CN112976035A - 一种灵巧手指和机械夹爪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种灵巧手指和机械夹爪；灵巧手指包括手指本体；还包括指根关节，所述指根关节包括：两个同轴设置的第一锥齿轮，两个分别用于驱动两个所述第一锥齿轮转动的第一电机，摆架，两个第二锥齿轮和第二电机；第二锥齿轮同轴设置且与两个第一锥齿轮啮合；其中一个第二锥齿轮与摆架固定连接，另一个第二锥齿轮与摆架转动连接；第二电机用于驱动手指本体转动；第一锥齿轮的中轴线、第二锥齿轮的中轴线和第二电机的转轴轴线两两垂直地相交于同一点；机械夹爪包括所述灵巧手指；该灵巧手指和机械夹爪的灵活性好，可在指根位置固定的情况下保持指尖全向垂直接触被操作物体，有利于实现被操作物体在手内自由定向和平移。

Description

一种灵巧手指和机械夹爪

技术领域

本发明涉及机械夹爪技术领域，尤其涉及一种灵巧手指和机械夹爪。

背景技术

现有的仿生机械手指,如图7所示，一般包括多个指节1’， 任意两个相邻的指节1’之间以及指根处均设置有一个手指关节2’，其中，所有手指关节2’的转动轴向是平行的，在手指根部位置固定的情况下，机械手指只能在同一平面内弯曲摆动，灵活性较差，使用该机械手指制成的机械夹爪一般只能实现简单的抓握动作，而无法实现夹取物体后使物体在手内旋转定向。为了实现夹取物体后使物体在手内旋转定向，一般会采用如图8所示的结构，把多个机械手指3’设置在一个转动机构4’上，由转动机构4’带动机械手指3’整体地绕一个中轴线转动，从而由多个机械手指3’负责夹取物体，由转动机构4’驱动所有机械手指3’转动以带动物体在手内旋转定向。然而这种转动机构4’需要占用较大的安装空间，适用范围受限。若仅依靠控制机械手指本身的手指关节的转动就能够实现被夹取物体在机械夹爪中的手内旋转定向，则有利于降低机械夹爪的安装空间，提高适用范围。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本申请实施例的目的在于提供一种灵巧手指和机械夹爪，该灵巧手指的灵活性好，有利于使机械夹爪仅依靠灵巧手指本身的关节转动来实现被夹取物体在手内旋转定向。

第一方面，本申请实施例提供一种灵巧手指，包括手指本体，所述手指本体包括多个指节，任意两个相邻的指节之间设置有一个第一关节；还包括指根关节，所述指根关节包括：

两个第一锥齿轮，同轴相对设置；

两个第一电机，分别与两个所述第一锥齿轮连接，并分别用于驱动两个所述第一锥齿轮转动；

摆架，其下端设置有两个第二锥齿轮，两个所述第二锥齿轮同轴相对设置，且均与两个所述第一锥齿轮啮合；其中一个第二锥齿轮与所述摆架固定连接，另一个第二锥齿轮与所述摆架转动连接；

第二电机，设置在所述摆架上并与所述手指本体连接；所述第二电机用于驱动所述手指本体转动；

所述第一锥齿轮的中轴线、所述第二锥齿轮的中轴线和所述第二电机的转轴轴线两两垂直地相交于同一点；所述第一关节的转动轴向与所述第二电机的转轴轴线成一夹角。

本申请实施例的灵巧手指，指根关节采用了差速啮合结构，可带动摆架向任意方向摆动，从而带动手指本体整体向任意方向摆动，提高了灵巧手指的灵活性，在此基础上，通过第二电机可进一步实现手指本体的整体转动，从而进一步提高了灵巧手指的灵活性；具有多个该灵巧手指的机械夹爪，即使指根关节的位置固定，也能够通过仅依靠灵巧手指本身的关节转动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低机械夹爪的安装空间，提高适用范围。

优选地，所述第一关节的转动轴向与所述第二电机的转轴垂直。

优选地，所述手指本体包括三个所述指节和两个所述第一关节，所述第二电机与其中一端的指节连接。

优选地，所述手指本体上设置有两个相互平行的连接端板，所述第二电机的转轴两端分别与两个所述连接端板连接。

优选地，所述摆架包括底板、设置在所述底板上的第一安装槽、以及两个平行地连接在所述底板下侧的齿轮连接板；所述第一安装槽与所述第二电机相适配，所述第二电机嵌入所述第一安装槽中；两个所述第二锥齿轮分别设置在两个所述齿轮连接板上。

