CN110293575A - 一种仿人五指形机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿人五指形机械手爪，包括手掌和五个结构相同的机械手指，每个手指的具体结构包括气缸、气缸推杆、齿条、两块近基关节板、齿轮、近基关节轴、带轮一、两块中关节板、中关节轴、带轮二、带轮三、末梢关节、末梢关节轴和带轮四。该机械手爪的结构简单，制作成本低，采用气动系统作为驱动方式，采用齿轮齿条、带传动作为传动方式，齿轮齿条机构将气缸推杆的直线运动转化为近基关节轴的回转运动，近基关节与中关节、中关节与末梢关节之间用带传动联接以将各个关节的回转运动联系起来，可靠性高，实现物体的灵活抓取及多数字的表达。

Description

一种仿人五指形机械手爪

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种仿人五指形机械手爪。

背景技术

从全世界的人口组成比例数据来看，65岁以上的老年人在2017年占总人口的比例为9%，到2050年就将占总人口的16%，这意味着全球人口老龄化进程的进一步加速。随着人口老龄化的日趋严重，养老制度需要得到更好的完善，养老除了保障老年人的基本生活之外，还需要大量的适合老年人心理、医学等诸多方面的专业护理服务，而现在的年轻人本身已承担了较大的工作生活压力，难以余留充足的精力和时间来更好地照顾老年人。

服务型机器人的诞生在一定程度上缓解了上述问题所带来的社会压力并在一定程度上降低了财政负担，该类机器人可解决对老龄人的看护以及医疗的问题，在未来拥有巨大的市场前景。而为了更好地进行服务，保证服务质量，机器人自带的仿人机械手需要具有极强的功能性和很高的通用性，对仿人机械手的研究是目前机器人研究领域的重点关注问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种仿人五指形机械手爪，结构简单，操作方便，动作灵活。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种仿人五指形机械手爪，包括手掌和五个结构相同的机械手指，每个手指的具体结构包括气缸、齿条、两块近基关节板、齿轮、近基关节轴、带轮一、两块中关节板、中关节轴、带轮二、带轮三、末梢关节、末梢关节轴和带轮四，所述气缸设在手掌上，所述齿条连接在气缸的气缸推杆的端部，两块所述近基关节板的下端通过近基关节轴与手掌活动连接，近基关节板的上端与中关节板的下端通过中关节轴活动连接，中关节板上端通过末梢关节轴与末梢关节下端活动连接，齿轮固定连接在近基关节轴上，齿轮与齿条相啮合，带轮一固定连接在近基关节轴上，带轮二固定连接在中关节轴上，带轮一与带轮二通过皮带传动连接，带轮三固定连接在中关节轴上，带轮四固定连接在末梢关节轴上，带轮三和带轮四通过皮带传动连接。

进一步地，带轮一的直径与带轮二的直径的比值大小为9:5。

进一步地，带轮三的直径与带轮四的直径的比值大小比为2:3。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种仿人五指形机械手爪，结构简单，操作简便，制作成本低，采用气动系统作为驱动方式，采用齿轮齿条、带传动作为传动方式，齿轮齿条机构将气缸推杆的直线运动转化为近基关节轴的回转运动，近基关节与中关节、中关节与末梢关节之间用带传动联接，带传动将一个手指各个关节的回转运动联系起来，通过各关节带轮直径大小不等来保证各个关节的弯曲角度，可靠性高，实现物体的灵活抓取及多数字的表达。

附图说明

图1为本发明公开的一种仿人五指形机械手爪的主视示意图；

图2为本发明公开的机械手爪的食指的结构示意图；

其中，1-手掌，3-气缸，4-气缸推杆，5-齿条，6-近基关节板，7-齿轮，8-近基关节轴，9-带轮一，10-中关节板，11-中关节轴，12-带轮二，13-带轮三，14-末梢关节，15-末梢关节轴，16-带轮四。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

