CN118123869A - 机械手 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机械手，包括手指，手指包括基座、第一指段、第二指段，第一指段的一端可转动地连接于基座，第二指段与第一指段的一端可转动地连接，基座设有驱动件和滑块，驱动件的输出端连接有丝杆，滑块可滑动地设在基座上且与丝杆螺纹配合以在驱动件的驱动下滑动，第一指段通过活动支架与滑块连接，活动支架的一端与滑块连接，活动支架的另一端与第一指段连接，驱动件驱动滑块滑动以带动活动支架活动，以使手指弯折。本申请实施方式的机械手，无需丝杆伸出基座来带动手指弯折，可以减少对机械手上空间的占用；滑块滑动过程中的稳定性好，提高指段活动时的稳定性和可靠性，又无需额外设置与丝杆配合的轴承等零部件，提高整体结构的集成度。

Description

机械手

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机械手。

背景技术

随着技术的发展，机械手越来越多的应用在生产生活中，机械手与人类的手类似，具有较多的自由度，实现丰富的动作，常见机械手通常是在线性执行器的端面伸出推杆，通过推杆的伸缩驱动手指转动，然而，这种结构设置使得推杆伸出后晃动较大，承受径向力的能力较弱，导致整体结构稳定性差，存在改进的空间。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种机械手，所述机械手结构简单，稳定性好。

本申请实施方式的机械手，包括：手指，所述手指包括基座、第一指段、第二指段，所述第一指段的一端可转动地连接于所述基座，所述第二指段与所述第一指段的一端可转动地连接，所述基座设有驱动件和滑块，所述驱动件的输出端连接有丝杆，所述滑块可滑动地设在所述基座上且与所述丝杆螺纹配合以在所述驱动件的驱动下滑动，所述第一指段通过活动支架与所述滑块连接，所述活动支架的一端与所述滑块连接，所述活动支架的另一端与所述第一指段连接，所述驱动件驱动所述滑块滑动以带动所述活动支架活动，以使所述手指弯折。

本申请实施方式的机械手，丝杆设置在基座上，丝杆通过滑块、活动支架连接第一指段，实现对手指弯折的驱动，无需丝杆伸出基座来带动手指弯折，从而可以减少对机械手上空间的占用；而且滑块与丝杆配合，滑块滑动设置在基座上，滑块滑动过程中的稳定性好，既可以提高指段活动时的稳定性和可靠性，又无需额外设置与丝杆配合的轴承等零部件，可以提高整体结构的集成度，由此机械手的手指整体结构简单，活动过程中的稳定性好，提高了产品的市场竞争力，便于应用推广。

本申请实施方式的机械手，所述基座具有至少一个定位柱，所述定位柱设于所述丝杆径向上的一侧且沿所述丝杆的轴向延伸，所述滑块具有配合孔，所述定位柱穿设所述配合孔且所述定位柱与所述配合孔滑动配合以使所述滑块可在所述基座上滑动。

本申请实施方式的机械手，所述活动支架具有第一安装槽和第二安装槽，所述第一指段具有第一连接轴，所述滑块设有第二连接轴，所述第一连接轴插接至所述第一安装槽内且所述第一连接轴可相对于所述第一安装槽活动；所述第二连接轴插接至所述第二安装槽内且所述第二连接轴与所述第二安装槽转动连接。

本申请实施方式的机械手，所述活动支架具有第一安装槽和第二安装槽，所述第一指段具有第一连接轴，所述滑块设有第二连接轴，所述第一连接轴插接至所述第一安装槽内且所述第一连接轴与所述第一安装槽转动连接；所述第二连接轴插接至所述第二安装槽内且所述第二连接轴可相对于所述第二安装槽活动。

本申请实施方式的机械手，所述活动支架包括两个连接部以及一个中间部，两个连接部相对布置，所述中间部连接于两个连接部之间，每个所述连接部上分别设有所述第一安装槽和所述第二安装槽。

