CN114347074A - 机械手指及应用该机械手指的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械手指及应用该机械手指的机器人，该机械手指包括驱动件、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构及从动件，第一连杆机构设于驱动件的驱动端，第二连杆机构转动连接第一连杆机构，第三连杆机构与第二连杆机构转动连接，从动件转动连接第二连杆机构和第三连杆机构；其中，驱动件的驱动端能够驱动第一连杆机构中的至少部分连杆动作，并通过第一连杆机构使得第二连杆机构、第三连杆机构及从动件配合模拟手指弯曲或伸直的动作。本发明通过上述技术方案能够简化机械手指的结构，并提高机械手指的使用寿命。

Description

机械手指及应用该机械手指的机器人

技术领域

本发明涉及机械仿生技术领域，特别是涉及一种机械手指及应用该机械手指的机器人。

背景技术

机械手指是一种仿生机械装置，其能够模拟人的手指进行工作，并能够达到安全生产及提高工作效率的目的。现有机械手指大多采用同步带轮与圆锥齿轮相结合的方案，其结构非常复杂，装配困难，且随着使用时间的增长，同步带会被拉长，进而导致传动精度变差，使用寿命严重缩短，有待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机械手指及应用该机械手指的机器人，能够简化结构、提升使用寿命。

本发明提供一种机械手指，包括：

驱动件，具有驱动端；

第一连杆机构，设于驱动端；

第二连杆机构，转动连接第一连杆机构，第一连杆机构用于带动第二连杆机构绕第一连杆机构转动；

第三连杆机构，与第二连杆机构转动连接，第二连杆机构用于带动第三连杆机构绕第二连杆机构转动；

从动件，转动连接第二连杆机构和第三连杆机构；

其中，驱动件的驱动端能够驱动第一连杆机构中的至少部分连杆动作，使得第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构及从动件配合模拟手指弯曲或伸直的动作。

在其中一种实施方式中，第一连杆机构包括第一连杆、第二连杆及第三连杆；

第一连杆的第一端连接驱动端，第一连杆的第二端连接第二连杆的第一端，第三连杆固定于驱动件，第二连杆的第二端及第三连杆的第二端均转动连接第二连杆机构；

其中，驱动端能够驱动第一连杆往复摆动，以通过第二连杆带动第二连杆机构绕第三连杆的第二端转动。

在其中一种实施方式中，第三连杆的第一端转动连接第一连杆的第一端。

在其中一种实施方式中，第二连杆机构包括第四连杆、第五连杆、第六连杆及第七连杆；

第四连杆、第五连杆、第六连杆及第七连杆依次转动连接，且第三连杆的第二端转动连接第四连杆与第七连杆的连接处，第二连杆的第二端转动连接第四连杆的杆身；

其中，第二连杆能够带动第四连杆绕第三连杆的第二端转动，以通过第五连杆带动第六连杆绕第七连杆转动，进而带动第七连杆绕第三连杆的第二端转动。

在其中一种实施方式中，第七连杆靠近第三连杆的一端设有限位部；

其中，在第七连杆绕第三连杆转动预设角度后，限位部抵接第三连杆，进而限制第七连杆进一步转动。

在其中一种实施方式中，第六连杆包括固定连接的第一支部及第二支部，且第一支部的延伸方向与第二支部的延伸方向互成角度；

第一支部远离第二支部的一端转动连接第五连杆，第一支部与第二支部的连接处转动连接第七连杆；

其中，在第五连杆的带动下，第一支部带动第二支部绕第七连杆转动，使得第三连杆机构和从动件随第二支部转动。

在其中一种实施方式中，第三连杆机构包括第八连杆、第九连杆及第十连杆；

第九连杆的第一端转动连接于第六连杆和第七连杆的连接处，第九连杆的第二端转动连接第十连杆的第一端，第十连杆的第二端转动连接从动件，第八连杆的第一端转动连接第四连杆的杆身，第二端转动连接第九连杆的杆身；

