CN210361349U - 拟人机器人的仿形手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拟人机器人的仿形手，包括手掌、手指组件，手掌的掌部固定连接手指组件的掌部；手指组件的手指指尖通过上指尖牵引绳连接上层拉板；手指组件的手指指尖通过下指尖牵引绳连接下层拉板；上层拉板位于下层拉板的上方；第一电机连接第一减速机构的输入端，第一减速机构的输出齿轮轴上缠绕有牵引绳；牵引绳的一端作为上出绳，牵引绳的另一端作为下出绳；上出绳连接所述上层拉板，下出绳连接所述下层拉板；所述第一电机能够驱动输出齿轮轴旋转，从而通过上层拉板或下层拉板将牵引力传递至手指指尖，以实现手指抓握自由度。本实用新型能够实现五根手指的同步伸直与弯曲动作，从而完成五指联动抓握。

Description

拟人机器人的仿形手

技术领域

本实用新型涉及一种拟人机器人的零件，具体涉及一种拟人机器人的仿形手。

背景技术

现有的拟人机器人的手部基本分为装饰手指、单指抓握以及三指抓握，不够接近人类，并且在抓取的时候稳定性不足。

中国实用新型专利文献CN101919755B公开了一种关节牵拉式仿拟人机器人手，虽然其具有五个手指，但只有其中四个手指能够在牵拉丝3的拉力和扭簧的复位扭力的作用实现平伸和弯曲。并且，根据其说明书附图的图3所示，每个关节的弯曲都必须借助于牵拉丝3的拉力和扭簧的复位扭力的作用。

该仿拟人机器人手不仅结构复杂，而且其各指节只能由后向前依次转动，最后才能将牵拉丝3的拉力传递至指尖，实现整个手从平伸状态到握持状态的运动。这种手指的伸直与弯曲控制原理导致机器人的手部动作缓慢，无法应用于高效率的场合。

另外，其手指还具有一个致命的缺陷，当其在握持状态下，手指的弯曲状态仅靠牵拉丝3的拉力和扭簧的复位扭力来保持，一旦手指受到异常外力，如将手指向外扳动，就能够很容易破坏手指的弯曲状态，从而破坏手指所产生的握持力。因此，这种仿拟人机器人手的握持稳定性极差，基本无法应用于实践。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种拟人机器人的仿形手，它可以更加稳定地实现抓取动作。

为解决上述技术问题，本实用新型拟人机器人的仿形手的技术解决方案为：

包括手掌、手指组件5，手掌的掌部固定连接手指组件5的掌部；手指组件5的手指指尖通过上指尖牵引绳18连接上层拉板16；手指组件5的手指指尖通过下指尖牵引绳19连接下层拉板17；上层拉板16位于下层拉板17的上方；第一电机9连接第一减速机构的输入端，第一减速机构的输出齿轮轴13上缠绕有牵引绳；牵引绳的一端作为上出绳14，牵引绳的另一端作为下出绳15；上出绳14连接所述上层拉板16，下出绳15连接所述下层拉板17；所述第一电机9能够驱动输出齿轮轴13旋转，从而通过上层拉板16或下层拉板17将牵引力传递至手指指尖，以实现手指抓握自由度。

在另一实施例中，所述手掌的腕部通过第二减速机构连接第二电机6；第二电机6能够带动手掌旋转，以实现手腕旋转自由度。

在另一实施例中，所述手指指尖内固定设置有牵引绳固定块20；所述上指尖牵引绳18从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块20的上部；所述下指尖牵引绳19从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块20的下部；上指尖牵引绳18与下指尖牵引绳19上下平行排列。

在另一实施例中，所述手指组件5包括五根手指，其中四根手根具有指尖、指中和指根三节指节，另一根手指具有指尖和指根两节指节。

在另一实施例中，所述指节形成上下两条穿绳通道，穿绳通道从手指的指根延伸至指尖。

在另一实施例中，相邻所述指节之间通过销轴依次连接；指节的相邻端面的上部形成直角端面5-20，下部形成斜面5-21；上部直角端面5-20作为手指伸直限位面，下部斜面5-21作为手指弯曲限位面。