优选地，所述指根关节还包括固定安装架，所述第一电机固定在所述固定安装架中。

优选地，所述固定安装架包括两个第二安装槽和连接在两个所述第二安装槽之间的连接架；两个所述第一电机分别嵌入两个所述第二安装槽中。

优选地，所述第一关节包括第三电机，所述第三电机固定在所述第一关节所连接的其中一个指节中，所述第一关节所连接的另一个指节的端部设置有铰链板，所述第三电机的转轴与所述铰链板连接。

优选地，所述指节的端部平行地设置有两个所述铰链板，所述第三电机的转轴两端分别与两个所述铰链板连接。

第二方面，本申请实施例提供一种机械夹爪，包括所述的灵巧手指。

有益效果：

本申请实施例提供的一种灵巧手指和机械夹爪，指根关节采用了差速啮合结构，可带动摆架向任意方向摆动，从而带动手指本体整体向任意方向摆动，提高了灵巧手指的灵活性，在此基础上，通过第二电机可进一步实现手指本体的整体转动，从而进一步提高了灵巧手指的灵活性；具有多个该灵巧手指的机械夹爪，即使指根关节的位置固定，也能够通过仅依靠灵巧手指本身的关节转动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低机械夹爪的安装空间，提高适用范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的灵巧手指的立体图。

图2为本发明实施例提供的灵巧手指中，手指本体的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的灵巧手指中，固定安装架的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的灵巧手指中，指根关节的爆炸图。

图5为本发明实施例提供的一种机械夹爪的结构示意图。

图6为本发明实施例提供的一种机械夹爪中，灵巧手指的结构示意图。

图7为现有的仿生机械手指的结构示意图。

图8为现有的一种机械夹爪的结构示意图。

标号说明：1、手指本体；101、连接端板；2、指节；201、指尖；202、根部指节；203、中间指节；204、定位腔；205、侧壁板；3、第一关节；301、铰链板；4、指根关节；5、第一锥齿轮；6、第一电机；7、摆架；701、底板；702、第一安装槽；703、齿轮连接板；704、凸台结构；8、第二锥齿轮；9、第二电机；10、固定安装架；1001、第二安装槽；1002、连接架；1003、侧槽板；1004、底槽板；1005、第一臂；1006、第二臂；1007、轴承；1008、L型支座；100、灵巧手指；200、底座。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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”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所述特征。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。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1-4，本申请实施例提供的一种灵巧手指100，包括手指本体1，所述手指本体1包括多个指节2，任意两个相邻的指节2之间设置有一个第一关节3；还包括指根关节4，所述指根关节4包括：

两个第一锥齿轮5，同轴相对设置；

两个第一电机6，分别与两个所述第一锥齿轮5连接，并分别用于驱动两个所述第一锥齿轮5转动；

摆架7，其下端设置有两个第二锥齿轮8，两个所述第二锥齿轮8同轴相对设置，且均与两个所述第一锥齿轮5啮合（具体地，两个第一锥齿轮5和两个第二锥齿轮8呈 “十”字状排布）；其中一个第二锥齿轮8与所述摆架7固定连接，另一个第二锥齿轮8与所述摆架7转动连接；

第二电机9，设置在所述摆架7上并与所述手指本体1连接；所述第二电机9用于驱动所述手指本体1转动；

所述第一锥齿轮5的中轴线、所述第二锥齿轮8的中轴线和所述第二电机9的转轴轴线两两垂直地相交于同一点；所述第一关节3的转动轴向与所述第二电机9的转轴轴线成一夹角。

该灵巧手指100，指根关节4采用了差速啮合结构，可带动摆架7向任意方向摆动，从而带动手指本体1整体向任意方向摆动，提高了灵巧手指100的灵活性，在此基础上，通过第二电机9可进一步实现手指本体1的整体转动，从而进一步提高了灵巧手指100的灵活性；具有多个该灵巧手指100的机械夹爪，即使指根关节4的位置固定，也能够通过仅依靠灵巧手指100本身的关节转动来实现被夹取物体在手内旋转定向，从而有利于降低机械夹爪的安装空间，提高适用范围。

例如图5、6所示的机械夹爪，包括两个灵巧手指100和底座200（其中底座200不限于采用图4所示的结构），灵巧手指100的指根关节4固定设置在底座200上，且两个灵巧手指100的指根关节4对称设置，当两个灵巧手指100用指尖夹持物体时，在底座200固定不动的情况下，可通过控制各第一关节3和指根关节4的转动来实现被夹持物体在手内旋转定向（指尖沿如图6中的圆形轨迹移动），且在旋转过程中可通过调整指尖的朝向以保证指尖始终垂直地压在物体表面，并保持指尖与物体的接触位置不变，避免由于物体与指尖发生相对滑动而导致操作精度下降（指尖位置可通过机械夹爪的控制器内部程序计算得到，若物体与指尖发生相对滑动，则还需要精确计算相对滑动的方向和距离才能保证操作精度，导致控制困难，而且相对滑动的方向和距离计算会存在误差，从而降低操作精度）。

