CN115194800A - 一种机械手指的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械手指的设计方法，该种机械手指包括三个关节和将三个关节依次相连的两个传动机构，每个关节均包括主动直齿轮、副动直齿轮和从动直齿轮，每个传动机构包括布置在相邻两个关节的主动直齿轮之间并依次啮合的若干个传动轮；该设计方法用于对各齿轮的齿数进行设计，以使机械手指的三个关节转速相同或相接近。该种机械手指的设计方法使机械手指三个关节在同一时刻的弯曲角度相同或接近，提高了机械手指的灵活性和抓握效率。

Description

一种机械手指的设计方法

技术领域

本发明属于机械手技术领域，尤其涉及一种机械手指的设计方法。

背景技术

机械手用于模仿人手，在当代生产生活中发挥着重要作用，比如，用于抓握物体。然而，现有技术中的机械手及机械手指在抓握物体时，由于机械手指各个关节的转速不同，即在同一时刻各个关节的弯曲角度不同，导致各个指节不能同时接触待抓握的物体，需等待所有指节均接触物体时才能实现抓握，降低了机械手指的效率；现有技术中为使所有关节的转速相同，往往为每个关节单独设置动力装置，该方式又增加了机械手和机械手指的复杂程度，增大了机械手和机械手指的体积，提高了成本。

发明内容

本发明的技术目的在于提供一种机械手指的设计方法，旨在在只提供一个动力装置的情况下，驱动机械手指的三个关节，并使机械手指的三个关节在同一时刻的弯曲角度相同或相接近。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种机械手指的设计方法，该种设计方法用于设计机械手指中各齿轮的齿数，使第一从动直齿轮、第二从动直齿轮和第三从动直齿轮的自转速度相同或相接近，从而实现使机械手指的三个关节转速相同或相接近，即三个关节在同一时刻的弯曲角度相同或相接近，该设计方法包括以下步骤：

S1：依据机械手指的工作条件，选取所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数，使所述第一副动直齿轮的齿数为所述工作条件下的最小值，所述第一从动直齿轮的齿数为所述工作条件下的最大值；

S2：根据等式1选取所述第一主动直齿轮和第一传动轮的齿数，所述等式1为:

第一主动直齿轮的齿数+第一传动轮的齿数＝第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数；

S3：选取小于180°的任意角度作为参考角度，根据所述第一从动直齿轮、第一副动直齿轮和第一主动直齿轮的齿数，计算在所述第一从动直齿轮自转所述参考角度时，所述第一主动直齿轮所旋转的角度；

S4：选取所述第二主动直齿轮和第二传动轮的齿数，使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，计算在所述第一从动直齿轮自转所述参考角度时，所述第二主动直齿轮自转的角度；

S5：选取所述第二副动直齿轮和第二从动直齿轮的齿数，使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，并使二者的齿数满足等式2，且使在所述第二主动直齿轮自转步骤S4中所述角度时，所述第二从动直齿轮自转的角度与所述参考角度相同或接近；所述等式2为：

第二副动直齿轮的齿数+第二从动直齿轮的齿数＝第二主动直齿轮的齿数+第二传动轮的齿数；

S6：选取所述第三主动直齿轮的齿数，该齿数介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间；计算在所述第二从动直齿轮自转步骤S5中所述角度时，所述第三主动直齿轮自转的角度；

S7：选取所述第三副动直齿轮和第三从动直齿轮的齿数，以使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，并使在所述第三主动直齿轮自转步骤S6中所述角度时，所述第三从动直齿轮自转的角度与所述参考角度相同或接近。