在另一实施例中，相邻所述指节的两个斜面5-21之间的夹角为50±5°。

在另一实施例中，所述指节的后端下部形成有弧形导向件，与之相邻的指节前端下部形成有导向槽或空腔。

在另一实施例中，所述手掌的掌部内腔固定设置有抓握齿轮箱体12，抓握齿轮箱体12内设置有直齿轮组11，直齿轮组11的输入端连接所述第一电机9；直齿轮组11的输出齿轮轴13作为所述第一减速机构的输出齿轮轴13。

在另一实施例中，当所述第一电机9通过直齿轮组11带动输出齿轮轴13顺时针旋转时，上出绳14带动上层拉板16向手腕方向后移，同时下出绳15松开，下层拉板17不受力，手掌松开；反之，当输出齿轮轴13逆时针旋转时，下出绳15带动下层拉板17向手腕方向后移，同时上出绳14松开，上层拉板16不受力，手掌握紧。

在另一实施例中，所述手掌的腕部固定连接行星齿轮组7的输出盘，行星齿轮组7的输入端连接所述第二电机6。

在另一实施例中，所述手掌的腕部壳体与手臂壳体之间通过内层耐磨圈10与外层耐磨圈8实现配合连接；依靠内层耐磨圈10与外层耐磨圈8之间的相对转动，实现手掌的腕部相对于手臂的旋转自由度。

本实用新型可以达到的技术效果是：

本实用新型在手指内设置有上下两根牵引绳，并使上下两根牵引绳从手指的根部一直延伸至尖部，且两根牵引绳上没有任何中间连接件，能够使牵引钢丝绳所受的拉力直接传递至指尖，来自于电机的牵引力能够同时带动五根手指的全部指节一起运动；只要电机启动，手指立刻做出伸直或弯曲动作，手指反应即时、迅速。

本实用新型通过在各指节内形成上下两条穿绳通道，能够实现对牵引绳的导引。

本实用新型能够实现五根手指的同步伸直与弯曲动作，从而完成五指联动抓握。并且本实用新型的手指在完成伸直或弯曲动作后，能够保持手指姿态不变，从而能够增强抓握稳定性。

本实用新型的仿形手具有两个自由度，一个是手腕旋转自由度，另一个是手指抓握自由度，从而能够实现更接近于人类的手部动作，使拟人机器人具有更拟人化的手部。

附图说明

本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本实用新型的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本实用新型的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的实用新型构思。

结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本实用新型的原理。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型拟人机器人的仿形手的示意图；

图2是本实用新型的仿形手的另一角度的示意图；

图3是本实用新型的仿形手的分解示意图；

图4是本实用新型的手指组件的示意图；

图5是本实用新型的单根手指的剖面示意图；

图6是本实用新型的手指组件的局部组装示意图；

图7是本实用新型的单根手指的部分分解示意图；

图8是本实用新型的单根手指的分解示意图；

图9是本实用新型的指中右内衬的示意图；

图10是本实用新型的指中右外衬与指中右内衬的组装示意图；

图11是本实用新型的指中右内衬与指根右内衬的最大弯曲状态示意图。

图中附图标记说明：

1为手臂骨架下壳， 2为手臂骨架上壳，

3为手掌上壳， 4为手掌下壳，

5为手指， 6为第二电机，

7为行星齿轮组， 8为外层耐磨圈，

9为第一电机， 10为内层耐磨圈，

11为直齿轮组， 12为抓握齿轮箱体，

13为输出齿轮， 14为上出绳，

15为下出绳， 16为上层拉板，

17为下层拉板， 18为上指尖牵引绳，

19为下指尖牵引绳， 20为牵引绳固定块，

21为掌背板， 22为掌心板，

23为手指连接件，

5-1为指根右外衬， 5-2为指根右内衬，

5-3为指根盖， 5-4为指中右内衬，

5-5为指中右外衬， 5-6为指尖右外衬，

5-7为指根左外衬， 5-8为指尖右内衬，

5-9为指根左内衬， 5-10为指尖左内衬，

5-11为指中左内衬， 5-12为指中盖，

5-13为指中左外衬， 5-14为指尖左外衬，

5-15为指尖盖，

5-20为直角端面， 5-21为斜面，

5-22为弧形导向件， 18-1为上指尖牵引绳穿绳槽，

19-1为下指尖牵引绳穿绳槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至图3所示，本实用新型拟人机器人的仿形手，包括手臂骨架上壳2、手臂骨架下壳1、手掌上壳3、手掌下壳4、手指组件5，手臂骨架上壳2通过多颗自攻螺丝固定连接手臂骨架下壳1，手臂骨架上壳2与手臂骨架下壳1组成手臂；