优选地，所述第一关节3的转动轴向与所述第二电机9的转轴垂直。从而第一关节3的转动与第二电机9的转动之间是解耦的，有利于简化控制逻辑，对该灵巧手指100的控制更加方便精准。

其中，手指本体1中的指节2数量可根据需要设置，第一关节3的数量根据指节2的数量对应设置。在本实施例中，见图1，所述手指本体1包括三个所述指节2和两个所述第一关节3，所述第二电机9与其中一端的指节2连接。

以图1、2为例，三个指节2分别为最上端的指尖201、最下端的根部指节202、以及位于指尖201和根部指节202之间的中间指节203，其中根部指节202与第二电机9连接。设置三个指节2和两个第一关节3，配合指根关节4，可较好地实现指尖全向垂直接触被操作物体，且不会因为指节2过多而导致结构复杂、重量过大。

在一些优选实施方式中，见图1，所述手指本体1上设置有两个相互平行的连接端板101，所述第二电机9的转轴两端分别与两个所述连接端板101连接。与只通过一个连接端板101连接的方式相比，用两个连接端板101连接第二电机9的转轴两端，连接强度更大，连接端板101更不易受力变形而导致手指本体1与第二电机9之间的相对位置发生变化，从而更有利于保证对手指位置的控制精度。对于图2所示的手指本体1，连接端板101设置在根部指节202上。

在本实施例中，见图4，所述摆架7包括底板701、设置在所述底板701上的第一安装槽702、以及两个平行地连接在所述底板701下侧的齿轮连接板703；所述第一安装槽702与所述第二电机9相适配，所述第二电机9嵌入所述第一安装槽702中；两个所述第二锥齿轮8分别设置在两个所述齿轮连接板703上。该结构的摆架7与第二电机9之间的连接可靠、结构紧凑。但摆架7的结构不限于此。

其中，一个第二锥齿轮8通过轴承与对应的齿轮连接板703连接，以降低摩擦；另一个第二锥齿轮8与对应的齿轮连接板703之间可采用焊接、胶接、螺钉连接等方式固定连接，以便在第二锥齿轮8在转动时带动摆架7摆动。

其中，底板701上远离第二电机9的转轴的一侧设置有凸台结构704，第一安装槽702设置在该凸台结构704上；从而第二电机9的转轴下端与底板701之间具有间隙，以便连接端板101从该间隙处伸入与第二电机9的转轴下端连接。

在一些优选实施方式中，所述指根关节4还包括固定安装架10，所述第一电机6固定在所述固定安装架10中，以保证整个灵巧手指100的整体性，保证在灵巧手指100单独存储、运输的过程中的结构完整性。

进一步的，见图1、3，所述固定安装架10包括两个第二安装槽1001和连接在两个所述第二安装槽1001之间的连接架1002；两个所述第一电机6分别嵌入两个所述第二安装槽1001中。在本实施例中，第一电机6的转轴直接与第一锥齿轮5连接，以简化结构，通过第二安装槽1001可实现对第一电机6的定位，保证两个第一锥齿轮5的同轴度。

在一些实施方式中，见图3，第一电机6为长方体状；第二安装槽1001由三个侧槽板1003和底槽板1004组成，三个侧槽板1003和底槽板1004围成与第一电机6相适配的定位槽腔，第一电机6嵌入该定位槽腔中。其中，连接架1002包括两个相互平行的第一臂1005和垂直连接在两个第一臂1005之间的第二臂1006，其中两个第一臂1005分别与两个第二安装槽1001固定连接。在一些优选实施方式中，第一臂1005上设置有轴承1007，该轴承1007上的轴承孔与第一电机6的转轴同轴设置，第一锥齿轮5的齿轮轴穿过该轴承1007上的轴承孔；从而可保证第一电机6转轴与第一锥齿轮5的同轴度，还可由轴承1007来承受来自第一锥齿轮5的横向力，避免横向力传递到第一电机6处使其转轴变形，进而保证位置控制精度。进一步的，连接架1002还包括两个设置在两个第一臂1005外侧的L型支座1008，第二安装槽1001设置在L型支座1008上。

具体地，见图2，所述第一关节3包括第三电机302，所述第三电机302固定在所述第一关节3所连接的其中一个指节2中，所述第一关节3所连接的另一个指节2的端部设置有铰链板301，所述第三电机的转轴与所述铰链板301连接。优选地，所述指节2的端部平行地设置有两个所述铰链板301，所述第三电机的转轴两端分别与两个所述铰链板301连接；与仅通过一个铰链板301连接的方式相比，用两个铰链板301连接第三电机的转轴两端，连接强度更大，铰链板301更不易受力变形，从而更有利于保证对手指位置的控制精度。

