CN207874243U - 一种机器人仿生手指 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人仿生手指,包括手掌组件，手掌组件连接有四根普通手指组件和一根拇指组件，所述拇指组件包括拇指末关节、拇指中关节和拇指根关节，三个拇指关节依次连接，三个拇指关节内均设置有独立的摆动机构驱动，三组摆动机构可驱动三个拇指关节分别向掌心纵轴方向弯曲摆动；拇指根关节连接第二转动机构，第二转动机构可驱动整根拇指组件沿掌心横轴方向转动，第二转动机构连接第一转动机构，第一转动机构可驱动整根拇指组件沿掌心纵轴方向转动。本实用新型的机器人仿生手指灵巧性高，拇指组件具有5个自由度，独立控制，可配合其它手指组件实现虎口开合、各手指的灵活捏合、握拳、立掌、抓取等动作。

Description

一种机器人仿生手指

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人仿生手指。

背景技术

近年来，机器人技术不论在工业还是在民用领域的应用都有飞速的发展。机械手是机器人工作的最终执行机构，其性能直接决定了机器人的工作能力。与人类相似，具有高度通用性与灵巧性的机械手的开发十分必要。

现有的机器人手指，大多采用索控式控制各关节的活动，各手指的自由度受限较大，如清华大学申请的中国专利(公开号：CN104942818A)，公开了一种7自由度五指机械手，其大拇指由两个指节构成，拥有一个弯曲自由度和一个摆动自由度，各个手指的自由度实现主要通过电机拉动钢丝绳传动完成。拇指自由度设置过少、拇指及其他手指的索控式控制方式使得该机械手仅能完成极少量的简单动作，各手的指关节只能同时转动，无法多角度单关节控制仿生动作，很多拟人的仿生动作无法实现。

发明内容

本申请提供一种机器人仿生手指，解决现有技术中仿生手索控式控制方式使得各手指牵连运动、各手指尤其是拇指的自由度少，不能多角度独立旋转相互配合，仅能完成极少量的简单动作，大多仿生动作无法完成的技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种机器人仿生手指,包括手掌组件、普通手指组件和拇指组件，所述普通手指组件和拇指组件与手掌组件连接，其特征在于，所述拇指组件包括拇指末关节、拇指中关节和拇指根关节，拇指末关节、拇指中关节和拇指根关节依次连接，每个所述拇指关节内均设置有独立的摆动机构，每组摆动机构能够驱动对应的拇指关节向掌心纵轴方向弯曲摆动；所述拇指根关节连接第二转动机构，所述第二转动机构可驱动整根拇指组件沿掌心横轴方向转动，所述第二转动机构连接第一转动机构，所述第一转动机构可驱动整根拇指组件沿掌心纵轴方向转动。

进一步的，所述第二转动机构包括轴承支撑架、旋转支架和第二舵机，所述旋转支架与拇指根关节连接，所述第二舵机的输出轴通过轴承支撑架与旋转支架啮合，所述旋转支架能够带动整根拇指组件沿掌心横轴方向转动。

进一步的，所述第一转动机构包括轴承支撑座和第一舵机，所述第一舵机的输出轴上设置小齿轮；所述轴承支撑座内穿连接转轴，所述连接转轴的一端设置大齿轮，另一端与第二舵机外壁固定连接，所述连接转轴与第二舵机的输出轴垂直，所述小齿轮与大齿轮啮合。

进一步的，所述普通手指组件包括小指组件、无名指组件、中指组件和食指组件，所述手掌组件包括掌心、手掌舵机支架和掌背，所述掌心和掌背之间形成连接空腔，所述连接空腔内设置掌心机构，所述掌心机构驱动小指组件、无名指组件、中指组件和食指组件做旋转及伸缩运动，所述拇指组件固定设置在手掌舵机支架上，所述手掌舵机支架设置在连接空腔内。

进一步的，所述每根普通手指组件均包括三个指关节，所述每个指关节均设置有三个向掌心横轴方向弯曲的自由度，在每根普通手指组件的指根处均设置有一个沿掌心纵轴方向摆动开合的自由度。

