CN211362291U - 一种灵巧手手指及多指灵巧手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种灵巧手手指及多指灵巧手，属于机械抓手技术领域，其中，该灵巧手手指包括若干指节、驱动若干指节相对转动的动力机构及控制动力机构的控制电路板，控制电路板与动力机构电性连接且设置于所述若干指节内部。本灵巧手手指实现了手指的模块化，将机电驱动及控制结构内置在手指内部，作为一个手指单元，具有独立的功能模块，易于插接在外部设备上且能够实现快速更换，便于维护。

Description

一种灵巧手手指及多指灵巧手

技术领域

本实用新型涉及机械抓手技术领域，特别涉及一种灵巧手手指及多指灵巧手。

背景技术

多指灵巧手是机器人实现复杂操作必备的硬件。当前灵巧手产品主要采用整体式结构，结构过于复杂，受限于产品需求有限，生产成本较高，难以批量生产。同时，在实现多自由度动作时，所采用的驱动方案与传动方案不具有很强的可靠性，且由于灵巧手自身结构较小，其所能承担负载有限，容易出现过载现象，从而产生损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种灵巧手手指及多指灵巧手，其旨在解决现有技术中多指灵巧手采用整体式结构导致结构过于复杂化难以批量生产、难以将手指单元模块化及维护过程复杂的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种灵巧手手指，所述灵巧手手指包括若干指节、驱动所述若干指节相对转动的动力机构及控制所述动力机构的控制电路板，所述控制电路板与所述动力机构电性连接且设置于所述若干指节内部。

可选地，所述灵巧手手指还设置有与所述控制电路板电性连接的若干传感器，以用于检测手指表面受力情况和/或各指节间的转动角度。

可选地，所述灵巧手手指的一端设置有电气接口，所述电气接口与所述控制电路板电性连接，用于将所述灵巧手手指插接到外部设备，以使所述控制电路板与所述外部设备进行通电或通信。

可选地，所述灵巧手手指依次包括第一指节、第二指节以及第三指节，所述第一指节远离所述第二指节的一端设置有所述电气接口，所述第二指节与所述第一指节进行铰连接，所述第三指节与所述第二指节进行铰连接。

可选地，所述第三指节设置成“L”型，使得所述第三指节用于插入到狭小的缝隙中进行操作。

可选地，所述第三指节上设置有第一传感器组件；所述第二指节上设置有所述控制电路板、第二传感组件及第一动力机构；所述第一指节上设置有第二动力机构，所述控制电路板分别与所述第一传感器组件、所述第二传感器组件、所述第一动力机构、所述第二动力机构进行电性连接，以根据所述第一传感器组件检测到的所述第三指节的表面受力情况、所述第二传感器组件检测到的所述第二指节的表面受力情况与各指节间的转动角度，分别通过所述第一动力机构驱动所述第三指节相对所述第二指节进行转动，通过所述第二动力机构驱动所述第二指节相对所述第一指节进行转动。

可选地，所述控制电路板分别通过柔性电路板与所述第一传感器组件、所述第二传感器组件、所述第一动力机构、所述第二动力机构进行电性连接。

可选地，所述第一动力机构包括与所述控制电路板电性连接的第一减速电机，所述第一减速电机通过齿轮组传动驱动所述第三指节相对所述第二指节进行转动；所述第二动力机构包括与所述控制电路板电性连接的第二减速电机，所述第二减速电机通过齿轮组传动驱动所述第二指节相对所述第一指节进行转动。

此外，为了解决上述技术问题，本实用新型还提供一种多指灵巧手，所述多指灵巧手包括灵巧手主体以及若干上述的灵巧手手指，所述灵巧手主体上设置有若干手指安装槽，以一一对应设置插接安装所述若干灵巧手手指；

可选地，所述灵巧手手指安装槽内置有旋转座体，以对应插接安装相应的所述灵巧手手指；所述灵巧手主体内置有主控制板及主动力机构，所述主控制板电性连接所述主动力机构，以通过所述主动力机构驱动每一所述灵巧手手指安装槽内的所述旋转座体绕着中心轴自转。

可选地，每一所述灵巧手手指安装槽的旋转座体上设置有连接插板，且所述连接插板通过柔性电路板与所述主控制板进行电性连接。

可选地，所述灵巧手手指与相应的所述旋转座体上的所述连接插板进行弹性插接配合，以实现每一所述灵巧手手指与所述灵巧手主体之间的电性连接。

可选地，所述灵巧手主体上设置有插装锁止机构，用于所述灵巧手手指插接所述灵巧手主体时，在插接方向进行锁止，以防止灵巧手手指在运动中脱落。

可选地，所述主动力机构包括与所述主控制板电性连接的第三减速电机，所述第三减速电机通过齿轮组与传动皮带进行传动配合以驱动每一所述灵巧手手指安装槽内的所述旋转座体绕着中心轴自转。