其中，第四连杆能够通过第八连杆带动第九连杆绕第六连杆和第七连杆的连接处转动，第九连杆能够通过第十连杆带动从动件绕第二支部摆动。

在其中一种实施方式中，在模拟手指伸直动作的状态下，第二支部的延伸方向平行于第七连杆的延伸方向，并且第一支部与第九连杆重叠。

在其中一种实施方式中，驱动件为舵机。

本发明提供的机械手指，驱动件能够通过驱动第一连杆机构中的至少部分连杆转动，使得第一连杆机构带动第二连杆机构转动，第二连杆机构带动第三连杆机构转动，第三连杆机构及第二连杆机构带动从动件转动，从而第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构及从动件之间的角度实现可调，从动件、第三连杆机构及第二连杆机构能够分别模拟上指节、中指节及下指节运动，进而模拟手指的弯曲或伸直动作，从而能够完成相应工况中的动作需求；其中，机械手指通过连杆机构简化了自身结构，便于生产及装配，且各连杆机构在使用过程中受到单位面积上的压力较小，进而损耗较小，机械手指不会因长期使用而导致传动精度受损，提高使用寿命。

本发明还提供一种机器人，该机器人包括上述的机械手指。

本发明提供的机器人，通过设置上述的机械手指能够简化安装，提高使用寿命，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明机械手指一实施例的结构示意图；

图2为图1所示机械手指中第一连杆机构的结构示意图；

图3为图1所示机械手指中第二连杆机构的结构示意图；

图4为图1所示机械手指中第三连杆机构的结构示意图；

图5为图1所示机械手指处于伸直状态的结构示意图；

图6为图1所示机械手指处于最大弯曲状态的结构示意图；

图7为本发明机器人一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

100、机械手指；10、驱动件；11、驱动端；20、第一连杆机构；21、第一连杆；22、第二连杆；23、第三连杆；30、第二连杆机构；31、第四连杆；32、第五连杆；33、第六连杆；331、第一支部；332、第二支部；34、第七连杆；341、限位部；40、第三连杆机构；41、第八连杆；42、第九连杆；43、第十连杆；50、从动件；200、机器人。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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。

为解决现有技术中机械手指结构复杂及传动精度日益衰减的技术问题，本发明提供一种机械手指，该机械手指包括驱动件、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构及从动件，驱动件具有驱动端，第一连杆机构设于驱动端，第二连杆机构转动连接第一连杆机构，第一连杆机构用于带动第二连杆机构绕第一连杆机构转动；第三连杆机构与第二连杆机构转动连接，第二连杆机构用于带动第三连杆机构绕第二连杆机构转动；从动件转动连接第二连杆机构和第三连杆机构；其中，驱动件的驱动端能够驱动第一连杆机构中的至少部分连杆动作，并通过第一连杆机构使得第二连杆机构、第三连杆机构及从动件配合模拟手指弯曲或伸直的动作。以下进行详细阐述。

请参阅图1，图1为本发明机械手指一实施例的结构示意图。本发明提供一种机械手指100，机械手指100运动灵活，其能够模仿人的手指进行工作，从而代替人进行繁重劳作，实现生产的机械化及自动化，且能够在有害环境下工作，进而保护人的安全。

在本实施方式中，机械手指100应用于机械制造领域，设置在设备生产系统中；可以理解，在其他实施方式中，机械手指100也可应用于医疗、冶金、电子、轻工或原子能等领域，并不做具体的限定。

机械手指100包括驱动件10、第一连杆机构20、第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50，驱动件10连接第一连杆机构20，第二连杆机构30连接第一连杆机构20及第三连杆机构40，从动件50连接第二连杆机构30及第三连杆机构40。驱动件10为各连杆机构的运动提供驱动力，第一连杆机构20用于传递驱动件10的驱动力，第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50分别用于模拟下指节、中指节及上指节，以模拟手指弯曲或伸直的动作。

在本实施方式中，驱动件10选取为舵机，舵机传动可靠，且传动精准，其能够精确控制第三连杆机构40、第二连杆机构30及从动件50之间的转动角度，使得机械手指100精准模拟人的手指动作，利于机械手指100的使用；可以理解，在其他实施方式中，驱动件10也可选取为电机、气缸等其他类型的驱动源，只要能够达到上述效果即可。

