CN106687258A - 抓取设备的机械手指 - Google Patents

Abstract

一种机械手指具有基座，其适于连接至致动器，以便以至少一个致动度移动；机械手指还具有两个以上的指骨。第一指骨在近端可旋转地连接至基座，第二指骨在近端可旋转地连接至第一指骨远端。传动连接件在基座与最远端的一个指骨之间提供至少一个旋转自由度(DOF)。被动旋转DOF关节位于指骨之间、基座与第一指骨之间、以及传动连接件中，从而机械手指具有待致动状态和抓取致动状态；在待致动状态下，在致动器使基座移动的过程中，基座、至少两个指骨和传动连接件相对于彼此保持恒定的定向，指骨中的任何一者都不接触目标物体；在抓取致动状态下，在致动器使基座移动的过程中，至少一个指骨接触目标物体，使得至少一个指骨相对于基座的定向改变。

Description

抓取设备的机械手指

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月12日提交的美国临时专利申请No.62/049,610的优先权，该美国专利申请的内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本申请涉及例如自动化应用中的抓取设备的机械手指。

背景技术

在自动化抓取设备的领域中，存在相互冲突的设计标准。一方面，抓取设备必须经常能够再现类似于人的操作，例如捏合式抓取和包裹式抓取(又称“大力抓取”)。捏合式抓取相当于利用手指末端来抓取微小物体；包裹式抓取包括利用至少一对手指来包裹较大的物体，并且手指的指骨适应物体的形状。

另一方面，不管这些复杂的抓取动作(即，捏合式抓取)，经常期望的是，例如通过减少部件的数量，简化制造和组装过程，减少必要的致动度的数量和/或采用非定制的部件来简化抓取设备的概念。例如，可以采用非定制的夹持器并使机械手指适应这种非定制的夹持器，结果证明这样能够节约成本。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种机械手指，以解决现有技术中存在的问题。

因此，根据本发明的实施例，提供一种机械手指，所述机械手指包括：基座，其适于连接至致动器，以便以至少一个致动度(degree of actuation)被移动；至少两个指骨，其中，第一指骨在近端可旋转地连接至所述基座，并且至少第二指骨在近端可旋转地连接至所述第一指骨的远端；传动连接件，其在所述基座与处于最远端的一个所述指骨之间提供至少一个旋转自由度(DOF)；以及被动旋转DOF关节，其位于所述至少两个指骨之间、所述基座与所述第一指骨之间、以及所述传动连接件中，从而所述机械手指具有待致动状态(passive state of actuation)和抓取致动状态(grasping state of actuation)；在所述待致动状态下，在所述致动器使得所述基座移动的过程中，所述基座、所述至少两个指骨和所述传动连接件相对于彼此保持恒定的定向，所述指骨中的任何一个都不接触目标物体；在所述抓取致动状态下，在所述致动器使得所述基座移动的过程中，所述指骨中的至少一个接触目标物体，使得所述指骨中的至少一个相对于所述基座的定向改变。

进一步根据实施例，所述被动旋转DOF关节是旋转关节(revolute joints)，全部所述旋转关节的旋转轴相互平行。

进一步根据实施例，止动件位于所述传动连接件、所述基座和处于最远端的一个所述指骨中的至少一些之间，以便在所述抓取致动状态下限定相关被动旋转DOF关节旋转的界限,从而限制处于最远端的一个所述指骨的移动。

进一步根据实施例，为至少一个止动件设置偏压部件，以便在所述待致动状态下将所述机械手指偏压至初始构型。

进一步根据实施例，在所述机械手指的初始构型中，处于最远端的一个所述指骨的物体抓取面横向于所述基座的移动方向。

进一步根据实施例，在所述机械手指的初始构型中，全部指骨的物体抓取面横向于所述基座的移动方向。

进一步根据实施例，存在至少四个所述旋转关节。

进一步根据实施例，存在三个所述指骨，其中，处于最远端的一个所述指骨是第三指骨，所述第三指骨在近端可旋转地连接所述第二指骨的远端，并且所述传动连接件连接至所述第三指骨。

