CN205043801U - 一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手。它包括拟人手掌、电动拇指及多个电动手指。电动拇指包括上指节及下指节，每个电动手指均包括上指节、中指节及下指节；电动拇指及各电动手指的下指节分别通过转轴与拟人手掌联接，拟人手掌、电动拇指及多个电动手指共面，多个电动手指分布上相互平行，电动拇指与其它电动手指成60°～135°角度。每个指节都有独立的自由度，且都有实现其独立自由度的电机；灵巧手具有多个传感器；灵巧手上设有电机安装槽、传感器安装孔及导线引出孔，有枢接机械臂的枢接支架。本实用新型实现了灵巧手拟人手的功能，具有结构可靠、控制方便、运动灵活等特点，可广泛应用于工业、服务业、教育业等领域。

Description

一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手

技术领域

本实用新型涉及一种机器人灵巧手，具体地说是一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手。

背景技术

国外较早开始了对灵巧手的研制工作，十九世纪六、七十年代，日本Hanafusa开发了一个每个手指各有一个自由度的三指手机构，美国Cossley研制了八自由度的三指结构，此阶段灵巧手的特点是结构较简单、自由度较少；接下来的几十年，出现了JPL灵巧手、MIT灵巧手、三指十一自由度灵巧手，此阶段灵巧手向多指、多关节、多自由度的方向发展；进入二十世纪，灵巧手进入新的发展阶段，在向较高的灵巧性及良好的精确控制性发展，出现了GifuⅢ灵巧手，其有五指十六个自由度。

国内对灵巧手的研制工作起步较晚，但近年来发展较快，取得不少成果。清华大学研制出有五指十五关节自由度的仿生机器人灵巧手，北京航天航空大学研制出具有三指九个自由度的BH-3手，哈尔滨工业大学研制出五指十五自由度的HIT/DLR灵巧手。除了大学及研究机构，公司或者个人也研制出了不少灵巧手。

随着科技技术的发展，机器人制造技术越来越成熟。随着人类生活水平的提高，越来越多的工作由机器人来完成。近年来，随着对机器人的需求越来越大，出现了不少新型机器人或机械臂。不少人形机器人已经运用在餐饮、礼仪等服务业中，随着机器人的运用，出现了各种各样的机械手，然而多数机械手在自由度及机械结构简单方面不能兼顾，不少牺牲自由度来追求结构简单，也有不少是以复杂的结构来换取少量的自由度。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服已有技术的不足之处，设计出一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手。该灵巧手具有多个可以独立控制的电动手指，电动手指的每个指节可以单独控制；具有多个独立自由度，有多少指节就有相同数目的独立自由度；具有多个传感器，方便对电动手指的灵活、精确控制，同时抓取物品时，能感知抓取情况；具有较高的灵活性及良好的控制性。其类似人手，可以安装在机械臂、拟人机器人上使用；可以代替人手，在人类无法亲临或恶劣的环境中工作。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型包括拟人手掌、均设于所述拟人手掌上的电动拇指和N个电动手指，其中N≥1；拟人手掌、电动拇指及N个电动手指共面，N个电动手指平行分布于拟人手掌的纵长方向上，电动拇指分布于纵长方向的一侧，电动拇指与其它电动手指成α角，α的取值范围为60°～135°；所述电动拇指包括上指节和与所述上指节连接的下指节，每个电动手指均包括依次连接的上指节、中指节及下指节，并且每个指节都设有实现其独立自由度的电机；电动拇指的下指节通过第一转轴与拟人手掌联接，各电动手指的下指节分别通过第二转轴与拟人手掌联接。所述拟人手掌包括一个手掌体和与所述手掌体相盖合的一个手掌盖，所述手掌体中设有N+1个电机安装槽、两个第一位置传感器触点和2×N个第二位置传感器触点，其中一个所述电机安装槽与其它电机安装槽成α角，且每个电机安装槽中设有一个所述电机；手掌体的底部开设有一个用于引出电机和传感器导线的导线引出孔及设有一个用于与机械臂枢接的枢接支架。所述手掌盖上设有M个第一触碰传感器，其中M≥1。所述上指节包括上指节体和与上指节体相盖合的上指节盖，所述上指节的顶部设有两个第二触碰传感器，上指节的底部设有两个第七位置传感器触点；所述的中指节包括中指节体和与中指节体相盖合的中指节盖，所述中指节体内设有一个用于与上指节连接的电机，中指节体的顶部设有与第七位置传感器触点相配合电连接的两个第六位置传感器触点，中指节体的底部设有两个第五位置传感器触点；所述下指节包括下指节体和与下指节体相盖合的下指节盖，所述电动拇指的下指节体内设有一个用于与电动拇指上指节连接的电机，所述各电动手指的下指节体内均设有与中指节连接的电机；所述下指节体的顶部设有两个第四位置传感器触点，所述电动拇指的下指节体顶部的两个第四位置传感器触点与第七位置传感器触点配合电连接，所述各个电动手指下指节体顶部的两个第四位置传感器触点与第五位置传感器触点相配合电连接；所述下指节体的底部设有两个第三位置传感器触点，所述电动拇指的两个第三位置传感器触点与第一位置传感器触点相配合电连接，所述各电动手指的两个第三位置传感器触点与第二传感器触点配合电连接；所述第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七位置传感器触点均包括限位螺钉及缠绕在限位螺钉上的导线。所述的下指节，与中指节结构相同；所述的中指节及下指节的数量为零个、一个、两个、三个、四个或五个。