值得说明的是，第一连杆机构20、第二连杆机构30及第三连杆机构40中的各个连杆均具有第一端及相对第一端的第二端。

请一并参阅图2，图2为图1所示机械手指中第一连杆机构的结构示意图。第一连杆机构20包括第一连杆21、第二连杆22及第三连杆23，第一连杆21及第二连杆22用于传递驱动件10的驱动力，第三连杆23用于支撑第二连杆机构30。具体地，第一连杆21的第一端连接驱动件10的驱动端11，第一连杆21的第二端连接第二连杆22的第一端，第三连杆23相对驱动件10固定设置，第二连杆22的第二端及第三连杆23的第二端均转动连接第二连杆机构30；其中，驱动件10的驱动端11能够驱动第一连杆21往复摆动，从而第一连杆21能够带动第二连杆22运动，第二连杆22能够推动或拉动第二连杆机构30绕第三连杆23的第二端转动，以实现第二连杆机构30的角度调节。

在本实施方式中，第三连杆23直接固定于驱动件10，第三连杆23与驱动件10之间可通过螺纹紧固件或卡接等方式进行连接，从而方便第三连杆23的拆卸更换，利于机械手指100的检修；可以理解，在其他实施方式中，根据不同工况，第三连杆23也可间接固定于驱动件10，例如，第三连杆23可固定于外部支架或基座，从而相对驱动件10固定。

在本实施方式中，第三连杆23的第一端转动连接第一连杆21的第一端，从而使得第三连杆23的第一端搭接与驱动件10的驱动端11，进一步有利于第三连杆23相对驱动件10稳固设置，提升机械手指100的可靠性；可以理解，在其他实施方式中，第三连杆23的第一端也可不连接驱动端11及第一连杆21，只要能够确保第三连杆23相对驱动件10固定即可。

请一并参阅图3，图3为图1所示机械手指中第二连杆机构的结构示意图。第二连杆机构30包括第四连杆31、第五连杆32、第六连杆33及第七连杆34，第四连杆31的第一端转动连接第三连杆23的第二端，第四连杆31的第二端转动连接第五连杆32的第一端，第五连杆32的第二端转动连接第六连杆33的第一端，第七连杆34的第一端转动连接第三连杆23的第二端，第七连杆34的第二端转动连接第六连杆33的杆身，其中，第二连杆22的第二端转动连接第四连杆31的杆身，在第二连杆22的推动或拉动下，第四连杆31能够绕第三连杆23的第二端转动，第四连杆31通过第五连杆32带动第六连杆33绕第七连杆34转动，并进一步带动第七连杆34绕第三连杆23的第二端转动，从而实现第二连杆机构30相对第一连杆机构20的角度调节，即第二连杆机构30能够模拟下指节动作。

在本实施方式中，第七连杆34靠近第三连杆23的第一端设有限位部341，在第七连杆34绕第三连杆23转动预设角度后，限位部341抵接第三连杆23，进而达到限位第七连杆34进一步转动的目的，使得第二连杆机构30能够模拟下指节弯曲至最大角度，确保机械手指100精准模拟手指运动；可以理解，在其他实施方式中，机械手指100也可设置限位机构以替代限位部341，只要能够达到上述目的即可。

第六连杆33包括相互固定连接的第一支部331及第二支部332，第一支部331的延伸方向与第二支部332的延伸方向互成角度，第一支部331远离第二支部332的一端转动连接第五连杆32的第二端，第一支部331与第二支部332的连接处转动连接第七连杆34，其中，在第五连杆32的带动下，第一支部331带动第二支部332绕第七连杆34转动，并使得第三连杆机构40和从动件50随第二支部332转动，从而在完成第二连杆机构30角度调整的同时，带动第三连杆机构40及从动件50调整角度，使得第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50协同配合，以模拟手指的弯曲或伸直动作。

在本实施方式中，第一支部331与第二支部332为一体成型结构，采用一体成型能够使得第一支部331与第二支部332具有较好的连接稳定性，进一步有利于机械手指100稳定传动；可以理解，在其他实施方式中，第一支部331与第二支部332也可采用分体结构，并通过焊接或卡接等方式固定，只要能够达到上述稳定传动的目的即可。

