CN108472815A - 一种机器人灵巧手 - Google Patents

Abstract

一种机器人灵巧手(100)，其包括多个手指装置(20)。每一个手指装置(20)包括驱动器(21)、连接件(22)及手指(23)。连接件(22)的一端固定于驱动器(21)。手指(23)包括多个首尾依次转动连接的指节(231)，所述指节(231)包括定位于连接件(22)的另一端的固定指节(232)，多个手指(23)的固定指节(232)并行排列共同形成机器人灵巧手(100)的手掌(30)。驱动器(21)驱动手指(23)屈伸以实现对物品的抓取动作。所述机器人灵巧手(100)的手指(23)与手掌(30)均是由多个具有相同结构的指节(231)构建而成，只需要设计单个指节的结构，不需要单独设计手指与手掌的结构，大大减少了机器人灵巧手的零件种类，同时还简化的机器人灵巧手的结构，便于零件的生产与管理。

Description

一种机器人灵巧手 技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种机器人灵巧手。

背景技术

机器人灵巧手技术在机器人技术领域中占据着重要地位，经过长时间的不断发展，国内外学者对机器人灵巧手技术做了大量的研究，也相继产生了大量的代表性机构，如HIT/DLR手、NASA手、SHADOW手等。相关技术主要体现在机械结构、驱动、传感、集成度等方面。如SHADOW手采用五根手指，由气动肌肉控制手指的运动；HIT/DLR手和NASA手均采用多电机驱动，驱动单元布置在手指关节和手掌上。

现有的机器人灵巧手手掌结构与手指结构通常是分开单独设计，手指结构与手掌结构复杂，零件种类多，不同的零件需要不同生产模具，不仅不便于仓库管理，增加成本，同时也不利于装配与维护，大大地降低了灵巧手的实用性与使用的灵活性。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中机器人灵巧手结构复杂、零件种类多、不便于生产管理及装配的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明具体实施方式提供的机器人灵巧手包括多个手指装置。每一个所述手指装置包括驱动器、连接件及手指。所述连接件的一端固定于所述驱动器。所述手指包括多个首尾依次转动连接的指节，所述指节包 括定位于所述连接件的另一端的固定指节，所述多个手指的固定指节并行排列共同形成所述机器人灵巧手的手掌。所述驱动器驱动所述手指屈伸以实现对物品的抓取动作。

本发明提供的机器人灵巧手的手指与手掌均是由多个具有相同结构的指节构建而成。设计者只需要设计单个指节的结构，不需要单独设计手指与手掌的结构，不仅大大减少了机器人灵巧手的零件种类，同时还简化的机器人灵巧手的结构，便于零件的生产与管理。

同时，由于指节为一个模块化的零件，使用者可以根据自身的需求来构建具有不同数量的手指，以及每一个手指需要配置指节的数量，以适用不同物品对灵巧手手指的数量、手指的长度的需求，从而大大提高了机器人灵巧手配置的灵活性，可以满足不同使用者的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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，还可以从这些附图获得其他的附图。

图l是本发明一具体实施方式提供的机器人灵巧手的立体图。

图2是图1所述的机器人灵巧手另一个方向的立体示意图。

图3是图1中指节的基体模块示意图。

图4是图1中手指装置的立体示意图。

图5是图4所示的手指装置的另一个方向的立体示意图。

图6是图4所示的手指装置的剖面示意图。

图7是图3中所示的基体模块另一个方向的示意图。

图8是导向板的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请同时参照图1及图2，本发明具体实施方式提供的机器人灵巧手100包括多个手指装置20。每一个手指装置20包括驱动器21、手指23及连接于驱动器21与手指23之间的连接件22。驱动器21用于驱动手指23屈伸以实现对物品的抓取动作。

每一个手指23包括多个首尾依次转动连接的指节231。每个手指23的指节231包括定位于连接件22的另一端的固定指节232。本实施方式中，固定指节232位于手指23的一个端部。安装时，每一个手指23的固定指节232定位于连接件22，多个手指23的固定指节232并行排列共同形成机器人灵巧手100的手掌30。

