CN111376295A - 手指舵机及灵巧手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手指舵机及灵巧手，该手指舵机包括驱动器，用于提供动力源；转接机构，与所述驱动器的输出轴连接，且所述转接机构的输出轴与所述驱动器的输出轴相互平行；丝杠，与所述转接机构的输出轴固定连接；螺母，与所述丝杠螺纹连接。本发明提供的手指舵机及灵巧手，手指舵机输出单个自由度，用于控制单个或两个手指的弯曲，无需动力分配，简化了手指舵机的结构；并且通过设置转接机构，可调整驱动器和丝杠的相对位置，减小单个手指舵机的空间，满足多个手指舵机的安装需求；另外，丝杠具有自锁功能，使得该手指舵机还可防止从手指端推动舵机，保护舵机的内部结构。

Description

手指舵机及灵巧手

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种手指舵机及灵巧手。

背景技术

目前科研机构、企业等对机器人的研究越来越深入，对机器人手部动作的精度要求越来越高，为了满足手部动作的精度要求，类人的灵巧手逐渐成为发展趋势。

灵巧手能够实现的动作较为复杂，相应地，手部的舵机结构也较为复杂，需要锥齿轮、蜗轮、蜗杆、连杆等传动机构实现对各个手指的动力分配和传动控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手指舵机，以解决现有技术中存在的灵巧手舵机结构复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种手指舵机，包括：

驱动器，用于提供动力源；

转接机构，与所述驱动器的输出轴连接，且所述转接机构的输出轴与所述驱动器的输出轴相互平行；

丝杠，与所述转接机构的输出轴固定连接；

螺母，与所述丝杠螺纹连接。

进一步地，所述转接机构包括与所述驱动器的输出轴固定连接的主动齿轮、与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述丝杠与所述从动齿轮固定连接，且所述驱动器和所述丝杠设于所述转接机构的同一侧。

进一步地，所述主动齿轮的轴线与所述驱动器输出轴的轴线相重合，所述从动齿轮的轴线与所述丝杠的轴线相重合。

进一步地，所述驱动器包括电机、以及设于所述电机和所述主动齿轮之间的减速机构。

进一步地，所述螺母上开设有至少一个引线孔。

进一步地，所述螺母的一侧固定有卡线夹，所述卡线夹包括底座、与所述底座固定连接的盖板，所述底座上开设有用于容置牵引线的线槽。

进一步地，所述线槽呈弧形。

进一步地，所述手指舵机还包括舵机架，所述舵机架包括用于支撑所述转接机构的第一支撑部、以及用于支撑所述丝杠的第二支撑部，所述第一支撑部和所述第二支撑部固定连接。

进一步地，所述手指舵机还包括与所述舵机架固定连接的控制板，所述控制板上具有与其电连接的滑动变阻器，所述滑动变阻器的滑块与所述螺母固定连接。

本发明还提供一种灵巧手，包括上述的手指舵机，还包括手指、穿设于所述手指中的牵引绳，所述牵引绳的一端与螺母固定连接，所述牵引绳的另一端与所述手指固定连接。

本发明提供的手指舵机及灵巧手的有益效果在于：与现有技术相比，本发明手指舵机输出单个自由度，用于控制单个或两个手指的弯曲，无需动力分配，简化了手指舵机的结构，而且该手指舵机通过驱动器驱动转接机构运动，转接机构带动丝杠旋转，从而推动螺母前后移动，螺母上固定牵引线等结构即可使手指转动弯曲，实现对手指动作的控制。并且通过设置转接机构，可调整驱动器和丝杠的相对位置，减小单个手指舵机的空间，满足多个手指舵机的安装需求；另外，丝杠具有自锁功能，使得该手指舵机还可防止从手指端推动舵机，保护舵机的内部结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的手指舵机的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的手指舵机的部分立体结构图；