优选的，所述手掌体与手掌盖的盖合，采用直接卡合、胶水粘合、铆接或紧定螺钉固定。

所述第一触碰传感器和第二触碰传感器均包括静触片和可与所述静触片电接触的动触片；所述手掌盖开设有M对传感器安装孔，所述上指节的顶部开设有两对传感器安装孔；每对传感器安装孔中，一个用于固定静触片，另一个用于固定动触片。所述上指节体顶部有一个通孔，静触片及动触片的引出线通过顶部的通孔引入上指节体内。

所述电动拇指的下指节的底部和手掌体上分别开设有相配合的第一轴孔，一个第一转轴穿过下指节的第一轴孔、手掌体的第一轴孔而将电动拇指与拟人手掌联接；所述电动拇指的上指节的底部和下指节的顶部分别设有相配合的第三轴孔，一个第三转轴穿过所述上指节的第三轴孔、下指节的第三轴孔将上指节和下指节连接；所述第一、第三转轴上均套设有冠齿轮，所述电动拇指下指节体内的电机轴上均套设有直齿轮，所述冠齿轮与直齿轮相啮合。

所述电动拇指具有两个独立自由度，包括上指节的独立自由度及下指节的独立自由度。上指节的独立自由度指上指节绕第三转轴旋转运动，下指节的独立自由度指下指节绕第一转轴的旋转运动。上指节的独立自由度位于上指节与下指节的连接处，通过安装在电动拇指下指节体内的电机、第三转轴、套设在所述电机上的直齿轮及套设在第三转轴上的冠齿轮实现，所述电机转动带动所述直齿轮转动，所述直齿轮带动所述冠齿轮转动，所述冠齿轮带动电动拇指的上指节转动，从而实现上指节的独立自由度。所述电动拇指的下指节的独立自由度位于下指节与手掌体的联接处，通过安装在手掌体内的电机、第一转轴、套设在所述电机上的直齿轮及套设在第一转轴上的冠齿轮实现，所述电机转动带动所述直齿轮转动，所述直齿轮带动所述冠齿轮转动，所述冠齿轮带动电动拇指的下指节转动，从而实现电动拇指的下指节的独立自由度。

所述电动手指的下指节的底部和手掌体上分别设有相配合的第二轴孔，一个第二转轴穿过下指节的第二轴孔、手掌体的第二轴孔而将电动手指与拟人手掌联接；所述电动手指的中指节的底部和下指节的顶部分别设有相配合的第四轴孔，一个第四转轴穿过中指节的第四轴孔、下指节的第四轴孔将中指节和下指节连接；所述的电动手指的上指节的底部和中指节的顶部分别设有相配合的第五轴孔，一个第五转轴穿过上指节的第五轴孔、中指节的第五轴孔将上指节和中指节连接；所述第三转轴、第四转轴及第五转轴上均套设有冠齿轮，所述电动手指的中指节体及下指节体内的电机轴上均套设有直齿轮，所述冠齿轮与直齿轮相啮合；所述N个电动手指结构相同。

所述电动手指具有三个独立自由度，包括上指节的独立自由度、中指节的独立自由度及下指节的独立自由度。所述的上指节的独立自由度位于上指节与中指节的联接处，通过安装在中指节体内的电机、第五转轴、套设在所述电机上的直齿轮及套设在第五转轴上的冠齿轮实现；所述电机转动带动所述直齿轮转动，所述直齿轮带动所述冠齿轮转动，所述冠齿轮带动电动手指的上指节转动，从而实现电动手指的上指节的独立自由度。所述中指节的独立自由度位于中指节与下指节的联接处，通过安装在下指节体内的电机、第四转轴、套设在所述电机上的直齿轮及套设在第四转轴上的冠齿轮实现；所述电机转动带动所述直齿轮转动，所述直齿轮带动所述冠齿轮转动，所述冠齿轮带动电动手指的中指节转动，从而实现电动手指的中指节的独立自由度。所述下指节的独立自由度位于下指节与手掌体的联接处，通过安装在手掌体内的电机、第二转轴、套设在所述电机上的直齿轮及套设在第二转轴上的冠齿轮实现，所述电机转动带动所述直齿轮转动，所述直齿轮带动所述冠齿轮转动，所述冠齿轮带动电动手指的下指节转动，从而实现电动手指的下指节的独立自由度。

所述手掌盖上的M个第一触碰传感器均安装在手掌盖表面，所述上指节顶部的两个第二触碰传感器分别安装在上指节顶部两个相交角为θ的平面上，其中90°≥θ＞0°。优选的，所述第一、第二触碰传感器的安装采用紧定螺钉固定、胶水粘贴或铆接的方式安装；所述第一、第二触碰传感器提供所述灵巧手触碰外部环境或物品的情况信息。