在一些优选实施方式中，见图2，设置有第三电机302的指节2（例如图2中的根部指节202和中间指节203）具有一个与第三电机302相适配的的定位腔204，所述第三电机302嵌入所述定位腔204内，第三电机302上设置有转轴的一端伸出所述定位腔204。从而手指本体1的结构紧凑、简单，而且由于定位腔204的定位装置，在装配时只需直接把第三电机302放入定位腔204并用螺丝固定即可，装配操作简单、快捷。在本实施例中，第三电机302为长方体状，设置有定位腔204的指节2由四个侧壁板205和底壁板（图中没画）组成，四个侧壁板205和底壁板围成开口朝上的长方体状定位腔204；从而可进一步降低手指本体1的结构复杂度和重量。

在图2中，指尖201由三个侧壁板205和底壁板（图中没画）组成，其中一个侧壁板205用于接触被夹取的物体，另外两个侧壁板205成三角形，可进一步降低手指本体1的重量。

请参阅图5、6，本申请实施例提供一种机械夹爪，包括所述的灵巧手指100。

在一些实施方式中，该机械夹爪还包括底座200，灵巧手指100的指根关节4固定设置在底座200上。

在一些实施方式中，见图2，灵巧手指100设置有两个，两个灵巧手指100的指根关节4对称设置。

实际应用中，灵巧手指100不限于设置两个，其数量可根据实际需要设置。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims (10)

1.一种灵巧手指，包括手指本体（1），所述手指本体（1）包括多个指节（2），任意两个相邻的指节（2）之间设置有一个第一关节（3）；还包括指根关节（4），其特征在于，所述指根关节（4）包括：

两个第一锥齿轮（5），同轴相对设置；

两个第一电机（6），分别与两个所述第一锥齿轮（5）连接，并分别用于驱动两个所述第一锥齿轮（5）转动；

摆架（7），其下端设置有两个第二锥齿轮（8），两个所述第二锥齿轮（8）同轴相对设置，且均与两个所述第一锥齿轮（5）啮合；其中一个第二锥齿轮（8）与所述摆架（7）固定连接，另一个第二锥齿轮（8）与所述摆架（7）转动连接；

第二电机（9），设置在所述摆架（7）上并与所述手指本体（1）连接；所述第二电机（9）用于驱动所述手指本体（1）转动；

所述第一锥齿轮（5）的中轴线、所述第二锥齿轮（8）的中轴线和所述第二电机（9）的转轴轴线两两垂直地相交于同一点；所述第一关节（3）的转动轴向与所述第二电机（9）的转轴轴线成一夹角。

2.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述第一关节（3）的转动轴向与所述第二电机（9）的转轴垂直。

3.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述手指本体（1）包括三个所述指节（2）和两个所述第一关节（3），所述第二电机（9）与其中一端的指节（2）连接。

4.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述手指本体（1）上设置有两个相互平行的连接端板（101），所述第二电机（9）的转轴两端分别与两个所述连接端板（101）连接。

5.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述摆架（7）包括底板（701）、设置在所述底板（701）上的第一安装槽（702）、以及两个平行地连接在所述底板（701）下侧的齿轮连接板（703）；所述第一安装槽（702）与所述第二电机（9）相适配，所述第二电机（9）嵌入所述第一安装槽（702）中；两个所述第二锥齿轮（8）分别设置在两个所述齿轮连接板（703）上。

6.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述指根关节（4）还包括固定安装架（10），所述第一电机（6）固定在所述固定安装架（10）中。

7.根据权利要求6所述的灵巧手指，其特征在于，所述固定安装架（10）包括两个第二安装槽（1001）和连接在两个所述第二安装槽（1001）之间的连接架（1002）；两个所述第一电机（6）分别嵌入两个所述第二安装槽（1001）中。

8.根据权利要求1所述的灵巧手指，其特征在于，所述第一关节（3）包括第三电机，所述第三电机固定在所述第一关节（3）所连接的其中一个指节（2）中，所述第一关节（3）所连接的另一个指节（2）的端部设置有铰链板（301），所述第三电机的转轴与所述铰链板（301）连接。

9.根据权利要求8所述的灵巧手指，其特征在于，所述指节（2）的端部平行地设置有两个所述铰链板（301），所述第三电机的转轴两端分别与两个所述铰链板（301）连接。

10.一种机械夹爪，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的灵巧手指（100）。

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