CN116038736A - 一种机械拇指 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机械拇指，包括顺序铰接的指头部、指节部、指根部以及固定基座，所述固定基座固定设有第一驱动件，第一驱动件用以驱动指根部摆动，所述指节部设有第二驱动件，用以驱动指节部和指尖部摆动，所述指根部的摆动方向和指节部、指尖部摆动的方向相互垂直，该机械拇指具备三个自由度，实现了整个拇指的伸展弯曲和摆动，提高了仿真人手程度，进而提高了灵活度及可靠性，在与其它手指的配合下能替代人手处理各种事情。

Description

一种机械拇指

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种机械拇指。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动化操作装置；一方面，为降低成本、节省劳动力、增加效率、保障产品质量减少恶劣环境下人工作业，被大量采用；另一方面，机械手指假肢对提高残疾人的生活质量有着十分积极的作用，同时机械手指假肢作为功能辅助康复机器，涉及到了一个特殊领域，即人类的生命健康领域，存在着潜在的经济市场，已经在多个国家被列为战略性新兴产业，我国也需要进一步大力开展康复机器人的研发，推动该战略新兴产业的发展，以应对我国国民对健康服务的需求。按外观结构形式，机械手主要可分为两大类：一类是为高效地完成特定动作而设计的机械手，这种机械手的机械结构简单，自由度较少，主要用在工厂自动化中。另一类是完全按照人手形状设计成的拥有五根手指的灵巧型机械手，这类机械手自由度较多，更灵巧，更接近人手可以协助人完成更复杂的工作。因此，仿人手机械手用途、意义重大，一直是仿生机器人研究的重点；其中，拇指作为机械手的重要组成部分，现有机械拇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。

实用内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种机械拇指，该该机械拇指具备三个自由度，实现了整个拇指的伸展弯曲和摆动，提高了仿真人手程度，从而提高了灵活度及可靠性，在与其它手指的配合下能够替代人手处理各种事情。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种机械拇指，包括顺序铰接的指头部、指节部、指根部以及固定基座，所述固定基座固定设有第一驱动件，第一驱动件用以驱动指根部摆动，所述指节部设有第二驱动件，用以驱动指节部和指尖部摆动，所述指根部的摆动方向和指节部、指尖部摆动的方向相互垂直。。

进一步的，所述固定基座上设有第一安装架、第二安装架，所述第一安装架靠近指根部并与指根部铰接，所述第一驱动件包括第一伸缩杆和驱动第一伸缩杆伸缩的第一直线驱动器本体，所述第一伸缩杆与指根部铰接，第一直线驱动器本体远离指根部并与第二安装架铰接。

进一步的，所述指头部与指节部铰接于第一枢轴、指节部与指根部铰接于第二枢轴、指根部通过第一安装架与固定基座铰接于第三枢轴、指根部与第一伸缩杆铰接于第四枢轴、第一直线驱动器本体通过第二安装架与固定基座铰接于第五枢轴。

进一步的，所述第一直线驱动器本体远离第一伸缩杆的一端设有第一球形关节轴承，第一直线驱动器本体通过第一球形关节轴承与第二安装架铰接。

进一步的，所述机械拇指包括第一连杆，第一连杆的一端与指头部铰接，另一端则与指节部铰接，以使得指头部能够相对于指节部摆动，上述第二驱动件包括第二伸缩杆和驱动第二伸缩杆伸缩的第二直线驱动器本体，第二伸缩杆与指头部铰接，第二直线驱动器本体安装于指节部。

进一步的，机械拇指包括第二连杆，第二连杆的一端与指头部铰接，并且铰接位置和第一伸缩杆与指头部铰接位置相同，

可选的，所述的机械拇指所述指节部设有呈弧形的第一滑槽，所述第二连杆的另一端设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴。

备选的，上述第一滑槽设置于第二连杆的另一端，指节部设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴。

