CN206544179U - 一种绳驱四指机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绳驱四指机械手，包括：手掌，其由内侧构件和外侧构件组成；三个相同的第一手指，其通过设置在手掌内部的第一内座与所述手掌可转动连接；第二手指，其设置在所述手掌的外部，并通过球铰链与所述内侧构件连接，保证所述第二手指的灵活性。第一驱动装置，其设置在所述手掌内，与所述第一内座中连接，能够驱动第一手指弯曲和侧摆；同步机构，其一端连接所述第一驱动装置，另一端连接第一手指和第二手指的各个指节，将动力传递给所述各个指节，实现指节的弯曲和运动。用绳作为主要传动方式，减轻手指重量。耦合连接部位借助轮和绳传动，双齿轮转向的原理设计。该机械手通过稳定简便的传动方式实现对不同物体的抓取和操控。

Description

一种绳驱四指机械手

技术领域

本实用新型涉及一种机械手，尤其是一种绳驱四指机械手。

背景技术

随着时代的发展，科技的进步，本着提高劳动效率、节约时间和人力的目的，我们渐渐走进了机械化的时代。

20世纪中期，随着随着计算机和自动化技术的发展，计算机取得了惊人的进步，并向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，随着大批生产的迫切需求，推动了自动化技术的进展，为机器人的开发奠定了基础。由于核心技术的研究需要某些操作机械代替人来处理，因此，在这一背景下，机械手的设计与开发开始逐步走入我们的世界。

机械手首先是从美国开始研制的，1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手，它的结构是；机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的，随着计算机和自动控制技术的迅速发展,农业机械将进入高度自动化和智能化时期，机械手机器人的应用可以提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件，解决劳动力不足等问题构成。

如今，机械手已被广泛应用于各种机械领域中，能适应各种复杂的工作任务及恶劣的工作环境。无论国内还是国外，多指机械手的应用前景非常广阔，对机械手使用性能的要求越来越高，面对越来越多样的产品需求，设计具有高度的灵活性、高度的识别能力和高度适应能力的多指机械手，使其能像人手一样灵活地完成各种精细和复杂的操作任务，具有很大的发展潜力。

现有的机械手大多灵敏度不高，灵活性差，实现机械手指在任意方向上侧摆困难，独立性和同步性能较差。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种绳驱四指机械手，能够克服现有机械手指同步性、独立性和灵活性差的问题。

本实用新型提供的技术方案为：

一种绳驱四指机械手，包括：

手掌，其由内侧构件和外侧构件组成；

三个相同的第一手指，其通过设置在手掌内部的第一内座与所述手掌可转动连接；

第二手指，其设置在所述手掌的外部，并通过球铰链与所述内侧构件连接，保证所述第二手指的灵活性。

第一驱动装置，其设置在所述手掌内，与所述第一内座中连接，能够驱动第一手指弯曲和侧摆；

同步机构，其一端连接所述第一驱动装置，另一端连接第一手指和第二手指的各个指节，将动力传递给所述各个指节，实现指节的弯曲和运动。

优选的是，所述第一手指包括：第一远指节、第一中指节、第一近指节以及第一内座，第一远指节通过第一远中轴与第一中指节连接，第一中指节通过第一中近轴与第一近指节连接，第一近指节通过第一近内轴与第一内座连接。

优选的是，所述第二手指包括：第二远指节和第二中指节，第二远指节通过第二远中轴与第二中指节连接，第二中指节通过第二中内轴与第二内座连接。

优选的是，所述第一驱动装置包括对称设置的第一电机和第二电机，其中所述第一电机与第一轮连接，所述第一轮通过第一同步绳与固定在所述第一中近轴上的第一中近轮连接，并通过第一电机驱动所述第一中指节与所述第一近指节弯曲。

优选的是，所述第二电机与第二轮连接，其通过第二同步绳与设置在所述第一近内轴上的第一近内轮连接，并通过所述第二电机驱动所述第一近指节与第一内座弯曲。

优选的是，所述第一中近轴上还设置有第二中近轮，其能够接收所述第一同步绳传递的动力，并通过第三同步绳带动第一齿轮机构啮合，进而带动第一远指节与第一中指节弯曲。

优选的是，所述手掌内部设置有三个第一侧摆电机，其与所述第一内座连接，能够带动所述第一手指侧摆。

优选的是，所述第二内座与第二驱动装置连接，其与设置在所述第二内座内侧的第三轮连接，所述第三轮通过第四同步绳与设置在第二中内轴上的第二中内轮连接，并通过所述第二驱动装置驱动所述第二中指节与所述第二内座弯曲。

