CN208084356U - 一种仿人机械手指 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿人机械手指，包括一手指主体，所述手指主体为中空体，且分有多个指部，相邻所述指部之间均开有一斜槽，每个所述斜槽处盖设一支架盖；一传输装置，所述传输装置包括一绳索和一驱动轮，所述绳索一端绕设在驱动轮上，另一端贯穿所述支架盖与所述手指主体连接；一驱动装置，所述驱动装置与所述驱动轮连接，用于控制驱动轮正反转动，并带动所述绳索进行伸缩运动，使其控制所述手指主体在弯曲状态和伸展状态之间进行切换。本实用新型将手指主体设置成一体成型，从而简化整个结构，便于安装和维修，更优的是提高仿生性，提高动作的协调性。

Description

一种仿人机械手指

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其指一种仿人机械手指。

背景技术

随着机器人技术的不断进步，仿人机器人开始进入我们的日常生活。作为机器人与外界环境交互的重要器件，仿人手指的灵巧性与稳定性，对提高机器人智能化水平有十分重大的作用。目前仿人手指的驱动方式主要有电机驱动、液压驱动、气压驱动和记忆合金驱动等四种方式，而传动方式主要有连杆机构、腱传动机构和齿轮传动机构等三种方式。电机驱动由于其反应速度快、满足力矩要求前提下体积小、无污染，噪声小等特点成为仿人手指最主要的驱动器。而腱传动机构易于实现远程操作控制，具有良好的形状自适应性，非常适合仿人手指的设计。但由于现有的仿人手指结构复杂，导致安装程序复杂，不便于安装和维修的问题。同时手指指节材料为ABS或光敏树脂，指节与指节通过圆柱销连接，并且在指节连接处放置扭簧，通过扭簧的恢复力实现手指指节的弯曲和伸展，但是长时间使用后扭簧失去弹性，导致手指协调性差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种仿人机械手指，将手指主体设置成一体成型，结构简单便于安装和维修，更优的是通过手指主体结构的改进从而提高仿生性，提高动作的协调性。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种仿人机械手指，包括：

一手指主体，所述手指主体为中空体，且分有多个指部，相邻所述指部之间均开有一斜槽，每个所述斜槽处盖设一支架盖；

一传输装置，所述传输装置包括一绳索和一驱动轮，所述绳索一端绕设在驱动轮上，另一端贯穿所述支架盖与所述手指主体连接；

一驱动装置，所述驱动装置与所述驱动轮连接，用于控制驱动轮正反转动，并带动所述绳索进行伸缩运动，使其控制所述手指主体在弯曲状态和伸展状态之间进行切换。

本技术方案，将手指主体设置成一体成型，且采用中空体结构，同时在中空体结构的相邻指部之间开设斜槽，这样可以保证手指主体能够沿斜槽的槽底处进行弯曲，从而达到满足手指的弯曲和伸展功能。同时通过设置的传输装置和驱动装置，使其手指主体在驱动装置的驱动下，利用传输装置控制手指主体在弯曲状态和伸展状态之间进行切换。有效地提高仿生性，提高动作的协调性。

优选地，所述斜槽为自所述手指主体的一侧表面朝向相对一侧延伸得到，且所述斜槽的两个槽壁倾斜设置使其构成的槽底为一夹角。

本技术方案中，之所以设置成斜槽，且斜槽是从手指主体的一侧表面朝向另一侧表面延伸，同时保证槽底为一夹角。这样可以保证手指主体的每个指部均可以沿斜槽的槽底做反复弯曲，更进一步的提高仿生性。

优选地，所述夹角的角度在70°～90°之间，所述槽底的底部至背向所述斜槽的槽口一侧的所述手指主体表面之间的距离在2mm-5mm。

本技术方案中，将夹角的角度设置在70°～90°之间，这样可以进一步的提高仿生性，同时将斜槽的底部与手指主体表面之间的距离做限定，可以提高手指主体弯曲后的恢复力。优选地，所述支架盖的两端向外延伸一对延伸板，一对所述延伸板上均开设一用于所述绳索贯穿的通孔，所述延伸板的延伸方向朝向所述手指主体一侧。

本技术方案中，通过在支架盖的两端设置的延伸板上开设的通孔，使其实现绳索的贯穿，这样在绳索的伸缩运动下通过拉动，从而达到手指主体的弯曲。

优选地，还包括多个外壳，所述外壳套设在所述手指主体外侧用于固定所述手指主体和所述支架盖；

所述外壳内侧朝向所述手指主体方向延伸一对卡块，所述手指主体两侧相对所述卡块处设有一对安装孔，所述支架盖两侧相对所述卡块处设有一对卡槽，所述卡块贯穿所述安装孔后卡入所述卡槽内固定。