换而言之，本发明提供的机器人灵巧手100的手指23与手掌30均是由多个具有相同结构的指节231构建而成。设计者只需要设计单个指节231的结构，不需要单独设计手指23与手掌30的结构，不仅大大减少了机器人灵巧手100的零件种类，同时还简化的机器人灵巧手100的结构，便于零件的生产与管理。

同时，由于指节231为一个模块化的零件，使用者可以根据自身的 需求来构建具有不同数量的手指23，以及每一个手指23需要配置指节231的数量，以适用不同物品对灵巧手手指23的数量、手指23的长度的需求，从而大大提高了机器人灵巧手100配置的灵活性，可以满足不同使用者的需求。

本实施方式中，机器人灵巧手100包括3个手指装置20，其中一个手指装置20包括两个手指23，两个手指23分别从固定指节232的两端分别延伸形成。另外两个手指装置20各包括1个手指23，手指23从固定指节232的一端延伸形成。

在其它实施方式中，使用者可以根据需求配置不同数量的手指装置20以及相应的手指23数量。例如，在本实施方式中，机器人灵巧手100包括3个手指装置20，手指23的数量也可以设置为5个或者6个。若手指23的数量为5个，其中有两个固定指节232的两端均分别延伸一个手指23，另一个固定指节232的一端延伸一个手指23。若手指23数量为6个，每一个固定指节232的两端均延伸出一个手指23。

也就是说，使用者可以根据需求从现有手指23的固定指节232的另一端直接增加多个指节231就可以增加一个相对的手指23，大大增加了机器人灵巧手100手指配置的灵活性。

本实施方式中，每一个手指23的指节231数量为3个。在其它实施方式中，使用者可以根据需求配置指节231的数量以延长或缩短每一个手指23的长度，例如，每一个手指23可以再增加一个指节231，或者其中只有一个手指23增加一个指节231等。

综上所述，由于本发明提供的机器人灵巧手100，由于手指23与手 掌30均是由模块化的指节231构成，使用者可以根据需求灵活配置手指23的数量、手指23的长度及手掌30的大小，大大提高了机器人灵巧手100的适用性及使用的灵活性。

请结合参照图3，具体的，每一个指节231包括基体模块200。基体模块200包括本体201、第一连接部202及第二连接部203，第一连接部202及第二连接部203设于本体201的两端。安装时，每两个相邻的指节231中的其中一个指节231的第一连接部202与另外一个指节231的第二连接部203转动连接。

进一步地，第一连接部202包括一对间隔设置的第一延伸臂2021，第一延伸臂2021自本体201的一端延伸形成。第二连接部203包括一对间隔设置的第二延伸臂2031，第二延伸臂2031自本体201的另一端延伸形成。安装时，第一延伸臂2021伸入到另外一个指节231的第二延伸臂2031之间，第一延伸臂2021及第二延伸臂2031通过第一转轴80及第一弹簧81实现弹性转动连接，如图4、图5及图6所示。其中第一弹簧81包括扭簧或者拉簧。

本实施方式中，第一弹簧81为扭簧。

请参照图6，每一个驱动器21包括壳体211及收容于壳体211内的第一舵机1，手指装置20还包括第一传动拉绳25。

本实施方式中，为描述方便，位于手指23另一个端部的指节231定义为末指节233，与固定指节232相邻的指节定义为近指节234。安装时，第一传动拉绳25的一端固定于末指节233，另一端自末指节233并在与末指节233依次连接的指节231内延伸，依次延伸到近指节234的外壳 2341之外，如图5所示，随后穿过连接件22伸入到驱动器21的壳体211内与第一舵机1连接。