进一步根据实施例，所述传动连接件是单个旋转关节。

进一步根据实施例，所述传动连接件具有至少一个连杆，所述连杆的相反两端具有旋转关节。

进一步根据实施例，所述机械手指具有两个所述指骨，其中，所述第一指骨构造成用作挠性支承部，所述挠性支承部形成所述基座与所述第二指骨之间的所述被动旋转DOF关节。

进一步根据实施例，所述传动连接件构造成用作所述基座与处于最远端的一个所述指骨之间的挠性支承部。

进一步根据实施例，至少一个止动件位于所述传动连接件与处于最远端的一个所述指骨之间，以在所述抓取致动状态下限定所述挠性支承部旋转的界限，从而限制处于最远端的一个所述指骨的移动。

进一步根据实施例，所述机械手指由单一的整片材料制成。

进一步根据实施例，凹口位于最远端的指骨中，以便允许将圆柱形物体定位在所述凹口中。

进一步根据实施例，钉子在最远端的指骨上凸出来。

进一步根据实施例，所述传动连接件与所述至少两个指骨中除了处于最远端的一个指骨之外的任何指骨不相连。

进一步根据实施例，一种抓取设备包括：至少两个如上所述的机械手指，所述机械手指定向成：所述机械手指中的一者的各指骨面向所述机械手指中的另一者的相应的各指骨；以及至少一个所述致动器，在所述待致动状态下和在所述抓取致动状态下，至少一个所述致动器使所述机械手指彼此相向或反向移动。

进一步根据实施例，至少一个所述致动器是平行夹持器，所述平行夹持器的两个支撑部沿平行的平移方向移动，所述机械手指各自的基座固定在相应的一个所述支撑部上。

进一步根据实施例，至少一个所述致动器是径向夹持器，所述径向夹持器的两个支撑部沿一定向的相反方向移动，所述机械手指各自的基座固定在相应的一个所述支撑部上。

进一步根据实施例，所述两个支撑部围绕共同的轴线旋转。

根据本发明的另一个实施例，提供一种机械手指，所述机械手指包括：至少两个指骨，其中，第一指骨在近端可枢转地连接至基座，并且至少第二指骨在近端可枢转地连接至所述第一指骨的远端；传动连接件，其位于所述基座与处于端部的一个指骨(例如美国专利#8720964B2描述的指骨)之间；止动件，其位于连杆、所述指骨和所述基座中的至少一些之间，以便在抓取动作中阻止所述连杆沿至少一个方向旋转，从而限制处于端部的一个所述指骨的移动。

根据本发明的另一个实施例，提供一种机械手指，所述机械手指包括：至少两个指骨，其中，第一指骨在近端连接至基座，并且第二指骨在近端连接至所述第一指骨的远端；传动连接件，其位于所述基座与处于端部的一个所述指骨之间，所述传动连接件与除了处于端部的一个所述指骨之外的任何指骨不相连，所述传动连接件构造成：在抓取动作中，不限制所述机械手指的自由度；并且至少所述第一指骨构造成用作所述基座与处于端部的一个所述指骨之间的挠性支承部。

根据本发明的实施例，提供一种机械手指，所述机械手指包括：至少两个指骨，其中，第一指骨在近端可枢转地连接至基座，并且至少第二指骨在近端可枢转地连接至所述第一指骨的远端；传动连接件，其位于所述基座与处于端部的一个所述指骨之间，所述传动连接件与除了处于端部的一个所述指骨之外的任何指骨不相连，所述传动连接件由至少一个关节构成，所述关节将所述基座和处于端部的一个所述指骨连接起来；以及止动件，其位于两个连杆、所述基座和处于端部的一个所述指骨中的至少一些之间，以便在抓取动作中阻止所述连杆沿至少一个定向旋转和/或平移，从而限制处于端部的一个所述指骨的移动。