所述手掌体的两个第一位置传感器触点分别分布在与电动拇指连接处的两个相交角为η的平面上，其中60°≥η＞0°；所述手掌体的2×N个第二位置传感器触点分别分布在与N个电动手指连接处的两个相交角为η的平面上；所述下指节体底部的两个第三位置传感器触点分别分布在其底部的两个相交角为η的平面上；所述的下指节体顶部的两个第四位置传感器触点分别分布在其顶部两个相交角为η的平面上；所述中指节体底部的两个第五位置传感器触点分别分布在其底部的两个相交角为η的平面上；所述的中指节体顶部的两个第六位置传感器触点分别分布在其顶部两个相交角为η的平面上；所述上指节体底部的两个第七位置传感器触点分别分布在其底部两个相交角为η的平面上；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七位置传感器触点，均包括平面位置传感器触点及斜面位置传感器触点；并且同在平面上的两个平面位置传感器触点相配合组成一个位置传感器，同在斜面上的两个位置传感器触点相配合组成一个位置传感器；所述平面位置传感器触点指安装在指节顶部、底部或手掌体与电动拇指及电动手指连接处平面上的传感器触点；所述斜面位置传感器触点指安装在指节顶部、底部或手掌体与电动拇指及电动手指连接处斜面的传感器触点。所述上指节的两个第七位置传感器触点与中指节顶部的两个第六位置传感器触点(对电动拇指而言是“下指节顶部的两个第四位置传感器触点”)组成两个位置传感器，中指节底部的两个第五位置传感器触点与下指节顶部的两个第四位置传感器触点组成两个位置传感器，下指节底部的两个第三位置传感器触点与手掌体上的两个第二位置传感器触点（对电动拇指而言是“两个第一位置传感器触点”）组成两个位置传感器；所述的位置传感器是确定指节位置关系的依据，两个指节的平面位置传感器触点接触时，由其组成的位置传感器接通，表示两个指节平行；两个指节的斜面位置传感器触点接触时，由其组成的位置传感器接通，表示两个指节成180°－2η角度；下指节的平面位置传感器触点与手掌体的平面位置传感器触点接触时，由其组成的位置传感器接通，表示下指节与拟人手掌平行；下指节的斜面位置传感器触点与手掌体的斜面位置传感器触点接触时，由其组成的位置传感器接通，表示下指节与拟人手掌成180°－2η角度。所述的位置传感器提供指节的位置信息。

本实用新型所述机器人灵巧手的指节绕转轴转动，其转动角度的范围为0～2×η；所述转轴包括第一、第二、第三、第四及第五转轴。

所述冠齿轮采用圆型孔、D型孔或方型孔冠齿轮，所述转轴采用圆柱型转轴、D型轴或带方柱的D型轴，所述指节的轴孔采用圆孔、D型孔或方型孔。所述轴孔包括第一、第二、第三、第四及第五轴孔；所述直齿轮套设在电机轴上，所述冠齿轮套上在转轴上；所述的直齿轮与冠齿轮的安装位置可以互换，即冠齿轮套设在电机轴上，直齿轮套设在转轴上；本实用新型所述的机器人灵巧手还包括紧定螺钉。

本实用新型所述机器人灵巧手的每个指节可以单独转动、多个指节一起转动或者全部指节一起转动；指节间的转动相互独立。所述电机接受外部信号控制，带动指节转动、停止，从而实现指节的自由度。所述传感器提供传感器信号给外部电路；所述传感器包括第一触碰传感器、第二触碰传感器、第一位置传感器、第二位置传感器、第三位置传感器、第四位置传感器、第五位置传感器、第六位置传感器及第七位置传感器。

本实用新型所述机器人灵巧手的指节的转动具有断电自锁功能。即断电后，每个指节的姿态保持不变。

本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、本实用新型的机器人灵巧手的每个指节都具有多个位置传感器，能感知指节的姿态，方便外部电路对指节的控制；

2、本实用新型的机器人灵巧手的手掌盖有多个触碰传感器，每个上指节有两个触碰传感器，触碰传感器能感知触碰外部环境或者抓取物品的情况；

3、本实用新型的机器人灵巧手结构上融合了多种传感器，方便对灵巧手的灵活控制，满足机器人灵巧手的性能；

4、本实用新型的灵巧手拟人手掌上有连接机械臂的机械接口，与机械臂及拟人机器人连接简单、方便，可以广泛应用于机械臂或拟人机器人上；

5、本实用新型的机器人灵巧手每个指节具有单独的自由度，不受其它指节的干扰，控制简单方便；指节的转动角度范围较宽，可以根据不同场合要求，设计成不同的角度范围；

6、本实用新型的机器人灵巧手的指节及电动手指的数量可以多个，数量可以根据不同的需求改变，可以满足不同的运用场合，扩大了机器人灵巧手的通用性。

附图说明：

图1是本实用新型的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手的具体实施例一的整体结构示意图；

图2是本实用新型中具体实施例一的手掌体结构示意图；

图3是本实用新型中具体实施例一的手掌盖结构示意图；

图4是本实用新型中具体实施例一的电动拇指的结构示意图；

图5是本实用新型中具体实施例一的电动手指的结构示意图；

图6a～6b是本实用新型中具体实施例一的上指节的结构示意图；

图7a～7b是本实用新型中具体实施例一的中指节的结构示意图；

图8a～8b是本实用新型中具体实施例一的上指节与中指节不同相对位置的结构示意图；

图9a～9b是本实用新型中具体实施例一的中指节与下指节不同相对位置的结构示意图；

图10a～b是本实用新型中具体实施例一的下指节与手掌体不同相对位置的结构示意图；

图11a～11g是本实用新型的不同指节、不同轴、不同冠齿轮的示意图，图11a是带D型孔指节体的示意图，图11b是带方型孔指节体的示意图，图11c是齿轮安装孔的指节体的示意图，图11d是D型轴的示意图，图11e是带方柱的D型轴的示意图，图11f是D型孔冠齿轮的示意图，图11g是带安装孔的冠齿轮的示意图，图11h是方型孔冠齿轮；