进一步地，所述第一主动直齿轮和所述第一传动轮齿数相等，步骤S2中所述等式1为：

第一主动直齿轮的齿数＝第一传动轮的齿数＝(第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数)/2。

进一步地，所述第二主动直齿轮与所述第一传动轮齿数相等，步骤S4中计算所述第二主动直齿轮自转角度的等式为：

第二主动直齿轮的自转角度＝第一主动直齿轮的旋转角度－第二主动直齿轮绕第一从动直齿轮的公转角度＝第一主动直齿轮的旋转角度－参考角度。

进一步地，所述第二传动轮和所述第二主动直齿轮齿数相等，步骤S5中所述等式2为：

第二副动直齿轮的齿数+第二从动直齿轮的齿数＝第二主动直齿轮的齿数×2＝第二传动轮的齿数×2。

进一步地，所述第三主动直齿轮与所述第二传动轮齿数相等。

进一步地，所述第三副动直齿轮和所述第三从动直齿轮的齿数满足下列等式：

第三副动直齿轮的齿数+第三从动直齿轮的齿数＝第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数。

进一步地，所述参考角度为60°-120°。

通过上述方法，第一从动直齿轮、第二从动直齿轮和第三从动直齿轮的自转速度相同或相接近，即在同一时刻，第一从动直齿轮、第二从动直齿轮和第三从动直齿轮的自转角度相同或接近，而第一从动直齿轮、第二从动直齿轮和第三从动直齿轮的自转角度分别对应机械手指三个关节的弯曲角度，因此，在同一时刻，机械手指三个关节的弯曲角度相同或接近。

本发明的机械手指的设计方法与现有技术相比，有益效果在于：该方案使机械手指三个关节在同一时刻的弯曲角度相同或相接近，提高了机械手指的灵活性和抓握效率。

附图说明

图1是本发明实施例中机械手指的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中机械手指的爆炸图；

图3是本发明实施例中第一关节的局部爆炸图；

图4是本发明实施例中第二关节的局部爆炸图；

图5是本发明的设计方法的流程图。

在附图中，各附图标记表示：

2-驱动组件，3-第一关节，4-第一传动机构，5-第二关节，6-第二传动机构，7-第三关节，11-固定部，12-第一指节，13-第二指节，14-第三指节，21-电机，22-主动锥齿轮，23-从动锥齿轮，24-从动直齿轮，25-同步销轴，31-第一主动直齿轮，32-第一副动直齿轮，33-第一从动直齿轮，34-第一环形销，35-第一销轴，41-第一传动轮，51-第二主动直齿轮，52-第二副动直齿轮，53-第二从动直齿轮，54-第二环形销，61-第二传动轮，71-第三主动直齿轮，72-第三副动直齿轮，73-第三从动直齿轮，74-第三环形销，75-方柱销，76-第四从动直齿轮，111-上固定板，112-下固定板，121-第一上夹板，122-第一下夹板，131-第二上夹板，132-第二下夹板，141-第三上夹板，142-第三下夹板，341-第一凸起，541-第二凸起，1211-第一卡槽，1311-第二卡槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“底”、“内”、“外”、“轴向”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。

实施例：

在本实施例中，如图1和图2中所示，机械手指包括依次布置的固定部11、第一指节12、第二指节13和第三指节14，还包括:

第一关节3，用于使第一指节12与固定部11可转动连接；

第二关节5，用于使第二指节13与第一指节12可转动连接；

第三关节7，用于使第三指节14与第二指节13可转动连接；

驱动组件2，与第一关节3相连，用于驱动第一指节12相对于固定部11转动；

第一传动机构4，连接第一关节3和第二关节5并传动，用于在第一指节12相对于固定部11转动时驱动第二指节13相对于第一指节12转动；

第二传动机构6，连接第二关节5和第三关节7并传动，用于在第二指节13相对于第一指节12转动时驱动第三指节14相对于第二指节13转动。

工作时，驱动组件2提供动力，驱动第一关节3运动，从而使第一指节12相对于固定部11转动，实现机械手指的第一个关节的弯曲；同时，第一传动机构4在第一关节3和第二关节5之间传动，驱动第二关节5运动，进而使第二指节13相对于第一指节12转动，实现机械手指的第二个关节的弯曲；并且，第二关节5的运动通过第二传动机构6传递至第三关节7，使第三指节14相对于第二指节13转动，实现机械手指的第三个关节的弯曲。通过上述方案，只需一个动力源即可实现三个关节弯曲，既节省了动力，又使装置的结构更为简单。

下面对各个部件进行详细说明。

如图1和图2中所示，驱动组件2包括：电机21、主动锥齿轮22、从动锥齿轮23和从动直齿轮24；其中，电机21的输出轴与主动锥齿轮22同轴相连，从动锥齿轮23与主动锥齿轮22啮合；从动直齿轮24与从动锥齿轮23同轴相连；通过该方案，主动锥齿轮22随电机21转动，从动锥齿轮23与主动锥齿轮22啮合，改变了转动的方向，从动直齿轮24随从动锥齿轮23转动，再进一步将动力传递给机械手指的各个指节。