手掌上壳3固定连接手掌下壳4，手掌上壳3与手掌下壳4组成手掌；手掌包括腕部和掌部，手掌的腕部固定连接手臂的前端，手掌的掌部固定连接手指组件5的掌部。

手臂骨架上壳2与手臂骨架下壳1所组成的手臂壳体的内腔固定设置有第二电机6，第二电机6连接行星齿轮组7(即第二减速机构)，行星齿轮组7的输出盘固定连接手掌上壳3与手掌下壳4所组成的腕部壳体；通过行星齿轮组7的增扭减速，第二电机6能够驱动手掌旋转，从而实现手腕旋转自由度；

手臂骨架上壳2与手臂骨架下壳1所组成的手臂壳体的前端固定连接外层耐磨圈8；外层耐磨圈8固定设置于手臂壳体的内壁；外层耐磨圈8的前端形成有四个三角榫，外层耐磨圈8通过四个三角榫实现与手臂骨架上壳2及手臂骨架下壳1的榫卯式固定连接，且外层耐磨圈8的前端伸出手臂壳体；

手掌上壳3与手掌下壳4所组成的腕部壳体外壁固定设置有内层耐磨圈10；内层耐磨圈10通过多颗自攻螺丝固定连接手掌上壳3及手掌下壳4；

内层耐磨圈10设置于外层耐磨圈8内，通过内层耐磨圈10与外层耐磨圈8的配合连接，实现手掌的腕部壳体与手臂壳体之间的配合连接，当第二电机6驱动手掌旋转时，带动内层耐磨圈10在外层耐磨圈8内旋转，从而能够增加手腕旋转的灵活性。

手掌上壳3与手掌下壳4所组成的掌部壳体内固定设置有抓握齿轮箱体12，抓握齿轮箱体12内设置有直齿轮组11(即第一减速机构)，直齿轮组11的输入端连接第一电机9；通过直齿轮组11的增扭减速，第一电机9能够实现手指抓握自由度；

直齿轮组11的输出齿轮轴13上缠绕有一根牵引钢丝绳；牵引钢丝绳在输出齿轮轴13上缠绕后，必然有一个出绳端位于上方(即上出绳14)，而另一个出绳端位于下方(即下出绳15)；如图4所示，牵引钢丝绳的上出绳14连接上层拉板16，牵引钢丝绳的下出绳15连接下层拉板17；上层拉板16位于下层拉板17的上方；上层拉板16通过五根上指尖牵引绳18分别连接手指组件5的五个指尖端，下层拉板17通过五根下指尖牵引绳19分别连接手指组件5的五个指尖端；

如图5所示，手指的指尖内固定设置有牵引绳固定块20，上指尖牵引绳18从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块20的上部；即上指尖牵引绳18的一端连接上层拉板16，另一端连接牵引绳固定块20的上部；

下指尖牵引绳19从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块20的下部；即下指尖牵引绳19的一端连接下层拉板17，另一端连接牵引绳固定块20的下部；则上指尖牵引绳18与下指尖牵引绳19上下平行排列；

无论牵引钢丝绳的旋向如何，当第一电机9通过直齿轮组11带动输出齿轮轴13转动时，必然有一端收紧，而另一端松开；当输出齿轮轴13顺时针旋转时，上出绳14带动上层拉板16向手腕方向后移(收紧)，同时下出绳15松开，下层拉板17不受力，则手指伸直，手掌松开；反之，当输出齿轮轴13逆时针旋转时，下出绳15带动下层拉板17向手腕方向后移(收紧)，同时上出绳14松开，上层拉板16不受力，则手指弯曲，手掌握紧，从而实现手指抓握动作。

优选地，第二电机6和第一电机9采用高能量密度的空心杯电机。

如图6所示，手指组件5包括掌背板21和掌心板22，掌背板21和掌心板22固定连接五个手指连接件23，五个手指连接件23分别连接五根手指；如图7、图8所示，每根手根包括三节指节，即指尖、指中和指根，指尖由指尖盖5-15、指尖右外衬5-6、指尖右内衬5-8、指尖左外衬5-14、指尖左内衬5-10组成；指中由指中盖5-12、指中右外衬5-5、指中右内衬5-4、指中左外衬5-13、指中左内衬5-11组成；指根由指根盖5-3、指根右外衬5-1、指根右内衬5-2、指根左外衬5-7、指根左内衬5-9组成；

