CN109773771A - 一种仿生机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仿生机械手，属于电子机械技术领域。其包括抓取机构；第一驱动机构，第一驱动机构与抓取机构传动连接，用于驱动抓取机构夹紧或松开；传动机构，传动机构与抓取机构传动连接，用于带动抓取机构移动；第二驱动机构，第二驱动机构与传动机构传动连接，用于驱动传动机构移动；控制器，控制器分别与第一驱动机构、第二驱动机构电连接，用于控制第一驱动机构、第二驱动机构的运转。该种夹取装置，结构简单且使用便捷。

Description

一种仿生机械手

技术领域

本申请涉及电子机械技术领域，尤其涉及一种仿生机械手。

背景技术

近年来，随着国家对编程能力的重视程度逐渐加强，我国中小学生有关编程方面的学习也需要逐步加强，但现在教育领域对小孩子编程训练方面仍然缺少相关的训练措施，市场上也缺少相应的学习工具，这无疑对于编程教育的普及是不利的。机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，但大多数都应用于机械的生产加工领域，应用于编程教学也可以发挥很大的作用。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种仿生机械手及夹取装置，旨在改善现有技术中的编程教学中的学习工具比较缺乏的问题。

本申请的技术方案是：

一种仿生机械手，包括：

抓取机构；

第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述抓取机构传动连接，用于驱动所述抓取机构夹紧或松开；

传动机构，所述传动机构与所述抓取机构传动连接，用于带动所述抓取机构移动；

第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述传动机构传动连接，用于驱动所述传动机构移动；

控制器，所述控制器分别与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构电连接，用于控制所述第一驱动机构、所述第二驱动机构的运转。

根据本申请的非限制性的实施例可知，通过控制器驱动第一驱动机构和第二驱动机构的运转，进而通过第二驱动机构带动整个机构的转动，通过第一驱动机构带动抓取机构进行夹紧 或松开，从而实现抓取动作。

另外，根据本申请实施例的仿生机械手，还具有如下附加的技术特征：

作为本申请的一种技术方案，所述抓取机构包括手掌和手指组件，所述手指组件包括多个手爪；所述传动机构与所述手掌传动连接；多个所述手爪分别铰接在所述手掌上；所述第一驱动机构与多个所述手爪传动连接，用于驱动多个所述手爪夹紧或松开。

根据本申请的非限制性的实施例可知，通过控制器控制第一驱动机构的运转，进而第一驱动机构带动多个手爪进行运动，从而实现手爪的夹紧或者松开，完成夹取动作。

作为本申请的一种技术方案，所述手爪包括第一指节、连杆以及第二指节；所述连杆与所述第一驱动机构可转动地连接；所述第一指节、所述第二指节分别处于所述连杆的两侧，并分别与所述连杆可转动地连接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，启动第一驱动机构，进而驱动连杆进行转动，从而带动第一指节和第二指节进行联动，进而实现手爪的转动，完成多个手爪的夹取动作。

作为本申请的一种技术方案，所述连杆包括第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆；所述第一支杆的一端与所述第一驱动机构连接，另一端与所述第二支杆的一端铰接；所述第二支杆的另一端与所述第三支杆的一端铰接；所述第三支杆的另一端与所述第四支杆的一端铰接；所述第四支杆分别与所述第五支杆、所述第二指节铰接；所述第五支杆的另一端与所述第一指节铰接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，由于第一驱动机构驱动第一支杆进行转动，进而依次带动第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆联动，同时带动第一指节和第二指节转动，进而实现手爪的转动，完成多个手爪的夹取动作；该结构简单、使用方便，且省时省力。

作为本申请的一种技术方案，所述连杆还包括第一复位弹簧和第二复位弹簧；所述第一复位弹簧的两端分别与所述第二支杆、所述第三支杆连接；所述第二复位弹簧的两端分别与所述第四支杆、所述第五支杆连接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，由于第一复位弹簧安装于第二支杆和第三支杆之间，第二复位弹簧安装于第四支杆和第五支杆之间；因此，当第一支杆依次带动第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆进行转动之后，第一驱动机构继续驱动第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆进行复位，从而在第一复位弹簧和第二复位弹簧的助力下，能够实现第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆的快速复位，进而实现手爪的快速复位，有效地提高了整个抓取机构的复位效率，省时省力，大大地提高了整个装置的使用性能。

