CN111390943A - 大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人，大拇指旋转机构包括大拇指安装座和转动件，大拇指安装座的第一端用于连接仿生大拇指，大拇指安装座的第二端与转动件可转动连接，转动件的轴向垂直于大拇指安装座，转动件能够在外力的驱动下转动，以驱动大拇指安装座绕转动件的轴向旋转。通过上述设置，可以利用转动件的转动驱动大拇指安装座沿转动件的轴向旋转，进而可以带动仿生大拇指在平面内转动，大大提高了仿生大拇指的可转动范围，从而有利于实现精细化操作。

Description

大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人

技术领域

本发明涉及肌电仿生装置领域，尤其涉及一种大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人。

背景技术

仿生机器人可以通过仿生手模拟各种精细的动作，以代替人类进行高危作业或特种任务。仿生手作为仿生机器人与环境进行交互的执行部件，其性能直接影响仿生机器人的性能。

已有技术中，仿生手包括仿生手掌以及连接在仿生手掌上的五根仿生手指，每一根仿生手指均连接有各自的驱动结构，驱动结构可以驱动仿生手指实现弯曲动作。已有的大拇指驱动结构一般采用直线推杆结构，其包括电机、推杆和支撑座，支撑座设置在推杆的中部，推杆的一端连接电机，另一端连接仿生手指，在电机的驱动下，推杆可沿支撑座的支点上下摆动，从而带动仿生手指移动。

但是，采用上述结构的大拇指只能在一定角度内实现摆动，不利于大拇指的精细化操作。

发明内容

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人，本发明的大拇指旋转机构能够实现大拇指在较大范围内的转动，从而有利于实现大拇指的精细化操作。

本发明一实施例提供一种大拇指旋转机构，包括大拇指安装座和转动件，所述大拇指安装座的第一端用于连接仿生大拇指，所述大拇指安装座的第二端与所述转动件可转动连接，所述转动件的轴向垂直于所述大拇指安装座，所述转动件能够在外力的驱动下转动，以驱动所述大拇指安装座绕所述转动件的轴向旋转。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述大拇指安装座的第二端设有垂直于所述大拇指安装座的凸台，所述转动件的轴向方向上设有凹陷部，所述大拇指安装座与所述转动件通过所述凸台与所述凹陷部的配合实现传动。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述凸台的外表面包括至少一个第一平面，所述凹陷部的内表面包括至少一个第二平面，所述凸台与所述凹陷部通过所述第一平面和第二平面的配合实现传动。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述凸台的外表面设有外螺纹，所述凹陷部的内表面设有内螺纹，所述凸台与所述凹陷部通过所述外螺纹和内螺纹的配合实现传动。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述凸台的外表面设有多个凸起，所述凹陷部的内表面设有多个凹槽，多个所述凸起与多个所述凹槽一一配合以使所述凸台与所述凹陷部实现传动。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述转动件包括齿轮、第一支撑台和第二支撑台，所述第一支撑台设置在所述齿轮和所述第二支撑台之间，所述凹陷部贯穿所述齿轮且延伸至部分所述第一支撑台内。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，还包括支撑座，所述第二支撑台设置在所述支撑座上。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，还包括锁紧件，所述锁紧件包括螺帽和螺柱，所述螺柱远离所述螺帽的一端设有外螺纹；所述大拇指安装座上设有贯穿所述凸台的第一通孔，所述转动件的轴向上设有第二通孔，所述支撑座上设有贯穿所述支撑座的第三通孔，所述第三通孔的内表面设有内螺纹，所述螺帽抵顶在所述第一通孔的外侧壁上，所述螺柱依次穿过所述第一通孔和第二通孔后与所述第三通孔螺纹连接。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述大拇指安装座背离所述凸台的一侧还设有第一轴承安装座，所述第一轴承安装座与所述第一通孔相连通，所述第一轴承安装座内设有第一轴承；所述支撑座朝向所述第二支撑台的一侧设有第二轴承安装座，所述第二轴承安装座与所述第三通孔相连通，所述第二轴承安装座内设有第二轴承，所述第二支撑台朝向所述第二轴承的一端抵接在所述第二轴承的内圈上。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述第一轴承与所述第一轴承安装座过盈连接；所述第二轴承与所述第二轴承安装座过盈连接。