图3为本发明实施例提供的控制板和螺母的装配结构图；

图4为本发明实施例提供的螺母的立体结构图；

图5为本发明实施例提供的卡线夹的立体结构图；

图6为本发明实施例提供的卡线夹的爆炸结构图。

其中，图中各附图标记：

24-牵引线；300-驱动器；31-电机；32-减速机构；33-转接机构；331-主动齿轮；332-从动齿轮；34-丝杠；35-螺母；3501-引线孔；3502-凹陷部；36-舵机架；361-第一支撑部；362-第二支撑部；37-控制板；371-滑动变阻器；372-滑块；38-卡线夹；381-底座；3811-凸起部；3812-圆形导向盘；382-盖板；3820-凹槽部；383-螺钉。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的手指舵机进行说明。该手指舵机，可设于机器人手掌的内部，用于驱动手指的指节弯曲。该手指舵机包括驱动器300、转接机构33、丝杠34和螺母35。驱动器300用于提供动力源，驱动器300包括但不限于步进电机、伺服电机等，驱动器300的输出轴旋转运动。转接机构33与驱动器300的输出轴连接，经过转接机构33的传动后，转接机构33的输出轴与驱动器300的输出轴相互平行，便于根据手指舵机的外壳形状布置驱动器300和丝杠34的位置，合理布置手指舵机，使外壳内能够布置更多的手指舵机。其中，转接机构33的输出轴也为旋转运动。丝杠34与转接机构33的输出轴固定连接，转接机构33输出轴的旋转运动带动丝杠34旋转，使丝杠34的旋转带动螺母35在丝杠34上前后移动，螺母35上可固定牵引手指转动弯曲的牵引线24等牵引机构，使螺母35的前后移动转化为手指的运动。丝杠34如滑动丝杠34具有一定的自锁功能，即螺母35受到外力作用时，在螺母35和丝杠34连接副的摩擦力的作用下，不能使丝杠34旋转，避免外力转动手指使手机舵机运转，可保护手指舵机。

本发明提供的手指舵机，与现有技术相比，本发明手指舵机输出单个自由度，用于控制单个或两个手指的弯曲，无需动力分配，简化了手指舵机的结构，而且该手指舵机通过驱动器300驱动转接机构33运动，转接机构33带动丝杠34旋转，从而推动螺母35前后移动，螺母35上固定牵引线24等结构即可使手指转动弯曲，实现对手指动作的控制。并且通过设置转接机构33，可调整驱动器300和丝杠34的相对位置，减小单个手指舵机的空间，满足多个手指舵机的安装需求；另外，丝杠34具有自锁功能，使得该手指舵机还可防止从手指端推动舵机，保护舵机的内部结构。

请参阅图1及图2，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，转接机构33包括与驱动器300的输出轴固定连接的主动齿轮331、与主动齿轮331啮合的从动齿轮332，丝杠34与从动齿轮332固定连接，且驱动器300和丝杠34设于转接机构33的同一侧。可选地，丝杠34的一端伸入从动齿轮332中与其固定连接，丝杠34与从动齿轮332的固定方式此处不作限定。主动齿轮331和从动齿轮332可选为直齿轮或者斜齿轮，使得主动齿轮331和从动齿轮332位于同一平面上，主动齿轮331和从动齿轮332的轮轴相互平行，使丝杠34和驱动器300的中心轴相互平行，且丝杠34和驱动器300位于转接机构33的同一侧。由于丝杠34呈长条形，占用的空间较大，当丝杠34和驱动器300位于转接机构33的同一侧时，可减小该手指舵机的整体长度，实现在手掌等小空间内的布局。

在其中一个实施例中，主动齿轮331和从动齿轮332的转速相同，转接机构33的传动比为1，转接机构33仅具有改变驱动器300和丝杠34相对位置的作用。在另一实施例中，主动齿轮331的转速大于从动齿轮332的转速，转接机构33的传动比大于1，转接机构33不仅具有改变驱动器300和丝杠34相对位置的作用，还具有减速功能，可承担下述减速机构32的部分功能，降低对减速机构32速比的要求，更便于结构设计，也有利于降低成本。