作为本申请的一种技术方案，所述第一驱动机构包括多个电机。

根据本申请的非限制性的实施例可知，多个电机与多个手爪一一对应地配合连接，各个手爪在各自对应的单独的电机的控制下实现独立运动；进而在控制器的作用下，与第一支杆相连的电机驱动第一支杆运动，之后第一支杆依次带动第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆进行运动；同时第一指节和第二指节在其带动之下伴随其运动，进而实现手爪的抓取、夹紧等动作；通过控制器对多个电机和各个手爪的操作控制，能够有效地实现手爪的抓取、夹紧等动作，进而能够有效地提高手爪的夹取效率和灵活性，使用起来省时省力，大大地提高了装置的使用性能。

作为本申请的一种技术方案，所述传动机构包括基座、第一联动组件、第二联动组件、第一传动组件、第二传动组件以及转动器；所述基座、所述第一联动组件以及所述第二联动组件分别与所述第二驱动机构可转动地连接；所述第一联动组件、所述第二联动组件间隔地安装在所述基座上，所述第二联动组件通过所述转动器与所述抓取机构可转动地连接；所述第一传动组件与所述第一联动组件铰接，并通过所述转动器与所述抓取机构可转动地连接；所述第二传动组件与所述第二联动组件铰接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，通过控制器控制第二驱动机构的运转，第二驱动机构驱动第一联动组件和第二联动组件进行转动，进而通过转动器带动抓取机构进行转动；同时，第一联动组件和第二联动组件分别带动第一传动组件和第二传动组件进行转动，进而通过转动器带动抓取机构进行进一步地转动，从而实现抓取机构和整个装置在多个方向上的调节，能够进一步地提高整个装置的抓取的灵活性和效率。

作为本申请的一种技术方案，所述第一联动组件包括第一支撑板、第一大臂、第一关节板以及第一小臂；所述第二联动组件包括第二支撑板、第二大臂、第二关节板以及第二小臂；所述第一支撑板和所述第二支撑板间隔地安装在所述基座上；所述第一大臂的一端通过所述第一支撑板与所述第二驱动机构可转动地连接，另一端通过所述第一关节板与所述第一小臂铰接；所述第一小臂的另一端与所述转动器可转动地连接；所述第二大臂的一端通过所述第二支撑板与所述第二驱动机构可转动地连接，另一端通过所述第二关节板与所述第二小臂铰接；所述第二小臂的另一端与所述转动器可转动地连接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，通过第二驱动机构驱动安装于第一支撑板上的第一大臂进行转动，进而通过第一关节板带动第一小臂进行转动，从而实现传动部分端部以转动副轴心为圆心的圆周运动。同时，通过第二驱动机构驱动安装于第二支撑板上的第二大臂进行转动，进而通过第二关节板带动第二小臂进行转动，实现传动部分端部的上下移动，进一步地增加了传动机构的运动的灵活性，也提高了其整体的使用性能，使得整个装置在使用的时候更加的方便和快捷，既省时又省力。

作为本申请的一种技术方案，所述第一传动组件包括固定杆、第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆；所述固定杆的一端连接于所述基座，另一端与所述第一连接杆连接；所述第二连接杆可转动地安装在所述第一联动组件上，并分别与所述第一连接杆、所述第三连接杆可转动地连接；所述第三连接杆的另一端与所述转动器可转动地连接；所述第二传动组件包括第四连接杆和第五连接杆，所述第四连接杆的两端分别与所述第二驱动机构、所述第五连接杆可转动地连接，所述第五连接杆的另一端与所述第二联动组件可转动地连接。

根据本申请的非限制性的实施例可知，第一联动组件和第二联动组件分别带动第一传动组件和第二传动组件进行转动，进而通过转动器带动抓取机构进行进一步地转动，从而实现抓取机构和整个装置在多个方向上的调节，能够进一步地提高整个装置的抓取的灵活性和效率。

作为本申请的一种技术方案，所述第二驱动机构包括多个电机。

根据本申请的非限制性的实施例可知，通过不同的电机来单独控制不同的结构，使得各个结构之间既能够实现独立的运作，又能够相互之间进行力的传动，进而对整个装置的各个方向和角度进行高效快速的调节，使得整个装置使用起来更加的方便快捷。

