CN218052624U - 一种仿人形机器人手驱动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种仿人形机器人手驱动结构，它包括前臂、腕关节、若干气动机，所述前臂的前端紧固连接腕关节，所述腕关节还与机器人手固定连接用于驱动机器人手摆动；所述若干气动机分别套装于前臂上，且若干气动机沿着前臂轴向并列等距分布；所述若干气动机还与机器人手的拉线末端连接，当气动机工作时，通过控制拉线可使机器人手中相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作；它采用设置气动机控制拉线可使相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作，结合设有气动式腕关节来控制机器人手的整体摆动，从而克服了现有技术存在占用空间较大的缺陷，能够实现完成各种复杂的工作任务，便于满足用户的需求；它广泛适用于智能机器人配套使用。

Description

一种仿人形机器人手驱动结构

技术领域

本实用新型涉及智能机械设备，尤其涉及一种仿人形机器人手驱动结构。

背景技术

随着人工智能技术的日益提高，仿生机器人应用领域的不断发展，机器人在灾难救援运用、商业服务、工业产品制造等方面都有巨大的需求；目前，仿生机器人手可具有类似人手功能，能够实现对物体的抓取、搬运、操作等功能，因其灵巧性和通用性强而成为国内外研究的热点。

申请号2021212200131公开了一种仿人形机器人手结构，其利用拉线控制相应的手指进行叉开或收拢动作，采用拉线控制拇指转动以及各指节实现弯曲或伸直运动，但该专利文献中并没有具体公开采用哪种结构方式来驱动拉线运动；现有技术中普遍采用直线步进电机或气缸来驱动拉线运动，但由于拉线数量较多，需要对应安装相应数量的驱动电机或气缸，存在整体结构占用空间较大，导致工作应用场所受限，不能满足用户的需求。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种仿人形机器人手驱动结构，它采用设置气动机控制拉线可使相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作，结合设有气动式腕关节来控制机器人手整体摆动，从而克服了现有技术存在占用空间较大的缺陷，能够实现完成各种复杂的工作任务，运动灵活可靠，投资成本低，便于满足用户的需求，同时整体结构科学合理、简单紧凑，安装和操作方便，市场前景广阔，便于推广使用。

为了实现上述目的，一种仿人形机器人手驱动结构，它包括前臂、腕关节、若干气动机，所述前臂的前端紧固连接腕关节，所述腕关节还与机器人手固定连接用于驱动机器人手摆动；所述若干气动机分别套装于前臂上，且若干气动机沿着前臂轴向并列等距分布；所述若干气动机还与机器人手的拉线末端连接，当气动机工作时，通过控制拉线可使机器人手中相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：所述气动机包括呈圆环形筒状结构的缸体，所述缸体内设有多个呈圆周均匀分布的隔板，经隔板将缸体内腔分隔成多个腔室，且每个腔室内分别顺次设有气囊A、活塞及第一弹簧，所述活塞与机器人手中的拉线末端固定连接，当所述气囊A充气膨胀可推动活塞沿着缸体腔室内壁向另一端滑动，从而带动拉线跟随运动实现控制手指进行相应的动作，当气囊A排气收缩时，在第一弹簧的作用下可使活塞带动拉线控制相应的手指回复原位。

所述缸体的每个腔室内位于第一弹簧的一端还设有限位环用于控制活塞的行程。

所述缸体的每个腔室内还设有穿线筒用于拉线的穿接定位。

所述腕关节包括支座，同轴固定连接于支座两端的两个壳体，所述两个壳体的外表面上分别套装有第二弹簧，两个壳体的轴向中心分别设有转轴，且所述转轴可相对壳体转动，所述两个壳体中转轴的相邻内端经连接杆连接与一体，所述两个壳体中转轴的外端分别伸出壳体外与摆杆固定连接，所述两个壳体与转轴之间的空腔内上下对称设有气囊B，所述气囊B 充气膨胀可推动转轴转动并带动摆杆摆动。

所述两个壳体的外侧端面上分别设有摆幅限位机构，所述两个壳体的内侧端面设有导向杆。

本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：

(Ⅰ)本实用新型中气动机的缸体经隔板分隔成多个腔室，利用腔室内设有活塞与拉线末端连接，可实现一台气动机同时控制多条拉线，结合气动式腕关节采用同轴设有两个壳体并分别安装气囊用于控制机器人手摆动的结构，可使整体运动灵活可靠，有利于机器人手完成各种复杂的工作任务，并且控制简单，协调性好，便于适应各种工作场所的使用，能满足用户的需求；

(Ⅱ)本实用新型中气动机的缸体经隔板分隔成多个腔室，利用腔室内设有活塞与拉线末端连接，可实现一台气动机同时控制多条拉线，解决了现有技术需对应安装相应数量的电机或气缸存在占用空间较大问题，整体结构简单紧凑，协调控制性好，操作方便，制作成本低，并且各种动作均能独立完成，不会发生相互干扰，运动可靠性高；

(Ⅲ)本实用新型采用设置气动机控制拉线可使相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作，结合设有气动式腕关节来控制机器人手整体摆动，从而克服了现有技术存在占用空间较大的缺陷，能够实现完成各种复杂的工作任务，运动灵活可靠，投资成本低，便于满足用户的需求，同时整体结构科学合理、简单紧凑，安装和操作方便，具有显著的经济效益和社会效益。