使用机器人灵巧手100时，第一舵机1驱动第一传动拉绳25以牵引近指节234与末指节233之间的所有指节231以及末指节233实现联动。

请参照图3，进一步地，基体模块200的本体201设有第一收容空间204及与第一收容空间204相通的第一通孔205及第二通孔206。

请同时参照图5及图6，安装时，第一收容空间204内设有第一滑轮60，第一滑轮60通过第二转轴90与本体201实现转动连接。每两个相邻的指节231中的其中一个指节231的第一延伸臂2021之间设有第二滑轮70，第一转轴80穿过第二滑轮70。下述实施方式将以手指23包括固定指节232在内的四个指节231示例说明第一传动拉绳25的一种走线方式，但不用于限定本发明的走线方式。第一传动拉绳25以第一方向绕过末指节233内的第一滑轮60，随后穿过该末指节233本体201的第一通孔205并以第一方向绕过末指节233和与末指节233连接的另一个指节231之间的第二滑轮70后，从另一个指节231的本体201的第二通孔206进入本体201的第一收容空间204内，以第二方向绕过该另一个指节231内的第一滑轮60，随后，第一传动拉绳25穿过该另一个指节231的本体201的第一通孔205，并以第一方向绕过该另一个指节231与近指节234之间的第二滑轮70后，从该近指节234的本体201的第二通孔206进入本体201的第一收容空间204内，以第一方向绕过该近指节234内的第一滑轮60。该近指节234设有出线孔207，使得第一传动拉绳25通过该出线孔207延伸出手指23。第一传动拉绳25绕于手指23除了固定 指节232以外的所有指节231之间以牵引指节231实现联动。其中，第一方向与第二方向相反。

上述第一传动拉绳25是自末指节233朝向近指节234的方向进行装配走线，可以理解的是，上述第一传动拉绳25也可以自所述近指节234朝向末指节233的方向进行装配走线。

作为本发明的进一步改进，手指23还包括第一弹簧管26。安装时，第一弹簧管26的一端插入近指节234，另一端穿过连接件22并伸入到驱动器21的壳体211内。第一传动拉绳25与第一弹簧管26延伸路径相同的部分收容于第一弹簧管26内。也就是说，第一弹簧管26引导第一传动拉绳25的延伸路径，第一弹簧管26为第一传动拉绳25提供一个相对具有导向的管道，以引导第一传动拉绳25的运动，并且起到取代滑轮系统传递动力的作用，以起到灵活传动的作用。

请参照图7，进一步地，每一个基体模块200的本体201设有出线孔207，出线孔207与第一收容空间204相通，出线孔207相对于指节231的外壳2311倾斜延伸，第一弹簧管26穿过出线孔207伸入近指节234的第一收容空间204内。

当手指23实现抓取时，驱动器21拉动第一传动拉绳25，此时，第一弹簧管26与第一传动拉绳25之间相互摩擦，第一弹簧管26处于收缩状态。由于出线孔207与近指节234的外壳2311表面呈倾斜设置，因此，倾斜的出线孔207为第一弹簧管26提供了一个预设的、合理的端部固定角度，使得第一弹簧管26在空间中具一个合理的弯曲姿态以减少在手指23伸直过程中第一弹簧管26引起的额外的抵抗手指23伸直的弹力。

当手指23回复时，驱动器21驱动第一传动拉绳25松动，手指23在相邻指节231间的所述第一弹簧81的驱动下回复至初始位置。

本发明提供的机器人灵巧手100，通过将指节231的外壳2311的出线孔207设置成倾斜状，可以有效防止第一弹簧管26在弹性系数较大的情况下反作用于指节231，从而使指节231可以顺利回复到原位。同时，还可以有效避免第一弹簧管26不确定滑移走位的现象发生。

本实施方式中，第一弹簧管26与出线孔207之间过盈配合，第一弹簧管26与出线孔207之间通过摩擦力实现定位。

本实施方式中，出线孔207的中心线与相应指节231的第一滑轮60相切。使用时，第一传动拉绳25位于第一弹簧管26的中心位置，从而可以有效减少第一传动拉绳25与出线孔207内壁之间的阻力，以使指节231顺利实现屈伸动作。