本技术方案中，通过设置的外壳，将支架盖和手指主体进行固定连接，从而保证连接的稳定性，避免弯曲和伸展状态下发生支架盖的脱落，从而影响传输装置的使用效果。

优选地，所述驱动轮为鱼线轮，所述鱼线轮的轴向开有中心孔，所述中心孔用于与所述驱动装置连接，所述鱼线轮的径向开有一阶梯孔，所述阶梯孔用于固定所述绳索。

本技术方案中，将驱动轮设置成为鱼线轮，可以保证绳索与驱动轮的可靠连接，更进一步的通过轴向开设的中心孔，满足与驱动装置的连接，且保证了转动的平稳性。同时通过径向设置的阶梯孔，有效地固定了绳索一端，延长其整个结构的使用寿命。

优选地，所述驱动装置为直流电机，所述直流电机的输出轴上连接一旋转电位器，所述驱动轮同轴设置在所述直流电机与所述旋转电位器之间。

本技术方案中，通过旋转电位器将直流电机的角度变化转变为电阻的变化，通过AD转换，将数据传输到控制芯片，用于实时检测所述手指的弯曲状态。

优选地，所述手指主体采用硅胶材料制成，且硬度在60-80HA之间；

和/或；

所述手指主体的壁厚为0.8-2.5mm。

本技术方案中，通过硅胶材料的手指主体，提高仿生性。同时通过厚度的限定保证在具有一定柔软性的基础上，还避免长时间弯曲发生断裂现象。

优选地，所述绳索与所述驱动轮之间设有一圆柱滚针，所述圆柱滚针用于改变绕设在所述驱动轮上的所述绳索运动方向。

本技术方案中，由于绳索从驱动轮的阶梯孔延伸出来后进入手指主体需要转90°，所以在绳索的运动路径靠近驱动轮的地方设置一圆柱滚针，使其圆柱滚针的中心线和驱动轮上阶梯孔的中心线在同一平面内，这样既可以保证绳索能够沿设定的路径缠绕在驱动轮上，又减小了摩擦力，提高了使用寿命。

优选地，所述手指主体包括指跟和指尖，所述指跟处连接所述驱动装置，所述指尖处设有压力传感器，所述压力传感器用于实时检测所述手指主体抓取物体时的压力大小。

本实用新型提供的一种仿人机械手指，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本实用新型中，将手指主体设置成一体成型，且采用中空体结构，同时在中空体结构的相邻指部之间开设斜槽，这样可以保证手指主体能够沿斜槽的槽底处进行弯曲和伸展，从而达到满足手指的功能，从而简化整体结构，便于安装和维修，更优的是通过对手指主体结构的改进提高仿生性，提高动作的协调性。

2、本实用新型中，通过对斜槽底部的角度大小限定，以及斜槽底部与手指主体表面之间的距离，能够保证每个指部实现弯曲的基础上，并提供足够大的恢复力。

3、本实用新型中，通过对支架盖的设置，以及用于固定支架盖和手指主体的外壳，能够保证绳索平稳地拉伸，还能提高整个结构连接的稳定性，延伸其使用寿命。

4、本实用新型中，突破常规的设置将驱动轮采用鱼线轮，能够保证绳索与驱动轮的连接强度，同时通过径向设置的阶梯孔，有效地固定了绳索一端，延长其整个结构的使用寿命。

5、本实用新型中，通过指尖处设置的压力传感器，这样在保证具有更好的抓取物体以及控制抓取力大小的能力的基础上，增加了仿人机械手指的智能化程度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对仿人机械手指的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型仿人机械手指的结构示意图；

图2是本实用新型仿人机械手指中手指主体的结构示意图；

图3是本实用新型仿人机械手指中支架盖的结构示意图；

图4是图3另一方向的结构示意图；

图5是本实用新型仿人机械手指中外壳的结构示意图；

图6是图1中驱动轮A-A方向的界面视图。

附图标号说明：

夹角α；距离d；

手指主体100；斜槽101；安装孔102；手指座103；

支架盖200；延伸板201；通孔202；卡槽203；长槽204；

绳索300；

驱动轮400；中心孔401；阶梯孔402；

圆柱滚针500；

外壳600；卡块601；

直流电机700；固定支架701；

旋转电位器800；

压力传感器900。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

在本实用新型的实施例一中，参看图1-4所示，一种仿人机械手指，其包括一手指主体100、一传输装置，以及一驱动装置；其中，设置的手指主体100 为中空体结构，同时沿长度方向上分有多个指部，相邻的指部之间均开有一斜槽101，每个斜槽101处盖设一支架盖200；而设置的传输装置具体包括了一绳索300和驱动轮400。