如上所述的大拇指旋转机构，可选地，所述大拇指安装座的第一端设有两个相对设置的连接板，所述连接板上设有第一连接孔，两个所述第一连接孔同轴设置，且所述第一连接孔的轴线与所述转动件的轴线相交；所述大拇指安装座的第一端还设有贯穿所述大拇指安装座的第二连接孔，所述第二连接孔的轴线与所述转动件的轴线相交。

本发明另一实施例提供一种仿生手，包括仿生手掌以及连接在所述仿生手掌上的仿生大拇指，所述仿生大拇指与所述仿生手掌通过如上任一所述的大拇指旋转机构相连接。

本发明再一实施例提供一种仿生机器人，包括如上所述的仿生手。

本发明提供的大拇指旋转机构、仿生手及仿生机器人，其大拇指旋转机构包括大拇指安装座和转动件，大拇指安装座的第一端用于连接仿生大拇指，大拇指安装座的第二端与转动件可转动连接，转动件的轴向垂直于大拇指安装座，转动件能够在外力的驱动下转动，以驱动大拇指安装座绕转动件的轴向旋转。通过上述设置，可以利用转动件的转动驱动大拇指安装座沿转动件的轴向旋转，进而可以带动仿生大拇指在平面内转动，大大提高了仿生大拇指的可转动范围，从而有利于实现精细化操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一实施例提供的大拇指旋转机构的结构简图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明一实施例提供的大拇指安装座和转动件的连接结构简图；

图4为本发明一实施例提供的大拇指安装座和转动件的爆炸视图；

图5为本发明一实施例提供的大拇指安装座与仿生大拇指的连接结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的仿生手的结构简图。

附图标记：

1-仿生手；

10-仿生大拇指；

11-仿生手掌；

12-空腔；

13-驱动件；

14-锥形齿轮；

100-大拇指安装座；

101-第一通孔；

102-第一轴承安装座；

110-凸台；

111-第一平面；

120-连接板；

121-第一连接孔；

130-第二连接孔；

200-转动件；

201-凹陷部；

202-第二通孔；

2011-第二平面；

210-齿轮；

220-第一支撑台；

230-第二支撑台；

240-过渡台；

300-支撑座；

301-第三通孔；

302-第二轴承安装座；

400-锁紧件；

410-螺帽；

420-螺柱；

500-第一轴承；

600-第二轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

已有技术中，仿生手包括仿生手掌以及连接在仿生手掌上的五根仿生手指，每一根仿生手指均连接有各自的驱动结构，驱动结构可以驱动仿生手指实现弯曲动作。已有的大拇指驱动结构一般采用直线推杆结构，其包括电机、推杆和支撑座，支撑座设置在推杆的中部，推杆的一端连接电机，另一端连接仿生手指，在电机的驱动下，推杆可沿支撑座的支点上下摆动，从而带动仿生手指移动。

但是，为完成日常生活中的各种动作，人类的大拇指不仅需要能够弯曲，还必须能够在平面内实现一定角度的转动，也即大拇指与其它手指相比能够实现更加复杂化的动作。而采用上述驱动结构的大拇指只能在一定角度内实现摆动，不利于大拇指的精细化操作。

本发明实施例旨在提供一种提高仿生大拇指转动范围的大拇指旋转机构，从而更好实现仿生大拇指的精细化操作。

下面将结合附图详细的对本发明的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本发明的内容。其中，图1为本发明一实施例提供的大拇指旋转机构的结构简图；图2为图1的剖视图；图3为本发明一实施例提供的大拇指安装座和转动件的连接结构简图；图4为本发明一实施例提供的大拇指安装座和转动件的爆炸视图；图5为本发明一实施例提供的大拇指安装座与仿生大拇指的连接结构示意图；图6为本发明一实施例提供的仿生手的结构简图；请参照图1-图6。

