CN115890717B - 机械手 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机械手，掌心结构以及转动设于掌心结构上的手指结构，手指结构朝掌心结构靠拢以抓取物体。手指结构包括锁紧组件以及至少两个指节，所有指节依次转动连接，锁紧组件设于相邻的两个指节的转动连接处或指节与掌心结构的转动连接处。掌心结构包括与手指结构远离掌心结构一端的指节连接的拉绳，以及用于卷绕拉绳以驱使手指结构靠拢掌心结构的第一驱动组件。当手指结构接触物体时，锁紧组件锁紧相邻的两个指节或指节与掌心结构，第一驱动组件卷绕拉绳，以使得手指结构紧密抵持物体。与现有技术相比，本发明实施例提供的机械手，通过锁紧组件与第一驱动组件的配合，解决了抓取力不足的问题，且手指结构仍具有较高的灵活度。

Description

机械手

技术领域

本发明涉及机械装置技术领域，尤其涉及一种机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人的手掌的某些动作，用以按固定程序抓取或操作工具的自动操作装置。

现有技术中，机械手的结构组成类似于人的手掌，包括掌心和手指，手指和掌心之间、手指的每段指节之间均通过电机驱动。但是，由于机械手尺寸的限制，市面上的适合该尺寸的电机能够提供的扭力较小，这样导致机械手难以提供较大的抓取力，无法完成相应的工作任务。还存在一些机械手，为了实现较大的抓取力，相对减少了每个手指中指节的数量，这样又会影响机械手的灵活度。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提供较大抓取力且灵活度较高的机械手。

一种机械手，掌心结构以及转动设于所述掌心结构上的手指结构，所述手指结构朝所述掌心结构靠拢以抓取物体；

所述手指结构包括锁紧组件以及至少两个指节，所有所述指节依次转动连接，所述锁紧组件设于相邻的两个所述指节的转动连接处或所述指节与所述掌心结构的转动连接处；

所述掌心结构包括与所述手指结构远离所述掌心结构一端的所述指节连接的拉绳，以及用于卷绕所述拉绳以驱使所述手指结构靠拢所述掌心结构的第一驱动组件；

当所述手指结构转动并接触所述物体时，所述锁紧组件锁紧相邻的两个所述指节或所述指节与所述掌心结构，所述第一驱动组件卷绕所述拉绳，以使得所述手指结构紧密抵持所述物体。

在所述机械手的一些实施例中，所述锁紧组件包括磁性件以及线圈，所述线圈在通电后吸引或排斥所述磁性件，以实现锁紧功能。

在所述机械手的一些实施例中，所述机械手包括相对转动设置的第一转动件与第二转动件，所述第一转动件与所述第二转动件分别设置于相邻的两个所述指节上或所述指节与所述手指结构上，所述磁性件与所述线圈分别固定于所述第一转动件与第二转动件上；

在所述线圈通电后，所述第一转动件与所述第二转动件在所述线圈与所述磁性件的作用下紧密抵持。

在所述机械手的一些实施例中，所述锁紧组件还包括隔磁件以及用于检测所述第一转动件与所述第二转动件相对转动角度的电位器，所述隔磁件与所述电位器依次设于所述磁性件的远离所述线圈的一侧。

在所述机械手的一些实施例中，所述手指结构远离所述掌心结构的一端的所述指节上还设有弹性件，所述弹性件用于在所述指节被所述拉绳拉动后驱使所述指节复位。

在所述机械手的一些实施例中，所述第一驱动组件包括用于卷绕所述拉绳的卷轮、以及用于驱使所述卷轮转动的第一动力件，所述拉绳的一端与所述卷轮固定连接。

在所述机械手的一些实施例中，所述第一驱动组件还包括与所述卷轮同轴设置的第一传动轮、与所述第一传动轮传动连接的减速轮组、与所述减速轮组传动连接的第二传动轮以及用于驱使所述第二传动轮转动的第二动力件。