图12a～12e是本实用新型中五种不同齿轮、轴、指节体组合的结构示意图，图12a是带D型孔指节体、D型孔冠齿轮及D型轴组合的示意图，图12b是带方型孔指节体、D型孔冠齿轮及带方柱的D型轴组合的示意图，图12c是带安装孔指节体、带安装孔的冠齿轮、圆柱型转轴及紧定螺钉组合的示意图，图12d是圆型孔的指节体、圆柱型转轴及冠齿轮组合的示意图，图12e是方型孔指节体、带方柱的D型轴及方型孔冠齿轮组合的示意图；

图13是本实用新型中具体实施例六的冠齿轮套设在电机轴的结构示意图；

图14是本实用新型中具体实施例一的手掌体的上视图；

图15a～15c是本实用新型中具体实施例一手掌体、中指节、上指节的右视图；

图16是本实用新型实施例七的三指三自由度机器人灵巧手的结构示意图；

图中：1.拟人手掌，2.电动拇指，3.电动手指，4.上指节，5.中指节，6.下指节，7.上指节体，8.上指节盖，9.中指节体，10.中指节盖，11.下指节体,12.下指节盖，13.手掌体，14.手掌盖，15.D型孔指节体，16.方型孔指节体，17.带安装孔的指节体，18.圆型孔的指节体，40.电机，50.第一转轴，51.第二转轴，52.第三转轴，53.第四转轴，54.第五转轴，55.圆柱型转轴，56.D型轴，57.带方柱的D型轴，60.直齿轮，70.冠齿轮，71.D型孔冠齿轮，72.带安装孔的冠齿轮，73.方型孔冠齿轮，80.第一触碰传感器，81.第二触碰传感器，82.动触片，83.静触片，84.紧定螺钉，90.第一位置传感器触点，91.第二位置传感器触点，92.第三位置传感器，93.第四位置传感器，94.第五位置传感器，95.第六位置传感器，96.第七位置传感器，97.限位螺钉，98.平面位置传感器触点，99.斜面位置传感器触点，201.三指三自由度机器人灵巧手手掌，202.三指三自由度机器人灵巧手电动拇指，203.三指三自由度机器人灵巧手电动手指，1000.多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，2000.三指三自由度机器人灵巧手。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型中的具体实施例作进一步详细说明。

实施例一

参见图1，本实用新型以N=4、M=3、α=90°、θ=45°、η=45°的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手为实施例，其中N为除电动拇指外的电动手指数量，M为手掌盖上触碰传感器的数量，请结合图14，α为电动拇指与其它电动手指的夹角，请结合15a、15b及15c，θ为上指节顶部安装有触碰传感器的两个平面相交角的角度，η为指节顶部及底部或手掌体与电动拇指及电动手指连接处安装两个位置传感器触点的两个平面相交角的角度。当然，在其它实施例中，可以根据不同需求在设计时改变这些变量的数值。

参见图1，本实施例的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手包括拟人手掌1、电动拇指2及四个电动手指3。拟人手掌1、电动拇指2及四个电动手指3共面，四个电动手指3平行分布于拟人手掌1的纵长方向上，电动拇指2分布于纵长方向的一侧，电动拇指2与四个电动手指3成α角，α的取值为90°；请结合图4，所述电动拇指2包括上指节4和与所述上指节4连接的下指节6；请结合图5，每个电动手指3均包括依次连接的上指节4、中指节5及下指节6，并且每个指节都设有实现其独立自由度的电机40；电动拇指2的下指节6通过第一转轴50与拟人手掌1联接，各电动手指3的下指节6分别通过第二转轴51与拟人手掌1联接；本实施例的灵巧手共有十四个指节，十四个电机40及十四个独立自由度。

结合图1、2及3，所述拟人手掌1包括一个手掌体13和与所述手掌体13相盖合的一个手掌盖14，所述手掌体13中设有五个电机安装槽、两个第一位置传感器触点90和八个第二位置传感器触点91；其中一个所述电机安装槽与其它四个电机安装槽成90°角，每个电机安装槽中设有一个所述电机40；手掌体13的底部开设有一个用于引出电机40和传感器导线的导线引出孔及设有一个用于与机械臂枢接的枢接支架；所述手掌盖14上设有三个第一触碰传感器80；本实施例中手掌体13与手掌盖14通过六根紧定螺钉84固定为一体。

参见图4，所述上指节4包括上指节体7和与上指节体7相盖合的上指节盖8，请结合图6a及6b，所述上指节4的顶部设有两个第二触碰传感器81，上指节4的底部设有两个第七位置传感器触点96。

参见图5，所述的中指节5包括中指节体9和与中指节体9相盖合的中指节盖10，所述中指节体9内设有一个用于与上指节4连接的电机40；请结合图8a及8b，中指节体9的顶部设有与第七位置传感器触点96相配合电连接的第六位置传感器触点95，请结合图9a及9b，中指节体9的底部设有两个第五位置传感器触点94。