可选地，每一所述灵巧手手指安装槽的内壁设有止位弹珠，以实现相应的所述旋转座体转动后的定位。

本实用新型提供的灵巧手手指及多指灵巧手，其灵巧手手指包括若干指节、驱动若干指节相对转动的动力机构及控制动力机构的控制电路板，控制电路板与动力机构电性连接且设置于若干指节内部。这样一来，本灵巧手手指实现了手指的模块化，将机电驱动及控制结构内置在手指内部，作为一个手指单元，具有独立的功能模块，易于插接在外部设备上且能够实现快速更换，便于维护。对于多指灵巧手而言，其每一灵巧手手指作为一个功能完善的模块均可根据实际需求进行任意拆卸，即每一灵巧手手指可作为一独立的模块，进行生产配置，可有效解决现有技术中多指灵巧手采用整体式结构导致结构过于复杂化难以批量生产的技术问题，同时，由于其采用模块化设计，使得各根灵巧手手指独立，可以根据需求进行不同数量组合，以满足更多用户的实际需求，且采用插接安装的快换设计，能够快速更换，给用户实际操作提供更多的便利。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例多指灵巧手的整体结构示意图。

图2为图1所示多指灵巧手的局部拆分结构示意图。

图3为图1所示多指灵巧手的灵巧手手指的拆分结构示意图。

图4为图1所示多指灵巧手的力感知结构的侧视结构示意图。

图5为图1所示多指灵巧手的另一实现形式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1至图3所示，本实施例提供一种多指灵巧手100，该多指灵巧手100包括灵巧手主体110以及若干灵巧手手指120，灵巧手主体110上设置有若干手指安装槽111，以一一对应设置插接安装若干灵巧手手指120。灵巧手手指120包括若干指节、驱动若干指节相对转动的动力机构及控制动力机构的控制电路板125，控制电路板125与动力机构电性连接且设置于若干指节内部。

在本实施例中，如图1至图3所示，灵巧手手指120还设置有与控制电路板电性连接的若干传感器，以用于检测手指表面受力情况和/或各指节间的转动角度。灵巧手手指120的一端设置有电气接口(未图示)，电气接口与控制电路板125电性连接，用于将灵巧手手指120插接到外部设备(即灵巧手主体110)，以使控制电路板125与外部设备进行通电或通信。具体地，如图2及图3所示，本实施例的每一灵巧手手指120依次包括第一指节121、第二指节122以及第三指节123，第一指节121远离第二指节122的一端设置有电气接口，可对应插接安装在灵巧手主体110相应的手指安装槽111上，第二指节122与第一指节121进行铰连接，第三指节123与第二指节122进行铰连接。第三指节123上设置有第一传感器组件124。第二指节122上设置有控制电路板125、第二传感组件126及第一动力机构127。第一指节121上设置有第二动力机构128，控制电路板125分别与第一传感器组件124、第二传感器组件126、第一动力机构127、第二动力机构128进行电性连接，以根据第一传感器组件124检测到的第三指节123的表面受力情况、第二传感器组件126检测到的第二指节122的表面受力情况与各指节间的转动角度，分别通过第一动力机构127驱动第三指节123相对第二指节122进行转动(本实施例具体为正负90度转动)，通过第二动力机构128驱动第二指节122相对第一指节121进行转动(本实施例具体为正负90度转动)。这样一来，每一灵巧手手指120均设置了控制电路板125对本身进行单独控制，即每一灵巧手手指120具有控制单元，可实现手指的闭环控制、传感器信息处理、通信等功能，手指内控制单元能够更高效率实现对手指关节的实时控制，可以实现更高精度的控制，具有高度模块化的特点。另外，通过第一动力机构127驱动第三指节123相对第二指节122进行转动，通过第二动力机构128驱动第二指节122相对第一指节121进行转动，即每一灵巧手手指120均采用全驱方案，能够精确控制各关节运动，满足对各关节的运动需求。第三指节123设置成“L”型，使得第三指节123可用于插入到狭小的缝隙中进行操作，比如用在礼品递送场景，将“L”型指节插入到礼品盒/手提袋的手提缝隙中，并转动“L”型指节勾起礼品盒/手提袋，送到消费者面前；又如用于抓取超市货架或箱体堆装的货物，由于货物之间存在较小的缝隙，灵巧手可以通过“L”型指节插入缝隙，抓出货物或翻转货物。