本申请实施方式的机械手，所述第二指段通过连杆与所述基座转动连接。

本申请实施方式的机械手，所述第二指段与所述第一指段通过轴杆连接，所述轴杆上套设有扭簧，所述扭簧的两个支脚分别与所述第一指段和所述第二指段连接。

本申请实施方式的机械手，所述第二指段上设有多维触觉传感器。

本申请实施方式的机械手，所述驱动件位于所述丝杆径向上的一侧且与所述丝杆通过连接结构连接；或，所述驱动件位于所述丝杆轴向上的一端且与所述丝杆直接连接或间接连接。

本申请实施方式的机械手，所述驱动件为无刷空心杯电机。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请一些实施例的手指的示意图；

图2是根据本申请一些实施例的手指的局部爆炸示意图；

图3是根据本申请一些实施例的手指的剖视图；

图4是根据本申请一些实施例的手指的在一种状态下示意图；

图5是根据本申请另一些实施例的手指的示意图；

图6是根据本申请另一些实施例的手指的剖视图；

图7是根据本申请另一些实施例的手指的爆炸示意图。

附图标记：

手指100，

基座10，定位柱11，基体12，连接座13，限位部14，

第一指段20，第一连接轴21，限位件22，

第二指段30，连杆31，轴杆32，扭簧33，

驱动件40，丝杆50，

滑块60，第二连接轴61，

活动支架70，第一安装槽71，第二安装槽72，连接部73，中间部74，锁定杆75，

多维触觉传感器80。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，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。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考图1-图7描述根据本申请实施例的机械手100。

如图1-图7所示，根据本申请一个实施例的机械手包括手指100，手指100包括基座10、第一指段20、第二指段30，第一指段20的一端可转动地连接于基座10，第二指段30与第一指段20的一端可转动地连接。

基座10设有驱动件40、丝杆50和滑块60，驱动件40的输出端连接有丝杆50，滑块60可滑动地设在基座10上，滑块60与丝杆50螺纹配合，从而可以在驱动件40的驱动下滑动，第一指段20通过活动支架70与滑块60连接，活动支架70的一端与滑块60连接，活动支架70的另一端与第一指段20连接，驱动件40驱动滑块60滑动以带动活动支架70活动，以使手指100弯折。

也就是说，基座10、第一指段20和第二指段30依次转动连接，丝杆50在驱动件40的驱动下转动，而不再伸出或缩回，而在驱动下，滑块60沿丝杆50的轴向(如图2所示的上下方向)活动，且滑块60位于丝杆50轴向上的两端之间，滑块60也不会伸出基座10，活动支架70一端与滑块60连接，另一端与第一指段20连接，由此丝杆50、滑块60占用的是基座10自身的空间，活动支架70也不会额外占用手指100的空间，使得手指100整体结构更加紧凑。

根据本申请实施例的机械手100，丝杆50设置在基座10上，丝杆50通过滑块60、活动支架70连接第一指段20，实现对手指100弯折的驱动，无需丝杆50伸出基座10来带动手指100弯折，从而可以减少对机械手上空间的占用；而且滑块60与丝杆50配合，滑块60滑动设置在基座10上，滑块60滑动过程中的稳定性好，既可以提高指段活动时的稳定性和可靠性，改善手指100末端的晃动；又无需额外设置与丝杆50配合的轴承等零部件，可以提高整体结构的集成度，由此机械手的手指100整体结构简单，活动过程中的稳定性好，提高了产品的市场竞争力，便于应用推广。

如图1-图3和图5、图7所示，根据本申请的一些实施例，基座10具有定位柱11，定位柱11位于丝杆50径向上的一侧，且定位柱11沿丝杆50的轴向延伸，滑块60具有配合孔，定位柱11穿设配合孔，定位柱11与配合孔滑动配合，即定位柱11为外表面光滑的杆件，配合孔为内表面光滑的孔，在定位柱11和配合孔的配合下，使得滑块60可以在基座10上滑动，滑块60不会随丝杆50转动，同时在丝杆50的径向上定位柱11可以承受一定的外力，降低滑块60晃动的概率，提高滑块60滑动的稳定性。