各指节的左内衬与右内衬之间通过螺丝实现固定连接；左外衬和右外衬包裹于内衬外，并通过指盖将左右外衬夹持固定在一起，从而实现指节的组装；内衬作为手指的骨架，可以采用硬度较大的材料，如塑料；外衬作为手指的外保护层，可以采用弹性材料，如硅胶，以增加抓握摩擦力；

各指节的左右内衬之间形成上下两条穿绳通道，使上指尖牵引绳18和下指尖牵引绳19从指节的根部延伸至尖部；内衬的主要作用在于穿设上指尖牵引绳18和下指尖牵引绳19；此实施例中内衬为左右两瓣；当然，内衬也可以为一体成型，同样可以开设上下两条沿指节长度方向延伸的穿绳通道；

如图9所示，指中右内衬5-4的上部内壁开设有沿指节长度方向延伸的上指尖牵引绳穿绳槽18-1，下部内壁开设有下指尖牵引绳穿绳槽19-1；指中右内衬5-4与指中左内衬5-11的上指尖牵引绳穿绳槽18-1相对应，组成上穿绳通道，指中右内衬5-4与指中左内衬5-11的下指尖牵引绳穿绳槽19-1相对应，组成下穿绳通道。

相邻指节之间通过销轴依次连接；如图9、图10所示，指节的相邻端面，上部形成直角端面5-20，下部形成斜面5-21；指节相邻端面的上部直角端面5-20作为手指伸直限位面，下部斜面5-21作为手指弯曲限位面；指根与手指连接件之间的连接方式与相邻指节的连接方式相同；

当上出绳14带动上层拉板16后移时，上指尖牵引绳18拉紧，上指尖牵引绳18将力传递至指尖，由于指尖与指中的相邻端面上部以及指中与指根的相邻端面上部均为直角端面5-20，因此上指尖牵引绳18拉紧后能够使手指伸直；当手指处于伸直状态时，上指尖牵引绳18处于拉紧状态，且指尖与指中的相邻端面上部的直角端面5-20相接触，同时指中与指根的相邻端面上部的直角端面5-20相接触，因此手指能够保持伸直的姿态不变；

当下出绳15带动下层拉板17后移时，下指尖牵引绳19拉紧，下指尖牵引绳19将力传递至指尖，由于指尖与指中的相邻端面下部以及指中与指根的相邻端面下部均为斜面5-21，因此下指尖牵引绳19拉紧后能够使手指向下弯曲；且手指的最大弯曲角度由相邻端面的两个斜面5-21之间的夹角决定；当手指处于最大弯曲状态时，下指尖牵引绳19处于拉紧状态，且指尖与指中的相邻端面下部的斜面5-21相接触，同时指中与指根的相邻端面下部的斜面5-21相接触，因此手指能够保持最大弯曲的姿态不变。

为对手指的弯曲进行导向，每根指节的后端下部可以形成有弧形导向件；相应地，指中、指根和手指连接件的前端下部形成有导向槽或空腔，以使弧形导向件能够沿导向槽或空腔运动；如图9所示，弧形导向件5-22设置于指中右内衬5-4的后端；同时，指中左内衬5-11的后端也设置有弧形导向件5-22；且指尖右内衬5-8和指尖左内衬5-10的后端，以及指根右内衬5-2和指根左内衬5-9的后端也设置有弧形导向件5-22；当然，弧形导向件5-22也可以设置于外衬的后端；

当下指尖牵引绳19拉紧时，拉动手指的各指节，使各指节的弧形导向件向导向槽或空腔向运动，从而带动指尖、指中和指根分别绕销轴转动，实现手指的弯曲；当相邻指节的两个斜面5-21相接触时，达到手指的最大弯曲角度，如图11所示。

优选地，相邻指节的两个斜面5-21之间的夹角为50±5°，以实现抓握功能。

优选地，其中四根手指具有指尖、指中和指根三节，另一根手指仅具有指尖和指根两节，以形成更加拟人化的手。

本实用新型的工作原理如下：

驱动第二电机6，第二电机6带动行星齿轮组7的输出盘顺时针或者逆时针旋转，行星齿轮组7的输出盘通过内层耐磨圈10带动手掌上壳3与手掌下壳4所组成的手掌旋转，从而实现手腕旋转自由度；