具体地，主动锥齿轮22和电机21的输出轴可以固定连接，比如焊接，也可以通过销或键连接实现同步转动。从动直齿轮24和从动锥齿轮23通过同步销轴25相连。

固定部11包括上固定板111和下固定板112，如图1和图2中所示，上固定板111位于从动锥齿轮23和从动直齿轮24之间，下固定板112位于从动直齿轮24下方，且上固定板111和下固定板112均与同步销轴25可转动连接，在同步销轴25转动时，上固定板111和下固定板112保持不动。在此基础上，上固定板111和下固定板112还可以通过其它方式以进一步固定，比如连接在电机21的固定部分上，该连接可以是直接连接，也可以是间接连接，可以通过焊接、粘接、卡接、螺栓连接等各种方式实现。

第一关节3包括第一主动直齿轮31、第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33；第一主动直齿轮31与驱动组件2的从动直齿轮24啮合，第一副动直齿轮32与第一主动直齿轮31同轴相连并同步转动，且二者均与固定部11可转动连接；第一从动直齿轮33与第一副动直齿轮32啮合，以使第一从动直齿轮33在第一主动直齿轮31的驱动下自转；第一从动直齿轮33与固定部11可转动连接，且与第一指节12相连，以使第一指节12随第一从动直齿轮33同步转动。

具体地，如图1和图2中所示，第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32通过圆柱销相连，且该圆柱销穿过上固定板111和下固定板112，上固定板111和下固定板112上分别开设有用于使该圆柱销穿过的圆孔，从而实现第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32与固定部11的可转动连接，在第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32转动时，固定部11保持不动。进一步的，第一副动直齿轮32的尺寸小于第一主动直齿轮31的尺寸，第一副动直齿轮32的下部嵌入第一主动直齿轮31中，第一主动直齿轮31对应地开设有齿槽以容置第一副动直齿轮32的下部，实现第一副动直齿轮32随第一主动直齿轮31转动。

进一步地，如图1和图2中所示，第一副动直齿轮32的上部与第一从动直齿轮33啮合，第一副动直齿轮32转动时，驱动第一从动直齿轮33自转，并且，第一从动直齿轮33的直径大于第一副动直齿轮32的直径，以降低转速。

第一指节12包括第一上夹板121和第一下夹板122。如图1和图2中所示，第一上夹板121和第一下夹板122均与上固定板111和下固定板112平行，且第一上夹板121和上固定板111相互靠近的一端重叠，第一下夹板122和下固定板112相互靠近的一端重叠。

图3中示出了第一从动直齿轮33与上固定板111、下固定板112、第一上夹板121和第一下夹板122的连接。如图3中所示，上固定板111、第一上夹板121、第一下夹板122和下固定板112由上至下依次布置，第一从动直齿轮33位于第一上夹板121和第一下夹板122之间。第一从动直齿轮33通过第一销轴35与上固定板111和下固定板112可转动连接，第一销轴35穿过第一上夹板121和上固定板111的重叠部分，以及第一下夹板122和下固定板112的重叠部分，将第一指节12和固定部11相连。第一销轴35为圆柱销，上固定板111和下固定板112在第一销轴35穿过处开设圆孔，可以理解，在第一销轴35转动时，上固定板111和下固定板112保持不动。同样的，第一下夹板122在第一销轴35穿过处开设圆孔，第一销轴35与第一下夹板122可转动连接。

进一步地，第一从动直齿轮33通过第一环形销34与第一销轴35可转动连接，第一环形销34的下部嵌入第一从动直齿轮33中，并与第一从动直齿轮33固定连接，该固定连接可以为焊接、键连接等；第一销轴35从第一环形销34中穿过，并能够相对于第一环形销34转动，从而实现第一从动直齿轮33与第一销轴35的可转动连接。更进一步地，第一环形销34的上部与第一上夹板121卡接，以使第二上夹板121与第一环形销34在第一环形销34的转动方向上(即第一从动直齿轮33的自转方向上)相对固定，第一上夹板121能够随第一从动直齿轮33转动；具体地，如图3中所示，第一环形销34的上部设有两个凸起341，第一上夹板121上开设有容置第一环形销34上部的第一卡槽1211，该第一卡槽1211的形状与第一环形销34上部的形状相匹配，以将第一环形销34的上部卡入该第一卡槽1211中，通过第一卡槽1211与凸起341配合，使第二上夹板121与第一环形销34在第一环形销34的转动方向上相对固定。