在一些实施例中，定位柱11包括两个，两个定位柱11对称布置在丝杆50的径向上两侧，由此可以进一步提高滑块60滑动的稳定性。

如图2所示，在一些实施例中，活动支架70具有第一安装槽71和第二安装槽72，第一指段20具有第一连接轴21，滑块60设有第二连接轴61，第一连接轴21可以插接至第一安装槽71内，第一连接轴21可相对于第一安装槽71活动，第二连接轴61可以插接至第二安装槽72内，第二连接轴61与第二安装槽72转动连接。

也就是说，第一指段20与活动支架70的连接为非固定的，由此在驱动件40未驱动丝杆50转动时，在外力作用至手指100上时，通过第一连接轴21相对于第一安装槽71活动，使得活动支架70与第一指段20的连接位置发生变化，手指100可以发生弯折，即使得机械手具有能够从背面向正面(如图1和图4所示的外侧向内侧)推手指100的能力，使得机械手具有一定的柔性，降低手指100在使用或受到冲击下破坏的风险，提高机械手的灵巧性和仿生性。

如图7所示，在一些实施例中，活动支架70具有第一安装槽71和第二安装槽72，第一指段20具有第一连接轴21，滑块60设有第二连接轴61，第一连接轴21可以插接至第一安装槽71内，第一连接轴21与第一安装槽71转动连接，第二连接轴61可以插接至第二安装槽72内，第二连接轴61可相对于第二安装槽72活动。

也就是说，基座10上的滑块60与活动支架70的连接为非固定的，由此在驱动件40未驱动丝杆50转动时，在外力作用至手指100上时，通过第二连接轴61相对于第二安装槽72活动，使得活动支架70与滑块60的连接位置发生变化，活动支架70可以随第一指段20活动，进而手指100可以发生弯折，即使得机械手具有能够从背面向正面推手指100的能力，使得机械手具有一定的柔性，降低手指100在使用或受到冲击下破坏的风险，提高机械手的灵巧性和仿生性。

需要说明的是，前述的机械手的正面即为手指100弯曲抓取物品时接触物品的一侧面，背面为手指100弯曲抓取物品时暴露在外面的一侧面，背面与正面相对。

如图2和图5所示，在一些实施例中，活动支架70包括两个连接部73以及一个中间部74，两个连接部73相对布置，中间部74连接于两个连接部73之间，每个连接部73上分别设有第一安装槽71和第二安装槽72，通过设置两个连接部73，使得第一指段20以及滑块60与活动支架70的连接更加可靠，且由此活动支架70可以从手指100的一侧卡在手指100上，使得活动支架70的安装更加方便。

进一步地，活动支架70的安装槽还可以设置为一侧敞开的形式，在敞开口处设置锁定杆75，锁定杆75在敞开口处可拆卸，由此在安装槽与连接轴配合时，可以连接轴可以穿过敞开口插入安装槽内，再通过安装锁定杆75将敞开口封堵，使得活动支架70的安装更加方便，提高装配的便利性。

如图7所示，在一些实施例中，第二指段30通过连杆31与基座10转动连接，在驱动件40驱动丝杆50转动时，滑块60滑动带动活动支架70活动，进而带动第一指段20转动，在连杆31的作用下，且第二指段30与第一指段20转动连接，第二指段30可以相对于第一指段20转动，实现手指100的弯折，即通过手指100各指段之间转动关系耦合实现对物品的抓取，结构简单，减少零部件，降低成本，同时便于装配，提高模块设计的简洁性。

如图2所示，在一些实施例中，第二指段30与第一指段20通过轴杆32连接，轴杆32上套设有扭簧33，扭簧33的两个支脚分别与第一指段20和第二指段30连接，在驱动件40作用下手指100弯折时，可带动扭簧33变形，扭簧33变形产生的扭力与驱动件40驱动对指段产生的力矩相平衡，以保证机械手弯折过程中的稳定性；在撤去外力时，机械手还可以在扭簧33的作用下复位，提高机械手的灵活性。