进一步的，还包括第三舵机、第四舵机和第五舵机，所述拇指末关节与第五舵机连接，所述第五舵机可驱动拇指末关节向掌心纵轴方向摆动0-90度；所述拇指中关节与第四舵机连接，所述第四舵机可驱动拇指中关节向掌心纵轴方向摆动0-90度；所述拇指根关节与第三舵机连接，所述第三舵机可驱动拇指根关节向掌心纵轴方向摆动0-90度。

进一步的，所述第一舵机14驱动整根拇指组件沿掌心纵轴方向转动0-112度。

如权利要求7所述机器人仿生手指，其特征在于，其特征在于，所述第二舵机12驱动整根拇指组件沿掌心横轴方向转动0-90度。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的机器人仿生手指的活动方式高度拟人，其灵巧性高，各个手指关节的驱动方式均采用独立控制的方式，拇指组件具有5个自由度，可配合其它手指组件实现虎口开合、各手指的灵活捏合、握拳、立掌、抓取等仿生动作。

附图说明

图1为本实用新型机器人仿生手指的整体结构示意图；

图2为图1的分解示意图；

图3为本实用新型拇指组件的结构示意图。

图中，1-手掌组件，2-拇指组件，3-食指组件，4-中指组件，5-无名指组件，6-小指组件，7-拇指末关节，8-拇指中关节，9-拇指根关节，10-轴承支撑架，11-旋转支架，12-第二舵机，13-轴承支撑座，14-第一舵机，15-小齿轮，16-连接转轴，17-大齿轮，18-掌心，19-手掌舵机支架，20-掌背，21-掌心机构，22-第五舵机，23-第四舵机，24-第三舵机。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中关于沿掌心横轴和掌心纵轴的位置描述，仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。其中：掌心纵轴方向指的是以掌心平面中心点为原点，指向四根普通手指组件的方向(在附图中以Y轴表示)，掌心横轴方向指的是以掌心平面中心点为原点，垂直于四根普通手指组件的方向(在附图中以X轴表示)。

本实用新型的机器人仿生手指活动方式高度拟人,各个手指关节的驱动方式采用单舵机独立控制的方式，避免了传统机械手索控式控制带来的运动牵连问题，有更高的灵活性；本实用新型仿生手的拇指组件2设置有三个关节，拇指组件2各关节在具备独立控制的各自弯曲自由度的同时，拇指组件2可以整体沿掌心横轴和(或)纵轴转动，拇指组件2一共拥有五个自由度，配合其他手指可完成多个仿生动作。同时，本实用新型的机器人仿生手指结构简单、重量轻、便于使用和维护。

实施例：

请参考图1，本实施例提供一种机器人仿生手指,包括手掌组件1和与手掌组件1连接的四根普通手指组件和一根拇指组件2，拇指组件2包括拇指末关节7、拇指中关节8和拇指根关节9，拇指末关节7、拇指中关节8和拇指根关节9关节从上到下依次连接，三个拇指关节内均设置有独立的摆动机构，这三组摆动机构能够驱动三个拇指关节分别向掌心纵轴(Y轴)方向弯曲摆动，完成三个拇指关节的三个弯曲自由度；拇指根关节9连接第二转动机构，第二转动机构可驱动整根拇指组件2沿掌心横轴(X轴)方向转动，完成整根拇指组件2的一个转动自由度；第二转动机构连接第一转动机构，第一转动机构可带动第二转动机构连通驱动整根拇指组件2沿掌心纵轴(Y轴)方向转动，完成整根拇指组件2的一个转动自由度；

请参考图2和图3，第二转动机构包括轴承支撑架10、旋转支架11和第二舵机12，轴承支撑架10起联接及支撑拇指组件2各关节的作用；旋转支架11与拇指根关节9的第三舵机24连接，起到带动拇指组件2旋转和紧固的作用，第二舵机12的输出轴通过轴承支撑架10与旋转支架11啮合，旋转支架11可带动整根拇指组件2沿掌心横轴(X轴)方向转动0-90度。

需要说明的是，在本实施例中，整根拇指组件2沿掌心横轴转动自由度的实现采用的是第二舵机12带动旋转支架转动、进而带动整根拇指组件2沿掌心横轴(X轴)方向转动；在其他实施例中，也可以采用其他转动副驱动方式实现，总之，整根拇指组件2只要能够完成一个沿掌心横轴(X轴)方向转动的自由度即可。