实施例一

如图1和图5所示，本实施例提供一种大拇指旋转机构，包括大拇指安装座100和转动件200，其中，大拇指安装座100一方面用于承接仿生大拇指10，另一方面与转动件200的输出端可转动连接，以使转动件200通过大拇指安装座100带动仿生大拇指10转动。具体的，大拇指安装座100的第一端用于连接仿生大拇指10，大拇指安装座100的第二端与转动件200可转动连接。大拇指安装座100和转动件200的具体连接的位置关系可以为：转动件200的轴向垂直于大拇指安装座100。转动件200能够在外力的驱动下转动，以驱动大拇指安装座100绕转动件200的轴向旋转。此处的“外力”可以是外部驱动件或传动件施加于转动件200上的力。

通过上述描述可知，转动件200的转动能够驱动大拇指安装座100绕转动件200的轴向旋转，进而可以带动仿生大拇指10在平面内转动，理论上可以使得仿生大拇指10在360°的范围内转动，从而大大提高了仿生大拇指10的可转动范围，有利于实现精细化操作。

本实施例的大拇指安装座100和转动件200可以通过下述结构实现传动连接，例如，如图4所示，在大拇指安装座100的第二端设有垂直于大拇指安装座的凸台110，在转动件200的轴向方向上设有凹陷部201，大拇指安装座100与转动件200通过凸台110与凹陷部201的配合实现传动。其中，凸台110和凹陷部201的配合面上应该设有相应的连接配合结构以实现二者的传动。

在一个可选的实施方式中，如图4所示，凸台110的外表面包括至少一个第一平面111，凹陷部201的内表面包括至少一个第二平面2011，凸台110与凹陷部201通过第一平面111和第二平面2011的配合实现传动。此处，凸台110可以呈圆柱面或椭圆柱面，相应的凹陷部201的内表面也成圆柱面或椭圆柱面，本实施例对此不做限定。凸台110的外表面上可以设置多个均匀分布的第一平面111，凹陷部201的内表面上也可以设置多个相应的第二平面2011，以提高凸台110和凹陷部201之间的动力传输能力。通过第二平面2011与第一平面111的接触，转动件200上的转动力传递至凸台110上，从而带动整个大拇指安装座100转动。采用第一平面111和第二平面2011的抵接配合结构方便大拇指安装座100与转动件200之间的拆卸，且能够有效的传递动力。

在另一个可选的实施方式中，凸台110的外表面可以设有外螺纹，凹陷部201的内表面可以设有内螺纹，凸台110与凹陷部201通过外螺纹和内螺纹的配合实现传动。本实施方式中的转动力传输原理与上述实施方式类似，在此不再赘述。采用螺纹连接的结构能够提供稳定的预紧力，使得大拇指安装座100与转动件200之间不易发生脱落，提高连接的稳定性。

在其他可选的实施方式中，凸台110的外表面还可以设有多个凸起，凹陷部201的内表面设有多个凹槽，多个凸起与多个凹槽一一配合以使凸台110与凹陷部201实现传动。凸起可以沿凸台110的轴向设置在凸台110的外表面上，凸起的形状可以呈棱柱状。采用本实施方式的连接结构能够提供稳定连接力的同时还便于大拇指安装座100与转动件200之间的安装和拆卸。

进一步地，如图2-图4所示，本实施例的转动件200包括齿轮210、第一支撑台220和第二支撑台230，第一支撑台220设置在齿轮210和第二支撑台230之间，凹陷部201贯穿齿轮210且延伸至部分第一支撑台220内。其中，齿轮210用于与外部驱动件或传动件接触，以为大拇指安装座100提供转动力，第一支撑台220和第二支撑台230为齿轮210提供支撑，且可连接其他零件提高齿轮210转动的顺畅性，第一支撑台220的直径可以大于第二支撑台230的直径。本实施例中，齿轮210可以为平面齿轮或伞齿轮，当齿轮210为平面齿轮时，驱动其的电机的轴向需与齿轮210的轴向平行，当齿轮210为伞齿轮时，驱动其的电机的轴向需与齿轮210的轴向垂直，具体的齿轮210结构可结合其他零件和仿生手整体布局进行选择。

更进一步地，大拇指旋转机构还包括支撑座300，第二支撑台230设置在支撑座300上。支撑座300为大拇指旋转机构中的其他零件提供支撑力，第二支撑台230可采用卡接、螺栓连接或焊接等连接方式与支撑座300进行连接。