在本实施方式中，第一支部331与第二支部332的夹角角度为钝角，即第二支部332与第二连杆机构30呈钝角设置；可以理解，在其他实施方式中，根据各连杆的长度改变，第一支部331与第二支部332也可呈其他角度设置，并不做具体的限定。

请一并参阅图4，图4为图1所示机械手指中第三连杆机构的结构示意图。第三连杆机构40包括第八连杆41、第九连杆42及第十连杆43，第九连杆42的第一端转动连接第六连杆33和第七连杆34的连接处，第九连杆42的第二端转动连接第十连杆43的第一端，第十连杆43的第二端转动连接从动件50，第八连杆41的第一端转动连接第四连杆31的杆身，第八连杆41的第二端转动连接第九连杆42的杆身；其中，第四连杆31能够通过第八连杆41带动第九连杆42绕第六连杆33和第七连杆34的连接处转动，第九连杆42能够通过第十连杆43带动从动件50绕第二支部332摆动，从而第二连杆机构30通过第四连杆31带动第三连杆机构40及从动件50实现角度调整，使得第三连杆机构40及从动件50分别能够模拟中指节及上指节动作。

具体地，第二支部332远离第一支部331的一端转动连接从动件50，第二支部332与第十连杆43共同带动从动杆摆动。在本实施方式中，第十连杆43的长度大于第二支部332的长度；可以理解，在其他实施方式中，根据从动件50形状的改变，第十连杆43的长度也可小于第二支部332的长度。

在本实施方式中，从动件50为不规则四边形；可以理解，在其他实施方式中，从动件50也可为其他规则或不规则形状。

请一并参阅图5，图5为图1所示机械手指处于伸直状态的结构示意图。本发明的机械手指100模拟手指伸直的过程大致如下：

驱动件10的驱动端11驱动第一连杆21顺时针摆动，第一连杆21通过第二连杆22拉动第四连杆31绕第三连杆23顺时针转动，第四连杆31带动第六连杆33转动，同时第四连杆31通过第八连杆41拉动第九连杆42绕第七连杆34顺时针转动，第六连杆33与第十连杆43共同带动从动件50顺时针转动，从而第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50相互之前的角度逐渐变大，直至变为平角，机械手指100处于模拟手指伸直的状态下，且此时第二支部332的延伸方向平行于第七连杆34的延伸方向，第一支部331与第九连杆42相重叠，从而减小了连杆的空间占位，有利于减小机械手指100的体积，使得机械手指100能够在较小空间的环境下工作。

请一并参阅图6，图6为图1所示机械手指处于最大弯曲状态的结构示意图。本发明的机械手指模100拟手指弯曲的过程大致如下：

驱动件10的驱动端11驱动第一连杆21逆时针摆动，第一连杆21通过第二连杆22推动第四连杆31绕第三连杆23逆时针转动，第四连杆31带动第六连杆33转动，同时第四连杆31通过第八连杆41推动第九连杆42绕第七连杆34逆时针转动，第六连杆33与第十连杆43共同带动从动件50逆时针转动，从而第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50相互之间的角度逐渐减小，直至第七连杆34上的限位部341抵接第三连杆23，第七连杆34无法进一步转动，机械手指100处于模拟手指弯曲至最大程度的状态。

本发明提供的机械手指100，驱动件10能够通过驱动第一连杆机构20中的至少部分连杆转动，使得第一连杆机构20带动第二连杆机构30转动，第二连杆机构30带动第三连杆机构40转动，第三连杆机构40及第二连杆机构30带动从动件50转动，从而第一连杆机构20、第二连杆机构30、第三连杆机构40及从动件50之间的角度实现可调，从动件50、第三连杆机构40及第二连杆机构30能够分别模拟上指节、中指节及下指节运动，进而模拟手指的弯曲或伸直动作，从而能够完成相应工况中的动作需求；其中，机械手指100通过连杆机构简化了传动结构，便于生产及装配，且各连杆机构在使用过程中受到单位面积上的压力较小，进而损耗较小，机械手指100不会因长期使用而导致传动精度受损，提高使用寿命。

请一并参阅图7，图7为本发明机器人一实施例的结构示意图。本发明还提供一种机器人200，该机器人200包括上述的机械手指100。其中，机器人200可以是人形机器人、机械臂或智能机器人等，对应地，机械手指100可以是应用于人形机器人、机械臂或智能机器人的手指等。