驱动第一电机9，第一电机9带动直齿轮组11的输出齿轮轴13顺时针旋转，带动牵引钢丝绳的两端运动，上出绳14收紧，带动上层拉板16靠近手腕方向，同时下出绳15松开，带动下层拉板17远离手腕方向，则手指伸直；

第一电机9带动直齿轮组11的输出齿轮轴13逆时针旋转，带动牵引钢丝绳的两端运动，下出绳15收紧，带动下层拉板17靠近手腕方向，同时上出绳14松开，带动上层拉板16远离手腕方向，则手指弯曲。

由于本实用新型设置有手指伸直限位面和手指弯曲限位面，当上出绳14拉紧使手指伸直时，相邻指节的手指伸直限位面相接触，即使手指受到异常外力，手指能够始终保持伸直状态；同理，当下出绳15拉紧使手指弯曲时，相邻指节的手指弯曲限位面相接触，即使手指受到异常外力，手指能够始终保持弯曲状态。因此，本实用新型的手指抓握稳定性更好。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种拟人机器人的仿形手，其特征在于：包括手掌、手指组件(5)，手掌的掌部固定连接手指组件(5)的掌部；手指组件(5)的手指指尖通过上指尖牵引绳(18)连接上层拉板(16)；手指组件(5)的手指指尖通过下指尖牵引绳(19)连接下层拉板(17)；上层拉板(16)位于下层拉板(17)的上方；第一电机(9)连接第一减速机构的输入端，第一减速机构的输出齿轮轴(13)上缠绕有牵引绳；牵引绳的一端作为上出绳(14)，牵引绳的另一端作为下出绳(15)；上出绳(14)连接所述上层拉板(16)，下出绳(15)连接所述下层拉板(17)；所述第一电机(9)能够驱动输出齿轮轴(13)旋转，从而通过上层拉板(16)或下层拉板(17)将牵引力传递至手指指尖，以实现手指抓握自由度。

2.根据权利要求1所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述手掌的腕部通过第二减速机构连接第二电机(6)；第二电机(6)能够带动手掌旋转，以实现手腕旋转自由度。

3.根据权利要求1所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述手指指尖内固定设置有牵引绳固定块(20)；所述上指尖牵引绳(18)从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块(20)的上部；所述下指尖牵引绳(19)从手指的指根向前延伸至指尖，并固定连接牵引绳固定块(20)的下部；上指尖牵引绳(18)与下指尖牵引绳(19)上下平行排列。

4.根据权利要求1所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述手指组件(5)包括五根手指，其中四根手根具有指尖、指中和指根三节指节，另一根手指具有指尖和指根两节指节。

5.根据权利要求4所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述指节形成上下两条穿绳通道，穿绳通道从手指的指根延伸至指尖。

6.根据权利要求4或5所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：相邻所述指节之间通过销轴依次连接；指节的相邻端面的上部形成直角端面(5-20)，下部形成斜面(5-21)；上部直角端面(5-20)作为手指伸直限位面，下部斜面(5-21)作为手指弯曲限位面。

7.根据权利要求6所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：相邻所述指节的两个斜面(5-21)之间的夹角为50±5°。

8.根据权利要求6所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述指节的后端下部形成有弧形导向件，与之相邻的指节前端下部形成有导向槽或空腔。

9.根据权利要求1所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：所述手掌的掌部内腔固定设置有抓握齿轮箱体(12)，抓握齿轮箱体(12)内设置有直齿轮组(11)，直齿轮组(11)的输入端连接所述第一电机(9)；直齿轮组(11)的输出齿轮轴(13)作为所述第一减速机构的输出齿轮轴(13)。

10.根据权利要求1所述的拟人机器人的仿形手，其特征在于：当所述第一电机(9)通过直齿轮组(11)带动输出齿轮轴(13)顺时针旋转时，上出绳(14)带动上层拉板(16)向手腕方向后移，同时下出绳(15)松开，下层拉板(17)不受力，手掌松开；反之，当输出齿轮轴(13)逆时针旋转时，下出绳(15)带动下层拉板(17)向手腕方向后移，同时上出绳(14)松开，上层拉板(16)不受力，手掌握紧。

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