本申请的有益效果：

本申请中，通过不同的电机来单独控制不同的结构，使得各个结构之间既能够实现独立的运作，又能够相互之间进行力的传动，进而对整个装置的各个方向和角度进行高效快速的调节，使得整个装置使用起来更加的方便快捷。同时，通过控制器对多个电机和各个手爪的操作控制，能够有效地实现手爪的抓取、夹紧等动作，进而能够有效地提高手爪的夹取效率和灵活性，使用起来省时省力，大大地提高了装置的使用性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的仿生机械手的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的仿生机械手的第一角度结构示意图；

图3为本申请实施例提供的仿生机械手的第二角度结构示意图；

图4为本申请实施例提供的传动机构的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的传动机构的第一角度结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第一联动组件的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的第二联动组件的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的第一传动组件的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的第二传动组件的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的转动器的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的转动器的主视图；

图12为本申请实施例提供的抓取机构的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的抓取机构的第一角度结构示意图；

图14为本申请实施例提供的手爪的结构示意图。

图标：1-仿生机械手；2-抓取机构；3-第一驱动机构；4-传动机构；5-第二驱动机构；6-手掌；7-手指组件；8-手爪；9-第一指节；10-连杆；11-第二指节；12-第一支杆；13-第二支杆；14-第三支杆；15-第四支杆；16-第五支杆；17-第一复位弹簧；18-第二复位弹簧；19-基座；20-第一联动组件；21-第二联动组件；22-第一传动组件；23-第二传动组件；24-转动器；25-第一支撑板；26-第一大臂；27-第一关节板；28-第一小臂；29-第二支撑板；30-第二大臂；31-第二关节板；32-第二小臂；33-固定杆；34-第一连接杆；35-第二连接杆；36-第三连接杆；37-第四连接杆；38-第五连接杆；39-第一步进电机；40-第二步进电机；41-第三步进电机；42-电机；43-控制器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

实施例：

请参照图1，配合参照图2至图3，本申请提供一种仿生机械手1，其包括基座19、控制器43、传动机构4、抓取机构2、第一驱动机构3以及第二驱动机构5；其中，传动机构4安装在基座19上，第二驱动机构5与传动机构4传动连接，用于驱动传动机构4进行方向和角度的调节，同时传动机构4与抓取机构2传动连接，通过驱动传动机构4的转动来带动抓取机构2整体进行方向和角度的调节；并且，第一驱动机构3与抓取机构2传动连接，用于驱动抓取机构2进行夹紧或松开；此外，控制器43分别与第一驱动机构3、第二驱动机构5控制连接，其通过分别向第一驱动机构3和第二驱动机构5发送信号，来控制第一驱动机构3和第二驱动机构5的运转，进而实现抓取机构2的抓取动作和整个装置的角度调节动作。

请参照图4，配合参照图5，传动机构4包括第一联动组件20、第二联动组件21、第一传动组件22、第二传动组件23以及转动器24；其中，基座19包括底板和顶板，第二驱动机构5包括第一步进电机39、第二步进电机40以及第三步进电机41，第一步进电机39安装在顶板上，第一步进电机39的驱动轴的一端穿过顶板，并通过螺钉与基座19的底板进行螺纹连接，因此，当启动第一步进电机39时，其驱动轴能够驱动基座19的底板进行水平方向上的旋转；在顶板和底板之间安装有推力轴承，推力轴承的顶面配合安装于基座19的顶板的底面上，其底面安装于底部的圆环上，圆环则安装在底板的上表面上，由此，将顶板和底板之间进行连接起来；当底板进行水平方向上的转动时，其也带动顶板进行转动。

同时，第一联动组件20、第二联动组件21间隔地安装在基座19的顶板上，第一步进电机39则处于二者之间，第一传动组件22和第二传动组件23均处于第一联动组件20和第二联动组件21之间，且第一联动组件20、第二联动组件21分别通过转动器24与抓取机构2可转动地连接；第一传动组件22与第一联动组件20铰接，并通过转动器24与抓取机构2可转动地连接；第二传动组件23与第二联动组件21铰接；此外，第一步进电机39与第一联动组件20传动连接，第二步进电机40与第二联动组件21传动连接，二者能够驱动第一联动组件20和第二联动组件21分别进行转动，从而实现抓取机构2在不同的方向和角度上的调节。