为了给仿人机器人机械设计提供参考，进一步提升服务型机器人的灵活性，本发明公开一种仿人五指形机械手爪，包括手掌和五个机械手指，五个手指的结构相同，图2以食指为例详细绘出了机械手指的具体结构，每个机械手指的组成包括气缸3、齿条5、两块近基关节板6、齿轮7、近基关节轴8、带轮一9、两块中关节板10、中关节轴11、带轮二12、带轮三13、末梢关节14、末梢关节轴15和带轮四16，所述气缸3设在手掌1上，所述齿条5连接在气缸3的气缸推杆4的端部，两块所述近基关节板6的下端通过近基关节轴8与手掌1活动连接，近基关节板6的上端与中关节板10的下端通过中关节轴11活动连接，两块中关节板10上端通过末梢关节轴15与末梢关节14下端活动连接，齿轮7固定连接在近基关节轴8上，齿轮7与齿条5相啮合，带轮一9固定连接在近基关节轴8上，带轮二12固定连接在中关节轴11上，带轮一9与带轮二12通过皮带传动连接，带轮三13固定连接在中关节轴11上，带轮四16固定连接在末梢关节轴15上，带轮三13和带轮四16通过皮带传动连接，带轮一9的直径与带轮二12的直径的比值大小为9：5，带轮三13的直径与带轮四16的直径的比值大小比为2:3。

该机械手采用气缸3这一气动系统作为驱动方式，采用齿轮齿条、带传动作为传动方式。需要任一手指弯曲时，启动气缸3，气缸推杆4向气缸方向缩回带动齿条5运动，由于齿轮7和齿条5相啮合，所以将气缸推杆4的直线运动转化为近基关节轴8的回转运动。近基关节与中关节、中关节与末梢关节之间用带传动联接，带传动将一个手指各个关节的回转运动联系起来，通过各关节带轮直径大小不等来保证各个关节的弯曲角度。

该机械手爪还能够模拟人手表示1~6、8这七个数字和做出握拳动作，当机械手的五指处于伸直状态时，系统处于原点状态。机械手自动工作一个周期为：当机械手处于原点状态，使大拇指、中指、无名指和小指上的气缸推杆4缩回，带动大拇指、中指、无名指和小指向手掌掌心方向弯曲，食指仍然保持伸直状态，模拟人手1的动作→经过3秒之后→中指上的气缸推杆推出，驱动中指伸直，其他手指仍然保持原状态，模拟人手2的动作→经过3秒之后→无名指上的气缸推杆推出，驱动无名指伸直，其他手指仍然保持原状态，模拟人手3的动作→经过3秒之后→小指上的气缸推杆推出，驱动小指伸直，其他手指仍然保持原状态，模拟人手4的动作→经过3秒之后→大拇指伸直，其他手指仍然保持原状态，模拟人手5的动作→经过3秒之后→食指、中指、无名指上的气缸推杆缩回，带动食指、中指、无名指缩回，其他手指仍然保持原状态，模拟人手6的动作→经过3秒之后→食指上的气缸推杆推出，驱动食指伸直、小指上的气缸推杆缩回，带动小指缩回，其他手指仍然保持原状态，模拟人手8的动作→经过3秒之后→所有手指上的气缸推杆均缩回，带动所有手指缩回，模拟人手的握拳状态。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种仿人五指形机械手爪，其特征在于，包括手掌（1）和五个结构相同的机械手指，每个手指的具体结构包括气缸（3）、齿条（5）、两块近基关节板（6）、齿轮（7）、近基关节轴（8）、带轮一（9）、两块中关节板（10）、中关节轴（11）、带轮二（12）、带轮三（13）、末梢关节（14）、末梢关节轴（15）和带轮四（16），所述气缸（3）设在手掌（1）上，所述齿条（5）连接在气缸（3）的气缸推杆（4）的端部，两块所述近基关节板（6）的下端通过近基关节轴（8）与手掌（1）活动连接，近基关节板（6）的上端与中关节板（10）的下端通过中关节轴（11）活动连接，中关节板（10）上端通过末梢关节轴（15）与末梢关节（14）下端活动连接，齿轮（7）固定连接在近基关节轴（8）上，齿轮（7）与齿条（5）相啮合，带轮一（9）固定连接在近基关节轴（8）上，带轮二（12）固定连接在中关节轴（11）上，带轮一（9）与带轮二（12）通过皮带传动连接，带轮三（13）固定连接在中关节轴（11）上，带轮四（16）固定连接在末梢关节轴（15）上，带轮三（13）和带轮四（16）通过皮带传动连接。

2.如权利要求1所述的一种仿人五指形机械手爪，其特征在于，带轮一（9）的直径与带轮二（12）的直径的比值大小为9:5。

3.如权利要求1所述的一种仿人五指形机械手爪，其特征在于，带轮三（13）的直径与带轮四（16）的直径的比值大小比为2:3。