，所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指，所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节，相邻所述指节之间通过连杆连接，所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器，所述第一电机连接于所述第一手指，可带动所述第一手指及其指节转动，所述第二电机连接于所述第二手指，可带动所述第二手指及其指节转动，所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。同一端的手指由一个电机同时驱动，使得整个灵巧手具有两个自由度，驱动数少，成本低，结构和控制均简单，灵巧手安装在机器人的手臂上，可实现抓取、提拿物品的功能。

Description

一种多功能联动灵巧手及其机器人

技术领域

本发明属于机器人末端执行装置，特别是涉及一种多功能联动灵巧手以及具有灵巧手的机器人。

背景技术

随着科技的进步，机器人产业已经有了长足的发展，而作为机器人末端执行机构的灵巧手也越来越受到重视。

现有的灵巧手模仿人类手指功能，实现对物体的抓取，一般灵巧手包含多个自由度，可能做多种动作。但其不可避免的会有成本高、控制复杂、结构复杂、体积较大这些缺点，使得其虽然在技术上实现了代替人手的功能，但并不适合一些对成本、体积及重量比较敏感场合的应用，比如应用于服务、陪护机器人的末端作为执行器的时候。

因此，有必要设计一种更好的机器人灵巧手，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可分别控制两侧手指单独运动，且成本低的多功能联动灵巧手及其机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能联动灵巧手，包括手掌，所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指，所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节，相邻所述指节之间通过连杆连接，所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器，所述第一电机连接于所述第一手指，可带动所述第一手指及其指节转动，所述第二电机连接于所述第二手指，可带动所述第二手指及其指节转动，所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。

进一步，所述第一手指设于所述手掌的前端，并设有多个，多个所述第一手指通过连接件连接在一起。

进一步，所述第二手指设于所述手掌的后端，所述第二手指位于相邻两个所述第一手指之间。

进一步，所述手掌具有外壳，所述外壳包围所述第一电机、所述第二电机及所述驱动器。

进一步，所述第一手指或/和所述第二手指的末端设有指甲，所述指甲上设有凹槽，螺钉安装于所述凹槽内。

进一步，所述第一手指和所述第二手指分别具有第一指节、第二指节和第三指节，所述第一指节通过第一销轴连接于所述手掌，所述第二指节通过第二销轴连接于所述第一指节，所述第三指节通过第三销轴连接于所述第二指节。

进一步，所述第一指节与所述第二指节之间连接有第一连杆，所述第一连杆的一端通过第四销轴连接于所述第一指节，另一端通过第五销轴连接于所述第二指节；

所述第二指节与所述第三指节之间连接有第二连杆，所述第二连杆的一端通过第六销轴连接于所述第二指节，另一端通过第七销轴连接于所述第三指节。

进一步，所述第一电机输出轴连接于第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，所述第二齿轮输出轴固定于第一手指；

所述第二电机输出轴连接于第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合，所述第四齿轮输出轴固定于第二手指；

所述第一电机和所述第二电机被所述驱动器分别控制。

进一步，所述第一齿轮的一侧设有第一零位开关，所述第三齿轮的一侧设有第二零位开关，用以识别所述第一手指和所述第二手指的零位。

一种具有上述多功能联动灵巧手的机器人，包括所述机器人设有手臂，所述灵巧手的后部设有基座，所述基座安装于所述手臂的末端。

本发明的有益效果：

手掌的两端分别设有第一手指和第二手指，所述第一电机连接于第一手指并带动第一手指及其指节转动，所述第二电机连接于第二手指并带动第二手指及其指节转动，同一端的手指由一个电机同时驱动，使得整个灵巧手具有两个自由度，驱动数少，成本低，结构和控制均简单。与此同时，灵巧手运动过程模拟人抓取物品的形式，可以包络物体，抓取不同大小以及形状的物品，整个灵巧手的特点为外观以及抓取方式均与人手类似。灵巧手安装在机器人的手臂上，可实现抓取、提拿物品的功能。