可选地，如图2所示，大拇指旋转机构还包括锁紧件400，锁紧件400包括螺帽410和螺柱420，螺柱420远离螺帽410的一端设有外螺纹；大拇指安装座100上设有贯穿凸台110的第一通孔101，转动件200的轴向上设有第二通孔202，第二通孔202可以由凹陷201的底部延伸贯穿整个转动件200，支撑座300上设有贯穿支撑座300的第三通孔301，第三通孔301的内表面设有内螺纹，螺帽410抵顶在第一通孔101的外侧壁上，螺柱420依次穿过第一通孔101和第二通孔202后与第三通孔301螺纹连接。通过锁紧件400将大拇指安装座100、转动件200和支撑座300连接为一体可以有效的防止大拇指安装座100和转动件200之间的脱离，从而保证机构的正常工作。

进一步地，为提高传动的顺畅性，大拇指安装座100背离凸台110的一侧还设有第一轴承安装座102，第一轴承安装座102与第一通孔101相连通，第一轴承安装座102内设有第一轴承500；支撑座300朝向第二支撑台230的一侧设有第二轴承安装座302，第二轴承安装座302与第三通孔301相连通，第二轴承安装座302内设有第二轴承600，第二支撑台230朝向第二轴承600的一端抵接在第二轴承600的内圈上。其中，第一轴承500与第一轴承安装座102过盈连接；第二轴承600与第二轴承安装座302过盈连接。为了提高支撑的稳定性，可以在第一支撑台220和第二支撑台230之间设置一过渡台240，过渡台240的直径介于第一支撑台220的直径和第二支撑台230的直径之间。本实施例的最终结构为：螺帽410抵接在第一轴承500的上表面，螺柱420依次穿过第一轴承500、第一通孔101、第二通孔202、第二轴承600后固定在第三通孔301中。此时，螺柱420固定不动，传动件200可带动大拇指安装座100绕螺柱420转动。

本实施例中，如图1和图5所示，大拇指安装座100的第一端设有两个相对设置的连接板120，连接板120可以采用焊接连接的方式设置在大拇指安装座100的第一端，或者可以采用一体成型的方式与大拇指安装座100一起制作出。连接板120上设有第一连接孔121，两个第一连接孔121同轴设置，且第一连接孔121的轴线与转动件200的轴线相交；大拇指安装座100的第一端还设有贯穿大拇指安装座100的第二连接孔130，第二连接孔130的轴线与转动件200的轴线相交。仿生大拇指10可以利用两个穿轴结构分别与第一连接孔121和第二连接孔130固定连接，连接后仿生大拇指10不仅可以绕转动件200的轴线方向转动，还能够绕穿轴结构进行弯曲动作，从而模拟出更加精细的手部动作。

实施例二

如图6所示，本实施例提供一种仿生手1，包括仿生手掌11以及连接在仿生手掌上的仿生大拇指10，仿生大拇指10与仿生手掌11通过如上实施例一所述的大拇指旋转机构相连接。

具体的，仿生手1可以连接在仿生机器人上，以代替人类执行高危作业或特种任务；仿生手1还可以连接在残障人士的手臂上，以便于残障人士的正常生活，其基本原理为：仿生手1通过臂套与使用者的手臂相连，臂套中装有一枚可充电电池以及一对电极，当使用者产生活动手部的想法时，大脑信号会被臂套中的电极收集起来，电极把大脑信号传递给位于仿生手1上的处理器，再由处理器向仿生手1的零件发出指示，从而让仿生手指活动。

本实施例的仿生手1包括仿生手掌11，仿生手掌11上连接有仿生大拇指10和其他四根仿生手指，其中，其他四根仿生手指可以采用如已有技术中的直线推杆结构进行驱动，仿生大拇指10可采用上述实施例一所述的大拇指旋转机构进行驱动。具体的，仿生手掌11上设有用于容纳零件的空腔12，受限于空腔12内的空间，空腔12中设置有驱动件13和连接在驱动件13上的锥形齿轮14，锥形齿轮14与转动件200上的伞齿轮啮合传动，进而带动大拇指安装座100驱动仿生大拇指10转动。