在所述机械手的一些实施例中，所述第一驱动组件还包括离合器，所述离合器用于驱使所述减速轮组运动，以使得所述第一传动轮与所述第二传动轮脱离传动状态。

在所述机械手的一些实施例中，所述第一驱动组件中，所述第二动力件与两个所述第一动力件上的所述卷轮传动连接，以控制两个所述手指结构工作。

在所述机械手的一些实施例中，所述掌心结构还包括用于驱使与所述掌心结构连接的所述指节沿垂直于所述指节转动方向摇摆的第二驱动组件。

依据上述实施例提供的机械手抓取物体，机械手移动至物体附近且该物体与掌心结构正对。手指结构朝掌心结构靠拢以至手指结构抵接物体。其中，相邻的两个指节或指节与掌心结构之间均转动至能够贴附物体的合适的角度。接着，锁紧组件开始工作，约束相邻的两个指节或指节与掌心结构。第一驱动组件开始拖拽拉绳，并对手指结构远离所述掌心结构一端的指节施加朝向掌心方向的作用力，该指节受到该作用力后，与该指节连接的其他指节均受到朝掌心方向的作用力。由于锁紧结构的约束作用，相邻的两个指节或指节与掌心结构不会发生相对转动，从而使得手指结构能够紧密抵持物体。与现有技术相比，本发明实施例提供的机械手，通过锁紧组件与第一驱动组件的配合，解决了抓取力不足的问题，且手指结构仍具有较高的灵活度。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一实施例提供的机械手的结构示意图。

图2为图1中掌心结构一视角的示意图。

图3为图1中掌心结构又一视角的示意图。

图4为图1中手指结构的示意图。

图5为图4中A处的放大示意图。

图6为图4中手指结构的局部分解图。

附图标记：

100-机械手；

110-掌心结构，112-拉伸，114-第一驱动组件，1141-卷轮，1142-第一动力件，1142a-通孔，1143-第一传动轮，1144-减速轮组，1145-第二传动轮，1146-第二动力件，1147-离合器，116-第二驱动组件，1161-偏摆件，1162-第三传动轮，1163-第四传动轮，1164-第三动力件;

120-手指结构，121-指节，122-第一转动件，123-第二转动件，124-锁紧组件，1241-磁性件，1242-线圈，1244-电位器，1245-弹力件，125-第五传动轮，126-第六传动轮。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

请参阅图1-图6，本发明实施例提供一种机械手100，掌心结构110以及转动设于掌心结构110上的手指结构120，手指结构120朝掌心结构110靠拢以抓取物体。手指结构120包括锁紧组件124以及至少两个指节121，所有指节121依次转动连接，锁紧组件124设于相邻的两个指节121的转动连接处或指节121与掌心结构110的转动连接处。掌心结构110包括与手指结构120远离掌心结构110一端的指节121连接的拉绳112，以及用于卷绕拉绳112以驱使手指结构120靠拢掌心结构110的第一驱动组件114。当手指结构120转动并接触物体时，锁紧组件124锁紧相邻的两个指节121或指节121与掌心结构110，第一驱动组件114卷绕拉绳112，以使得手指结构120紧密抵持物体。

依据上述实施例提供的机械手100抓取物体，机械手100移动至物体附近且该物体与掌心结构110正对。手指结构120朝掌心结构110靠拢以至手指结构120抵接物体。其中，相邻的两个指节121或指节121与掌心结构110之间均转动至能够贴附物体的合适的角度。接着，锁紧组件124开始工作，约束相邻的两个指节121或指节121与掌心结构110。第一驱动组件114开始拖拽拉绳112，并对手指结构120远离所述掌心结构110一端的指节121施加朝向掌心方向的作用力，该指节121受到该作用力后，与该指节121连接的其他指节121均受到朝掌心方向的作用力。由于锁紧结构的约束作用，相邻的两个指节121或指节121与掌心结构110不会发生相对转动，从而使得手指结构120能够紧密抵持物体。

与现有技术相比，本发明实施例提供的机械手100，通过锁紧组件124与第一驱动组件114的配合，解决了抓取力不足的问题，且手指结构120仍具有较高的灵活度。

需要补充说明的是，现有技术中，相邻的两个指节121之间或是掌心结构110以及与其相连的指节121之间，均存在转动驱动结构，一般是以转动电机为动力输出的结构。但是，由于仿真类机械手100尺寸的限制，选用的转动电机的扭力通常比较小。那么当该机械手100抓取超过其载荷的物体时，该转动电机难以抓取该物体，甚至会发生堵转的现象。另外，当手指结构120存在多个指节121时，未被约束的相邻的两个指节121或者掌心结构110以及与其相连的指节121会发生一定程度的无规则的转动，进而更难以提供较大的作用力。

再者，上述实施例并未限定手指结构120的数量，其数量可以是一个、两个或是多个，当然，手指结构120数量为两个或多个时，手指结构120中指节121的数量可以相同也可以不同，且均在本发明权利范围之内。