实际安装时，绳索300的一端固定后绕设在驱动轮400上，另一端贯穿支架盖200后与手指主体100连接，这样在驱动装置与驱动轮400连接控制驱动轮400的转动下，带动绳索300进行伸缩运动，并控制手指主体100在弯曲状态和伸展状态之间进行切换，简化安装，更优的是提高仿生性，提高动作的协调性。

在实施例一中，参看图2所示，设置斜槽101的目的是避免手指主体100 的每个指部弯曲时有多余的手指主体100表面部分折压在一起，影响使用其效果，以及外形的美观度。所以具体的将斜槽101设置成自手指主体100的一侧表面(即位于手心一侧)朝向相对一侧表面(即位于手背一侧)延伸得到，且斜槽101的两个槽壁倾斜设置，主要是使得构成的槽底成一夹角α，这样保证每个指部能够沿槽底进行弯曲。

在实施例二中，再次参看图2所示，在实施例一的基础上做优化，且优化点在于进一步的将夹角α的角度限定在70°～90°之间，同时将槽底的底部至背向斜槽101的槽口一侧的手指主体100表面之间的距离d，即槽底的底部至位于手背一侧的手指主体100表面之间的距离d在2mm-5mm。该角度的大小主要是根据人体实际手指弯曲程度设置的，避免指部弯曲时手指主体100部分有多余部分堆积在一起，提高其仿人机械手指的仿生性。而限定的距离d是在保证能够在实现弯曲的基础上，提高其弯曲后的恢复力。。

当然在实际使用时，具体的数据选择均根据实际材料的柔性度设置，本申请中手指主体100材料优选硅胶材料制成，且硬度在60-80HA之间，同时应说明的是斜槽101的两个槽壁的倾斜度可以对称设置，也可以不对称设置，具体的根据实际需求设置。当然在其他实施例中，也可对手指主体100的壁厚也做进一步的限定，保证在0.8-2.5mm使其满足设计所需的功能基础上，有效地提高手指协调性。

在本实施例三中，参看图3、4所示，在上述实施例的基础上做改进，且改进之处在于，将设置的支架盖200的两端向外延伸一对延伸板201，同时在一对延伸板201上均开设一通孔202。设置通孔202的目的主要是用于将绳索 300从中贯穿，并沿设定的路径进行运动，以及限制绳索300在弯曲时从支架盖200上的长槽204内通过，以确保弯曲动作顺利完成。因此，将一对延伸板 201的延伸方向朝向手指主要一侧，即安装后位于手指主体100内，同时为了保证绳索300运动的顺畅性，分设在上下(即沿手指的长度方向设定)两端上，且通孔202的形状为腰型孔，腰型孔的孔径长度在8mm左右，宽度在1.5mm 左右。这样可以减少绳索300与通孔202的孔壁产生摩擦，造成绳索300的磨损影响其使用寿命。其中应说明的是，绳索300优选为超高分子量聚乙烯纤维，且直接在0.2-1mm之间，具体根据实际需求选择。

在本实施例四中，其中设置的支架盖200与手指主体100的连接方式有多种，本实施例中为了保证连接的稳定性，进一步的还设置一外壳600，外壳600 主要套设在手指主体100外侧用于固定手指主体100和支架盖200。参看图5 所示，具体的在外壳内侧朝向手指主体100方向延伸一对卡块601，同时在手指主体100两侧相对卡块601处设有一对安装孔102，且在支架盖200两侧同样相对卡块601处设置一对卡槽203。这样安装时，将支架盖200卡入斜槽101 后，通过外部的外壳将卡块601贯穿安装孔102后卡入卡槽203内即可完成固定，从而更优的保证了支架盖200与手指主体100的连接强度。其中应说明的是，每个斜槽101处均设置一支架盖200，每个支架盖200处设置一外壳，相邻外壳之间分开。

在本实施例五中，在上述的实施例中，不难理解的是手指主体100的弯曲或伸展主要是在绳索300的伸缩运动下进行的，而绳索300的伸缩主要是通过驱动轮400的正反转动来实现，所以具体的参看图6所示，驱动轮400选择鱼线轮，通过鱼线轮的结构的特殊性，保证其与绳索300的连接固定性。通过鱼线轮的轴向开有的中心孔401，使其与驱动装置连接，保证平稳状态下进行转动，同时通过鱼线轮的径向，即垂直于中心孔401的方向开有一阶梯孔402。这样通过阶梯孔402不仅能够将绳索300的一端固定在孔内，提高连接可靠性还能保证绳索300平整地绕设在驱动轮400上提高外形美观度。应说明的是，不管是中心孔401的孔径还是阶梯孔402的孔径大小均根据实际情况设定，仅需达到该功能即可，本申请中不再一一赘述。