如图3及图4所示，上述提到的第一传感器组件124为力感知结构，该力感知结构具体包括第一刚性平面板1241、若干第一受力柱1242及传感器单元1243，若干第一受力柱1242及传感器单元1243均设置在第一刚性平面板1241内侧，第一刚性平面板1241用于接收外力且将外力分布于若干第一受力柱1242；传感器单元1243包括与若干第一受力柱1241对应设置的若干感应块以及与若干感应块电性连接的传感器电路板(其与控制电路板125电性连接，以通过控制电路板125接收和处理该力感知结构采集到的数据信息)，每一感应块用于感知作用于相应的第一受力柱1242的分力大小且反馈到传感器电路板，若干感应块均匀分布在传感器电路板面向第一刚性平面板1241所在的一侧表面。此时，该力感知结构为单面感知结构，只能对第三指节123的一侧表面受力情况进行感知，即当外力施加在第一刚性平面板1241上时，力通过相应的第一受力柱1242及感应块传递给传感器电路板，以感知第三指节123的该侧表面受力情况。第一刚性平面板1241四周环设有支撑框架1244，支撑框架1244的内侧与第一刚性平面板1241的边沿进行间隙配合连接，用以限制第一刚性平面板1241在支撑框架1244内侧活动，同时使得支撑框架1244的内侧与第一刚性平面板1241的边沿留有一定的间隙，当第一刚性平面板1241受力时，该间隙可减小力传递到相应的感应块的损失，即不影响刚性平面板受力传递给感应块的效果，增强相应的感应块的检测能力。

如图3及图4所示，支撑框架1244内还设置有与第一刚性平面板1241对称设置的第二刚性平面板1245，以使传感器单元1243夹设于第一刚性平面板1241与第二刚性平面板1245之间，支撑框架1244的内侧与第二刚性平面板1245的边沿进行间隙配合连接，用以限制第二刚性平面板1245在支撑框架1244内侧活动。具体地，支撑框架1244内侧设置有侧边槽体(未图示)，以对应卡设第一刚性平面板1241与第二刚性平面板1245的边沿相接处，使得支撑框架1244的内侧分别与第一刚性平面板1241的边沿、第二刚性平面板1244的边沿进行间隙配合连接。这样一来，当第一刚性平面板1241受到外力施压时，力带动传感器组件1243施压到第二刚性平面板1245，第二刚性平面板1245的边沿与侧边槽体抵接，用以支撑外力。当第二刚性平面板1245受到外力施压时，力带动传感器组件1243施压到第一刚性平面板1241，第一刚性平面板1241的边沿与侧边槽体抵接，用以支撑外力。此时，该力感知结构为双面感知结构，可对第三指节123的两侧表面受力情况进行感知。另外，为增强其双面感知能力，亦可在第二刚性平面板1245内侧设置有与若干感应块对应设置的若干第二受力柱(未图示)，每一感应块还用于感知作用于相应的第二受力柱的分力大小且反馈到传感器电路板，传感器电路板可以结合角度传感器及电流反馈信息判断所受外力方向。上面提到的感应块上还设置有弹性垫(未图示)，弹性垫表面面积略大于第一受力柱，用于感应块与第一受力柱充分接触，使得感应块接触平面稳定一致；另一方面，弹性垫还可以提供预紧力，使得力感知结构整体不会过于松动，即在未受外力施压的情况下，弹性垫自身给感应块提供的预加载力，减少结构晃动，比如提供100gf，通过程序初始化标定置为0gf,当受外力施压时，感应块测到的力为300gf,感应块所测到的外力为300gf,实际上感应块共受到400gf的力；此外，弹性垫的设置使得第一刚性平面板1241和第二刚性平面板1245之间保留有足够的间隙，以使第一刚性平面板1241和第二刚性平面板1245在受外力施压时不会相互直接抵触。

如图3所示，上述提到的第二传感器组件126包括两角度传感器及若干压力传感器，两角度传感器分别设于第一指节121与第二指节122之间的铰连接处、第二指节122与第三指节123之间的铰连接处，以实现各指节间的转动角度的感知，若干压力传感器紧贴第二指节122的后侧刚性平面板，以感知第二指节122的后侧表面受力情况。

