CN201659561U

CN201659561U - 多指机械手

Info

Publication number: CN201659561U
Application number: CN2010201756850U
Authority: CN
Inventors: 戴文钟
Original assignee: Shenzhen Voxtech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Voxtech Co Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2020-04-26

Abstract

本实用新型公开了一种多指机械手，包括底座、手掌部、拇指部和手指部，底座的底侧与机械手臂相连接，底座内设有驱动马达，驱动马达的传动轴上枢设有连动板体，各连动板体的外侧面延伸至底座外，底座的顶侧连接手掌部的底侧，且手掌部二相邻的边缘分别弯折形成第一连接部及第二连接部；拇指部由指节单元依序枢接形成，其中位于拇指部底端的指节单元与第一连接部相连接；手指部分别由指节单元依序枢接形成，其中位于手指部底端的指节单元分别与第二连接部相连接；拇指部或各手指部顶端的指节单元邻近顶端的位置分别连接有束紧带，束紧带的另一端分别与对应的连动板体相连接。本实用新型能模拟人手动作，并简化了机械手的构造及驱动方式。

Description

多指机械手

技术领域

本实用新型涉及一种多指机械手。

背景技术

机器人一词最早出现在公元1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中，原文为“Robota”，后来演变为西方语言中通用的“Robot”。1967年日本科学家森政弘与合田周平提出：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等七个特征的柔性机器”。除了代替人类执行反复无聊或危险工作的机器人外，尚有部分业者开发出宠物、玩偶类机器人，不仅可作玩具用途，甚至成为人类生活的宠物和伴侣，如日本SONY公司推出的“Aibo”机器宠物正是一个实例。

目前，在大多数的西方国家中，无论是机器人或是机械手臂一律称为“Robot”，然而，如果要真正的清楚区分的话，非完全人形的产业自动化机械还是应该以“机械手臂”或“机械手”来称呼。所谓机械手，主要是通过一电动机或驱动器(效应器)驱动，使机械手的手指部分进行握合或夹持物体等动作，其动作可预先设定在外部或嵌入式的电子计算器或微控制器上运行的程序中。此外，机械手亦可设定为在接受人类指令后，执行对应于指令的动作，以便使用者按照现场需求操纵该机械手。

工业用的机械手(或机械手臂)在产业中的应用已经50余年，其应用领域十分广泛，包括电子、半导体及汽车工业等，如图1所示即为丰田汽车公司(TOYOTA)在日本公开的机械手发明专利，其公开编号为特开2010-36328号。在图1中，该机械手1由一升降臂10、二手指部11及二爪部12构成，其中各手指部11分别由二指节部110枢接而成，各爪部12分别固定在各手指部11的底端位置。当机械手1欲抓取一位于平面F上的物体M时，首先，升降臂10向下降低高度，使爪部12接近物体M，由于爪部12本身具备可挠性，故当爪部12接触到物体M，且升降臂10继续向下移动的情况下，爪部12便向内侧弯曲(尾端向上弯曲)。待手指部110几乎接触到平面F时，爪部12便借由弹性向下弹伸，而伸至物体M与平面F的交界处附近。随后升降臂10即向上抬升，使手指部11及爪部12随之向上移动，如此，即能以机械手1搬移物体M，以取代搬运物体所需的人力。