参见图4或5，所述下指节6包括下指节体11和与下指节体11相盖合的下指节盖12，所述电动拇指2的下指节体11内设有一个用于与电动拇指2上指节4连接的电机40，所述的各电动手指3的下指节体11内设有一个用于与上指节4连接的电机40；请结合图9a及9b，下指节体11的顶部设有两个第四位置传感器触点93，所述电动拇指2的两个第四位置传感器触点93与第七位置传感器触点96配合电连接，所述各个电动手指3的两个第四位置传感器触点93与第五位置传感器触点94相配合电连接；请结合图10a及10b，下指节体11的底部设有两个第三位置传感器触点92，所述电动拇指2的两个第三位置传感器触点92与第一位置传感器触点90相配合电连接，所述各电动手指3的两个第三位置传感器触点92与第二传感器触点91配合电连接。所述第一位置传感器触点90、第二位置传感器触点91、第三位置传感器触点92、第四位置传感器触点93、第五位置传感器触点94、第六位置传感器触点95及第七位置传感器触点96均包括限位螺钉97及缠绕在限位螺钉97上的导线。请结合图7a，所述导线缠绕在限位螺钉97上，组成位置传感器触点，位置传感器触点通过限位螺钉97安装在传感器安装孔内，使限位螺钉97的顶部平面与传感器安装孔的平面平行。

结合图4及5，本实施例所述的中指节5与下指节6结构及组成部分相同。

参见图3及4，所述第一触碰传感器80和第二触碰传感器81均包括静触片83和可与所述静触片83电接触的动触片82；所述手掌盖14开设有三对传感器安装孔，所述上指节4的顶部开设有两对传感器安装孔；每对传感器安装孔中，一个用于固定静触片83，另一个用于固定动触片82。本实施例中所述的静触片83与动触片82通过紧定螺钉84固定在所述传感器安装孔中。所述上指节体7顶部有一个通孔，静触片83及动触片82的引出线通过顶部的通孔引入上指节体7内。

结合图2及4，所述电动拇指2的下指节6的底部和手掌体13上分别开设有相配合的第一轴孔，一个第一转轴50穿过下指节6的第一轴孔、手掌体13的第一轴孔而将电动拇指2与拟人手掌1联接；所述电动拇指2的上指节4的底部和下指节6的顶部分别设有相配合的第三轴孔，一个第三转轴52穿过上指节4的第三轴孔、下指节6的第三轴孔将上指节4和下指节6连接；所述第一转轴50及第三转轴52上均套设有冠齿轮70，所述电动拇指2及手掌体13内的电机40转轴上均套设有直齿轮60，所述冠齿轮70与直齿轮60相啮合。

参考图4，本实施例所述电动拇指2具有两个独立自由度，包括上指节4的独立自由度及下指节6的独立自由度。上指节4的独立自由度指上指节4绕第三转轴52的旋转运动，下指节6的独立自由度指下指节6绕第一转轴50的旋转运动。上指节4的独立自由度位于上指节4与下指节6的连接处，通过安装在电动拇指2下指节体11内的电机40、第三转轴52、套设在所述电机40上的直齿轮60及套设在第三转轴52上的冠齿轮70实现，所述电机40转动带动所述直齿轮60转动，所述直齿轮60带动所述冠齿轮70转动，所述冠齿轮70带动电动拇指2的上指节4转动，从而实现上指节4的独立自由度。所述电动拇指2的下指节6的独立自由度位于下指节6与手掌体13的联接处，通过安装在手掌体13内的电机40、第一转轴50、套设在所述电机40上的直齿轮60及套设在第一转轴50上的冠齿轮70实现，所述电机40转动带动所述直齿轮60转动，所述直齿轮60带动所述冠齿轮70转动，所述冠齿轮70带动电动拇指2的下指节6转动，从而实现电动拇指2的下指节6的独立自由度。

参见图5，所述电动手指3的下指节6的底部和手掌体13上分别设有相配合的第二轴孔，一个第二转轴51穿过下指节6的第二轴孔、手掌体13的第二轴孔而将电动手指3与拟人手掌1联接；所述的电动手指3的中指节5的底部和下指节6的顶部分别设有相配合的第四轴孔，一个第四转轴53穿过中指节5的第四轴孔、下指节6的第四轴孔将中指节5和下指节6连接；所述电动手指3的上指节4的底部和中指节5的顶部分别设有相配合的第五轴孔，一个第五转轴54穿过上指节4的第五轴孔、中指节5的第五轴孔将上指节4和中指节5连接；所述第二转轴51、第四转轴53及第五转轴54上均套设有冠齿轮70。请结合图2，所述电机40轴上均套设有直齿轮60，所述冠齿轮70与直齿轮60相啮合；所述四个电动手指3结构相同。