进一步的，上述指节部包括安装座、固定架、弹簧；所述第二直线驱动器本体安装于固定架内，其远离指头部的一端与安装座铰接，所述安装座一端与指根部铰接，安装座另一端通过弹簧与指根部连接，弹簧与指根部的连接位置位于安装座与指根部的铰接位置下方。

进一步的，所述第二直线驱动器本体远离指头部的一端通过第二球形关节轴承与安装座铰接，所述机械拇指包括第三连杆，第三连杆的一端与指根部铰接，并且铰接位置位于安装座与指根部的铰接位置的下方，所述指节部设有呈弧形的第二滑槽，所述第三连杆的另一端设有与第二滑槽滑动配合的第二定位轴。

本发明的有益效果，结合具体实例说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图一；

图2为本发明的固定基座与指根部连接示意图；

图3为本发明的整体结构示意图二；

图4为本发明的整体结构示意图三；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，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该特征。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。

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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之

“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本发明提供的机械拇指，包括顺序铰接的指头部1、指节部2、指根部3以及固定基座4，所述固定基座4固定设有第一驱动件，第一驱动件用以驱动指根部3摆动，所述指节部2设有第二驱动件，用以驱动指节部2和指尖部1摆动，所述指根部3的摆动方向和指节部2、指尖部1摆动的方向相互垂直。

可以理解的是，第二驱动件驱动指节部2和指尖部1摆动即第二驱动件驱动指节部2和指尖部1伸展以及第二驱动件驱动指节部2和指尖部1弯曲，伸展和弯曲时摆动方向相反；上述第一驱动件驱动指根部3摆动，由于指头部1、指节部2、指根部3铰接，因此该机械拇指具备三个自由度，实现了整个拇指的伸展弯曲和摆动，提高了仿真人手程度，从而提高了灵活度及可靠性，在与其它手指的配合下能替代人手处理各种事情，比方给残疾人配上假肢，在工厂替代人手作业，在餐馆给顾客端盘子等等。

优选的，如图2所示，所述固定基座4上设有第一安装架31、第二安装架42，所述第一安装架41靠近指根部3并与指根部3铰接，上述第一驱动件包括第一伸缩杆51和驱动第一伸缩杆51伸缩的第一直线驱动器本体52，所述第一伸缩杆51与指根部3铰接，第一直线驱动器本体52远离指根部3并与第二安装架42铰接。

本实施例中，第一直线驱动器本体52驱动第一伸缩杆51伸缩，既第一伸缩杆51相对于第一直线驱动器本体52伸缩，通过第一直线驱动器本体52驱动第一伸缩杆51伸缩使得指根部3可绕着第一安装架41与指根部3的铰接轴线做往复摆动，并带动指节部2和指头部1摆动，从而模拟人手拇指相对于手掌的摆动运动。

可以理解的是，上述第一伸缩杆51与指根部3的铰接轴线、第一安装架41与指根部3的铰接轴线、指节部2与指根部3的铰接轴线三者相互平行，并且第一伸缩杆51与指根部3的铰接位置、指节部2与指根部3的铰接位置分别位于第一安装架51与指根部3的铰接位置的两侧，其中，第一伸缩杆51与指根部3的铰接位置为靠近固定基座4的一侧，上述第一直线驱动器本体52和第一伸缩杆51可为分体式结构，也可为一体式结构。

优选的，上述铰接方式为枢轴铰接，具体的，如图2、图3所示，上述指头部1与指节部2铰接于第一枢轴A、指节部与指根部铰接于第二枢轴B、指根部通过第一安装架与固定基座铰接于第三枢轴C、指根部与第一伸缩杆铰接于第四枢轴D、第一直线驱动器本体通过第二安装架与固定基座铰接于第五枢轴E。

本实施例中，当机械拇指处于如图1所示状态时，第一直线驱动器本体52驱动第一伸缩杆51伸长，指根部3绕第三枢轴C逆时针摆动，并带动指节部2、指头部1同向摆动；第一直线驱动器本体52驱动第一伸缩杆51缩短，指根部3绕第三枢轴C顺时针摆动，并带动指节部2、指头部1同向摆动。