根据本发明的实施例，提供一种机械手指，所述机械手指包括：至少两个指骨，其中，第一指骨在近端可枢转地连接至基座，并且至少第二指骨在近端可枢转地连接至所述第一指骨的远端；传动连接件，其位于所述基座与处于端部的一个所述指骨之间并具有至少一个旋转关节，所述旋转关节可枢转地连接至所述基座并且可枢转地连接至处于端部的一个所述指骨，所述传动连接件与除了处于端部的一个所述指骨之外的任何指骨不相连；至少四个所述旋转关节，其位于所述传动连接件、所述基座和所述指骨之间；以及止动件，其位于所述传动连接件、所述基座和处于端部的一个所述指骨中的至少一些部件之间，以便在抓取动作中阻止连杆沿至少一个定向旋转和/或平移，从而限制处于端部的一个所述指骨的移动。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的机械手指的示意图；

图2A至图2D是示出一对图1中的机械手指在不存在目标物体的情况下执行闭合动作的顺序图；

图3A至图3D是示出一对图1中的机械手指执行捏合式抓取的顺序图；

图3E至图3H是示出一对图1中的机械手指执行包裹式抓取的顺序图；

图4是根据现有技术的平行夹持器的透视图；

图5是具有止动件的图1中的机械手指的透视图；

图6A至图6D是采用图4中的平行夹持器的一对机械手指执行包裹式抓取的顺序正视图；

图7A和图7B是图5中的一对机械手指执行捏合式抓取的顺序正视图；

图8是根据本发明的第三实施例的一对机械手指被安装在图4中的平行夹持器上时的透视图；

图9A至图9C是图8中的一对机械手指执行包裹式抓取的顺序正视图；

图10A至图10C是图8中的一对机械手指执行捏合式抓取的顺序正视图；

图11是图8中的一对机械手指被安装在现有技术中的径向夹持器上时的透视图；

图12是二指骨式最小作业机械手指的透视图；以及

图13是三指骨式最小作业机械手指的透视图。

具体实施方式

参考附图并更具体地参考图1，总体上使用附图标记“10”来指示根据本发明的第一实施例的机械手指。“机械手指”是可以用于指代图1中的装置10的众多表述方式中的一种表述方式，其他表述方式包括夹持器、指、臂、爪等。此外，尽管没有示出机械手指10所处的环境，但机械手指10可以用作手掌、抓取设备、夹持设备、自动臂等的一部分。机械手指10可以或可以不具有动力装置。根据实施例，本文描述的机械手指全部由被动关节形成，机械手指的关节在使用期间不直接被驱动。相反地，如下文所描述的，机械手指整体地移动，并通过接触所抓取的物体来使机械手指的某些部分相对于其他部分移动。

机械手指10具有基座11。关于基座11，本发明涉及以下事实：机械手指10的部件相对于基座11移动，基座11是机械手指10与夹持设备的保持件等部件之间的接合部。在图1的实施例中，基座11呈旋转关节的圆形阴型连接器(也可以使用阳型连接器)的形式。虽然考虑到了其他构造，但基座11的这种形状非常适合连接两个机械手指10，并使两个机械手指10以图2A至图2D所示的方式围绕共同的枢轴旋转；因此，尽管一对机械手指10能够围绕独立的旋转轴旋转，但一对机械手指10也可以围绕共同的旋转轴旋转。根据实施例，机械手指10安装在径向夹持器上。

近端挠性指骨12从基座11伸出，并且近端挠性指骨12在它的远端具有远端末梢指骨13，远端末梢指骨13设置有例如接触垫14。近端挠性指骨12具有：近端，其与基座11连成一体；以及远端，其与远端末梢指骨13连成一体。传动连接件15平行于近端挠性指骨12。传动连接件15由近端刚性连杆16和远端挠性连杆17构成。近端刚性连杆16呈肘状，一端与基座11连成一体，相反端与远端挠性连杆17连成一体。远端挠性连杆17的远端连接至远端末梢指骨13。作为肘状的可选方案，传动连接件15可以具有不同的形状。例如，传动连接件15可以在未变形时相对平直，并且在这种情况下与指骨12、13隔开。