另外，上述实施例中同样亦未限定锁紧结构的数量。当手指结构120的数量为三个时，锁紧结构的数量优选为两个或三个，这样可以更好地限制手指结构120的自由度。

请参阅图4-图6，在本发明提供的一种实施例中，锁紧组件124包括磁性件1241以及线圈1242，线圈1242在通电后吸引或排斥磁性件1241，以实现锁紧功能。本实施例机械手100中，通过控制线圈1242的通断，便可以控制相邻的两个指节121之间或掌心组件以及与其相连的指节121之间的锁紧。相比于机械限位式锁紧，本实施例提供的结构更为简单，且结构占用空间更少。

关于机械限位式锁紧的结构，其结构可以是压块、弹簧以及按压式开关组成的结构。需要锁紧时，通过触碰该按压式开关，该按压式开关通过弹簧作用于压块以实现锁紧功能。

优选地，该磁性件1241为强磁体，比如钕铁硼磁铁。

在一种具体的实施例中，机械手100包括相对转动设置的第一转动件122与第二转动件123，第一转动件122与第二转动件123分别设置于相邻的两个指节121上或指节121与手指结构120上，磁性件1241与线圈1242分别固定于第一转动件122与转动件上。在线圈1242通电后，第一转动件122与第二转动件123在线圈1242与磁性件1241的作用下紧密抵持。

可以理解的是，本实施例中，磁性件1241与线圈1242主要通过施压的方式增大第一转动件122与第二转动件123之间的摩擦力，进而实现二者的锁紧。

优选地，第一转动件122与第二转动件123由耐磨性材料制成。

需要说明的是，该第一转动件122与第二转动件123在不同的位置可呈不同的形态。请参阅图4，于指节121与掌心结构110的转动连接处时，该第一转动件122与第二转动件123可呈法兰盘状的结构，于远离掌心结构110的指节121与指节121的转动连接处时，该第一转动件122可呈空心壳体状。

本实施例中，通过在相对转动的第一转动件122与第二转动件123处设置磁性件1241与线圈1242，结构相对简单，可使得该机械手100的结构更具紧凑性。

在一种可选的实施例中，该磁性件1241位于第一转动件122远离第二转动件123的一侧，该线圈1242位于第二转动件123远离所述第一转动件122的一侧，或者位于所述第二转动件123内部。

进一步地，第一转动件122与第二转动件123之间预留有间隙。

优选地，该间隙为0.05mm-0.2mm。

在一种更具体的实施例中，锁紧组件124还包括隔磁件以及用于检测第一转动件122与第二转动件123相对转动角度的电位器1244，隔磁件与电位器1244依次设于磁性件1241的远离线圈1242的一侧。本实施例中，电位器1244的加入，可实现实时监控相邻的两个指节121亦或是掌心结构110以及与其连接的指节121之间的转动角度。在电位器1244的一种可行的用途中，当被监控的二者之间的转动角度超过一定范围时，可发出警报以提示该机械手100处于非正常状态。

另外，为了避免电位器1244受磁场的干扰而影响监测结果，该电位器1244可以选用接触式电阻电位器1244。

可选地，该隔磁件为纯铝片、铅片或者是碳片。

进一步地，该锁紧组件124还设有弹力件1245。

具体地，请参阅图5与图6，该弹力件1245设于磁性件1241与第一转动件122之间。当线圈1242通电后，线圈1242对磁性件1241产生靠近线圈1242的作用力，以使得该磁性件1241靠近第一转动件122运动并压缩弹力件1245。磁性件1241靠近指节121的一端设有滑块，该指节121内设有收纳该滑块的凹槽，凹槽内设有导杆，滑块套设于导杆的外周。该磁性件1241滑动于该导杆上，并通过弹力件1245对第一转动件122施加朝第二转动件123方向的作用力。第一转动件122与第二转动件123之间存在间隙，该第一转动件122朝第二转动件123运动，并在线圈1242通电状态下始终抵压第二转动件123，从而锁紧第一转动件122与第二转动件123。

其中，弹力件1245主要用于将磁性件1241对第一转动件122刚性的作用力转化为柔性的作用力。

在本发明提供的又一种实施例中，手指结构120远离掌心结构110的一端的指节121上还设有弹性件，弹性件用于在指节121被拉绳112拉动后驱使指节121复位。

值得一提的是，本实施例中，具有该弹性件的指节121位于远离掌心结构110的一端，该指节121在远离掌心结构110的方向上并未转动连接其他指节121。因此该指节121的作用在于对被抓取的物体施加作用力，该指节121转动的精准度不会影响其他指节121。相比于电机驱动转动的结构，该指节121在拉绳112与弹性件的作用下已实现其本身被赋予的功能，其生产制造成本更低，还可以降低机械手100的重量。