结合上述方案可以理解，当第一从动直齿轮33自转时，上固定板111和下固定板112不动，第一上夹板121随第一从动直齿轮33转动。

第一传动机构4包括若干个沿第一指节12依次布置并均与第一指节12可转动连接的第一传动轮41，第一传动轮41为直齿轮，本实施例中，第一传动轮41的数量为三个。三个第一传动轮41依次啮合，靠近第一关节3的第一传动轮41与第一主动直齿轮31啮合，且该第一传动轮41与第一从动直齿轮33同轴并可转动连接。如图2和图3中所示，靠近第一关节3的第一传动轮41位于第一从动直齿轮33下方，第一销轴35从该第一传动轮41穿过，并与该第一传动轮41可转动连接，该第一传动轮41在第一主动直齿轮31的驱动下自转。如图1和图2中所示，另外两个第一传动轮41通过销轴分别与第一上夹板121和第一下夹板122可转动连接。由此也可以理解，当第一上夹板121随第一从动直齿轮33转动，第一下夹板122也随之转动，因此，实现了第一指节12相对于固定部11转动，即机械手指的第一个关节的弯曲；同时，远离第一关节3的两个第一传动轮41由于被第一上夹板121和第一下夹板122带动，一方面绕第一从动直齿轮33公转，该公转的角速度与第一从动直齿轮33自转的角速度相同，另一方面自转并通过轮齿的啮合向第二关节5传动。

第二关节5包括第二主动直齿轮51、第二副动直齿轮52和第二从动直齿轮53；第二主动直齿轮51与所靠近的第一传动轮41啮合，第二副动直齿轮52与第二主动直齿轮51同轴相连并同步转动，且二者均与第一指节12可转动连接，第二从动直齿轮53与第二副动直齿轮52啮合，并与第一指节12可转动连接，且与第二指节13相连，以使第二指节13随第二从动直齿轮53同步转动。

如图1和图2中所示，与第一关节3类似地，第二主动直齿轮51与第二副动直齿轮52通过齿槽以实现同步转动，第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52通过圆柱销与第一上夹板121和第一下夹板122可转动连接，从而实现第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52与第一指节12的可转动连接；可以理解，第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52一方面在第一传动轮41的带动下自转，另一方面随第一上夹板121和第一下夹板122绕第一从动直齿轮33公转，该公转的角速度与第一从动直齿轮33自转的角速度相同。

同样地，如图1和图2中所示，第二副动直齿轮52的上部与第二从动直齿轮53啮合，第二副动直齿轮52自转时，驱动第二从动直齿轮53自转，并且，第二从动直齿轮53的直径大于第二副动直齿轮52的直径，以降低转速。

第二指节13包括第二上夹板131和第二下夹板132。如图1和图2中所示，第二上夹板131和第二下夹板132均与第一上夹板121和第一下夹板122平行，且第二上夹板131和第一上夹板121相互靠近的一端重叠，第二下夹板132和第一下夹板122相互靠近的一端重叠。

如图4中所示，第二从动直齿轮53与第一上夹板121、第一下夹板122、第二上夹板131和第二下夹板132的连接与图3中所示类似，在此不再赘述。需要说明的是，本实施例中，第二上夹板131位于第一上夹板121上方，第二从动直齿轮53通过第二环形销54与第二上夹板131卡接，从而使第二上夹板131随第二从动直齿轮53同步转动；本实施例中，第二环形销54的上部设有一个第二凸起541，第二上夹板131上开设有第二卡槽1311，通过第二卡槽1311与第二凸起541配合，使第三上夹板131与第二环形销54在第二环形销54的转动方向上相对固定；此外，第一上夹板121上开设有用于在安装时使第二凸起541穿过的通槽。

同样地，第二从动直齿轮53一方面在第二副动直齿轮52的带动下自转，另一方面随第一上夹板121和第一下夹板122绕第一从动直齿轮33公转，该公转的角速度与第一从动直齿轮33自转的角速度相同。第二上夹板131随第二从动直齿轮53的自转而转动，第一上夹板121和第一下夹板122并不随第二从动直齿轮53的自转而转动。因此，可以理解，该方案实现了第二指节13相对于第一指节12转动，即机械手指的第二个关节的弯曲。