在图1中，机械手指10整体由单一材料形成，尽管可以考虑在指骨12、13和传动连接件15中使用不同的材料。例如，作为接触垫14，可以使用各种材料，诸如弹性垫甚至用于特定用途的刚性垫(例如碳化钨嵌块)。在图1的实施例中，手指10是整片材料，近端挠性指骨12和远端挠性连杆17比远端末梢指骨13和近端刚性连杆16薄。因此，近端挠性指骨12和远端挠性连杆17典型地被设计成起到挠性支承部的作用并且在弹性范围之内或之外变形，以允许指骨12和13移动以进行某些抓取操作，同时远端末梢指骨13和近端刚性连杆16基本上变形较小或者不变形。可选地，近端挠性指骨12和远端挠性连杆17可以由弹性模量比远端末梢指骨13和近端刚性连杆16的材料的弹性模量小的材料构成。结果，如下文所描述的，各挠性支承部可以允许有一个或多个旋转自由度(特别是当像近端挠性指骨12那样延展时)，以允许包裹式抓取物体或捏合式抓取物体。

参考图2A至图2D和图3A至图3H，机械手指10成对地设置成围绕共同的旋转轴A旋转。在图2A至图2D中，机械手指10彼此相向旋转，以执行闭合动作；同时，图3A至图3D示出捏合式抓取。也就是说，关于图3A至图3D，使远端末梢指骨13逐渐靠近彼此，直到物体B被捏持在远端末梢指骨13之间，例如被夹持在位于末端的嵌片14之间。在捏合式抓取中，近端挠性指骨12和远端挠性连杆17基本上不变形。可选地，可以利用图5所示的一个或多个机械止动件18来限制它们的变形。

在图3E至图3H中，示出对物体B的包裹式抓取操作。物体B被示出为具有大致圆形横截面的圆柱体，尽管机械手指10也能抓取呈其他形状的物体。在执行包裹式抓取时，物体B对准近端挠性指骨12。随着机械手指10响应致动度而朝彼此旋转，近端挠性指骨12弹性地变形，以适应物体B的形状。由于各个机械手指10的传动连接件15中存在远端挠性连杆17，所以允许近端挠性指骨12以图3G和图3H所示的方式依从移动，由此使得远端末梢指骨13向内移动，从而将物体B封住。近端挠性指骨12和远端挠性连杆17各自起到机械手指10中的挠性支承部的作用，即，它们通过弯曲而允许远端末梢指骨运动。可以使用其他类型的挠性支承部，例如弹性体、线材型的等。

尽管图2和图3中的平面图仅示出一对机械手指10，但可以考虑具有多于两个的机械手指。例如，可以使用三个机械手指10执行球状物体(例如球体)的包裹式抓取。在这种实例中，可以考虑使基座11共享旋转轴，或者机械手指10的基座11各自可以具有自身的旋转轴。还应该考虑到的是，在图2和图3所示的布局中或者在具有多于两个的机械手指10的布局中，利用适当的传动机构来驱动机械手指10。

在操作期间，传动连接件15构造成不限制机械手指10的自由度，因而允许远端末梢指骨13相对于基座11以图2和图3所示的顺序移动。此外，由于近端挠性指骨12弯曲，并且传动连接件15的远端挠性连杆17的长度实质上小于近端挠性指骨12的长度，所以传动连接件15可以帮助将致动度传递至远端指骨13。图3A至图3H还示出机械手指10的待致动状态和抓取致动状态。如前文所述，机械手指10由被动旋转DOF关节形成，其中，基座11、指骨12和13以及传动连接件15之间的关节均不致动。相反地，基座11移动，并且机械手指10整体地移动。在图3A至图3C以及图3E至图3F中，机械手指10处于待致动状态：各个机械手指10的部件之间不存在相对运动，也就是说，即使机械手指相互闭合，基座11、指骨12和13以及传动连接件15之间的定向也保持不变。在图3D和图3G至图3H中，示出抓取致动状态：这种致动状态意味着，指骨12和13随着基座11的移动而接触物体B，结果，指骨12和13相对于基座11的定向改变。因此，当未接触或未显著地接触物体时，机械手指10处于待致动状态；而当机械手指10变形从而接触物体时，机械手指10处于抓取致动状态。