优选地，该弹性件为扭簧。该扭簧放置于该指节121的转动轴处，且两端分别抵持相邻的两个指节121。

在一种具体的实施例中，手指结构120还设有限位件。该限位件用于限制手指结构120远离掌心结构110的一端的指节121朝背离掌心结构110的方向转动。可以理解的是，该设计的目的在于进一步模拟人的手指结构120。一般来说，人的手指头亦难以朝背离掌心的方向弯曲。

请参阅图1-图3，在本发明提供的再一种实施例中，第一驱动组件114包括用于卷绕拉绳112的卷轮1141、以及用于驱使卷轮1141转动的第一动力件1142，拉绳112的一端与卷轮1141固定连接。当然，该第一动力件1142也可以通过减速机构连接卷轮1141。

进一步地，该卷轮1141中部凹陷形成弧状的卷绕槽，该卷绕槽用于卷绕拉绳112。如此可以规范拉绳112的卷绕形态，还可以避免拉绳112于卷绕过程中脱离卷轮1141的现象发生。当手指结构120失去拉绳112的作用力时，甚至还会出现电机堵转的现象，而本实施例提供的卷轮1141的形态可有效避免这一状况发生。

在一种具体的实施例中，该掌心结构110上设有与卷轮1141正对的定位件，该定位件上设有与卷轮1141正对的通孔1142a，该通孔1142a用于供拉绳112通过。

在一种更具体的实施例中，该手指结构120还包括包裹于手指结构120外周的外壳，该外壳上设有供拉绳112穿设的容纳槽，如此可进一步限制拉绳112的姿态。

在又一种具体的实施例中，第一驱动组件114还包括与卷轮1141同轴设置的第一传动轮1143、与第一传动轮1143传动连接的减速轮组1144、与减速轮组1144传动连接的第二传动轮1145以及用于驱使第二传动轮1145转动的第二动力件1146。

值得一提的是，本实施例中，第二动力件1146可与第一动力件1142结合同时对卷轮1141施加作用力。如此，当所需的抓取力较小时，可仅通过第一动力件1142提供作用力，当所需的抓取力较大时，可使第一动力件1142与第二动力件1146同时提供作用力，从而避免资源浪费。

另外，减速轮组1144的作用主要是提高第二动力件1146的扭矩。该减速轮组1144中减速轮的数量可以为一个、两个或者多个。

在一种更具体的实施例中，第一驱动组件114还包括离合器1147，离合器1147用于驱使减速轮组1144运动，以使得第一传动轮1143与第二传动轮1145脱离传动状态。具体地，仅需要第一动力件1142工作时，离合器1147可拨动减速轮组1144中的某一个减速轮。如此可避免卷轮1141带动第二传动轮1145转动，影响第二动力件1146的使用寿命。

需要说明的是，离合器1147存在多种结构，本申请不作具体的限制。在一种可行的实施例中，离合器1147包括具有活塞杆的液压缸以及与该活塞杆连接的离合杆，该离合杆在活塞杆的作用下上下运动，从而驱使减速轮组1144或者其中一个减速轮脱离与第二传动轮1145的啮合状态。

在一种更具体且特殊的实施例中，第一驱动组件114中，第二动力件1146与两个第一动力件1142上的卷轮1141传动连接，以控制两个手指结构120工作。

本实施例中存在三种控制方式，第二动力件1146控制一个手指结构120工作，第二动力件1146控制另一个手指结构120工作，第二动力件1146同时控制两个手指结构120工作。当然，这三种不同的控制方式主要通过离合器1147来实现。

采用本实施例提供的结构，可基于实际情况，通过第二动力件1146施加不同的控制。如此针对性的设计，可使得该机械手100适用范围更广，还可以避免电力资源的浪费。

请参阅图3，在本发明提供的另一种实施例中，掌心结构110还包括用于驱使与掌心结构110连接的指节121沿垂直于指节121转动方向摇摆的第二驱动组件116。本实施例中，第二驱动组件116的设计，可使得手指结构120具有类似于人的手指的左右摇摆的功能，提高该机械手100的灵活度，亦可使得该机械手100能够抓取异形的物体，增加该机械手100的适用范围。

在一种具体的实施例中，第二驱动组件116包括与手指结构120转动连接且转动设于掌心结构110上的偏摆件1161、固定于所述偏摆件1161上的偏摆轴、套设且固定于所述偏摆轴上的第三传动轮1162、与所述第三传动轮1162传动连接的第四传动轮1163以及用于驱使第四传动轮1163转动的第三动力件1164。