优选的，所述第一直线驱动器本体52远离第一伸缩杆51的一端设有第一球形关节轴承，第一直线驱动器本体52通过第一球形关节轴承与第二安装架42铰接。

可以理解的是，指根部3绕第三枢轴C摆动时，其第四枢轴D运动轨迹为弧形，进而第一伸缩杆51的运动轨迹同样为弧形，因此，在第一伸缩杆51伸长或收缩收缩时，会将第一直线驱动器本体52抬起，通过第一直线驱动器本体52与第二安装架42的铰接可以使得第一直线驱动器本体52配合第一伸缩杆51伸长或收缩做出相应的运动，而作为一种较佳的铰接方式，第一球形关节轴承具有的灵活更高，可以为第一直线驱动器本体52安装位置和角度提供更多的选择。

优选的，上述机械拇指包括第一连杆6，第一连杆6的一端与指头部1铰接，另一端则与指节部2铰接，以使得指头部1能够相对于指节部2摆动，上述第二驱动件包括第二伸缩杆71和驱动第二伸缩杆伸缩71的第二直线驱动器本体72，第二伸缩杆71与指头部1铰接，第二直线驱动器本体72安装于指节部2。

可以理解的是，第二直线驱动器本体72驱动第二伸缩杆伸缩71，即第二伸缩杆71相对第二直线驱动器本体72可伸缩，上述第一连杆6与指节部2铰接轴线、第一连杆6与指头部1铰接轴线，第二伸缩杆71与指头部1铰接轴线三者相互平行。

当第二伸缩杆71伸长时，指头部1绕着第一连杆6与指节部2的铰接位置逆时针摆动，当第二伸缩杆71收缩时，指头部1绕着第一连杆6与指节部2的铰接位置顺时针摆动，同时指头部1还会绕着第一连杆6与指头部1的铰接位置转动，以模仿真实人手指头部的运动轨迹。

优选的，所述机械拇指包括第二连杆8，第二连杆8的一端与指头部1铰接，并且铰接位置和第一伸缩杆71与指头部1铰接位置相同，所述指节部2设有呈弧形的第一滑槽，所述第二连杆7的另一端设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴。

可以理解的是，所述第一滑槽位于靠近指头部1的一侧，第一滑槽两端的侧壁即为第一限位部，本实施例中，第二伸缩杆71驱动指头部1摆动，第一定位轴在第一滑槽内滑动，此时第一限位部限制指头部1的活动范围保证指头部1只能以预设的轨迹运动，提升了机械拇指的稳定性。

可选的，上述第一滑槽设置于第二连杆8的另一端，指节部2设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴；其连接方式以及作用原理和上述相同，此处不在赘述。

优选的，如图4所示，上述指节部2包括安装座21、固定架22、弹簧23；所述第二直线驱动器本体72安装于固定架22内，其远离指头部1的一端与安装座21铰接，所述安装座21一端与指根部3铰接，安装座21另一端通过弹簧23与指根部3连接，弹簧23与指根部3的连接位置位于安装座21与指根部3的铰接位置下方。

优选的，所述第二直线驱动器本体72远离指头部1的一端通过第二球形关节轴承与安装座21铰接。

可以理解的是，当机械手指处于如图4所示状态，此时第二伸缩杆71处于初始状态，指节部2能够在弹簧23的作用下保持静止状态，当第二伸缩71伸长，指头部1绕着第一连杆6与指节部2的铰接位置逆时针摆动时，由于指头部1的运动轨迹为弧形，进而第二伸缩71的运动轨迹同样为弧形，因此，在第二伸缩71杆伸长时，会给予安装座21一个反向的作用力，通过第二直线驱动器本体72与安装座21的铰接可以使得第二直线驱动器本体72配合第二伸缩杆71伸长或收缩做出相应的运动，使得指节部2与指头部1同时同向转动，以模仿真实拇指的弯曲动作，此时弹簧23处于拉升状态，而作为一种较佳的铰接方式，第二球形关节轴承具有的灵活更高，可以为第二直线驱动器安装位置和角度提供更多的选择。