本实施例的仿生手1由于采用了上述实施例一所述的大拇指旋转机构，因此大大提高了仿生大拇指10的可转动范围，从而有利于实现精细化操作，以提高仿生手1的整体性能。

实施例三

本实施例提供一种仿生机器人，包括如上实施例二所述的仿生手。

本实施例的仿生机器人，由于采用了上述实施例二所述的仿生手，因此能够模拟出更加精细的手部动作，从而执行更复杂的任务。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、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至少一个该特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种大拇指旋转机构，其特征在于，包括大拇指安装座和转动件，所述大拇指安装座的第一端用于连接仿生大拇指，所述大拇指安装座的第二端与所述转动件可转动连接，所述转动件的轴向垂直于所述大拇指安装座，所述转动件能够在外力的驱动下转动，以驱动所述大拇指安装座绕所述转动件的轴向旋转。

2.根据权利要求1所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述大拇指安装座的第二端设有垂直于所述大拇指安装座的凸台，所述转动件的轴向方向上设有凹陷部，所述大拇指安装座与所述转动件通过所述凸台与所述凹陷部的配合实现传动。

3.根据权利要求2所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述凸台的外表面包括至少一个第一平面，所述凹陷部的内表面包括至少一个第二平面，所述凸台与所述凹陷部通过所述第一平面和第二平面的配合实现传动。

4.根据权利要求2所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述凸台的外表面设有外螺纹，所述凹陷部的内表面设有内螺纹，所述凸台与所述凹陷部通过所述外螺纹和内螺纹的配合实现传动。

5.根据权利要求2所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述凸台的外表面设有多个凸起，所述凹陷部的内表面设有多个凹槽，多个所述凸起与多个所述凹槽一一配合以使所述凸台与所述凹陷部实现传动。

6.根据权利要求2-5中任一所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述转动件包括齿轮、第一支撑台和第二支撑台，所述第一支撑台设置在所述齿轮和所述第二支撑台之间，所述凹陷部贯穿所述齿轮且延伸至部分所述第一支撑台内。

7.根据权利要求6所述的大拇指旋转机构，其特征在于，还包括支撑座，所述第二支撑台设置在所述支撑座上。

8.根据权利要求7所述的大拇指旋转机构，其特征在于，还包括锁紧件，所述锁紧件包括螺帽和螺柱，所述螺柱远离所述螺帽的一端设有外螺纹；所述大拇指安装座上设有贯穿所述凸台的第一通孔，所述转动件的轴向上设有第二通孔，所述支撑座上设有贯穿所述支撑座的第三通孔，所述第三通孔的内表面设有内螺纹，所述螺帽抵顶在所述第一通孔的外侧壁上，所述螺柱依次穿过所述第一通孔和第二通孔后与所述第三通孔螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述大拇指安装座背离所述凸台的一侧还设有第一轴承安装座，所述第一轴承安装座与所述第一通孔相连通，所述第一轴承安装座内设有第一轴承；所述支撑座朝向所述第二支撑台的一侧设有第二轴承安装座，所述第二轴承安装座与所述第三通孔相连通，所述第二轴承安装座内设有第二轴承，所述第二支撑台朝向所述第二轴承的一端抵接在所述第二轴承的内圈上。

10.根据权利要求9所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述第一轴承与所述第一轴承安装座过盈连接；所述第二轴承与所述第二轴承安装座过盈连接。

11.根据权利要求1所述的大拇指旋转机构，其特征在于，所述大拇指安装座的第一端设有两个相对设置的连接板，所述连接板上设有第一连接孔，两个所述第一连接孔同轴设置，且所述第一连接孔的轴线与所述转动件的轴线相交；所述大拇指安装座的第一端还设有贯穿所述大拇指安装座的第二连接孔，所述第二连接孔的轴线与所述转动件的轴线相交。

12.一种仿生手，其特征在于，包括仿生手掌以及连接在所述仿生手掌上的仿生大拇指，所述仿生大拇指与所述仿生手掌通过如权利要求1-11中任一所述的大拇指旋转机构相连接。

13.一种仿生机器人，其特征在于，包括如权利要求12所述的仿生手。

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