作为挠性支承部的可选方案，可以考虑使传动连接件15单一地具有不可弯曲的连杆以及枢轴。例如，现在参考图4，图中示出根据现有技术的平行夹持器20。这种平行夹持器20通常被用在自动化装置中。图中示出的模型仅作为实例，它可能与Festo公司出品的型号HGPL14-80相对应。另外，下文中限定的机械手指也可以采用其他类似的平行夹持器20。根据常规构造，平行夹持器20具有呈细长形状的基座21，基座21中限定一对槽22。虽然槽22是T形槽，但槽22也可以采用不同的形状。槽22各自收纳夹持器爪23，夹持器爪23是机械手指10或下文中描述的机械手指30的支撑部。因此，夹持器爪23可以沿基座21的细长方向(例如，平行方向)平移。在实施例中，夹持器爪23响应单一的致动度而同步地移动，或者以不同的致动度彼此独立地移动。

参考图6和图7，图中示出连接至平行夹持器20的夹持器爪23的一对机械手指30。机械手指30的构造彼此相同，并且在图6和图7中以镜像的方式设置：即，与机械手指10的情况相同，对应的各指骨面对彼此。各个机械手指30具有连接至相应的夹持器爪23的基座31，从而基座31可以彼此相向或反向移动，基座31的移动是对来自平行夹持器20的致动力的响应。尽管基座31事实上相对于平行夹持器20移动，但仍将它称为“基座”，这是因为在抓取致动状态下，机械手指30的保持件可以相对于基座31移动。

各个手指30具有近端指骨32，近端指骨32通过旋转关节R(也称为铰链、旋转自由度(DOF)关节、枢转关节、可旋转关节)可枢转地连接至基座31。近端指骨32的远端通过另一个旋转关节R可枢转地连接至远端指骨33。另外，传动连接件35将基座31连接至远端指骨33。传动连接件35包括近端连杆36和远端连杆37。近端连杆36通过另一个旋转关节R连接至基座11。可以注意到，基座31可以具有凸起部，以使近端连杆36的旋转关节R位于近端指骨32的旋转关节的上方。远端连杆36的远端通过另一个旋转关节R连接至远端连杆37，同时远端连杆37的远端通过另一个旋转关节R连接至远端指骨33。在机械手指30中，这些旋转关节R的旋转轴相互平行。可以注意到，近端连杆36和远端连杆37具有止动件S，并且当如图5所示地位于限制位置时，近端连杆36和远端连杆37在被止动时只能沿定向的一个方向移动，这是因为它们抵靠在邻接的连杆、基座或指骨上，并且止动件S限制旋转的范围，所以它们被阻止沿定向的另一个方向移动。这些止动件S可以位于机构的其他关节处，只要它们的目的保持不变即可，即，防止远端指骨的张开动作。因此，图5所示的抵接式构型使得连杆36和37限制相关的指骨32的某些移动。此外，(例如，用在偏压装置中的)止动件S可以保持指骨具有期望的初始构型，以便于手指30适应不同类型的抓取操作。例如，可以为横向于或垂直于基座31的移动方向的最远端指骨的物体抓取面设置止动件S。根据实例，全部指骨的物体抓取面横向于或垂直于基座31的移动方向。这种情况如图6A和图6B所示。