然而，上述机械手虽能满足工业生产流程的需求，却仅能作出简单的夹合及释放动作，无法灵活展现人类手部特有的动作。目前亦有其它业者投入研发机械手领域，如日本松下电气公司(Panasonic)所设计的机械手(日本专利特开2008-149448号)，韩国三星电子公司(SAMSUNG)所开发的机械手(日本专利特开2010-64242号)，以及日本本田技研工业公司(HONDA)的机械手(日本专利特开2005-88096号)等等。上述业者所设计的机械手，大多可应用在玩偶机器人或玩具上，这些机械手虽能作出较多的手部动作，但不仅因指关节的构造及驱动方式过于复杂，而导致零件种类过多，更因生产成本过高，而不利于大量生产，因此在应用上十分不理想。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能模拟人手动作的多指机械手，不仅具有较为简单的机械结构，而且可以作出各种不同的手势，且能有效减少产品的设计及制造成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种多指机械手，包括底座、手掌部、姆指部和手指部，所述底座的底侧与机械手臂相连接，底座内设有驱动马达，所述驱动马达的传动轴上枢设有连动板体，各连动板体的外侧面延伸至底座外，底座的顶侧连接手掌部的底侧，且手掌部二相邻的边缘分别弯折形成第一连接部及第二连接部；姆指部由指节单元依序枢接形成，其中位于姆指部底端的指节单元与所述第一连接部相连接；手指部分别由指节单元依序枢接形成，其中位于手指部底端的指节单元分别与第二连接部相连接；所述姆指部或各手指部顶端的指节单元邻近顶端的位置分别连接有束紧带，所述束紧带的另一端分别与对应的连动板体相连接。

本实用新型所述束紧带的内侧抵靠在对应的姆指部或手指部的指节单元间枢接的部位。

本实用新型所述连动板体上分别开设有第一固定孔，束紧带的另一端分别穿过对应的第一固定孔，而与对应的连动板体相连接。

本实用新型所述姆指部及手指部顶端的指节单元上分别设有第二固定孔，各束紧带的一端分别穿过对应的第二固定孔，而与对应的姆指部或手指部相连接。

本实用新型所述束紧带为可塑性材料结构。

本实用新型所述可塑性材料结构为塑化材料或金属材料结构。

本实用新型所述驱动马达、连动板体和束紧带分别设有三个至二十个，手指部设有二个至五个，手掌部和姆指部分别设有一个。

本实用新型所述驱动马达和连动板体分别设有三个，束紧带设有五个，手指部设有四个。

本实用新型与现有技术相比，利用多个驱动马达分别带动连动板体及束紧带，使得姆指部或手指部可以独立地作出伸直或弯曲动作，从而实现各种不同的手势，并简化了机械手的构造及驱动方式。

附图说明

图1是现有技术机械手的动作示意图；

图2是本实用新型实施例一的主视图；

图3是本实用新型实施例一的左视图；

图4是本实用新型实施例一的仰视图；

图5是本实用新型实施例一使用状态下的左视图；

图6是本实用新型实施例二的示意图。

图中零件符号说明：

多指机械手.........2、6

底座 .........20、60

手掌部 .........21、61

第一连接部.........210

第二连接部 .........211

姆指部 .........22、62

指节单元 .........220、220a、230a、230b

手指部 .........23、23a、63

束紧带 .........24a、24b、64

驱动马达 .........25a、25b、25c

传动轴 .........25A、25B、25C

连动板体 .........26a、26b、26c、66

第一固定孔 .........27

第二固定孔 .........28

指节单元间枢接的部位.........29

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型的多指机械手，包括一底座、一手掌部、一姆指部、至少二手指部、至少三束紧带、至少三驱动马达及至少三连动板体，其中，驱动马达、连动板体和束紧带最多分别可设二十个，手指部可设至五个。底座的一底侧能与一机械手臂相连接，且底座内设有驱动马达，各驱动马达的传动轴上分别枢设有一上述连动板体，各连动板体的外侧面延伸至底座外，且能随传动轴的转动而摆动；手掌部的底侧与底座的顶侧相连接，且手掌部的二相邻的边缘分别弯折形成一第一连接部及一第二连接部；各姆指部及手指部分别由多个指节单元依序枢接形成，其中位于姆指部底端的指节单元与第一连接部相连接，位于各手指部底端的指节单元分别与第二连接部相连接；各束紧带的一端分别连接至各姆指部或手指部顶端的指节单元邻近顶端的位置，且各束紧带的另一端分别与对应的连动板体相连接，在驱动马达带动连动板体拉紧对应的束紧带的情况下，束紧带将因对应的指节单元间枢接部位的抵靠，呈逐渐紧绷而伸直的状态，使对应的姆指部或手指部逐渐伸直或保持在伸直状态，以作出可以模拟人手动作的各种不同手部动作。各束紧带由可塑性材料制成，且各束紧带形成一预定的弯折状(如：U形)，在各驱动马达未带动各连动板体拉紧对应的束紧带的情况下，各束紧带呈预定的弯折状，使对应的姆指部及各手指部保持在弯曲状态，令多指机械手维持握拳的初始动作。