第二传动机构6包括若干个沿第二指节13依次布置并均与第二指节13可转动连接的第二传动轮61，第二传动轮61为直齿轮，本实施例中，第二传动轮61的数量为三个。在一些实施例中，第一传动轮41和第二传动轮61的数量可以不为三个，二者的数量可以不同，满足二者数量的奇偶性相同即可。本实施例中，三个第二传动轮61依次啮合，靠近第二关节5的第二传动轮61与第二主动直齿轮51啮合，且该第二传动轮61与第二从动直齿轮53同轴并可转动连接。如图2中所示，第二传动轮61的位置以及与其它部件的连接方式与第一传动轮41的位置及连接方式类似，在此不再赘述；同样地，远离第二关节5的两个第二传动轮61在自转以向第三关节7传动的同时，还绕第二从动直齿轮53公转，该公转的角速度与第二从动直齿轮53自转的角速度相同。

第三关节7包括第三主动直齿轮71、第三副动直齿轮72和第三从动直齿轮73；第三主动直齿轮71与所靠近的第二传动轮61啮合，第三副动直齿轮72与第三主动直齿轮71同轴相连并同步转动，且二者均与第二指节13可转动连接，第三从动直齿轮73与第三副动直齿轮72啮合，并与第二指节13可转动连接，且与第三指节14相连，以使第三指节14随第二从动直齿轮53同步转动；同理，第三主动直齿轮71和第三副动直齿轮72一方面在第二传动轮61的带动下自转，另一方面随第二上夹板131和第二下夹板132绕第二从动直齿轮53公转，该公转的角速度与第二从动直齿轮53自转的角速度相同。

如图1和图2中所示，与第一关节3和第二关节5同理，第三主动直齿轮71和第三副动直齿轮72通过圆柱销与第二上夹板131和第二下夹板132可转动连接，从而实现与第二指节13的可转动连接。如图2中所示，与第一关节3和第二关节5有所不同，第三主动直齿轮71和第三副动直齿轮72通过套设于圆柱销外侧的方柱销75实现同轴转动，第三主动直齿轮71和第三副动直齿轮72分别开对应地设有用于方柱销75穿过的卡槽，本实施例中，该卡槽为方槽。

第三指节14包括第三上夹板141和第三下夹板142。如图1和图2中所示，第三上夹板141和第三下夹板142均与第二上夹板131和第二下夹板132平行，且第三上夹板141和第二上夹板131相互靠近的一端重叠，第三下夹板142和第二下夹板132相互靠近的一端重叠；并且，第三上夹板141位于第二上夹板131下方，第三下夹板142位于第二下夹板132上方。

如图1和图2中所示，第三从动直齿轮73与第二上夹板131、第二下夹板132、第三上夹板141和第三下夹板142的连接与图3中所示类似，在此不再赘述。需要说明的是，第三从动直齿轮73通过第三环形销74与第三上夹板141卡接，从而使第三指节14随第三从动直齿轮73同步转动。此外，第三从动直齿轮73下方还同轴连接有第四从动直齿轮76，该第四从动直齿轮76能够支撑第三从动直齿轮73；在一些实施例中，也可以不设第四从动直齿轮76，比如可以通过在第三从动直齿轮73的下方设置卡块以支撑第三从动直齿轮73，该卡块可以设置在第三从动直齿轮73的转动轴上。

并且，本实施例中，第三上夹板141和第三下夹板142的侧面固定连接(图中未示出)，该固定连接可以通过连接侧板实现，以使第三上夹板141和第三下夹板142同步运动。

同样地，第三从动直齿轮73一方面在第三副动直齿轮72的带动下自转，另一方面随第二上夹板131和第二下夹板132绕第二从动直齿轮53公转，该公转的角速度与第二从动直齿轮53自转的角速度相同；第三上夹板141和第三下夹板142随第三从动直齿轮73的自转而转动，第二上夹板131和第二下夹板132并不随第三从动直齿轮73的自转而转动。因此，可以理解，该方案实现了第三指节14相对于第二指节13转动，即机械手指的第三个关节的弯曲。