本实施方式中，第一弹簧管26在与驱动器21重合的部分预埋于驱动器21的壳体211内。第一弹簧管26预埋在驱动器21的壳体211内，可以有效引导第一驱动拉绳25的延伸路径，利于机器人灵巧手100对第一驱动拉绳25的收纳，并且通过合理设置第一弹簧管26在壳体211内的曲率以提升传动效率。进一步地，手指装置20还包括导向板24，导向板24设置于驱动器21的壳体211外侧，对应于第一弹簧管26进入驱动器21壳体211内的部分，导向板24的外表面相对于对应的驱动器21壳体211部分倾斜设置，第一弹簧管26抵持于导向板24的外表面并沿着导向板24的倾斜方向释放对手指23的反作用力，并延伸至驱动器21的壳体211内。

安装时，第一弹簧管26从出线孔207出线后经导向板24进入驱动器21，导向板24将第一弹簧管26顶向远离驱动器21的位置，从而给第一弹簧管26提供了一个更大的弯折空间，使第一弹簧管26在指节231伸直时能平滑过渡，减少摩擦阻力。同时，还可以有效避免第一弹簧管26不确定滑移走位的现象发生。

请同时参照图6及图8，具体地，导向板24包括第一倾斜面241，第一倾斜面241与对应驱动器21的壳体211部分之间的距离沿着第一弹簧管26进入驱动器21的延伸路径逐渐变小，第一弹簧管26抵持于第一倾斜面241。

一种情况下，第一弹簧管26可贴合于第一倾斜面241延伸，第一倾斜面241的倾斜的角度为第一弹簧管26提供了一个更大的弯折空间，使第一弹簧管26在指节231屈伸时能平滑过渡，减少摩擦阻力。

在本发明的另一个实施方式中，导向板24包括第一倾斜面241及与第一倾斜面241相交的第二倾斜面242，第一倾斜面241及第二倾斜面242与驱动器21对应的壳体211部分之间的距离分别沿着所述第一弹簧管26进入所述驱动器21的延伸路径逐渐变小，第一弹簧管26抵持于第一倾斜面241或者第二倾斜面242。第二倾斜面242的设置，提供了第一弹簧管26沿垂直于第一弹簧管26进入驱动器21延伸路径两侧的抵持空间，即，第一弹簧管26既可以抵持于第一倾斜面241，也可以抵持于第二倾斜面242，无论第一弹簧管26根据抓取姿态或各方面因素抵持于任意侧的倾斜面，均具有相对充分的弯折空间。解决了第一弹簧管26直接抵持于驱动器21壳体211方式下，手指23执行某些动作时，例如伸直 手指时，朝向驱动器21方向靠近时，第一弹簧管26与壳体211之间的抵持力反作用于手指23，影响手指23执行操作动作的问题。可以理解的是，使用者可以根据需求来调整第一弹簧管26的抵持面。

请参照图6，进一步地，驱动器21还包括设于壳体211内的第二舵机2，手指装置20还包括第二传动拉绳27，第二传动拉绳27的一端固定于近指节234，另一端穿过固定指节232并延伸到固定指节232之外，随后，第二传动拉绳27穿过连接件22伸入到驱动器21的壳体211内与第二舵机2连接，第二舵机2驱动第二传动拉绳27以牵引近指节234相对于固定指节232运动。

进一步地，手指装置20还包括第二弹簧管28，第二弹簧管28的一端插入固定指节232的出线孔207，另一端穿过连接件22并伸入到驱动器21的壳体211内，第二传动拉绳27与第二弹簧管28延伸路径相同的部分收容于第二弹簧管28内，第二弹簧管28引导第二传动拉绳27的延伸路径。

与第一弹簧管26作用相同，驱动器21驱动第二传动拉绳27松动时，由于固定指节232的出线孔207呈倾斜设置，第二弹簧管28具有足够的收缩空间，此时第二弹簧管28在自身的弹性力作用下可以顺利回复到原位。