如图2、3、4所示，本实用新型实施例一的多指机械手2包括一底座20、一手掌部21、一姆指部22、四手指部23、23a、五束紧带24a、24b，该多指机械手2还包括三驱动马达25a、25b、25c及三连动板体26a、26b、26c。需特别一提的是，为避免图面过于杂乱，特于图4中省略姆指部22，以呈现出该连动板体26c的特征。该底座20的底侧能与一机械手臂(图中未示)相连接，驱动马达25a、25b、25c设置在底座20内。在图4中，连动板体26c枢设在驱动马达25c的传动轴25C上，在图3中，各连动板体26a、26b分别枢设在各驱动马达25a、25b的传动轴25A、25B上，且连动板体26a、26b、26c的外侧面均延伸至底座20外。在各驱动马达25a、25b、25c接受电力而运作后，即可令各传动轴25A、25B、25C转动，使对应的连动板体26a、26b、26c进行摆动。

在上述实施例一中，如图3所示，手掌部21的底侧与底座20的顶侧相连接，且手掌部21的其中一边缘弯折形成一第一连接部210，手掌部21邻近第一连接部210的另一边缘，亦弯折形成一第二连接部211，该第一连接部210类似于人体的拇指基关节，为拇指连接到手腕的第一个关节，而第二连接部211即相当于人体其它手指的基关节。此外，如图2所示，姆指部22由三个指节单元220、220a依序枢接形成，其中位于底端的指节单元220a与第一连接部210相连接。在生产制造本实用新型多指机械手2时，可利用螺丝锁合或焊接等方式，连接指节单元220a与第一连接部210。另一方面，手指部23a由四个指节单元230a、230b依序枢接形成，且位于手指部23a底端的指节单元230b与第二连接部211相连接，至于其它手指部23与第二连接部211的连接关系则依此类推，故不再赘述。

如图2、3所示，各束紧带24a、24b为可塑性材料结构，该可塑性材料可为天然橡胶或合成橡胶等塑化材料，亦可为铝合金或铜等金属材料，该可塑性材料可被设计为一预定形状，当可塑性材料受力时，可通过伸展弯曲产生形变，待施力移除后，该可塑性材料又能通过弹性回复为原本的形状。各束紧带24a、24b形成一预定的弯折状，在未受力的状态下，分别呈U形，但并不以此为限，亦可改变各束紧带24a、24b的初始形状，以调整设定各手指部23、23a与姆指部22的初始姿势。该束紧带24b的一端连接至姆指部22顶端的指节单元220邻近顶端的位置，各束紧带24a的一端分别连接至各手指部23、23a邻近顶端的位置。此外，各连动板体26a、26b、26c上分别开设有多个第一固定孔27，各束紧带24a、24b的另一端分别穿过第一固定孔27，而与对应的连动板体26a、26b、26c相连接(如以粘贴或打结方式固定)。如图2、3所示，也可在姆指部22及各手指部23、23a顶端的指节单元220、230a上，分别开设至少一第二固定孔28，使各束紧带24a、24b的一端穿过第二固定孔28，以固定各束紧带24a、24b的一端。各束紧带24a、24b的内侧抵靠在对应的姆指部22或手指部23、23a的指节单元220、230a间枢接的部位29。