第一转动机构包括轴承支撑座13和第一舵机14，第一舵机14的输出轴上设置小齿轮15；轴承支撑座13内穿连接转轴16，连接转轴16的一端设置大齿轮17，另一端与第二舵机12外壁固定连接，连接转轴16设置的方向与第二舵机12的输出轴垂直，小齿轮15与大齿轮17啮合，第一舵机14驱动整根拇指组件2沿掌心纵轴(Y轴)方向转动0-112度。

需要说明的是，在本实施例中，整根拇指组件2沿掌心横轴转动自由度的实现采用的是第一舵机14带动第二舵机12转动、进而带动整根拇指组件2沿掌心纵轴(Y轴)方向转动；在其他实施例中，也可以采用其他转动副驱动方式实现，总之，整根拇指组件2只要能够完成一个沿掌心纵轴(Y轴)方向转动的自由度即可。

上述整根拇指组件2沿掌心横轴(X轴)和沿掌心纵轴(Y轴)的转动自由度的设置顺序，可以根据具体情况而定，在本实施例中，采用的是拇指根关节9先连接驱动整根拇指组件2沿掌心横轴(X轴)转动的自动度机构，再设置驱动整根拇指组件2沿掌心纵轴(Y轴)转动的自动度机构，但在其他实施例中，先设置沿掌心纵轴(Y轴)转动的自动度机构、再设置沿掌心横轴(X轴)转动的自动度机构也落入本实用新型的保护范围。

拇指末关节7与第五舵机22连接，第五舵机22可驱动拇指末关节7向掌心纵轴方向摆动0-90度；拇指中关节8与第四舵机23连接，第四舵机23可驱动拇指中关节8向掌心纵轴方向摆动0-90度；拇指根关节与第三舵机24连接，第三舵机24可驱动拇指根关节向掌心纵轴方向摆动0-90度。三个拇指关节内均设置的独立舵机，可以实现三个弯曲自由度，三个拇指关节单独摆动或者协同摆动，拇指的手势控制更为精确，完成动作更多。

四根普通手指组件包括小指组件6、无名指组件5、中指组件4和食指组件3，手掌组件1包括掌心18、手掌舵机支架19和掌背20，掌心18、手掌舵机支架19和掌背20组成各手指的连接平台；掌心18和掌背20之间形成连接空腔，连接空腔内设置掌心机构21，掌心机构21驱动小指组件6、无名指组件5、中指组件4和食指组件3做旋转及伸缩运动，拇指组件2独立的固定设置在手掌舵机支架19上，手掌舵机支架19设置在连接空腔内。

四根普通手指组件均包括三个指关节，每根普通手指组件的三个指关节均设置有三个向掌心横轴方向弯曲的自由度，每根普通手指组件的指根关节均设置有一个沿掌心纵轴方向摆动开合的自由度。普通手指组件三个指关节设置的弯曲自由度，可以通过在每根手指关节处分别设置单独控制的舵机来实现。为了节省成本，普通手指组件的弯曲自由度也可以通过现有技术中的电机拉动钢丝绳传动完成。

下面简述本实用新型的工作原理：

下述1-5是拇指组件2的基本动作方式，6-8是拇指组件2和四根普通手指组件配合完成的仿生动作方式。

1、第一舵机14转动，经小齿轮15、大齿轮17带动第二舵机12沿掌心纵轴(Y轴)方向转动，可转范围0-112度角；

2、第二舵机12转动，带动旋转支架11及第三舵机24沿掌心横轴(X轴)方向转动，可转范围0-90度角；拇指末关节7、拇指中关节8和拇指根关节9

3、第三舵机24转动，带动拇指根关节9转动，可转范围0-90度角；

4、第四舵机23转动，带动拇指中关节8转动，可转范围0-90度角；

5、第五舵机22转动，带动拇指末关节7转动，可转范围0-90度角；

6、当第一舵机14和第二舵机12均在0度角时，转动第三舵机24驱动拇指根关节9摆动，进而带动整根拇指组件2向掌心纵轴方向摆动，配合食指组件3可完成虎口的开合动作；