请参阅图1及图2，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，主动齿轮331的轴线与驱动器300输出轴的轴线相重合，从动齿轮332的轴线与丝杠34的轴线相重合，使驱动器300和丝杠34尽可能的相靠近，减小该手指舵机的整体宽度。

请参阅图1及图2，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，驱动器300包括电机31和减速机构32，减速机构32的作用在于减小驱动器31输出轴的旋转速度，使其适用于手指驱动的场景。更具体地，减速机构32的输入端与电机31的输出轴固定连接，减速机构32的输出轴与主动齿轮331固定连接。减速机构32的输出轴伸入主动齿轮331的轮心中，与主动齿轮331通过键连接、过盈配合、卡簧等方式固定连接。在其中一个实施例中，减速机构32包括蜗轮蜗杆结构，使其具有较大的减速比；在另一个实施例中，减速机构32包括多级传动齿轮，通过多对齿轮的啮合传动实现逐级减速。减速机构32的结构此处不作限定，能够满足所需的减速比即可。可选地，电机31的输出轴的轴线与减速机构32输出轴的轴线在同一直线上，便于手指舵机的布局、以及手掌内部其他舵机的布局。

请参阅图4，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，螺母35上开设有至少一个引线孔3501，牵引线24可从螺母35的引线孔3501中伸出，并伸入手指中，控制手指的运动，引线孔3501的设置便于固定或者导向牵引线24。在其中一个实施例中，螺母35上开设有两个或者三个引线孔3501，每个引线孔3501内固定有一根牵引线24，每根牵引线24带动一根手指运动，使该手指舵机可以同时驱动两根或者三根手指。更具体地，当螺母35上开设有两个引线孔3501时，两个所述引线孔3501可设于螺母35的上下两侧。

请参阅图3至图6，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，螺母35的一侧固定有卡线夹38，卡线夹38包括底座381、与底座381固定连接的盖板382，底座381上开设有用于容置牵引线24的线槽。卡线夹38的作用在于固定牵引线24的端部，防止牵引线24受到拉扯时，牵引线24从螺母35上松脱。底座381和/或盖板382固定于螺母35上。可选地，螺母35上具有凹陷部3502，引线孔3501可开设于凹陷部3502处，凹陷部3502的设置使螺母35该处呈薄壁状。同时，卡线夹38固定于凹陷部3502的内壁，使其嵌设于螺母35中，如此，增设卡线夹38不会增加整体的体积，又能使牵引线24更稳定。

可选地，底座381和盖板382通过螺钉383连接或者过盈配合实现两者的相互固定。具体地，底座381于线槽的侧边设有至少一个凸起部3811，相应地，盖板382上设有与凸起部3811适配的凹槽部3820，使底座381和盖板382相互卡接，此时，盖板382的底壁与线槽中的牵引线24相抵接，再通过螺钉383拧紧盖板382和底座381，使盖板382、牵引线24和底座381相互压紧，增大牵引线24与盖板382、底座381的摩擦力，从而将牵引线24的一端固定于卡线夹38中，而牵引线24的另一端可穿过引线孔3501伸入手指中。

可选地，线槽呈弧形，使牵引线24也呈弧形弯曲设于线槽中，进一步增大其与盖板382和底座381的摩擦力。在其中一个实施例中，底座381上设置有圆形导向盘3812，上述凸起部3811的数量为两个，分别设于圆形导向盘3812的两侧，凸起部3811起到引导牵引线24的作用，还与盖板382的凹槽部3820配合，凸起部3811和圆形导向盘3812共同形成弧形线槽，将牵引线24定位于弧形线槽中。

请参阅图3，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，手指舵机还包括控制板37，控制板37上具有与其电连接的滑动变阻器371，滑动变阻器371的滑块372与螺母35固定连接。控制板37用于控制电机31的开关、监测螺母35的实时位置等。滑动变阻器371与控制板37电连接，螺母35带动滑动变阻器371的滑块372滑动时，滑动变阻器371的阻值发生变化，控制板37根据当前滑动变阻器371的阻值判断螺母35的位置，从而可以判断手指的弯曲状态。