参见图5，本实施例所述电动手指3具有三个独立自由度，包括上指节4的独立自由度、中指节5的独立自由度及下指节6的独立自由度。所述的上指节4的独立自由度位于上指节4与中指节5的联接处，通过安装在中指节体9内的电机40、第五转轴54、套设在所述电机40上的直齿轮60及套设在第五转轴54上的冠齿轮70实现；所述电机40转动带动所述直齿轮60转动，所述直齿轮60带动所述冠齿轮70转动，所述冠齿轮70带动电动手指3的上指节4转动，从而实现电动手指3的上指节4的独立自由度。所述中指节5的独立自由度位于中指节5与下指节6的联接处，通过安装在下指节体11内的电机40、第四转轴53、套设在所述电机40上的直齿轮60及套设在第四转轴53上的冠齿轮70实现；所述电机40转动带动所述直齿轮60转动，所述直齿轮60带动所述冠齿轮70转动，所述冠齿轮70带动电动手指3的中指节5转动，从而实现电动手指3的中指节5的独立自由度。所述下指节6的独立自由度位于下指节6与手掌体13的联接处，通过安装在手掌体13内的电机40、第二转轴51、套设在所述电机40上的直齿轮60及套设在第二转轴上的冠齿轮70实现，所述电机40转动带动所述直齿轮60转动，所述直齿轮60带动所述冠齿轮70转动，所述冠齿轮70带动电动手指3的下指节6转动，从而实现电动手指3的下指节6的独立自由度。

参见图3，所述手掌盖14的三个第一触碰传感器均安装在手掌盖14的表面，三个第一触碰传感器成三角形分布；参见图4或6b，所述上指节4顶部的两个第二触碰传感器81分别安装在上指节4顶部两个相交角为45°的平面上。

参见图2，所述手掌体13的两个第一位置传感器触点90分别分布在与电动拇指连接处的两个相交角为45°的平面上；请结合图10a及10b，所述手掌体13的八个第二位置传感器触点91分别分布在与四个电动手指连接处的两个相交角为45°的平面上；参见图10a及10b，所述下指节体11底部的两个第三位置传感器触点92分别分布在其底部的两个相交角为45°的平面上；参见图9a及9b，所述的下指节体11顶部的两个第四位置传感器触点93分别分布在其顶部两个相交为45°的平面上；参见图9a及9b，所述中指节体9底部的两个第五位置传感器触点94分别分布在其底部的两个相交角为45°的平面上；参见图8a及8b，所述的中指节体9顶部的两个第六位置传感器触点95分别分布在其顶部两个相交角为45°的平面上；参见图6a、8a或8b，所述上指节体7底部的两个第七位置传感器触点96分别分布在其底部两个相交角为45°的平面上。请结合图7b，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七位置传感器触点，均包括平面位置传感器触点98及斜面位置传感器触点99；并且同在平面上的两个平面位置传感器触点98相配合组成一个位置传感器，同在斜面上的两个斜面位置传感器触点99相配合组成一个位置传感器；所述平面位置传感器触点98指安装在指节顶部、底部或手掌体13与电动拇指2及电动手指3连接处平面上的位置传感器触点；所述斜面位置传感器触点99指安装在指节顶部、底部或手掌体13与电动拇指2及电动手指3连接处斜面上的位置传感器触点。

参见图8a及8b，上指节4的两个第七位置传感器触点96与中指节5顶部的两个第六位置传感器触点95(对“电动拇指2”而言是“下指节6顶部的两个第四位置传感器触点93”)组成两个位置传感器，请结合图7b，两个斜面位置传感器触点99组成一对位置传感器，两个平面位置传感器触点98组成一对位置传感器。所述的位置传感器是确定指节位置关系的依据，上指节4与中指节5(对“电动拇指2”而言是“下指节6”)的平面位置传感器触点98接触时，由其组成的位置传感器接通，表示上指节4与中指节5(对“电动拇指2”而言是“下指节6”)平行，参见图8a；上指节4与中指节5(对“电动拇指2”而言是“下指节6”)的斜面位置传感器触点99接触时，由其组成的位置传感器接通，表示上指节4与中指节5(对“电动拇指2”而言是“下指节6”)垂直，参见图8b。

参见图9a及9b，本实施例的中指节5底部的两个第五位置传感器触点94与下指节6顶部的两个第四位置传感器触点93组成两个位置传感器；两个位置传感器确定中指节5与下指节6的位置关系，请结合图7b，中指节5与下指节6的平面位置传感器触点98接触时，由其组成的位置传感器接通，表示中指节5与下指节6平行，参见图9a；中指节5与下指节6的斜面位置传感器触点99接触时，由其组成的位置传感器接通，表示中指节5与下指节6垂直，参见图9b。

参见图10a及10b，本实施例的下指节6的两个第三位置传感器触点92与手掌体13上的两个第二位置传感器触点91（对“电动拇指2”而言是“两个第一位置传感器90”）组成两个位置传感器；两个位置传感器确定下指节6与拟人手掌1的位置关系，下指节6与手掌体13的平面位置传感器触点99接触时，由其组成的位置传感器接通，表示下指节6与拟人手掌1平行，参见图10a；下指节6与手掌体15的斜面位置传感器触点99接触时，由其组成的位置传感器接通，表示下指节6与拟人手掌1垂直，参见图10b。

结合图8a、8b、9a、9b、10a及10b，本实施例的指节均绕指节底部的转轴转动，其转动角度范围为0～90°；所述的转轴包括第一转轴50、第二转轴51、第三转轴52、第四转轴53及第五转轴54。