参考图6A和图6B，图中示出对物体B执行包裹式抓取的机械手指30。物体B对准机械手指30的近端指骨32，并且平行夹持器20使机械手指30彼此相向移动，直到如图6C和图6D所示地发生接触。因此，在图6A和图6B中，机械手指30处于它们的待致动状态，可以看到，在基座31移动的过程中，各个手指部件的定向保持不变。如图6C所示，当物体B接触右侧手指30的近端指骨32时，后者将向远处枢转，同时传动连接件35使得远端指骨33枢转到物体B上(这是由于近端连杆36被阻挡)，从而将物体B包裹起来。如图6D所示，左手侧机械手指30以类似的方式做出反应。因此，在图6C和图6D中，机械手指30处于它们的抓取致动状态，可以看到，各个手指部件的定向随着基座31的移动而改变。可以再次注意到，机械手指30的关节都没有被直接驱动，而是手指30整体地移动，并且由于接触物体B而导致抓取动作。

参考图7A和图7B，图中示出被捏合式抓取的同一物体B，其中，物体B被简单地保持在远端指骨33之间。由于传动连接件35中存在止动件S，止动件S阻止远端指骨33在捏合式抓取中相对于近端指骨旋转和/或近端指骨相对于基座31平移而远离抓取区域，所以远端指骨33保持彼此平行。在捏合式抓取物体B的过程中，手指30可以保持待致动状态。

参考图8，图中示出一对机械手指40，这对机械手指40安装在图4所示的平行夹持器20上。机械手指40与图5所示的机械手指30类似，但在近端指骨与远端指骨之间设置有中间指骨。机械手指40各自具有连接至夹持器爪23的基座41，以便以单致动度或两致动度沿平行夹持器20的基座平移。相应地，机械手指40具有近端指骨42、中间指骨43和远端指骨44。近端指骨42在相反的端部利用旋转关节R连接至基座41和中间指骨43。类似地，中间指骨43在相反的端部利用旋转关节R连接至近端指骨42和远端指骨44。传动连接件45将远端指骨44连接至基座41。传动连接件45包括近端连杆46和远端连杆47。近端连杆46在相反的端部利用其他旋转关节R连接至基座41和远端连杆47。另外，远端连杆47在相反的端部利用旋转关节R连接至近端连杆46和远端指骨44。在机械手指40中，这些旋转关节R的旋转轴相互平行。

与指骨42、43不同的是，近端连杆46和远端连杆47具有止动件S，它们可以利用止动件S到达限制位置，如图8所示，近端连杆46和远端连杆47在限制位置被限制向内朝指骨42和43旋转。图9A至图9C示出机械手指40同时执行包裹式抓取的顺序。如图9A和图9B所示，平行夹持器20的动作使得机械手指40彼此相向移动。随着物体B接触指骨42和43，这些指骨相对于基座41枢转。传动连接件45处于它的限制位置，由此可以确保远端指骨44向内旋转，从而将物体B包裹起来。再次说明，机械手指40的旋转关节是被动的，并且机械手指40具有待致动状态和抓取致动状态。

在图10A至图10C中，示出执行捏合式抓取的机械手指40。当物体B被夹持在远端指骨44之间时，传动连接件45可以确保远端指骨44保持相互平行。

参考图11，图中示出机械手指40的实施例，其中，使用的是径向夹持器50(例如，Festo HGR t-50)，而不是平行夹持器20，径向夹持器50具有一个或多个DOA(驱动度)。机械手指40的操作与具有平行夹持器20的机械手指40的操作类似，由此使得机械手指40彼此相向或反向移动。使用径向夹持器50并不影响关节的被动特性，因而机械手指40具有待致动状态和抓取致动状态。