请参阅图1及图2，作为本发明提供的手指舵机的一种具体实施方式，手指舵机还包括舵机架36，舵机架36包括用于支撑转接机构33的第一支撑部361、以及用于支撑丝杠34的第二支撑部362，第一支撑部361和所述第二支撑部362固定连接，控制板37也固定于舵机架36上。舵机架36用于支撑驱动器300、转接机构33、丝杠34等。更具体地，第一支撑部361呈板状，转接机构33的输出轴穿设于第一支撑部361，且第一支撑部361和转接机构33的输出轴之间设有轴承，支撑转接机构33输出轴的转动。第二支撑部362呈方形，第二支撑部362的两侧分别支撑丝杠34的两端，第二支撑部362与丝杠34的连接处均设有轴承。控制板37固定于第一支撑部361和/或第二支撑部362上。

本发明还提供一种灵巧手，该灵巧手包括上述任一实施例中的手指舵机，还包括手指、穿设于手指中的牵引绳，牵引绳的一端与螺母35固定连接，牵引绳的另一端与手指固定连接。手指舵机中的螺母35牵动牵引绳，使手指弯曲。一个螺母35上可固定一根或者多根牵引线24，每根牵引线24分别牵动一根手指运动，即一个手指舵机可以牵动一根或者多根手指运动。

本发明提供的灵巧手，采用了上述任一实施例中的手指舵机，该手指舵机输出单个自由度，用于控制单个或两个手指的弯曲，无需动力分配，简化了手指舵机的结构，而且该手指舵机通过驱动器300驱动转接机构33运动，转接机构33带动丝杠34旋转，从而推动螺母35前后移动，螺母35上固定牵引线24等结构即可使手指转动弯曲，实现对手指动作的控制。并且通过设置转接机构33，可调整驱动器300和丝杠34的相对位置，减小单个手指舵机的空间，满足多个手指舵机的安装需求；另外，丝杠34具有自锁功能，使得该手指舵机还可防止从手指端推动舵机，保护舵机的内部结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.手指舵机，其特征在于，包括：

驱动器，用于提供动力源；

转接机构，与所述驱动器的输出轴连接，且所述转接机构的输出轴与所述驱动器的输出轴相互平行；

丝杠，与所述转接机构的输出轴固定连接；

螺母，与所述丝杠螺纹连接。

2.如权利要求1所述的手指舵机，其特征在于：所述转接机构包括与所述驱动器的输出轴固定连接的主动齿轮、与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述丝杠与所述从动齿轮固定连接，且所述驱动器和所述丝杠设于所述转接机构的同一侧。

3.如权利要求2所述的手指舵机，其特征在于：所述主动齿轮的轴线与所述驱动器输出轴的轴线相重合，所述从动齿轮的轴线与所述丝杠的轴线相重合。

4.如权利要求2所述的手指舵机，其特征在于：所述驱动器包括电机、以及设于所述电机和所述主动齿轮之间的减速机构。

5.如权利要求1所述的手指舵机，其特征在于：所述螺母上开设有至少一个引线孔。

6.如权利要求1所述的手指舵机，其特征在于：所述螺母的一侧固定有卡线夹，所述卡线夹包括底座、与所述底座固定连接的盖板，所述底座上开设有用于容置牵引线的线槽。

7.如权利要求6所述的手指舵机，其特征在于：所述线槽呈弧形。

8.如权利要求1所述的手指舵机，其特征在于：所述手指舵机还包括舵机架，所述舵机架包括用于支撑所述转接机构的第一支撑部、以及用于支撑所述丝杠的第二支撑部，所述第一支撑部和所述第二支撑部固定连接。

9.如权利要求8所述的手指舵机，其特征在于：所述手指舵机还包括与所述舵机架固定连接的控制板，所述控制板上具有与其电连接的滑动变阻器，所述滑动变阻器的滑块与所述螺母固定连接。

10.灵巧手，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的手指舵机，还包括手指、穿设于所述手指中的牵引绳，所述牵引绳的一端与螺母固定连接，所述牵引绳的另一端与所述手指固定连接。

Images