附图说明

图1为本发明多功能联动灵巧手的整体结构示意图；

图2为本发明多功能联动灵巧手手指的结构示意图；

图3为本发明多功能联动灵巧手手掌内部的结构示意图；

图中，1、2、3—第一手指、4—手掌、5—第二手指、6—基座、101—指甲、102—螺钉、103—第三销轴、104—第二连杆、105—第六销轴、106—第二销轴、107—第一指节、108—第一连杆、109—第五销轴、110—第二指节、111—第七销轴、112—第三指节、113—第一销轴、114—第四销轴、115—凹槽、401—手掌板、402—第一电机、403—第二齿轮、404—第一齿轮、405—第一零位开关、406—第二零位开关、407—第三齿轮、408—第四齿轮、409—第二电机、410—驱动器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1，本发明多功能联动灵巧手，包括手掌4，手掌4的两端分别设有第一手指1、2、3和第二手指5，灵巧手的后部设有基座6，基座6安装于机器人手臂的末端，实现抓取、提拿物品的功能。

如图1，在本实施例中，第一手指1、2、3设于手掌4的前端，并设有三个，三个述第一手指1、2、3通过连接件连接在一起。第二手指5设于手掌4的后端，第二手指5位于相邻两个第一手指2、3之间，使灵巧手可以抓取更小的物体，同时也提高了抓取时的稳定性。在实际应用中，手指的数量可以根据实际需要进行更改，也就是说手指可以是两个、三个或者更多，手掌4上手指的布置方式也可以根据实际需要改变，可在不同方向布置其它数量的手指。

如图1及图2，每一第一手指1、2、3和第二手指5均具有多个指节，相邻指节之间通过连杆相连接，实现手指的弯曲和伸展。第一手指1、2、3和所述第二手指5分别具有第一指节107、第二指节110和第三指节112，第一指节107通过第一销轴113连接于手掌4，第二指节110通过第二销轴106连接于第一指节107，第三指节112通过第三销轴103连接于第二指节110。同时，第一指节107与第二指节110之间连接有第一连杆108，第一连杆108的一端通过第四销轴114连接于第一指节107，另一端通过第五销轴109连接于第二指节110，第二指节110与第三指节112之间连接有第二连杆104，第二连杆104的一端通过第六销轴105连接于第二指节110，另一端通过第七销轴111连接于第三指节112。当第一指节107和第一连杆108的下端连接于手掌4或基座6后，第一指节107绕第一销轴113旋转，在第一连杆108和第二连杆104的带动下，第二指节110和第三指节112弯曲或伸展。

优选的，在第三指节112的末端设有指甲101，指甲101上设有凹槽115，螺钉102安装于凹槽115内，通过调整螺钉102在凹槽115内的位置，来调整指节101伸出的长度，这样可以利用指甲101的尖端对一些直径很小的物体进行抓取。

如图1及图3，手掌4具有外壳，用来保护手掌4内的结构，同时也在灵巧手进行抓取时提供支点。手掌4内设有第一电机402、第二电机409及驱动器410，这些元器件装设于手掌板401上，第一电机402输出轴连接于第一齿轮404，第一齿轮404与第二齿轮403相啮合，第二齿轮403输出轴固定于第一手指1、2、3，三个第一手指1、2、3通过连接件连接到一起，当第一电机402驱动第一齿轮404转动时，第一齿轮404带动第二齿轮403转动，进而带动三个第一手指1、2、3同时运动。第二电机409输出轴连接于第三齿轮407，第三齿轮407与第四齿轮408相啮合，第四齿轮408输出轴固定于第二手指5，当第二电机409驱动第三齿轮407转动时，第三齿轮407带动第四齿轮408转动，进而带动第二手指5转动。第一齿轮404的一侧设有第一零位开关405，第三齿轮407的一侧设有第二零位开关406，用以识别第一手指1、2、3和第二手指5的零位，驱动器410分别控制第一电机402和第二电机409，当第一电机402和第二电机409配合作用的时候，可以抓取不同形状、不同大小的物体。电机动力通过齿轮传动到手指，使手指旋转，手指旋转过程中由于连杆的作用，同时手指开始弯曲，使灵巧手在抓取物体时可以包络物体，更好的抓取物体，通过控制电机扭矩还可以控制手指输出力，使得更稳固的抓取物体。