优选的，如图4所示，所述机械拇指包括第三连杆9，第三连杆9的一端与指根部铰接，并且铰接位置位于安装座21与指根部3的铰接位置的下方，所述指节部2设有呈弧形的第二滑槽，所述第三连杆9的另一端设有与第二滑槽滑动配合的第二定位轴。

可以理解的是，所述第二滑槽位于靠近指根部3的一侧，第二滑槽两端的侧壁即为第二限位部，本实施例中，第二伸缩杆71驱动指头部1摆动，进而指节部2与指头部1同时同向转动时，第二定位轴在第二滑槽内滑动，此时第二限位部限制指节部2的活动范围保证指节部2只能以预设的轨迹运动，提升了机械拇指的稳定性。

可选的，上述第二滑槽设置于第三连杆的另一端，指节部2设有与第二滑槽滑动配合的第二定位轴；其连接方式以及作用原理和上述相同，此处不在赘述。

Claims (10)

1.一种机械拇指，其特征在于，包括顺序铰接的指头部、指节部、指根部以及固定基座，所述固定基座固定设有第一驱动件，第一驱动件用以驱动指根部摆动，所述指节部设有第二驱动件，用以驱动指节部和指尖部摆动，所述指根部的摆动方向和指节部、指尖部摆动的方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的机械拇指，其特征在于，所述固定基座上设有第一安装架、第二安装架，所述第一安装架靠近指根部并与指根部铰接，所述第一驱动件包括第一伸缩杆和驱动第一伸缩杆伸缩的第一直线驱动器本体，所述第一伸缩杆与指根部铰接，第一直线驱动器本体远离指根部并与第二安装架铰接。

3.根据权利要求2所述的机械拇指，其特征在于，所述指头部与指节部铰接于第一枢轴、指节部与指根部铰接于第二枢轴、指根部通过第一安装架与固定基座铰接于第三枢轴、指根部与第一伸缩杆铰接于第四枢轴、第一直线驱动器本体通过第二安装架与固定基座铰接于第五枢轴。

4.根据权利要求3所述的机械拇指，其特征在于，所述第一直线驱动器本体远离第一伸缩杆的一端设有第一球形关节轴承，第一直线驱动器本体通过第一球形关节轴承与第二安装架铰接。

5.根据权利要求4所述的机械拇指，其特征在于，所述机械拇指包括第一连杆，第一连杆的一端与指头部铰接，另一端则与指节部铰接，以使得指头部能够相对于指节部摆动，上述第二驱动件包括第二伸缩杆和驱动第二伸缩杆伸缩的第二直线驱动器本体，第二伸缩杆与指头部铰接，第二直线驱动器本体安装于指节部。

6.根据权利要求5所述的机械拇指，其特征在于，机械拇指包括第二连杆，第二连杆的一端与指头部铰接，并且铰接位置和第一伸缩杆与指头部铰接位置相同。

7.根据权利要求6所述的机械拇指，其特征在于，所述指节部设有呈弧形的第一滑槽，所述第二连杆的另一端设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴。

8.根据权利要求6所述的机械拇指，其特征在于，上述第一滑槽设置于第二连杆的另一端，指节部设有与第一滑槽滑动配合的第一定位轴。

9.根据权利要求7～8任一所述的机械拇指，其特征在于，上述指节部包括安装座、固定架、弹簧；所述第二直线驱动器本体安装于固定架内，其远离指头部的一端与安装座铰接，所述安装座一端与指根部铰接，安装座另一端通过弹簧与指根部连接，弹簧与指根部的连接位置位于安装座与指根部的铰接位置下方。

10.根据权利要求9所述的机械拇指，所述第二直线驱动器本体远离指头部的一端通过第二球形关节轴承与安装座铰接，所述机械拇指包括第三连杆，第三连杆的一端与指根部铰接，并且铰接位置位于安装座与指根部的铰接位置的下方，所述指节部设有呈弧形的第二滑槽，所述第三连杆的另一端设有与第二滑槽滑动配合的第二定位轴。

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