通过控制器43控制第二驱动机构5的运转，第二驱动机构5驱动第一联动组件20和第二联动组件21进行转动，进而通过转动器24带动抓取机构2进行转动；同时，第一联动组件20和第二联动组件21分别带动第一传动组件22和第二传动组件23进行转动，进而通过转动器24带动抓取机构2进行进一步地转动，从而实现抓取机构2和整个装置在多个方向上的调节，能够进一步地提高整个装置的抓取的灵活性和效率。

请参照图6，配合参照图7，第一联动组件20包括第一支撑板25、第一大臂26、第一关节板27以及第一小臂28；第二联动组件21包括第二支撑板29、第二大臂30、第二关节板31以及第二小臂32；其中，第一支撑板25和第二支撑板29平行间隔地安装在顶板上，且第一支撑板25和第二支撑板29均呈L型结构，二者的较长板相对平行间隔设置，且二者的较短板均处于较长板的外侧，第一步进电机39则设置于两个较长板之间，且该第一支撑板25和第二支撑板29均是通过螺钉固定安装在顶板上。

同时，第二步进电机40固定安装在第一支撑板25的较长板的外侧壁上，第二步进电机40的驱动轴穿过第一支撑板25较长板，与第一大臂26传动连接，其能够驱动第一大臂26绕着驱动轴进行圆周运动；第三步进电机41固定安装在第二支撑板29的较长板的外侧壁上，第三步进电机41的驱动轴穿过第二支撑板29的较长板，与第二大臂30传动连接，其能够驱动第二大臂30绕着驱动轴进行圆周运动。再者，第一大臂26呈折形状结构，其与第二步进电机40连接的折形段较短，另一较长的折形段的端部外侧壁上通过螺钉连接有第一关节板27，且较长的折形段通过卡簧可转动地套接在连接轴上；同时，连接轴上还套接有第一小臂28，第一小臂28的另一端与转动器24通过卡簧可转动地连接，转动器24则连接于抓取机构2。

同时，第二大臂30呈折形状结构，其与第三步进电机41连接的折形段较短，另一较长的折形段的端部外侧壁上通过螺钉连接有第二关节板31，且较长的折形段通过卡簧可转动地套接在连接轴上，即该连接轴的两端分别可转动地连接有第一大臂26和第二大臂30，通过连接轴将第一大臂26和第二大臂30传动连接起来；同时，连接轴上还套接有第二小臂32，第二小臂32的另一端与转动器24通过卡簧可转动地连接，转动器24则连接于抓取机构2。

需要说明的是，在本实施例中，第一大臂26和第二大臂30之间、第一小臂28和第二小臂32之间均连接有多个连接柱，该连接柱用于将第一大臂26和第二大臂30、第一小臂28和第二小臂32之间进行连接起来，从而使得整个传动机构4更加的稳定牢固，使用起来更加的可靠。

需要说明的是，在其他的实施例中，第一支撑板25、第一大臂26、第一关节板27以及第一小臂28之间还可以通过其他的连接方式进行固定连接或者铰接，第二支撑板29、第二大臂30、第二关节板31以及第二小臂32之间还可以通过其他的连接方式进行固定连接或者铰接，并不仅仅局限于本实施例中的连接方式。

因此，通过第二驱动机构5驱动安装于第一支撑板25上的第一大臂26进行转动，进而通过第一关节板27带动第一小臂28进行转动，从而实现传动部分端部以转动副轴心为圆心的圆周运动。同时，通过第二驱动机构5驱动安装于第二支撑板29上的第二大臂30进行转动，进而通过第二关节板31带动第二小臂32进行转动，实现传动部分端部的上下移动，进一步地增加了传动机构4的运动的灵活性，也提高了其整体的使用性能，使得整个装置在使用的时候更加的方便和快捷，既省时又省力。

请参照图8，配合参照图9，第一传动组件22包括固定杆33、第一连接杆34、第二连接杆35以及第三连接杆36；其中，固定杆33处于第一大臂26和第二大臂30之间，整体呈折形段，其一端通过螺钉固定地连接在基座19的顶板上，另一端通过传动轴与第一连接杆34可转动地连接，即固定杆33和第一连接板均可转动地套接在传动轴上；第二连接杆35整体呈Y型状结构，其一端套接在与第一大臂26连接的连接轴上，另外两端分别通过传动轴、卡簧与第一连接杆34、第三连接杆36可转动地连接；第三连接杆36的另一端与转动器24可转动地连接。