综上所述，本实施例的机械手指能够实现在一个动力源的情况下使三个关节弯曲。

本实施例中，第一主动直齿轮31、第二主动直齿轮51、第三主动直齿轮71、第一传动轮41以及第二传动轮61的尺寸均相同，并且，所有直齿轮的模数均相同，均为0.4；由于在模数相同的情况下，直齿轮的半径与齿数成正比，可以理解，第一主动直齿轮31、第二主动直齿轮51、第三主动直齿轮71、第一传动轮41以及第二传动轮61的齿数相同。

本实施例中，通过选取各直齿轮的齿数，使第一从动直齿轮33、第二从动直齿轮53和第三从动直齿轮73的自转速度相同或相接近，即在同一时刻，第一从动直齿轮33、第二从动直齿轮53和第三从动直齿轮73的自转角度相同或接近，而第一从动直齿轮33、第二从动直齿轮53和第三从动直齿轮73的自转角度分别对应机械手指三个关节的弯曲角度，因此该方案能够实现机械手指的三个关节在同一时刻的弯曲角度相同或接近。下面介绍齿轮齿数的选取方法，该方法包括以下步骤：

S1：依据机械手指的工作条件，选取第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数，使第一副动直齿轮32的齿数为工作条件下的最小值，第一从动直齿轮33的齿数为工作条件下的最大值；

机械手指的工作条件，可以为机械手指的工作空间大小，也可以是机械手指所需承受的力的大小等；

在本实施例中，基于机械手指的工作条件，选取第一副动直齿轮32的齿数为12齿，第一从动直齿轮33的齿数为42齿。

S2：根据等式1选取第一主动直齿轮31和第一传动轮41的齿数，等式1为:

第一主动直齿轮31的齿数+第一传动轮41的齿数＝第一副动直齿轮32的齿数+第一从动直齿轮33的齿数。

在第一关节3处，第一主动直齿轮31与第一传动轮41啮合，第一副动直齿轮32与第一从动直齿轮33啮合，同时，第一主动直齿轮31与第一副动直齿轮32同轴相连，第一从动直齿轮33与第一传动轮41同轴相连，并且，本实施例中，第一主动直齿轮31和第一传动轮41尺寸相同，各直齿轮模数相同；由于在模数相同的情况下，直齿轮的半径与齿数成正比，因此可知：

第一主动直齿轮31的齿数＝第一传动轮41的齿数＝(第一副动直齿轮32的齿数+第一从动直齿轮33的齿数)/2。

因此，第一主动直齿轮31和第一传动轮41的齿数均为27齿。

S3：选取小于180°的任意角度作为参考角度，根据第一从动直齿轮33、第一副动直齿轮32和第一主动直齿轮31的齿数，计算在第一从动直齿轮33自转该参考角度时，第一主动直齿轮31所旋转的角度。

本实施例中，为便于计算，选取90°作为参考角度，在一些实施例中，参考角度可以选取60°-120°。本实施例中，在第一从动直齿轮33自转90°时，即第一指节12相对于固定部11旋转90°时，根据第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数比，计算出第一副动直齿轮32和第一主动直齿轮31所旋转的角度为315°。

S4：选取第二主动直齿轮51和第二传动轮61的齿数，使二者的齿数均介于第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数之间，计算在第一从动直齿轮33自转步骤S3中所述参考角度时，第二主动直齿轮51自转的角度。

本实施例中，由于第二主动直齿轮51与第一传动轮41齿数相等，因此，第二主动直齿轮51的齿数为27齿。

可以理解，在第一主动直齿轮31旋转315°时，通过第一主动直齿轮31与第一传动轮41的啮合，与第一从动直齿轮33同轴相连的第一传动轮41也旋转了315°，而下一个第一传动轮41在第一上夹板121和第一下夹板122的带动下绕第一从动直齿轮33的轮轴公转90°，因此该第一传动轮41自转了225°；同理，再通过第一传动轮41和第二主动直齿轮51的啮合，第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52自转了225°，同时绕第一从动直齿轮33的轮轴公转90°。

即，计算第二主动直齿轮51自转角度的等式为：

第二主动直齿轮51的自转角度＝第一主动直齿轮31的旋转角度－第二主动直齿轮51绕第一从动直齿轮33的公转角度＝第一主动直齿轮31的旋转角度－参考角度。

S5：选取第二副动直齿轮52和第二从动直齿轮53的齿数，使二者的齿数均介于第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数之间，并使二者的齿数满足等式2，且使在第二主动直齿轮51自转步骤S4中所述角度时，第二从动直齿轮53自转的角度与参考角度相同或接近；等式2为：