结合图2及10a，本实施例中，直齿轮60套设在电机40轴上，冠齿轮70套设在转轴50上；请结合图12d，本实施例中，所述的转轴均采用圆柱型转轴55；所述中指节体9及下指节体11采用圆型孔的指节体18，所述上指节体7的轴孔与中指节体9及下指节体11底部的轴孔相同；所述冠齿轮70的孔为圆型孔。所述直齿轮60与冠齿轮70相啮合。本实施例中，利用胶水将圆型孔的冠齿轮70固定在圆型孔的指节体18上，实现指节随冠齿轮70的转动而转动。

结合图1、3、4、及5，本实施例中的灵巧手具有多传感器的特点，手掌盖14上的第一触碰传感器80的动触片82与静触片83接触时，由它们组成的触碰传感器闭合，说明拟人手掌1有触碰到外部环境或者物品；动触片83与静触片82无接触时，触碰传感器不闭合，说明没触碰外部环境或物品；即手掌盖14上的第一触碰传感器80的信号能反映拟人手掌1触碰外部环境或物体的情况。上指节4上的第二触碰传感器81的动触片82与静触片83接触时，由它们组成的第二触碰传感器81闭合，说明电动手指有触碰到外部环境或者物品；动触片83与静触片82无接触时，第二触碰传感器81不闭合，说明没触碰外部环境或物品；即上指节4的第二触碰传感器81的信号能反映电动手指触碰外部环境或物品的情况。

结合图1、2、4及5，本实施例中，每个指节都有一个独立控制的电机40，都可以控制其独立转动；单独控制某一电机40转动时，与之相应的指节转动；同时控制多个电机40转动时，与之相应的多个指节一起转动；同时控制十四个电机40一起转动时，所有指节同时转动；指节间的转动相互独立，即指节的自由度相互独立。电机40断电时，指节就保持不动，即指节具有断电自锁功能。

所述电机40接受外部信号控制，带动指节转动或停止，从而实现指节的自由度。所述传感器提供传感器信号给外部电路；所述传感器包括第一触碰传感器80、第二触碰传感器81、第一位置传感器90、第二位置传感器91、第三位置传感器92、第四位置传感器93、第五位置传感器94、第六位置传感器95及第七位置传感器96。

实施例二

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：请结合图11a、11d、11f及12a，本实施例中转轴均采用D型轴56；中指节体9及下指节体11采用D型孔指节体15，上指节体7的轴孔与中指节体9及下指节体11底部的轴孔相同；冠齿轮采用D型冠齿轮71。

实施例三

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：请结合图11b、11e、11f及12b，本实施例中转轴均采用带方柱的D型轴57；中指节体9及下指节体11采用方型孔指节体16，上指节体7的轴孔与中指节体9及下指节体11底部的轴孔相同；冠齿轮采用D型孔冠齿轮71。

实施例四

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：请结合图11c、11g及12c，本实施例中转轴均采用带圆柱型转轴55；中指节体9及下指节体11采用带安装孔的指节体17，上指节体7的轴孔与中指节体9及下指节体11底部的轴孔相同；冠齿轮采用带安装孔的冠齿轮72。紧定螺钉84将带安装孔的冠齿轮72固定在带安装孔的指节体17上。

实施例五

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：请结合图11b、11e、11h及12e，本实施例中转轴均采用带方柱的D型轴57；中指节体9及下指节体11采用方型孔指节体16，上指节体7的轴孔与中指节体9及下指节体11底部的轴孔相同；冠齿轮采用方型孔冠齿轮73。

实施例六

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：请结合图13，本实施例中直齿轮60均套设在转轴上，冠齿轮70均套设在电机40轴上。

实施例七

本实施例除以下特征外其它结构同实施例一：参见图16，本实施例是三指三自由度机器人灵巧手2000，其包括三指三自由度机器人灵巧手手掌201、一个三指三自由度机器人灵巧手电动拇指202及两个三指三自由度机器人灵巧手电动手指203，三指三自由度机器人灵巧手手掌201内有三个电机，三指三自由度机器人灵巧手电动拇指202及三指三自由度机器人灵巧手两个电动手指203都仅有一个上指节4，所述灵巧手共有三个自由度。

虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：包括拟人手掌、均设于所述拟人手掌上的电动拇指和N个电动手指，其中N≥1；拟人手掌、电动拇指及N个电动手指共面，N个电动手指平行分布于拟人手掌的纵长方向上，电动拇指分布于纵长方向的一侧，电动拇指与其它电动手指成α角，α的取值范围为60°～135°；所述电动拇指包括上指节和与所述上指节连接的下指节，每个电动手指均包括依次连接的上指节、中指节及下指节，并且每个指节都设有实现其独立自由度的电机；电动拇指的下指节通过一第一转轴与拟人手掌联接，各电动手指的下指节分别通过一第二转轴与拟人手掌联接；

所述拟人手掌包括一个手掌体和与所述手掌体相盖合的一个手掌盖，所述手掌体中设有N+1个电机安装槽、两个第一位置传感器触点和2×N个第二位置传感器触点；其中一个所述电机安装槽与其它电机安装槽成α角，且每个电机安装槽中设有一个所述电机；手掌体的底部开设有一个用于引出电机和传感器导线的导线引出孔及设有一个用于与机械臂枢接的枢接支架；

所述手掌盖上设有M个第一触碰传感器，其中M≥1；

所述上指节包括上指节体和与上指节体相盖合的上指节盖，所述上指节的顶部设有两个第二触碰传感器，上指节的底部设有两个第七位置传感器触点；

所述中指节包括中指节体和与中指节体相盖合的中指节盖，所述中指节体内设有一个用于与上指节连接的电机，中指节体的顶部设有与第七位置传感器触点相配合电连接的两个第六位置传感器触点，中指节体的底部设有两个第五位置传感器触点；