手掌4内有第一电机402和第二电机409分别控制位于手掌4两端的第一手指1、2、3和第二手指5，同一侧的手指由一个电机同时驱动，这样整个灵巧手就拥有两个自由度。两端的第一手指1、2、3和第二手指5运动相互独立，同时手指能进行弯曲和伸展运动，这样使得两个电机在控制手指运动进行物品抓取动作时，不同于一般的只有开闭动作的夹手，手指可以自然形成一种弯曲的状态，这样更适合不同形状物体的抓取，使用抓取过程更加的柔顺。通过两个电机的配合，可以抓取不同大小、不同形状的物体，如长方体、圆柱体以及一些柔软的或有弹性的物体等。由于灵巧手上的手指由两个电机单独控制，所以可以单独控制一侧的手指弯曲，使灵巧手可以进行一些提拉物体的动作。指尖装有指甲101，对于一些直径很小的物体，可以通过两个手指指尖间的配合，指甲101将物体抓起。以上这些功能满足了陪护、服务机器人在实际中的一般应用。

而且，由于实现上述功能时只使用了两个电机，使其成本相对降低很多，结构也更加简单，重量更轻，这些不同于以往常见的灵巧手。这些优势使得本发明更加适合于安装在机器人的末端，可以降低用于安装灵巧手的手臂所需要的负载能力，降低整个机器人的成本，同时控制也更加简单，这些使得其在机器人行业里有更好的适应性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种多功能联动灵巧手，其特征在于，包括：手掌，所述手掌的两端分别设有第一手指和第二手指，所述第一手指和所述第二手指均具有多个指节，相邻所述指节之间通过连杆连接，所述手掌内设有第一电机、第二电机及驱动器，所述第一电机连接于所述第一手指，可带动所述第一手指及其指节转动，所述第二电机连接于所述第二手指，可带动所述第二手指及其指节转动，所述驱动器控制所述第一电机及所述第二电机。

2.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一手指设于所述手掌的前端，并设有多个，多个所述第一手指通过连接件连接在一起。

3.根据权利要求2所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第二手指设于所述手掌的后端，所述第二手指位于相邻两个所述第一手指之间。

4.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述手掌具有外壳，所述外壳包围所述第一电机、所述第二电机及所述驱动器。

5.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一手指或/和所述第二手指的末端设有指甲，所述指甲上设有凹槽，螺钉安装于所述凹槽内。

6.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一手指和所述第二手指分别具有第一指节、第二指节和第三指节，所述第一指节通过第一销轴连接于所述手掌，所述第二指节通过第二销轴连接于所述第一指节，所述第三指节通过第三销轴连接于所述第二指节。

7.根据权利要求6所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一指节与所述第二指节之间连接有第一连杆，所述第一连杆的一端通过第四销轴连接于所述第一指节，另一端通过第五销轴连接于所述第二指节；

所述第二指节与所述第三指节之间连接有第二连杆，所述第二连杆的一端通过第六销轴连接于所述第二指节，另一端通过第七销轴连接于所述第三指节。

8.根据权利要求1所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一电机输出轴连接于第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，所述第二齿轮输出轴固定于第一手指；

所述第二电机输出轴连接于第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合，所述第四齿轮输出轴固定于第二手指；

所述第一电机和所述第二电机被所述驱动器分别控制。

9.根据权利要求8所述的多功能联动灵巧手,其特征在于：所述第一齿轮的一侧设有第一零位开关，所述第三齿轮的一侧设有第二零位开关，用以识别所述第一手指和所述第二手指的零位。

10.一种具有权利要求1所述的多功能联动灵巧手的机器人,其特征在于，包括：所述机器人设有手臂，所述灵巧手的后部设有基座，所述基座安装于所述手臂的末端。