7、当第一舵机14转到90度角时，转动第二舵机12可完成拇指与食指组件3、中指组件4、无名指组件5及小指组件6的两指间动作配合，如拇指尖与食指尖捏合、拇指尖与中指尖捏合、拇指尖与无名指尖捏合、拇指尖与小指尖捏合等动作；

8、拇指组件2的五个自由度与食指组件3、中指组件4、无名指组件5及小指组件6可完成各种仿生手动作的完成，如握拳、立掌、抓取动作等；

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种机器人仿生手指,包括手掌组件(1)、普通手指组件和拇指组件(2)，所述普通手指组件和拇指组件(2)与手掌组件(1)连接，其特征在于，所述拇指组件(2)包括拇指末关节(7)、拇指中关节(8)和拇指根关节(9)，拇指末关节(7)、拇指中关节(8)和拇指根关节(9)依次连接，每个拇指关节内均设置有独立的摆动机构，每组摆动机构能够驱动对应的拇指关节向掌心纵轴方向弯曲摆动；所述拇指根关节(9)连接第二转动机构，所述第二转动机构可驱动整根拇指组件(2)沿掌心横轴方向转动，所述第二转动机构连接第一转动机构，所述第一转动机构可驱动整根拇指组件(2)沿掌心纵轴方向转动。

2.如权利要求1所述机器人仿生手指，其特征在于，所述第二转动机构包括轴承支撑架(10)、旋转支架(11)和第二舵机(12)，所述旋转支架(11)与拇指根关节(9)连接，所述第二舵机(12)的输出轴通过轴承支撑架(10)与旋转支架(11)啮合，所述旋转支架(11)能够带动整根拇指组件(2)沿掌心横轴方向转动。

3.如权利要求2所述机器人仿生手指，其特征在于，所述第一转动机构包括轴承支撑座(13)和第一舵机(14)，所述第一舵机(14)的输出轴上设置小齿轮(15)；所述轴承支撑座(13)内穿连接转轴(16)，所述连接转轴(16)的一端设置大齿轮(17)，另一端与第二舵机(12)外壁固定连接，所述连接转轴(16)与第二舵机(12)的输出轴垂直，所述小齿轮(15)与大齿轮(17)啮合。

4.如权利要求3所述机器人仿生手指，其特征在于，所述普通手指组件包括小指组件(6)、无名指组件(5)、中指组件(4)和食指组件(3)，所述手掌组件包括掌心(18)、手掌舵机支架(19)和掌背(20)，所述掌心(18)和掌背(20)之间形成连接空腔，所述连接空腔内设置掌心机构(21)，所述掌心机构(21)驱动小指组件(6)、无名指组件(5)、中指组件(4)和食指组件(3)做旋转及伸缩运动，所述拇指组件(2)固定设置在手掌舵机支架(19)上，所述手掌舵机支架(19)设置在连接空腔内。

5.如权利要求4所述机器人仿生手指，其特征在于，所述每根普通手指组件均包括三个指关节，所述每个指关节均设置有三个向掌心横轴方向弯曲的自由度，在每根普通手指组件的指根处均设置有一个沿掌心纵轴方向摆动开合的自由度。

6.如权利要求5所述机器人仿生手指，其特征在于，还包括第三舵机(24)、第四舵机(23)和第五舵机(22)，所述拇指末关节(7)与第五舵机(22) 连接，所述第五舵机(22)可驱动拇指末关节(7)向掌心纵轴方向摆动0-90度；所述拇指中关节(8)与第四舵机(23)连接，所述第四舵机(23)可驱动拇指中关节(8)向掌心纵轴方向摆动0-90度；所述拇指根关节(9)与第三舵机(24)连接，所述第三舵机(24)可驱动拇指根关节(9)向掌心纵轴方向摆动0-90度。

7.如权利要求6所述机器人仿生手指，其特征在于，所述第一舵机（14）驱动整根拇指组件(2)沿掌心纵轴方向转动0-112度。

8.如权利要求7所述机器人仿生手指，其特征在于，所述第二舵机（12）驱动整根拇指组件(2)沿掌心横轴方向转动0-90度。