所述下指节包括下指节体和与下指节体相盖合的下指节盖，所述电动拇指的下指节体内设有一个用于与电动拇指上指节连接的电机，所述各电动手指的下指节体内均设有一个用于与中指节连接的电机；下指节体的顶部设有两个第四位置传感器触点，所述电动拇指的两个第四位置传感器触点与第七位置传感器触点配合电连接，所述的各电动手指的两个第四位置传感器触点与第五位置传感器触点相配合电连接；下指节体的底部设有两个第三位置传感器触点，所述电动拇指的两个第三位置传感器触点与第一位置传感器触点相配合电连接，所述各电动手指的两个第三位置传感器触点与第二传感器触点配合电连接；

所述第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七位置传感器触点均包括限位螺钉及缠绕在限位螺钉上的导线。

2.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述第一触碰传感器和第二触碰传感器均包括静触片和可与所述静触片电接触的动触片；所述手掌盖开设有M对传感器安装孔，所述上指节的顶部开设有两对传感器安装孔；每对传感器安装孔中，一个用于固定静触片，另一个用于固定动触片。

3.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述的电动拇指的下指节的底部和手掌体上分别设有相配合的第一轴孔，一个第一转轴穿过下指节的第一轴孔、手掌体的第一轴孔而将电动拇指与拟人手掌联接；所述电动拇指的上指节的底部和下指节的顶部分别设有相配合的第三轴孔，一个第三转轴穿过所述上指节的第三轴孔、下指节的第三轴孔将上指节和下指节连接；所述第一、第三转轴上套设有冠齿轮；

所述电动拇指下指节体内的电机轴上套设有直齿轮，所述冠齿轮与直齿轮相啮合。

4.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述电动手指的下指节的底部和手掌体上分别设有相配合的第二轴孔，一个第二转轴穿过下指节的第二轴孔、手掌体的第二轴孔而将电动手指与拟人手掌联接；所述的电动手指的中指节的底部和下指节的顶部分别设有相配合的第四轴孔，一个第四转轴穿过中指节的第四轴孔、下指节的第四轴孔将中指节和下指节连接；所述电动手指的上指节的底部和中指节的顶部分别设有相配合的第五轴孔，一个第五转轴穿过上指节的第五轴孔、中指节的第五轴孔将上指节和中指节连接；所述第二转轴、第四转轴及第五转轴上均套设有冠齿轮；

所述电动手指的中指节体及下指节体内的电机轴上均套设有直齿轮，所述冠齿轮与直齿轮相啮合；

所述N个电动手指结构相同。

5.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述手掌盖上M个第一触碰传感器均安装在手掌盖上表面，所述上指节顶部的两个第二触碰传感器分别安装在上指节顶部两个相交角为θ的平面上，其中90°≥θ＞0°。

6.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述手掌体的两个第一位置传感器触点分别分布在与电动拇指连接处的两个相交角为η的平面上，其中60°≥η＞0°；所述手掌体的2×N个第二位置传感器触点分别分布在与N个电动手指连接处的两个相交角为η的平面上；所述下指节体底部的两个第三位置传感器触点分别分布在其底部的两个相交角为η的平面上；所述的下指节体顶部的两个第四位置传感器触点分别分布在其顶部两个相交角为η的平面上；所述中指节体底部的两个第五位置传感器触点分别分布在其底部的两个相交角为η的平面上；所述的中指节体顶部的两个第六位置传感器触点分别分布在其顶部两个相交角为η的平面上；所述上指节体底部的两个第七位置传感器触点分别分布在其底部两个相交角为η的平面上；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六及第七位置传感器触点，均包括平面位置传感器触点及斜面位置传感器触点；并且同在平面上的两个平面位置传感器触点相配合组成一个位置传感器，同在斜面上的两个斜面位置传感器触点相配合组成一个位置传感器；所述平面位置传感器触点指安装在指节顶部、底部或手掌体与电动拇指及电动手指连接处平面上的传感器触点；所述斜面位置传感器触点指安装在指节顶部、底部或手掌体与电动拇指及电动手指连接处斜面上的传感器触点。

7.根据权利要求1或6所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：指节绕转轴转动，并且其转动角度的范围为0～2×η；所述的转轴包括第一、第二、第三、第四及第五转轴。

8.根据权利要求3或4所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述冠齿轮采用圆型孔、D型孔或方型孔冠齿轮；所述转轴采用圆柱型转轴、D型轴或带方柱的D型轴，所述指节的轴孔采用圆型孔、D型孔或方型孔；

所述的轴孔包括第一、第二、第三、第四及第五轴孔；

所述直齿轮套设在电机轴上，所述冠齿轮套上在转轴上；或冠齿轮套设在电机轴上，直齿轮套设在转轴上。

9.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：每个指节可以单独转动、多个指节一起转动或者全部指节一起转动；指节间的转动相互独立；指节的转动具有断电自锁功能。

10.根据权利要求1所述的多传感器多独立自由度多指机器人灵巧手，其特征在于：所述的中指节及下指节的数量为零个、一个、两个、三个、四个或五个。