同样的，第二弹簧管28与驱动器21重合的部分是预埋在驱动器21的壳体211内，利于机器人灵巧手100对第二传动拉绳27的收纳。并且通过合理设置第二弹簧管28在壳体211内的曲率以提升传动效率。

一些实施方式中，可以于第一弹簧管26、第二弹簧管28内壁设置减 少摩擦的材料，包括但不限于聚四氟乙烯，以解决传动摩擦损耗问题。

本实施方式中，驱动器21设有T型卡槽212，如图4所示连接件22卡入T型卡槽212内与驱动器21固定。T型卡槽212的设置，使用者手动就可以实现连接件22与驱动器21之间的安装与拆卸，增强了机器人灵巧手100使用的灵活性。

请同时参照图1及图2，作为本发明的进一步改进，机器人灵巧手100还包括视觉传感器模块40。视觉传感器模块40定位于基座10。机器人灵巧手100根据视觉传感器模块40对被抓取物品的识别与定位实现对被抓取物品的抓取动作。

作为本发明的进一步改进，机器人灵巧手100还包括吸盘安装部50，吸盘安装部50定位于其中一个驱动器21，用于安装吸盘。吸盘安装部50的增加，使得机器人灵巧手100可以吸附上述手指23结构难以抓取的部分物品，以增加机器人灵巧手100抓取物体的能力。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1. 一种机器人灵巧手，其特征在于，所述机器人灵巧手包括多个手指装置，每一个所述手指装置包括：