进一步地，该第三传动轮1162与第四传动轮1163均为锥齿轮。

再者，请参阅图4-图6，本实施例中，手指结构120还包括第五传动轮125以及第六传动轮126。第五传动轮125与第六传动轮126分别设置在相邻的两个指节121的转动处或者是指节121与掌心结果的转动处。可选地，该第五传动轮125与第六传动轮126为锥齿轮。

另外，结合上述实施例，本发明提供另又一种实施例。

在本实施例中，手指结构120的数量为五个，并对应人的五个手指，即大拇指、食指、中指、无名指以及小拇指。其中，对应大拇指的手指结构120的指节121的数量为两个，其余手指结构120的指节121的数量为三个。

再者，每个手指结构120均连接有一个第一动力件1142，即存在五个第一动力件1142。对应食指与中指的手指结构120共同连接一个第二动力件1146，对应无名指与小拇指的手指结构120共同连接一个第二动力件1146，对应大拇指的手指结构120独立连接一个第二动力件1146，即存在三个第二动力件1146。

具体地说，当使用该机械手100抓取约为2g的乒乓球时，可仅通过第一动力件1142控制手指结构120抓取乒乓球，即为一级助力驱动。

当使用该机械手100抓取抓取约为100g的苹果时，可通过第一动力件1142以及指节121与指节121之间的电机控制手指结构120抓取苹果，即为二级助力驱动。

当使用该机械手100抓取约为5kg的牛奶箱时，可通过第一动力件1142、指节121与指节121之间的电机以及指节121与掌心结构110之间的电机同时控制手指结构120抓取牛奶箱，即为三级驱动。

当使用该机械手100抓取约为15kg的桶装水时，所有驱动件同时工作，且锁紧结构锁紧各个转动连接处以抓取桶装水，即为四级助力驱动。

基于实际测试的结果，该机械手100在锁紧结构以及所有驱动件的同时工作下，能够抓取100kg的物体，是现有技术中机械手不能达到的。因此，本发明提供的机械手100能够有效解决机械手100抓取力不足的技术难题。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种机械手，其特征在于，掌心结构以及转动设于所述掌心结构上的手指结构，所述手指结构朝所述掌心结构靠拢以抓取物体；

所述手指结构包括锁紧组件以及至少两个指节，所有所述指节依次转动连接，所述锁紧组件设于相邻的两个所述指节的转动连接处或所述指节与所述掌心结构的转动连接处；

所述掌心结构包括与所述手指结构远离所述掌心结构一端的所述指节连接的拉绳，以及用于卷绕所述拉绳以驱使所述手指结构靠拢所述掌心结构的第一驱动组件；

当所述手指结构转动并接触所述物体时，所述锁紧组件锁紧相邻的两个所述指节或所述指节与所述掌心结构，所述第一驱动组件卷绕所述拉绳，以使得所述手指结构紧密抵持所述物体；

所述第一驱动组件包括用于卷绕所述拉绳的卷轮、用于驱使所述卷轮转动的第一动力件、与所述卷轮同轴设置的第一传动轮、与所述第一传动轮传动连接的减速轮组、与所述减速轮组传动连接的第二传动轮、用于驱使所述第二传动轮转动的第二动力件以及离合器，所述拉绳的一端与所述卷轮固定连接，所述离合器可拨动所述减速轮组中的一个减速轮，以使得所述第一传动轮与所述第二传动轮脱离传动状态；

在所述第一驱动组件中，所述第二动力件与两个所述第一动力件上的卷轮传动连接，以控制两个所述手指结构工作。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述锁紧组件包括磁性件以及线圈，所述线圈在通电后吸引或排斥所述磁性件，以实现锁紧功能。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述机械手包括相对转动设置的第一转动件与第二转动件，所述第一转动件与所述第二转动件分别设置于相邻的两个所述指节上或所述指节与所述手指结构上，所述磁性件与所述线圈分别固定于所述第一转动件与第二转动件上；

在所述线圈通电后，所述第一转动件与所述第二转动件在所述线圈与所述磁性件的作用下紧密抵持。

4.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于，所述锁紧组件还包括隔磁件以及用于检测所述第一转动件与所述第二转动件相对转动角度的电位器，所述隔磁件与所述电位器依次设于所述磁性件的远离所述线圈的一侧。

5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述手指结构远离所述掌心结构的一端的所述指节上还设有弹性件，所述弹性件用于在所述指节被所述拉绳拉动后驱使所述指节复位。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的机械手，其特征在于，所述掌心结构还包括用于驱使与所述掌心结构连接的所述指节沿垂直于所述指节转动方向摇摆的第二驱动组件。

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