如图5所示，在驱动马达25a、25b未带动连动板体26a、26b时，即对应于各手指部23、23a的束紧带24a未被拉紧的状态下，各束紧带24a便保持预定的弯折状(U形)，使得各手指部23、23a保持在弯曲状态。如图3所示，当驱动马达25a、25b带动连动板体26a、26b向下转动时，对应于各手指部23、23a的束紧带24a即受到一张力，而逐渐紧绷，使各指节单元230a、230b间的夹角张大，如此，各手指部23、23a便能从弯曲状态变换为伸直状态。若驱动马达25a、25b维持各束紧带24a所受的张力，即能使各手指部23、23a保持在伸直状态。由于各姆指部22与手指部23、23a分别由不同的驱动马达25a、25b、25c独立地驱动作出弯曲或伸直动作，因此，多指机械手2能灵活地变换出各种不同的手势。不仅如此，还可将上述多指机械手2应用在玩具或宠物、玩偶类机器人上，不仅能简化节省玩具及机器人的手部结构，降低设计及制造成本，更能大幅增加玩具及机器人的拟真性及趣味性。

如图6所示，本实用新型实施例二的多指机械手6的底座60、手掌部61、姆指部62、手指部63及束紧带64与上述实施例一近似。不同的是，该多指机械手6包括有四个连动板体66，其中一连动板体位于姆指部62的下方，未示于图6中(可参阅图3连动板体26c的位置)。各连动板体66分别与一驱动马达的传动轴相连接，且各束紧带64的一端与姆指部62(手指部63)相连接，各束紧带64的另一端与对应的连动板体66相连接，当连动板体66被驱动马达带动而向下转动时，该姆指部62(手指部63)即因束紧带64绷紧而伸直。另一方面，当连动板体66向上转回原位时，则会使束紧带64呈现松弛状态，令姆指部62(手指部63)回复为弯曲状态。不仅如此，通过改变各驱动马达带动连动板体66拉紧各束紧带64的力度，尚能使各手指部63及姆指部62维持不同的弯曲角度，不仅使多指机械手6能更加灵活地作出手势，更令多指机械手6的动作更接近真人的手部动作。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，诸如增减驱动马达、连动板体或手指部的数量，或是增加指节单元的个数，以加长手指部的长度等，皆应涵盖在本实用新型的申请专利范围中。

Claims

1.一种多指机械手，包括底座、手掌部、姆指部和手指部，所述底座的底侧与机械手臂相连接，底座内设有驱动马达，其特征在于：所述驱动马达的传动轴上枢设有连动板体，各连动板体的外侧面延伸至底座外，底座的顶侧连接手掌部的底侧，且手掌部二相邻的边缘分别弯折形成第一连接部及第二连接部；姆指部由指节单元依序枢接形成，其中位于姆指部底端的指节单元与所述第一连接部相连接；手指部分别由指节单元依序枢接形成，其中位于手指部底端的指节单元分别与第二连接部相连接；所述姆指部或各手指部顶端的指节单元邻近顶端的位置分别连接有束紧带，所述束紧带的另一端分别与对应的连动板体相连接。

2.根据权利要求1所述的多指机械手，其特征在于：所述束紧带的内侧抵靠在对应的姆指部或手指部的指节单元间枢接的部位。

3.根据权利要求2所述的多指机械手，其特征在于：所述连动板体上分别开设有第一固定孔，束紧带的另一端分别穿过对应的第一固定孔，而与对应的连动板体相连接。

4.根据权利要求3所述的多指机械手，其特征在于：所述姆指部及手指部顶端的指节单元上分别设有第二固定孔，各束紧带的一端分别穿过对应的第二固定孔，而与对应的姆指部或手指部相连接。

5.根据权利要求4所述的多指机械手，其特征在于：所述束紧带为可塑性材料结构。

6.根据权利要求5所述的多指机械手，其特征在于：所述可塑性材料结构为塑化材料或金属材料结构。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的多指机械手，其特征在于：所述驱动马达、连动板体和束紧带分别设有三个至二十个，手指部设有二个至五个，手掌部和姆指部分别设有一个。

8.根据权利要求7所述的多指机械手，其特征在于：所述驱动马达和连动板体分别设有三个，束紧带设有五个，手指部设有四个。