   驱动器；

   连接件，所述连接件的一端固定于所述驱动器；及

   手指，所述手指包括多个首尾依次转动连接的指节，所述指节包括定位于所述连接件的另一端的固定指节，所述多个手指的固定指节并行排列共同形成所述机器人灵巧手的手掌；

   所述驱动器驱动所述手指屈伸以实现对物品的抓取动作。
2. 如权利要求1所述的机器人灵巧手，其特征在于，每一个所述指节包括基体模块，所述基体模块包括本体、第一连接部及第二连接部，所述第一连接部及所述第二连接部设于所述本体的两端，每两个相邻的指节中的其中一个指节的所述第一连接部与另外一个指节的所述第二连接部弹性转动连接。
3. 如权利要求2所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述第一连接部包括一对间隔设置的第一延伸臂，所述第一延伸臂自所述本体的一端延伸形成，所述第二连接部包括一对间隔设置的第二延伸臂，所述第二延伸臂自所述本体的另一端延伸形成，每两个相邻的指节中的一个指节的一对所述第一延伸臂伸入到另外一个指节的所述第二延伸臂之间，所述第一延伸臂、所述第二延伸臂通过第一转轴及第一弹簧实现弹性转动连接。
4. 如权利要求2所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述本体设有第一收容空间，所述第一收容空间内设有第一滑轮，所述第一滑轮通过第二转轴与所述本体实现转动连接，每两个相邻的指节中的其中一个指节的所述第一延伸臂之间设有第二滑轮，所述第一转轴穿过所述第二滑轮。
5. 如权利要求4所述的机器人灵巧手，其特征在于，每一个所述驱动器包括壳体及收容于所述壳体内的第一舵机，所述手指装置还包括第一传动拉绳，位于所述手指相对所述固定指节的另一端部的指节为末指节，与所述固定指节相邻的指节为近指节，所述第一传动拉绳的一端固 定于所述末指节，另一端自所述末指节在与所述末指节依次连接的指节内延伸，并延伸到所述近指节之外，随后穿过所述连接件伸入到所述驱动器的壳体内与所述第一舵机连接，所述第一舵机驱动所述第一传动拉绳以牵引所述近指节与所述末指节之间的所有指节以及所述末指节实现联动。
6. 如权利要求5所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述本体还包括与所述第一收容空间相通的第一通孔及第二通孔，所述第一传动拉绳以第一方向绕过所述末指节内的第一滑轮，随后穿过所述末指节的本体的第一通孔，并以第一方向绕过所述末指节和与所述末指节连接的另一个指节之间的第二滑轮后，所述第一传动拉绳从所述另一个指节的所述本体的第二通孔进入所述本体的第一收容空间内，以第二方向绕过所述另一个指节内的第一滑轮，再穿过所述另一个指节的本体的第一通孔，并以第一方向绕过所述另一个指节与所述近指节之间的第二滑轮后，从所述近指节的本体的第二通孔进入所述本体的第一收容空间内，以第一方向绕过所述近指节内的第一滑轮，所述第一方向与所述第二方向相反。
7. 如权利要求5所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述手指装置还包括第一弹簧管，所述第一弹簧管的一端插入所述近指节，另一端穿过所述连接件并伸入到所述驱动器的壳体内，所述第一传动拉绳与所述第一弹簧管延伸路径相同的部分收容于所述第一弹簧管内，所述第一弹簧管引导所述第一传动拉绳的延伸路径。
8. 如权利要求7所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述指节的本体设有出线孔，所述出线孔与所述本体的第一收容空间相通，所述出线孔相对于与所述指节的外壳倾斜延伸，所述第一弹簧管插入所述近指节的出线孔。
9. 如权利要求7所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述第一弹簧管在与所述驱动器重合的部分预埋于所述驱动器的壳体内。
10. 如权利要求7所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述手指还包括导向板，所述导向板设置于所述驱动器的壳体的外侧，所述导向板的外表面相对于所述驱动器对应的壳体部分呈倾斜设置，所述第一弹簧 管抵持于所述导向板的外表面并沿着所述导向板的倾斜方向延伸至所述驱动器的壳体内。
11. 根据权利要求10所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述导向板包括第一倾斜面，所述第一倾斜面与所述驱动器对应的壳体部分之间的距离沿着所述第一弹簧管进入所述驱动器的延伸路径逐渐变小，所述第一弹簧管抵持于所述第一倾斜面。
12. 根据权利要求10所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述导向板包括第一倾斜面及与所述第一倾斜面相交的第二倾斜面，所述第一倾斜面及所述第二倾斜面与所述驱动器对应的壳体部分之间的距离分别沿着所述第一弹簧管进入所述驱动器的延伸路径逐渐变小，所述第一弹簧管抵持于所述第一倾斜面或者所述第二倾斜面。
13. 如权利要求5所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述驱动器还包括设于所述壳体内的第二舵机，所述手指装置还包括第二传动拉绳，所述第二传动拉绳的一端固定于所述近指节，另一端穿过所述固定指节并延伸到所述固定指节之外，随后所述第二传动拉绳穿过所述连接件伸入到所述驱动器的壳体内与所述第二舵机连接，所述第二舵机驱动所述第二传动拉绳以牵引所述近指节相对于所述固定指节运动。
14. 如权利要求13所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述手指装置还包括第二弹簧管，所述固定指节设有与所述本体的收容空间相通的出线孔，第二弹簧管的一端插入所述固定指节的出线孔，另一端穿过所述连接件并伸入到所述驱动器的壳体内，所述第二传动拉绳与所述第二弹簧管延伸路径相同的部分收容于所述第二弹簧管内，所述第二弹簧管引导所述第二传动拉绳的延伸路径。
15. 如权利要求14所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述第二弹簧管与所述驱动器重合的部分是预埋在所述驱动器的壳体内。
16. 如权利要求1所述的机器人灵巧手，其特征在于，所述驱动器设有T型卡槽，所述连接件卡入所述T型卡槽内与所述驱动器固定。
17. 如权利要求1所述的机器人灵巧手，其特征在于，还包括基座，视觉传感器模块，所述手指装置及所述视觉传感器模块定位于所述基座， 多个所述手指装置根据所述视觉传感器模块对被抓取物品的识别和定位功能实现对所述被抓取物品的抓取动作。
18. 如权利要求1所述的机器人灵巧手，其特征在于，还包括吸盘安装模块，所述吸盘安装模块定位于其中一个手指装置的驱动器，所述吸盘安装模块用于安装吸盘。