第二传动组件23包括第四连接杆37和第五连接杆38，第四连接杆37处于第一大臂26和第一连接杆34之间，其两端分别与第三步进电机41的驱动轴、第五连接杆38可转动地连接，第四连接杆37和第五连接杆38均可转动地套接在传动轴上，第五连接杆38的另一端通过传动轴与转动器24可转动地连接。

请参照图10，配合参照图11，转动器24包括连接轴、第一连接块、第二连接块以及连接板；其中，连接轴的一端依次套接有第一连接块、第一小臂28，另一端依次套接有第二连接块、第二小臂32；同时，第一连接块和第二连接块之间还连接有传动轴，传动轴上套接有第三连接杆36，并且第一连接块和第二连接块延伸至连接板，与连接板固定连接，连接板则固定连接于抓取机构2上。

由此可知，在第一步进电机39的带动下，基座19实现以基座19所在的圆盘中心为圆心的圆周运动；在第二步进电机40的带动下，位于基座19左上方的第一连接杆34带动第二连接杆35转动，第二连接杆35带动第三连接杆36转动，以此实现传动部分端部以转动副轴心为圆心的圆周运动；在基座19右上方的第三步进电机41的带动下，第四连接杆37带动第五连接杆38转动，第二大臂30随第五连接杆38一同运动，并且同时带动第二小臂32一起转动，第二小臂32带动第二连接块进行转动，从而实现传送部分端部的上下移动。因此，由不同的电机42来单独控制不同的结构，使得各个结构之间既能够实现独立的运作，又能够相互之间进行力的传动，进而对整个装置的各个方向和角度进行高效快速的调节，使得整个装置使用起来更加的方便快捷。

请参照图12，配合参照图13，抓取机构2包括手掌6和手指组件7；其中，手掌6包括掌部和腕部，腕部安装在掌部靠近转动器24的一侧上，连接板固定连接于掌部的底部上；同时，手指组件7包括多个手爪8，多个手爪8依次间隔地安装在手掌6上；第一驱动机构3与多个手爪8传动连接，通过控制器43控制第一驱动机构3的运转，进而第一驱动机构3带动多个手爪8进行运动，从而实现手爪8的夹紧或者松开，完成夹取动作。

需要说明的是，在本实施例中，多个手爪8采用的是与人体相似结构的5个手爪8，每个手爪8均包括支架、第一指节9、连杆10以及第二指节11，连杆10通过支架与第一驱动机构3可转动地连接；第一指节9、第二指节11分别处于连杆10的两侧，并分别与连杆10可转动地连接。

启动第一驱动机构3，进而驱动连杆10进行转动，从而带动第一指节9和第二指节11进行联动，进而实现手爪8的转动，完成多个手爪8的夹取动作。

请参照图14，第一驱动机构3包括多个与手爪8一一对应且配合设置的多个电机42，支架安装在掌部上，电机42则处于支架的一侧；连杆10包括第一支杆12、第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16，第一支杆12的一端通过穿过支架的传动轴与电机42连接，通过电机42驱动第一支杆12绕着传动轴的轴向进行转动；第一支杆12的另一端与第二支杆13的一端通过传动轴可转动地连接；第二支杆13的另一端与第三支杆14的一端通过传动轴铰接；第三支杆14的另一端与第四支杆15的一端通过传动轴可转动地连接；第四支杆15整体呈Y字型结构，其另外两端分别与第五支杆16、第二指节11通过传动轴可转动地连接；第五支杆16的另一端则通过传动轴与第一指节9可转动地连接。

需要说明的是，在本实施例中，连杆10还包括第一复位弹簧17和第二复位弹簧18；第一复位弹簧17的两端分别与第二支杆13、第三支杆14连接，且其处于第二支杆13、第三支杆14的下方；第二复位弹簧18的两端分别与第四支杆15、第五支杆16连接，且其处于第四支杆15、第五支杆16的下方。

由于第一复位弹簧17安装于第二支杆13和第三支杆14之间，第二复位弹簧18安装于第四支杆15和第五支杆16之间；因此，当第一支杆12依次带动第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16进行转动之后，第一驱动机构3继续驱动第一支杆12、第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16进行复位，从而在第一复位弹簧17和第二复位弹簧18的助力下，能够实现第一支杆12、第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16的快速复位，进而实现手爪8的快速复位，有效地提高了整个抓取机构2的复位效率，省时省力，大大地提高了整个装置的使用性能。