第二副动直齿轮52的齿数+第二从动直齿轮53的齿数＝第二主动直齿轮51的齿数+第二传动轮61的齿数。

同等式1，等式2是基于在第二关节5处各齿轮的相互关系得出，即，第二主动直齿轮51与第二传动轮61啮合，第二副动直齿轮52与第二从动直齿轮53啮合，同时，第二主动直齿轮51与第二副动直齿轮52同轴相连，第二从动直齿轮53与第二传动轮61同轴相连。

而本实施例中，第二传动轮61与第二主动直齿轮51齿数相同，因此也为27齿，因此，等式2为：

第二副动直齿轮52的齿数+第二从动直齿轮53的齿数＝第二主动直齿轮51的齿数×2＝第二传动轮61的齿数×2＝54。

假定第二副动直齿轮52的齿数为13、第二从动直齿轮53的齿数为41，第二副动直齿轮52和第二主动直齿轮51同步旋转，依据第二副动直齿轮52与第二从动直齿轮53的齿数比，计算出第二主动直齿轮51自转了225°时，第二从动直齿轮53自转了71.3°。

同样，当第二副动直齿轮52的齿数为14、第二从动直齿轮53的齿数为40，计算出第二主动直齿轮51自转了225°时，第二从动直齿轮53自转了78.75°。

依此类推，最终得到当第二副动直齿轮52的齿数为16、第二从动直齿轮53的齿数为38，第二主动直齿轮51自转了225°时，第二从动直齿轮53自转了94.7°，接近90°。因此，选取第二副动直齿轮52的齿数为16，第二从动直齿轮53的齿数为38，使第一从动直齿轮33自转90°(即第一指节12相对于固定部11旋转90°)时，第二从动直齿轮53的自转角度(即第二指节13相对于第一指节12的旋转角度)接近90°。

进一步地，通过第二主动直齿轮51与第二传动轮61的啮合，与第二从动直齿轮53同轴相连的第二传动轮61也自转了225°，而下一个第二传动轮61在第二上夹板131和第二下夹板132的带动下绕第二从动直齿轮53的轮轴公转了94.7°，因此该第二传动轮61自转了225°-94.7°＝130.3°。

S6：选取第三主动直齿轮71的齿数，该齿数介于第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数之间；计算在第二从动直齿轮53自转步骤S5中所述角度时，第三主动直齿轮71自转的角度；

本实施例中，第三主动直齿轮71的齿数选取与第二传动轮61的齿数相等，为27齿；

同理，第一从动直齿轮33自转90°，同时第二从动直齿轮53自转94.7°时，第三主动直齿轮71在第二上夹板131和第二下夹板132的带动下绕第二从动直齿轮53公转94.7°，同时由于第三主动直齿轮71与第二传动轮61啮合且齿数相等，因此第三主动直齿轮71在第二传动轮61的驱动下自转了130.3°。

S7：选取第三副动直齿轮72和第三从动直齿轮73的齿数，以使二者的齿数均介于第一副动直齿轮32和第一从动直齿轮33的齿数之间，并使在第三主动直齿轮71自转步骤S6中所述角度时，第三从动直齿轮73自转的角度与参考角度相同或接近。

本实施例中，第三副动直齿轮72和第三从动直齿轮73的齿数满足下列等式：

第三副动直齿轮72的齿数+第三从动直齿轮73的齿数＝第一副动直齿轮32的齿数+第一从动直齿轮33的齿数＝54；

同样对第三副动直齿轮72和第三从动直齿轮73的齿数进行假定，最终得到当第三副动直齿轮72的齿数为22、第三从动直齿轮73的齿数为32时，在第三主动直齿轮71自转130.3°的情况下，第三从动直齿轮73自转了89.6°，接近90°。因此，选取第三副动直齿轮72的齿数为22、第三从动直齿轮73的齿数为32。