如图3和图6所示，在一些实施例中，第二指段30上设有多维触觉传感器80，多维触觉传感器80可以集成在第二指段30的正面，在手指100弯曲抓取物品时，第二指段30的正面接触物品，多维触觉传感器80可以实现多点多方向触碰，模拟人体精细的触感，大幅提升对外部世界的感知和交互能力。

当然，根据不同的需求，第二指段30上也可以集成其他传感器，例如压力传感器等。

如图5-图7所示，在一些实施例中，驱动件40位于丝杆50径向上的一侧，且驱动件40与丝杆50通过连接结构连接，由此使得驱动件40不会额外占用丝杆50轴向上的空间，有利于缩短整个手指100的长度，将该手指100可以更好的模拟人体大拇指的结构形态。这里的连接结构可以为齿轮组件。

如图1-图4所示，在一些实施例中，驱动件40位于丝杆50轴向上的一端，且驱动件40与丝杆50直接连接或间接连接，由此使得驱动件40不会占用丝杆50径向上的空间，有利于缩短手指100的厚度，驱动件40可以布置在机械手的掌座上，以充分利用机械手的空间，可以将手指100更好的模拟人体食指、中指、无名指、小拇指的结构形态。

在一些实施例中，驱动件40为无刷空心杯电机，一方面，空心杯设计重量轻，可以减轻整个机械手的重量，同时有助于电机内部散热，提高了电机的效率和性能；且无刷空心杯电机避免了刷子和换向器引起的能量损耗，从而可以提供更大的机械功率输出；由于没有刷子和换向器的物理接触，磨损大大减少，使用寿命长，同时可以减少维护需求；此外无刷电机运行时没有刷子的噪音和火花，因此运行更安静，且无刷电机可以通过电子方式控制，提供了更准确和灵活的速度、扭矩和位置控制，可以产生更大的扭矩，加速和减速响应时间短，可以满足机械手的使用需求，使得机械手可以在张合速度和抓力上都有比较大的提高。

此外，机械手还可以包括掌座等其他结构，手指100设置在掌座上，下面结合附图，描述根据本申请的一个具体的实施例。

如图1-图4所示，手指100包括基座10、第一指段20、第二指段30，基座10可以安装在机械手的掌座上，基座10设有驱动件40、丝杆50和滑块60，具体而言，基座10包括基体12和连接座13，驱动件40设置在基体12上，基体12具有安装空间，丝杆50安装在该安装空间内，且丝杆50可以在沿其轴向内转动，安装空间内还安装有两个定位柱11，每个定位柱11位于丝杆50径向上的一侧，滑块60具有配合孔，滑块60还具有螺纹孔，螺纹孔与丝杆50螺纹配合，配合孔与定位柱11配合，在垂直于丝杆50的轴向上，滑块60的两端分别具有一个第二连接轴61。

连接座13设置在基体12的一侧，连接轴与基体12固定连接，第一指段20与连接座13转动连接，第一指段20的相对两侧还具有第一连接轴21；第二指段30与第一指段20转动连接，第二指段30通过连杆31与连接座13，连杆31的一端与连接座13转动连接，连杆31的另一端与第二指段30转动连接。

第一指段20通过活动支架70与滑块60连接，活动支架70包括两个连接部73以及一个中间部74，两个连接部73相对布置，中间部74连接于两个连接部73之间，每个连接部73上分别设有第一安装槽71和第二安装槽72，第一安装槽71用于第一指段20的连接，第二安装槽72用于滑块60的连接，其中，第一指段20与活动支架70的连接为非固定的，第一指段20的第一连接轴21可以插接至第一安装槽71内，第一连接轴21可相对于第一安装槽71活动，滑块60的第二连接轴61可以插接至第二安装槽72内，第二连接轴61与第二安装槽72转动连接。

丝杆50在驱动件40的驱动下转动，滑块60沿丝杆50的轴向活动，且滑块60位于丝杆50轴向上的两端之间，滑块60也不会伸出基座10，活动支架70一端与滑块60连接，另一端与第一指段20连接，由此带动第一指段20转动，在连杆31的作用下第二指段30转动，实现手指100的弯折。