需要说明的是，在本实施例中，第一指节9包括第一折杆和第一直杆，第一折杆的一端通过传动轴连接于机架上，另一端通过传动轴与第一直杆连接；同时，第一直杆的另一端通过传动轴依次连接于U型杆的一端、第五支杆16的另一端。

第二指节11包括第二折杆和第二直杆，第二折杆的一端通过传动轴连接于第一折杆上，同时，第二折杆与第四支杆15的其中一端通过传动轴连接，第二折杆的另一端通过传动轴与第二直杆连接；同时，第二直杆的另一端通过传动轴连接于U型杆的另一端。

由于电机42驱动第一支杆12进行转动，进而依次带动第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16联动，同时带动第一指节9和第二指节11转动，进而实现手爪8的转动，完成多个手爪8的夹取动作；该结构简单、使用方便，且省时省力。

需要说明的是，在本实施例中，控制器43主要采用Arduino单片机和分别安装于第一步进电机39、第二步进电机40、第三步进电机41以及抓取机构2中的步进电机42上的A4988驱动板，该驱动板和单片机共同构成控制器43的主体，共同对仿生机械手1进行控制，以满足初学者的要求。

进一步地需要说明的是，Arduino是很适合上手的单片机，本申请中采用的型号是Arduino Mega 2560，Arduino Mega 2560相比于其他型号的单片机拥有引脚多，电流大，I/O口多，且能自动选择供电方式等一系列的优点，适合于机械手的控制。

其规格参数为：工作电压为5V，输入电压推荐为7-12V，输入电压限制为6-20V，数字I/0口54，模拟输入口16，每个I/0口直流电流为40 mA，3.3v口直流电流50 mA，闪存（Flash Memory）为256 KB，静态存储器（SRAM）为8 KB，EEPROM为 4 KB，时钟为16 MHz。

其工作原理及控制方式为：

Arduino单片机向与本申请中的第一步进电机39、第二步进电机40、第三步进电机41以及抓取机构2中的步进电机42分别相连的A4988驱动板施加有序的脉冲电流；A4988驱动板发出均匀脉冲信号，从而实现数字角度的转换，转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关；A4988驱动板发出的信号进入步进电机42驱动器后，会由步进电机42驱动器转换成步进电机42所需要的强电流信号，最后通过控制步进电机42的步数来精确控制步进电机42的运动。

手指组件7由五个小舵机（即步进电机42）控制其运动，Arduino单片机通过普通数字传感器接口产生占空比不同的方波，模拟产生PWM信号进行舵机定位，通过向5个小舵机传输PWM信号来控制舵机的精确运动；在五个舵机的精确控制下，手指组件7不会发生抖动，从而实现精确的抓取。

工作过程中，Arduino单片机发出信号给舵机，其内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回信号，判断是否已经到达定位。当步进电机42转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，步进电机42停止转动。

进一步需要说明的是，A4988控制板具有控制简单的特点，其只需要控制STEP与DIR两个端口即可，STEP、DIR分别连接单片机的两个控制端口，EN使用单片机端口控制，接高低电频；通过设置步进模式，来选择不同的步距角；通过设置脉冲的频率，来控制旋转速度。

Arduino单片机的控制模块安装于基座19的后部，通过电线连接于三个步进电机（即第一步进电机39、第二步进电机40以及第三步进电机41）与五个小舵机，电线沿着机械臂（即传动机构4的第一联动组件20和第二联动组件21）的外部分布，并通过扎带固定于机械臂的外部，在手掌6的腕部部分穿过腕部上的开设的固定孔，分别连于五个小舵机。

综上所述可知，多个电机42与多个手爪8一一对应地配合连接，各个手爪8在各自对应的单独的电机42的控制下实现独立运动；进而在Arduino单片机的作用下，与第一支杆12相连的电机42驱动第一支杆12运动，之后第一支杆12依次带动第二支杆13、第三支杆14、第四支杆15以及第五支杆16进行运动；同时第一指节9和第二指节11在其带动之下伴随其运动，进而实现手爪8的抓取、夹紧等动作；通过Arduino单片机对多个步进电机42和各个手爪8的操作控制，能够有效地实现手爪8的抓取、夹紧等动作，进而能够有效地提高手爪8的夹取效率和灵活性，使用起来省时省力，大大地提高了装置的使用性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生机械手，其特征在于，包括：