综上，本实施例中，为使在同一时刻，机械手指三个关节的弯曲角度相同或接近，各齿轮的齿数分别为：

第一主动直齿轮31、第二主动直齿轮51、第三主动直齿轮71、第一传动轮41以及第二传动轮61的齿数均为27齿；

第一副动直齿轮32的齿数12齿，第一从动直齿轮33的齿数为42齿；

第二副动直齿轮52的齿数16齿，第二从动直齿轮53的齿数为38齿；

第三副动直齿轮72的齿数22齿，第三从动直齿轮73的齿数为32齿。

在一些实施例中，也可以根据需要，对各齿轮的齿数进行相应调整，使在同一时刻，机械手指三个关节的弯曲角度不同，以与待抓握的物体形状相匹配，比如，三个指节的速度依次递增，或依次递减。

本实施例还公开了一种机械手，该机械手包括机械手指，还包括手掌骨架和机械拇指。

与机械手指类似，机械拇指包括依次布置的固定部11、第一指节12和第二指节13，还包括第一关节3、第二关节5、驱动组件2和第一传动机构4，机械拇指的各部件结构及连接方式与机械手指中各部件结构及连接方式相同。

本实施例中，机械手包含一根机械拇指和四根机械手指。手掌骨架与机械拇指和各机械手指的连接方式可以采取现有技术中的任意一种方式，比如，在手掌骨架与机械拇指和机械手指连接处分别设有拇指固定槽和手指固定槽，机械拇指套接于拇指固定槽，机械手指套接于手指固定槽。

本实施例还公开了一种机器人，该种机器人包括上述机械手。

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 (7)

1.一种机械手指的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

S1：依据机械手指的工作条件，选取所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数，使所述第一副动直齿轮的齿数为所述工作条件下的最小值，所述第一从动直齿轮的齿数为所述工作条件下的最大值；

S2：根据等式1选取所述第一主动直齿轮和第一传动轮的齿数，所述等式1为:

第一主动直齿轮的齿数+第一传动轮的齿数＝第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数；

S3：选取小于180°的任意角度作为参考角度，根据所述第一从动直齿轮、第一副动直齿轮和第一主动直齿轮的齿数，计算在所述第一从动直齿轮自转所述参考角度时，所述第一主动直齿轮所旋转的角度；

S4：选取所述第二主动直齿轮和第二传动轮的齿数，使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，计算在所述第一从动直齿轮自转所述参考角度时，所述第二主动直齿轮自转的角度；

S5：选取所述第二副动直齿轮和第二从动直齿轮的齿数，使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，并使二者的齿数满足等式2，且使在所述第二主动直齿轮自转步骤S4中所述角度时，所述第二从动直齿轮自转的角度与所述参考角度相同或接近；所述等式2为：

第二副动直齿轮的齿数+第二从动直齿轮的齿数＝第二主动直齿轮的齿数+第二传动轮的齿数；

S6：选取所述第三主动直齿轮的齿数，该齿数介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间；计算在所述第二从动直齿轮自转步骤S5中所述角度时，所述第三主动直齿轮自转的角度；

S7：选取所述第三副动直齿轮和第三从动直齿轮的齿数，以使二者的齿数均介于所述第一副动直齿轮和第一从动直齿轮的齿数之间，并使在所述第三主动直齿轮自转步骤S6中所述角度时，所述第三从动直齿轮自转的角度与所述参考角度相同或接近。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一主动直齿轮和所述第一传动轮齿数相等，步骤S2中所述等式1为：

第一主动直齿轮的齿数＝第一传动轮的齿数＝(第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数)/2。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述第二主动直齿轮与所述第一传动轮齿数相等，步骤S4中计算所述第二主动直齿轮自转角度的等式为：

第二主动直齿轮的自转角度＝第一主动直齿轮的旋转角度－第二主动直齿轮绕第一从动直齿轮的公转角度＝第一主动直齿轮的旋转角度－参考角度。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第二传动轮和所述第二主动直齿轮齿数相等，步骤S5中所述等式2为：

第二副动直齿轮的齿数+第二从动直齿轮的齿数＝第二主动直齿轮的齿数×2＝第二传动轮的齿数×2。

5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第三主动直齿轮与所述第二传动轮齿数相等。

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第三副动直齿轮和所述第三从动直齿轮的齿数满足下列等式：

第三副动直齿轮的齿数+第三从动直齿轮的齿数＝第一副动直齿轮的齿数+第一从动直齿轮的齿数。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述参考角度为60°-120°。

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