关于上述这一类机械手指，包括手指30、40和50，即具有旋转关节、止动件和传动连接件的手指，可以考虑多种其他构造。作为硬件要求，在基座、指骨和传动连接件之间必须存在至少四个关节。此外，这一类机械手指以及传动连接件的几何参数(包括机械止动件所允许的移动范围在内)必须符合以下特性：在初始构型中，必须防止远端指骨张开，同时保留手指的包裹性能，即远端指骨的闭合动作——将在下文中利用图12所示的实例对此进行说明。为了确保这些动作可以执行并且符合期望的设计方案，在将设计方案(即，手指和传动连接件)的全部关节的机械限制考虑内的情况下，计算远端指骨的任意点的所有可能的平面动作。这些平面动作存在于三维空间中，用以描述平面内的所有平移动作以及围绕平面外的轴线的旋转动作。在该三维空间中，远端指骨的任何构造都可以由点来代表，并且该远端指骨的作业空间被限定为该设计方案能够物理地到达的(即，不违反几何约束的)三维空间中的所有点的集合。该作业空间是通过如下方式获得的几何体(点、曲线或体)的集合：首先计算指骨所允许的作业空间，然后计算传动连接件所允许的作业空间，然后对由此获得的类似几何体取交集。该交集必须是非空的，但不包含处于与远端指骨的张开状态相对应的作业空间部分的点。此外，必须存在属于这些几何体的交集的至少一条轨迹，该轨迹从代表手指的初始组件构型的点延伸至对应闭合构型的交集的另一部分。如果不存在这样轨迹，则设计方案无效，并且远端指骨锁定在它的初始构型。

出于示例的目的，图12和图13示出这一类机械手指30、40和50的最小作业构造。不同的是，尽管可以基于前文内容为图12和图13中的机械手指添加额外的连杆和指骨，但图12和图13所示的构造足以以上述方式执行包裹式抓取和捏合式抓取。最小作业原型如附图标记60和70所示，二者分别具有两个指骨和三个指骨。

机械手指60具有基座61、近端指骨62和远端指骨63。近端指骨62的两端通过旋转关节R分别连接至基座61和远端指骨63。传动连接件由连杆64构成；利用旋转关节R，连杆64在近端可枢转地连接至基座61，并在远端连接至远端指骨63。机械手指60符合具有至少一个自由度的四个旋转关节的最小数量要求。机械手指60符合上述特性，即，当远端指骨63不能相对于基座61沿平移方向T或顺时针旋转方向CR移动时，能够防止远端指骨63张开，同时机械手指60影响闭合动作C。

机械手指70具有基座71、近端指骨72、中间指骨73和远端指骨74。近端指骨72在相反的端部通过旋转关节R连接至基座71和中间指骨73。类似地，中间指骨73在相反的端部通过旋转关节R连接至近端指骨72和远端指骨74。传动连接件由单个旋转关节R构成，旋转关节R将基座71可枢转地连接至远端指骨74，传动连接件不具有任何连杆。在基座71与远端指骨74之间的连接处限定止动件，用以阻止远端指骨74的张开运动。机械手指70符合具有至少一个自由度的四个旋转关节的最小数量要求。

在上述机械手指中，夹持面可以设置有夹持辅助件，例如高摩擦力垫片(橡胶)或涂层、凹口、钉子等。具体地说，凹口75和钉子76可以位于远端指骨上，如图13所示。可以设置这种特征来增强上述机械手指对物体的夹持力。另外，可以考虑设置偏压单元(例如弹簧)来朝抵靠方向偏压传动连接件的关节(例如，利用止动件来阻挡连杆)。例如，在图13的机械手指70中示出一条这样的弹簧。

Claims (21)

1.一种机械手指，包括：

基座，其适于连接至致动器，以便以至少一个致动度被移动；

至少两个指骨，其中，第一指骨在近端可旋转地连接至所述基座，并且至少第二指骨在近端可旋转地连接至所述第一指骨的远端；

传动连接件，其在所述基座与处于最远端的一个所述指骨之间提供至少一个旋转自由度(DOF)；以及

被动旋转DOF关节，其位于所述至少两个指骨之间、所述基座与所述第一指骨之间、以及所述传动连接件中，从而所述机械手指具有待致动状态和抓取致动状态，

在所述待致动状态下，在所述致动器使得所述基座移动的过程中，所述基座、所述至少两个指骨和所述传动连接件相对于彼此保持恒定的定向，所述指骨中的任何一个都不接触目标物体，并且