如图2所示，上述提到的控制电路板125分别通过柔性电路板11与第一传感器组件124、第二传感器组件126、第一动力机构127、第二动力机构128进行电性连接。为避免各指节间的转动导致该柔性电路板11绷紧，该柔性电路板11的长度远长于相应的灵巧手手指120的长度。

如图3所示，第一动力机构127包括与控制电路板125电性连接的第一减速电机，第一减速电机通过齿轮组传动驱动第三指节123相对第二指节122进行转动。具体地，由于第二指节122的长度有限，该第一减速电机具体采用短电机，本实施例的短电机的具体型号为TWG1220-N20VA，其组成包括蜗轮蜗杆减速箱及直流有刷电机，即其将传动的齿轮组直接做在了电机上，电机直接在侧方伸出驱动轴，以驱动第三指节123相对第二指节122进行转动。第二动力机构128包括与控制电路板125电性连接的第二减速电机，第二减速电机通过齿轮组传动驱动第二指节122相对第一指节121进行转动。具体地，由于第三指节123的长度较长，该第二减速电机具体采用长电机，相比短电机，其可提供更好地驱动效果，电机轴通过通过齿轮组传动驱动第三指节123相对第二指节122进行转动。这样一来，每一灵巧手手指120各指节间的转动均采用电机减速驱动，能够减少传动，提高传动精度、效率。

如图2所示，手指安装槽111内置有旋转座体112，以对应插接安装相应的灵巧手手指120。灵巧手主体110内置有主控制板113及主动力机构114，主控制板113电性连接主动力机构114，以通过主动力机构114驱动每一手指安装槽111内的旋转座体112绕着中心轴自转。具体地，如图2所示，每一手指安装槽111的旋转座体112上设置有连接插板12，且连接插板12通过柔性电路板(未图示)与主控制板113进行电性连接。灵巧手手指120的一端设有电气接口(未图示)，电气接口与相应的旋转座体112上的连接插板12进行弹性插接配合，实现每一灵巧手手指120与灵巧手主体110之间的电性连接。通过这样的结构设置，可确保每一灵巧手手指120与灵巧手主体110之间的电性连接不会影响每一灵巧手手指120本身的转动。主动力机构114包括与主控制板113电性连接的第三减速电机，第三减速电机通过齿轮组与传动皮带进行传动配合以驱动每一手指安装槽111内的旋转座体112绕着中心轴自转。本实施例中具体设置了两根灵巧手手指120(对于本领域技术人员而言，亦可根据实际需求设置三根(如图5所示，三根灵巧手手指120呈三角分布在灵巧手主体110上)、五根等)，此时，第三减速电机通过双齿轮及皮带传动分别带动两个旋转座体112同步转动，使得每一灵巧手手指120随着相应的手指安装槽111内的旋转座体112绕着中心轴自转。由于每一手指安装槽111的内壁设有止位弹珠(未图示)，以实现相应的旋转座体112转动至特定角度的定位，止位弹珠可以安装在使灵巧手处于较通用状态的位置，既可以在电机驱动下实现灵巧手手指的精确定位，也可以在关闭电机驱动时让旋转座体处于卡位位置，避免人为随意转动手指。灵巧手主体110上设置有插装锁止机构(未图示)，用于灵巧手手指120插接灵巧手主体110时，在插接方向进行锁止，以防止灵巧手手指120在高速运动中或受外力影响脱落，进一步地，插装锁止机构设置成弹性锁止，一方面便于快速插装，即完全插入时就自动弹性锁止；另一方面便于拆卸维护，即通过施加较大的外力，直接拔出而不需要进行手工的解锁操作等。

本实用新型实施例提供的灵巧手手指及多指灵巧手，其灵巧手手指包括若干指节、驱动若干指节相对转动的动力机构及控制动力机构的控制电路板，控制电路板与动力机构电性连接且设置于若干指节内部。这样一来，本灵巧手手指实现了手指的模块化，将机电驱动及控制结构内置在手指内部，作为一个手指单元，具有独立的功能模块，易于插接在外部设备上且能够实现快速更换，便于维护。对于多指灵巧手而言，其每一灵巧手手指作为一个功能完善的模块均可根据实际需求进行任意拆卸，即每一灵巧手手指可作为一独立的模块，进行生产配置，可有效解决现有技术中多指灵巧手采用整体式结构导致结构过于复杂化难以批量生产的技术问题，同时，由于其采用模块化设计，使得各根灵巧手手指独立，可以根据需求进行不同数量组合，以满足更多用户的实际需求，且采用插接安装的快换设计，能够快速更换，给用户实际操作提供更多的便利。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (15)