本发明提供的机器人，通过设置上述的机械手指能够简化安装，提高使用寿命，具有较好的应用前景。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”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。

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 (10)

1.一种机械手指，其特征在于，包括：

驱动件，具有驱动端；

第一连杆机构，设于所述驱动端；

第二连杆机构，转动连接所述第一连杆机构，所述第一连杆机构用于带动所述第二连杆机构绕所述第一连杆机构转动；

第三连杆机构，与所述第二连杆机构转动连接，所述第二连杆机构用于带动所述第三连杆机构绕所述第二连杆机构转动；

从动件，转动连接所述第二连杆机构和所述第三连杆机构；

其中，所述驱动件的所述驱动端能够驱动所述第一连杆机构中的至少部分连杆动作，并通过所述第一连杆机构使得所述第二连杆机构、所述第三连杆机构及所述从动件配合模拟手指弯曲或伸直的动作。

2.如权利要求1所述的机械手指，其特征在于，所述第一连杆机构包括第一连杆、第二连杆及第三连杆；

所述第一连杆的第一端连接所述驱动端，所述第一连杆的第二端连接所述第二连杆的第一端，所述第三连杆固定于所述驱动件，所述第二连杆的第二端及所述第三连杆的第二端均转动连接所述第二连杆机构；

其中，所述驱动端能够驱动所述第一连杆往复摆动，以通过所述第二连杆带动所述第二连杆机构绕所述第三连杆的第二端转动。

3.如权利要求2所述的机械手指，其特征在于，所述第三连杆的第一端转动连接所述第一连杆的第一端。

4.如权利要求2所述的机械手指，其特征在于，所述第二连杆机构包括第四连杆、第五连杆、第六连杆及第七连杆；

所述第四连杆、所述第五连杆、所述第六连杆及所述第七连杆依次转动连接，且所述第三连杆的第二端转动连接所述第四连杆与第七连杆的连接处，所述第二连杆的第二端转动连接所述第四连杆的杆身；

其中，所述第二连杆能够带动所述第四连杆绕所述第三连杆的第二端转动，以通过所述第五连杆带动所述第六连杆绕所述第七连杆转动，进而带动所述第七连杆绕所述第三连杆的第二端转动。

5.如权利要求4所述的机械手指，其特征在于，所述第七连杆靠近所述第三连杆的一端设有限位部；

其中，在所述第七连杆绕所述第三连杆转动预设角度后，所述限位部抵接所述第三连杆，进而限制所述第七连杆进一步转动。

6.如权利要求4所述的机械手指，其特征在于，

所述第六连杆包括固定连接的第一支部及第二支部，且所述第一支部的延伸方向与所述第二支部的延伸方向互成角度；

所述第一支部远离所述第二支部的一端转动连接所述第五连杆，所述第一支部与所述第二支部的连接处转动连接所述第七连杆；

其中，在所述第五连杆的带动下，所述第一支部带动所述第二支部绕所述第七连杆转动，使得所述第三连杆机构和所述从动件随所述第二支部转动。

7.如权利要求6所述的机械手指，其特征在于，

所述第三连杆机构包括第八连杆、第九连杆及第十连杆；

所述第九连杆的第一端转动连接于所述第六连杆和所述第七连杆的连接处，所述第九连杆的第二端转动连接所述第十连杆的第一端，所述第十连杆的第二端转动连接所述从动件，所述第八连杆的第一端转动连接所述第四连杆的杆身，第二端转动连接所述第九连杆的杆身；

其中，所述第四连杆能够通过所述第八连杆带动所述第九连杆绕所述第六连杆和所述第七连杆的连接处转动，所述第九连杆能够通过所述第十连杆带动所述从动件绕所述第二支部摆动。

8.如权利要求7所述的机械手指，其特征在于，在模拟手指伸直动作的状态下，所述第二支部的延伸方向平行于所述第七连杆的延伸方向，并且所述第一支部与所述第九连杆重叠。

9.如权利要求1所述的机械手指，其特征在于，所述驱动件为舵机。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1至9任一项所述的机械手指。

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