在所述抓取致动状态下，在所述致动器使得所述基座移动的过程中，所述指骨中的至少一个接触目标物体，使得所述指骨中的至少一个相对于所述基座的定向改变。

2.根据权利要求1所述的机械手指，其中，

所述被动旋转DOF关节是旋转关节，全部所述旋转关节的旋转轴相互平行。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的机械手指，还包括：

止动件，其位于所述传动连接件、所述基座和处于最远端的一个所述指骨中的至少一些之间，以便在所述抓取致动状态下限定相关被动旋转DOF关节旋转的界限,从而限制处于最远端的一个所述指骨的移动。

4.根据权利要求3所述的机械手指，还包括：

偏压部件，其用于至少一个止动件，以便在所述待致动状态下将所述机械手指偏压至初始构型。

5.根据权利要求4所述的机械手指，其中，

在所述机械手指的初始构型中，处于最远端的一个所述指骨的物体抓取面横向于所述基座的移动方向。

6.根据权利要求4所述的机械手指，其中，

在所述机械手指的初始构型中，全部指骨的物体抓取面横向于所述基座的移动方向。

7.根据权利要求2所述的机械手指，包括：

至少四个所述旋转关节。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的机械手指，包括：

三个所述指骨，其中，处于最远端的一个所述指骨是第三指骨，所述第三指骨在近端可旋转地连接所述第二指骨的远端，并且所述传动连接件连接至所述第三指骨。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机械手指，其中，

所述传动连接件是单个旋转关节。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的机械手指，其中，

所述传动连接件具有至少一个连杆，所述连杆的相反两端具有旋转关节。

11.根据权利要求1所述的机械手指，其中，

所述机械手指具有两个所述指骨，所述第一指骨构造成用作挠性支承部，所述挠性支承部形成所述基座与所述第二指骨之间的所述被动旋转DOF关节。

12.根据权利要求11所述的机械手指，其中，

所述传动连接件构造成用作所述基座与处于最远端的一个所述指骨之间的挠性支承部。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的机械手指，还包括：

至少一个止动件，其位于所述传动连接件与处于最远端的一个所述指骨之间，以在所述抓取致动状态下限定所述挠性支承部旋转的界限，从而限制处于最远端的一个所述指骨的移动。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的机械手指，其中，

所述机械手指由单一的整片材料制成。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的机械手指，还包括：

凹口，其位于最远端的指骨中，以便允许将圆柱形物体定位在所述凹口中。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的机械手指，还包括：

凸出的钉子，其位于最远端的指骨上。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的机械手指，其中，

所述传动连接件与所述至少两个指骨中除了处于最远端的一个指骨之外的任何指骨不相连。

18.一种抓取设备，包括：

至少两个根据权利要求1至17中任一项所述的机械手指，所述机械手指定向成：所述机械手指中的一者的各指骨面向所述机械手指中的另一者的相应的各指骨；以及

至少一个所述致动器，在所述待致动状态下和在所述抓取致动状态下，至少一个所述致动器使所述机械手指彼此相向或反向移动。

19.根据权利要求18所述的抓取设备，其中，

至少一个所述致动器是平行夹持器，所述平行夹持器的两个支撑部沿平行的平移方向移动，所述机械手指各自的基座固定在相应的一个所述支撑部上。

20.根据权利要求18所述的抓取设备，其中，

至少一个所述致动器是径向夹持器，所述径向夹持器的两个支撑部沿一定向的相反方向移动，所述机械手指各自的基座固定在相应的一个所述支撑部上。

21.根据权利要求20所述的抓取设备，其中，

所述两个支撑部围绕共同的轴线旋转。