此外，第一指段20为中空结构，第一指段20内还具有限位件22，限位件22沿第一指段20的转动轴向延伸且位于第一指段20的转动轴的径向上的一侧，基座10具有限位部14，在撤去驱动件40的驱动时，手指100从弯折恢复至伸展，直至限位件22与限位部14抵接，手指100伸展到位，即限位件22与限位部14配合用于限制第一指段20的转动，避免第一指段20过渡转动，进而导致手指100无法锁定等。如图3所示限位件22为限位轴，限位部14对应为圆弧状的凹槽。

当然，限位件22还可以设置在第一指段20的外侧，此时基座10上对应设置限位部14。

在另一些示例中，活动支架70具有限位件22，例如如图5-图7所示，活动支架70的中间部74位于手指100的正面，活动支架70的中间部74为限位件22，基座10的外表面形成限位部14，在撤去驱动件40的驱动时，手指100从弯折恢复至伸展，直至中间部74与基座10的外表面抵接，手指100伸展到位，由此避免第一指段20过渡转动，进而导致手指100无法锁定等。

此外，在驱动件40未驱动丝杆50转动时，在外力作用至手指100上时，通过第一连接轴21相对于第一安装槽71活动，使得活动支架70与第一指段20的连接位置发生变化，手指100仍然可以发生弯折，机械手具有一定的柔性，可以降低手指100在使用或受到冲击下破坏的风险，提高机械手的灵巧性和仿生性。

根据本申请实施例的机械手的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。其中，上下方向、左右方向和前后方向以图示的上下方向、左右方向和前后方向为准。

在本申请的描述中，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，包括：手指，所述手指包括基座、第一指段、第二指段，所述第一指段的一端可转动地连接于所述基座，所述第二指段与所述第一指段的一端可转动地连接，

所述基座设有驱动件、丝杆和滑块，所述驱动件的输出端连接所述丝杆，所述滑块可滑动地设在所述基座上且与所述丝杆螺纹配合以在所述驱动件的驱动下滑动，

所述第一指段通过活动支架与所述滑块连接，所述活动支架的一端与所述滑块连接，所述活动支架的另一端与所述第一指段连接，所述驱动件驱动所述滑块滑动以带动所述活动支架活动，以使所述手指弯折。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，

所述基座具有至少一个定位柱，所述定位柱位于所述丝杆径向上的一侧且沿所述丝杆的轴向延伸，所述滑块具有配合孔，所述定位柱穿设所述配合孔且所述定位柱与所述配合孔滑动配合以使所述滑块可在所述基座上滑动。

3.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述活动支架具有第一安装槽和第二安装槽，所述第一指段具有第一连接轴，所述滑块设有第二连接轴，

所述第一连接轴插接至所述第一安装槽内且所述第一连接轴可相对于所述第一安装槽活动；

所述第二连接轴插接至所述第二安装槽内且所述第二连接轴与所述第二安装槽转动连接。

4.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述活动支架具有第一安装槽和第二安装槽，所述第一指段具有第一连接轴，所述滑块设有第二连接轴，

所述第一连接轴插接至所述第一安装槽内且所述第一连接轴与所述第一安装槽转动连接；

所述第二连接轴插接至所述第二安装槽内且所述第二连接轴可相对于所述第二安装槽活动。

5.根据权利要求3或4所述的机械手，其特征在于，所述活动支架包括两个连接部以及一个中间部，两个连接部相对布置，所述中间部连接于两个连接部之间，每个所述连接部上分别设有所述第一安装槽和所述第二安装槽。

6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述第二指段通过连杆与所述基座转动连接。

7.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述第二指段与所述第一指段通过轴杆连接，所述轴杆上套设有扭簧，所述扭簧的两个支脚分别与所述第一指段和所述第二指段连接。

8.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述第二指段上设有多维触觉传感器。

9.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述驱动件位于所述丝杆径向上的一侧且与所述丝杆通过连接结构连接；或，所述驱动件位于所述丝杆轴向上的一端且与所述丝杆直接连接或间接连接。

10.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述驱动件为无刷空心杯电机。