优选的是，所述第二中内轴上还设置有第一中内轮，其能够接收来自所述第四同步绳传递的动力，通过第五同步绳带动第二齿轮机构啮合，进而带动第二远指节与第二中指节弯曲。

优选的是，所述第二内座连接有三个第二侧摆电机，能够驱动第二手指向任意方向侧摆。

本实用新型所述的有益效果：

1、模仿人手研究具有多指，多关节的多指机械手，设计一种由电机和绳索共同驱动的多指机械手的结构。

2、该机械手从仿生学的角度出发，具有高度的灵活性和高度适应的能力，能像人手一样灵活地完成各种精细和复杂的操作任务。

3、本实用新型用绳作为主要传动方式，减轻手指重量。耦合连接部位借助轮和绳传动，双齿轮转向的原理设计。该机械手通过稳定简便的传动方式实现对不同物体的抓取和操控。更模仿人手通过不同姿势对同一物体进行抓取和操控。为了实现每个动作组的独立性，手指一、手指二、手指三通过两个限位轮限制绳的位置状态。

附图说明

图1为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手的总装配图。

图2为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第一手指的局部剖视图

图3为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第一手指伸直姿态图。

图4为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第一手指全指节弯曲姿态图。

图5为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第一手指部分指节弯曲姿态图。

图6为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第一手指的立体图。

图7为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第二手指伸直姿态图。

图8为本实用新型所述的绳驱动式多指机械手第二手指的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-8所示，本实用新型提供了一种绳驱四指机械手，包括三个相同的第一手指，即第一手指1、第一手指2和第一手指3，一个第二手指4。

三个相同的第一手指从左向右依次设置在手掌上，手掌包括结构相同的内侧构件5和外侧构件6。以第一手指1为例进行说明。

第一手指1包括第一远指节1-1、第一中指节1-3、第一近指节1-8以及第一内座1-13。第一远指节1-1的一端通过第一远中轴1-2与第一中指节1-3的一端连接，第一中指节1-3的另一端通过第一中近轴1-6与第一近指节1-8的一端连接，第一近指节1-8的另一端通过第一近内轴1-12与第一内座1-13连接

第一远指节1-1、第二齿轮1-7与第一远中轴1-2固定在一起；第一中指节1-3的与第一中近轮1-5固定在一起；第一齿轮1-25与第一远中轮1-21固定在一起；第一中近轴1-6、第一近指节1-8、第二中近轮1-22与第一近内轮1-11固定在一起；第一远指节1-1与第一中指节1-3之间销连接，第一远中轴1-2为销轴；第二齿轮1-7与第一齿轮1-25构成齿轮机构；第一齿轮1-25、第一远中轮1-21与第一中指节1-3之间为销连接，销轴为第一定位轴1-4；第一中指节1-3与第一近指节1-8销轴连接，销轴为第一中近轴1-6；第一近指节1-8与第一内座1-13销连接，销轴为第一近内轴1-12；第一内座1-13与手掌外侧构件5销连接；第一内座1-13与手掌内侧构件6销连接；第二近内轮1-10与第一近内轴1-12销连接。

第二手指4包括第二远指节4-1、第二中指节4-3以及第二内座4-13，第二远指节4-1的一端通过第二远中轴4-2与第二中指节的一端4-3连接，第二中指节4-3的另一端通过第二中内轴4-6与第二内座4-13的一端连接。

第二远指节4-1、第三齿轮4-7与第二远中轴4-2固定在一起；第二中指节4-3与第二中内轮4-5固定在一起；第二中内轴4-6、第一中内轮4-10与第二内座4-13固定在一起；第二远指节4-1与第二中指节4-3之间销连接，第二远中轴4-2为销轴；第二中指节4-3与第二内座4-13销连接，销轴为第二中内轴4-6。

第一手指1具有两个弯曲自由度，分别为第一中指节1-3与第一近指节1-8之间的相对转动、第一指节1-8与第一内座1-13之间的相对转动。两个转动角度范围都为固定范围，两个转动角度都为预设值。第一中指节1-3与第一近指节1-8之间的相对转动会带动第一远指节1-1与第一中指节1-3之间的相对转动，其采用耦合链接方式，耦合比例为固定值。

第二手指2具有一个弯曲自由度，为第二中指节4-3与第二内座4-13之间的相对转动。转动角度范围都为固定范围，转动角度都为预设值。第二中指节4-3与第二内座4-13之间的相对转动会带动第二远指节4-1与第二中指节4-3之间的相对转动，其采用耦合方式连接，耦合比例为固定值。

第一手指1中的第一侧摆电机1-23与手掌销连接，能够控制第一手指1的左右侧摆。第一同步绳1-17和第二同步绳1-18表面粗糙，横截面为椭圆，第一手指1中的轮和齿轮均做表面粗糙处理，增大摩擦力，使绳圈保持紧绷，能够实现轮绳承受大扭矩而不发生相对位移。

第一同步绳1-17、第一中近轮1-5、第二近内轮1-10、第一电机1-14、第一轮1-19共同组成的系统中，第一电机1-14为驱动构件，第一同步绳1-17为传动构件，第一轮1-19为主动轮，第一中近轮1-5为从动轮，第二近内轮1-10与第一限位轮1-24限制第一手指1的第一同步绳1-17的位置。由于第一近指节的转动，会改变从动件第一中近轮1-5与主动件第一轮1-19之间的距离，为了防止此状态下第一同步绳1-17的松动，增加第二近内轮1-10与限位轮1-24两个构件。