当然在实际使用时，绳索300一端固定在阶梯孔402内，另一端从阶梯孔 402中穿出并绕设在驱动轮400后转90°进入手指主体100内。这样通过绳索 300与驱动轮400之间设有一圆柱滚针500，使其圆柱滚针500的中心线和驱动轮400上阶梯孔402的中心线在同一平面内，这样既可以保证绳索300能够沿设定的路径缠绕在驱动轮400上，又减小了摩擦力，提高了使用寿命。

在本实施例六中，在上述实施的基础上做进一步的优选，优选之处在于，设置的驱动装置为直流电机700，直流电机700为仿人机器人中优选的驱动装置，精准度较高，同时在直流电机700的输出轴上连接一旋转电位器800，通过旋转电位器800将直流电机700的角度变化转变为电阻的变化，通过AD转换，将数据传输到控制芯片，用于实时检测所述手指的弯曲状态。具体安装时将驱动轮400、旋转电位器800以及直流电机700进行同轴设置，且驱动轮400 设置在两者之间，保证平稳转动的基础上，能够得到精准的控制。

在本实施例七中，在上述实施的基础上做进一步的优选，优选之处在于，仿人机械手指进一步包括压力传感器900，这样通过压力传感器900可以反馈实时的抓取力大小进而进行调控，根据实际需要调整力的大小，使得仿人机械手指具有更好的抓取物体以及控制抓取力大小的能力，增加了仿人机械手指的智能化程度。

上述实施例在实际使用时，由于一只手中食指、中指、无名指，以及小指均包括三个指部，分别为指跟、中指部以及指尖。而拇指仅包括两个指部，分别为指跟和指尖，即指尖位于远离手掌的一侧。压力传感器900设置在指尖处，驱动电机的输出端通过环绕在驱动轮400上的绳索300与指尖相连。随着直流电机700的正反转，各个手指可以实现弯曲或者伸直动作。此外，由于食指、中指、无名指，以及小指结构相近，食指、中指、无名指，以及小指可整体开模制备，形成为一体成型件且均通过一手指座103支撑在手掌上。同时为保证结构的稳定性将驱动装置通过固定支架701固定在手掌结构内。其中需说明的是，手掌结构非本申请的主要保护内容，所以不再此一一赘述，仅需满足与仿人机械手指连接即可。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿人机械手指，其特征在于，包括：

一手指主体，所述手指主体为中空体，且分有多个指部，相邻所述指部之间均开有一斜槽，每个所述斜槽处盖设一支架盖；

一传输装置，所述传输装置包括一绳索和一驱动轮，所述绳索一端绕设在驱动轮上，另一端贯穿所述支架盖与所述手指主体连接；

一驱动装置，所述驱动装置与所述驱动轮连接，用于控制驱动轮正反转动，并带动所述绳索进行伸缩运动，使其控制所述手指主体在弯曲状态和伸展状态之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述斜槽为自所述手指主体的一侧表面朝向相对一侧表面延伸得到，且所述斜槽的两个槽壁倾斜设置使其构成的槽底为一夹角。

3.根据权利要求2所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述夹角的角度在70°～90°之间，所述槽底的底部至背向所述斜槽的槽口一侧的所述手指主体表面之间的距离在2mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述支架盖的两端向外延伸一对延伸板，一对所述延伸板上均开设一用于所述绳索贯穿的通孔，所述延伸板的延伸方向朝向所述手指主体一侧。

5.根据权利要求1所述的仿人机械手指，其特征在于：

还包括多个外壳，所述外壳套设在所述手指主体外侧用于固定所述手指主体和所述支架盖；

所述外壳内侧朝向所述手指主体方向延伸一对卡块，所述手指主体两侧相对所述卡块处设有一对安装孔，所述支架盖两侧相对所述卡块处设有一对卡槽，所述卡块贯穿所述安装孔后卡入所述卡槽内进行固定。

6.根据权利要求1所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述驱动轮为鱼线轮，所述鱼线轮的轴向开有中心孔，所述中心孔用于与所述驱动装置连接，所述鱼线轮的径向开有一阶梯孔，所述阶梯孔用于固定所述绳索。

7.根据权利要求1所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述驱动装置为直流电机，所述直流电机的输出轴上连接一旋转电位器，所述驱动轮同轴设置在所述直流电机与所述旋转电位器之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述手指主体采用硅胶材料制成，且硬度在60-80HA之间；

和/或；

所述手指主体的壁厚为0.8-2.5mm。

9.根据权利要求1-7任一项所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述绳索与所述驱动轮之间设有一圆柱滚针，所述圆柱滚针用于改变绕设在所述驱动轮上的所述绳索伸缩方向。

10.根据权利要求1-7任一项所述的仿人机械手指，其特征在于：

所述手指主体包括指跟和指尖，所述指跟处连接所述驱动装置，所述指尖处设有压力传感器，所述压力传感器用于实时检测所述手指主体抓取物体时的压力大小。