1.一种灵巧手手指，其特征在于，所述灵巧手手指包括若干指节、驱动所述若干指节相对转动的动力机构及控制所述动力机构的控制电路板，所述控制电路板与所述动力机构电性连接且设置于所述若干指节内部。

2.根据权利要求1所述的灵巧手手指，其特征在于，所述灵巧手手指还设置有与所述控制电路板电性连接的若干传感器，以用于检测手指表面受力情况和/或各指节间的转动角度。

3.根据权利要求2所述的灵巧手手指，其特征在于，所述灵巧手手指的一端设置有电气接口，所述电气接口与所述控制电路板电性连接，用于将所述灵巧手手指插接到外部设备，以使所述控制电路板与所述外部设备进行通电或通信。

4.根据权利要求3所述的灵巧手手指，其特征在于，所述灵巧手手指依次包括第一指节、第二指节以及第三指节，所述第一指节远离所述第二指节的一端设置有所述电气接口，所述第二指节与所述第一指节进行铰连接，所述第三指节与所述第二指节进行铰连接。

5.根据权利要求4所述的灵巧手手指，其特征在于，所述第三指节设置成“L”型，使得所述第三指节用于插入到狭小的缝隙中进行操作。

6.根据权利要求4所述的灵巧手手指，其特征在于，所述第三指节上设置有第一传感器组件；所述第二指节上设置有所述控制电路板、第二传感组件及第一动力机构；所述第一指节上设置有第二动力机构，所述控制电路板分别与所述第一传感器组件、所述第二传感器组件、所述第一动力机构、所述第二动力机构进行电性连接，以根据所述第一传感器组件检测到的所述第三指节的表面受力情况、所述第二传感器组件检测到的所述第二指节的表面受力情况与各指节间的转动角度，分别通过所述第一动力机构驱动所述第三指节相对所述第二指节进行转动，通过所述第二动力机构驱动所述第二指节相对所述第一指节进行转动。

7.根据权利要求6所述的灵巧手手指，其特征在于，所述控制电路板分别通过柔性电路板与所述第一传感器组件、所述第二传感器组件、所述第一动力机构、所述第二动力机构进行电性连接。

8.根据权利要求6所述的灵巧手手指，其特征在于，所述第一动力机构包括与所述控制电路板电性连接的第一减速电机，所述第一减速电机通过齿轮组传动驱动所述第三指节相对所述第二指节进行转动；所述第二动力机构包括与所述控制电路板电性连接的第二减速电机，所述第二减速电机通过齿轮组传动驱动所述第二指节相对所述第一指节进行转动。

9.一种多指灵巧手，其特征在于，所述多指灵巧手包括灵巧手主体以及若干如权利要求1-8任一所述的灵巧手手指，所述灵巧手主体上设置有若干手指安装槽，以一一对应设置插接安装所述若干灵巧手手指。

10.根据权利要求9所述的多指灵巧手，其特征在于，所述灵巧手手指安装槽内置有旋转座体，以对应插接安装相应的所述灵巧手手指；所述灵巧手主体内置有主控制板及主动力机构，所述主控制板电性连接所述主动力机构，以通过所述主动力机构驱动每一所述灵巧手手指安装槽内的所述旋转座体绕着中心轴自转。

11.根据权利要求10所述的多指灵巧手，其特征在于，每一所述灵巧手手指安装槽的旋转座体上设置有连接插板，且所述连接插板通过柔性电路板与所述主控制板进行电性连接。

12.根据权利要求11所述的多指灵巧手，其特征在于，所述灵巧手手指与相应的所述旋转座体上的所述连接插板进行弹性插接配合，以实现每一所述灵巧手手指与所述灵巧手主体之间的电性连接。

13.根据权利要求9所述的多指灵巧手，其特征在于，所述灵巧手主体上设置有插装锁止机构，用于所述灵巧手手指插接所述灵巧手主体时，在插接方向进行锁止，以防止灵巧手手指在运动中脱落。

14.根据权利要求10所述的多指灵巧手，其特征在于，所述主动力机构包括与所述主控制板电性连接的第三减速电机，所述第三减速电机通过齿轮组与传动皮带进行传动配合以驱动每一所述灵巧手手指安装槽内的所述旋转座体绕着中心轴自转。

15.根据权利要求10的多指灵巧手，其特征在于，每一所述灵巧手手指安装槽的内壁设有止位弹珠，以实现相应的所述旋转座体转动后的定位。

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