抓取机构；

第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述抓取机构传动连接，用于驱动所述抓取机构夹紧或松开；

传动机构，所述传动机构与所述抓取机构传动连接，用于带动所述抓取机构移动；

第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述传动机构传动连接，用于驱动所述传动机构移动；

控制器，所述控制器分别与所述第一驱动机构、所述第二驱动机构电连接，用于控制所述第一驱动机构、所述第二驱动机构的运转。

2.根据权利要求1所述的仿生机械手，其特征在于：所述抓取机构包括手掌和手指组件，所述手指组件包括多个手爪；所述传动机构与所述手掌传动连接；多个所述手爪分别铰接在所述手掌上；所述第一驱动机构与多个所述手爪传动连接，用于驱动多个所述手爪夹紧或松开。

3.根据权利要求2所述的仿生机械手，其特征在于：所述手爪包括第一指节、连杆以及第二指节；所述连杆与所述第一驱动机构可转动地连接；所述第一指节、所述第二指节分别处于所述连杆的两侧，并分别与所述连杆可转动地连接。

4.根据权利要求3所述的仿生机械手，其特征在于：所述连杆包括第一支杆、第二支杆、第三支杆、第四支杆以及第五支杆；所述第一支杆的一端与所述第一驱动机构连接，另一端与所述第二支杆的一端铰接；所述第二支杆的另一端与所述第三支杆的一端铰接；所述第三支杆的另一端与所述第四支杆的一端铰接；所述第四支杆分别与所述第五支杆、所述第二指节铰接；所述第五支杆的另一端与所述第一指节铰接。

5.根据权利要求4所述的仿生机械手，其特征在于：所述连杆还包括第一复位弹簧和第二复位弹簧；所述第一复位弹簧的两端分别与所述第二支杆、所述第三支杆连接；所述第二复位弹簧的两端分别与所述第四支杆、所述第五支杆连接。

6.根据权利要求1所述的仿生机械手，其特征在于：所述第一驱动机构包括多个电机。

7.根据权利要求1所述的仿生机械手，其特征在于：所述传动机构包括基座、第一联动组件、第二联动组件、第一传动组件、第二传动组件以及转动器；所述基座、所述第一联动组件以及所述第二联动组件分别与所述第二驱动机构可转动地连接；所述第一联动组件、所述第二联动组件间隔地安装在所述基座上，所述第二联动组件通过所述转动器与所述抓取机构可转动地连接；所述第一传动组件与所述第一联动组件铰接，并通过所述转动器与所述抓取机构可转动地连接；所述第二传动组件与所述第二联动组件铰接。

8.根据权利要求7所述的仿生机械手，其特征在于：所述第一联动组件包括第一支撑板、第一大臂、第一关节板以及第一小臂；所述第二联动组件包括第二支撑板、第二大臂、第二关节板以及第二小臂；所述第一支撑板和所述第二支撑板间隔地安装在所述基座上；所述第一大臂的一端通过所述第一支撑板与所述第二驱动机构可转动地连接，另一端通过所述第一关节板与所述第一小臂铰接；所述第一小臂的另一端与所述转动器可转动地连接；所述第二大臂的一端通过所述第二支撑板与所述第二驱动机构可转动地连接，另一端通过所述第二关节板与所述第二小臂铰接；所述第二小臂的另一端与所述转动器可转动地连接。

9.根据权利要求7所述的仿生机械手，其特征在于：所述第一传动组件包括固定杆、第一连接杆、第二连接杆以及第三连接杆；所述固定杆的一端连接于所述基座，另一端与所述第一连接杆连接；所述第二连接杆可转动地安装在所述第一联动组件上，并分别与所述第一连接杆、所述第三连接杆可转动地连接；所述第三连接杆的另一端与所述转动器可转动地连接；所述第二传动组件包括第四连接杆和第五连接杆，所述第四连接杆的两端分别与所述第二驱动机构、所述第五连接杆可转动地连接，所述第五连接杆的另一端与所述第二联动组件可转动地连接。

10.根据权利要求1所述的仿生机械手，其特征在于：所述第二驱动机构包括多个电机。