在第一近内轮1-11、第二轮1-20、第二电机1-15、第二同步绳1-18组成的系统中，第二电机1-15为驱动构件，第二同步绳1-18为传动构件，第二轮1-20为主动轮，第一近内轮1-11为从动轮；在第一齿轮1-7、第二齿轮1-25、第一远中轮1-21、第二中近轮1-22、第三同步绳1-26组成的系统中，第一远指节1-1与第一齿轮1-7固定连接，同步转动。第二中近轮1-22与第一近指节1-8固定连接，同步转动。保持第一近指节1-8不动，进而第二中近轮1-22不动，那么当固定连接的第一中近轮1-5、第一中指节1-3同步转动时，固定在一起的第二齿轮1-25和第一远中轮1-21在绳的作用下反向旋转，进而第一齿轮1-7和第一近指节1-1在齿轮副的作用下转动，方向与第一中指节1-3旋转方向相同，实现耦合转动。

其中，第一电机1-14和第二电机1-15构成第一驱动装置，第一齿轮1-7和第二齿轮1-25构成齿轮机构。

在第二中内轮4-5、第三轮4-15、第二驱动装置4-14、第四同步绳4-12组成的系统中，第二驱动装置4-14为驱动构件，第四同步绳4-12为传动构件，第三轮4-15为主动轮，第二中内轮4-5为从动轮；在第三齿轮4-7、手第四4-8、第二远中轮4-9、第一中内轮4-10、第五同步绳4-11组成的系统中，第二远指节4-1与第一齿轮4-7固定连接，同步转动；第一中内轮4-10与第二内座4-13固定连接，同步转动；保持第二内座4-13不动，进而手第一中内轮4-10不动，那么当固定连接的手指第二中内轮4-5、第二中指节4-3同步转动时，固定在一起的第四齿轮4-8和第二远中轮4-9在同步绳的作用下反向旋转，进而第三齿轮4-7和第二近指节4-1在齿轮副的作用下转动，方向与第二中指节4-3旋转方向相同，实现耦合转动。其中，第三齿轮4-7和第四齿轮4-8构成第二齿轮机构。

第二手指与手掌通过球铰链8连接；传动绳7一端与第二内座4-13连接，另一端缠绕在三个第二侧摆电机的输出轴上。三个侧摆电机驱动三根传动绳7，共同控制第二的侧摆方向，使第二手指能够向任意方向侧摆。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种绳驱四指机械手，其特征在于，包括：

手掌，其由内侧构件和外侧构件组成；

三个相同的第一手指，其通过设置在手掌内部的第一内座与所述手掌可转动连接；

第二手指，其设置在所述手掌的外部，并通过球铰链与所述内侧构件连接，保证所述第二手指的灵活性；

第一驱动装置，其设置在所述手掌内，与所述第一内座中连接，能够驱动第一手指弯曲和侧摆；

同步机构，其一端连接所述第一驱动装置，另一端连接第一手指和第二手指的各个指节，将动力传递给所述各个指节，实现指节的弯曲和运动。

2.根据权利要求1所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第一手指包括：第一远指节、第一中指节、第一近指节以及第一内座，第一远指节的一端通过第一远中轴与第一中指节的一端连接，第一中指节的另一端通过第一中近轴与第一近指节的一端连接，第一近指节的另一端通过第一近内轴与第一内座的一端连接。

3.根据权利要求1所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第二手指包括：第二远指节和第二中指节，第二远指节的一端通过第二远中轴与第二中指节的一端连接，第二中指节的另一端通过第二中内轴与第二内座的一端连接。

4.根据权利要求2所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第一驱动装置包括对称设置的第一电机和第二电机，其中所述第一电机与第一轮连接，所述第一轮通过第一同步绳与固定在所述第一中近轴上的第一中近轮连接，并通过第一电机驱动所述第一中指节与所述第一近指节弯曲。

5.根据权利要求4所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第二电机与第二轮连接，其通过第二同步绳与设置在所述第一近内轴上的第一近内轮连接，并通过所述第二电机驱动所述第一近指节与第一内座弯曲。

6.根据权利要求5所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第一中近轴上还设置有第二中近轮，其能够接收所述第一同步绳传递的动力，并通过第三同步绳带动第一齿轮机构啮合，进而带动第一远指节与第一中指节弯曲。

7.根据权利要求1所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述手掌内部设置有三个第一侧摆电机，其与所述第一内座连接，能够带动所述第一手指侧摆。

8.根据权利要求3所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第二内座与第二驱动装置连接，其与设置在所述第二内座内侧的第三轮连接，所述第三轮通过第四同步绳与设置在第二中内轴上的第二中内轮连接，并通过所述第二驱动装置驱动所述第二中指节与所述第二内座弯曲。

9.根据权利要求8所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第二中内轴上还设置有第一中内轮，其能够接收来自所述第四同步绳传递的动力，通过第五同步绳带动第二齿轮机构啮合，进而带动第二远指节与第二中指节弯曲。

10.根据权利要求9所述的绳驱四指机械手，其特征在于，所述第二内座连接有三个第二侧摆电机，能够驱动第二手指向任意方向侧摆。