本实用新型广泛适用于智能机器人配套使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

构成本申请一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体安装结构示意图。

图2为本实用新型中六缸气动机的主视图。

图3为图2的俯视图。

图4为本实用新型中五缸气动机的主视图。

图5为图4的俯视图。

图6为本实用新型中腕关节的主视图。

图7为图6的侧视图。

图8为本实用新型中腕关节的摆动示意图。

图9为本实用新型在上肢中的安装结构示意图。

图中：1-前臂，2-气动机，21-缸体，22-活塞，23-气囊A，24-进气管，25-限位环，26-第一弹簧，27-穿线筒，28-隔板，3-腕关节，31-支座，32-摆幅限位机构，33-转轴，34-摆杆，35-第二弹簧，36-导向杆，37-壳体，38-气囊B，39-连接杆，4-机器人手，41-拉线， 5-肘关节，6-上臂，7-肩关节。

具体实施方式

参照图1～图8，本实用新型是这样实现的：一种仿人形机器人手驱动结构，它包括前臂 1、腕关节3、若干气动机2，所述前臂1的前端紧固连接腕关节3，所述腕关节3还与机器人手4固定连接用于驱动机器人手4摆动；所述若干气动机2分别套装于前臂1上，且若干气动机2沿着前臂1轴向并列等距分布；所述若干气动机2还与机器人手4的拉线41末端连接，当气动机2工作时，通过控制拉线41可使机器人手4中相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作。

参考图1～图5所示，本实用新型中所述气动机2包括呈圆环形筒状结构的缸体21，所述缸体21内设有多个呈圆周均匀分布的隔板28，经隔板28将缸体21内腔分隔成多个腔室，且每个腔室内分别顺次设有气囊A23、活塞22及第一弹簧26，所述活塞22与机器人手4中的拉线41末端固定连接，当所述气囊A23充气膨胀可推动活塞22沿着缸体21腔室内壁向另一端滑动，从而带动拉线41跟随运动实现控制手指进行相应的动作，当气囊A23排气收缩时，在第一弹簧26的作用下可使活塞22带动拉线41控制相应的手指回复原位；如图2和图3所示为一种六缸气动机，缸体21呈圆环形筒状密封结构，缸体21的内圈套装在前臂1上，缸体21经隔板25将内腔分隔成六个腔室，每个腔室内从缸体21的一端至另一端分别顺次设有气囊A、活塞及第一弹簧26，进气管24穿过缸体壁与气囊A联通，当通过进气管24向气囊 A内充气时，气囊A膨胀可推动活塞22压缩第一弹簧26并沿着缸体21腔室内壁向另一端滑动，当气囊A排气收缩时，在第一弹簧26的作用下可使活塞22往回滑动回复原位；如图4 和图5所示为一种五缸气动机，缸体21经隔板25将内腔分隔成五个腔室，其安装结构及工作方式与六缸气动机相同；所述缸体21的每个腔室内位于第一弹簧26的一端还设有限位环 25，所述限位环25用于控制活塞22的行程，方便控制手指弯曲或叉开的角度大小；所述缸体21的每个腔室内还设有穿线筒27用于拉线41的穿接定位，一般前臂1为空心结构，机器人手4中的拉线41从腕关节3的中心穿过进入前臂1内，再经穿线筒27进入缸体21的每个腔室内与活塞22紧固连接，当活塞22滑动时可带动拉线跟随运动实现控制相应的手指进行弯曲、伸直、叉开或收拢等动作，因每个腔室内的活塞22可与一根拉线41紧固连接，故六缸气动机可控制连接六根拉线，并且每个腔室可分别控制拉线41单独运动，与现有技术需安装六个电机或气缸相比，可节省安装空间，整体结构简单紧凑，协调控制性好。

参考图6～图8所示，本实用新型中所述腕关节3包括支座31，同轴固定连接于支座31 两端的两个壳体37，所述两个壳体37的外表面上分别套装有第二弹簧35，两个壳体37的轴向中心分别设有转轴33，且所述转轴33可相对壳体37转动，所述两个壳体37中转轴33的相邻内端经连接杆39连接与一体，所述两个壳体37中转轴33的外端分别伸出壳体37外与摆杆34固定连接，所述两个壳体37与转轴33之间的空腔内上下对称设有气囊B38，所述气囊B38充气膨胀可推动转轴33转动并带动摆杆34摆动，通过摆杆34的摆动可使相邻连接的机器人手4跟随摆动，便于实现完成各种复杂的工作任务；安装时，所述两个壳体37的两端面分别与转轴33的两端转动连接，套装于壳体37上的第二弹簧35的一端与壳体37的内侧端紧固连接，第二弹簧35的另一端与转轴33外侧端上安装的摆杆34紧固连接，利用第二弹簧35可避免摆杆34随意摆动，同时也方便转轴33带动摆杆34摆动后快速复位；所述两个壳体37的外侧端面上分别设有摆幅限位机构32，一般在壳体37的外侧端面上下方向对称设有摆幅限位机构32，用于分别控制转轴33带动摆杆34往上下方向运转的摆动角度；所述两个壳体37的内侧端面设有导向杆36，一般导向杆36呈对称分布在壳体37轴向中心的两侧，所述机器人手4的拉线41需从腕关节3中心的导向杆36之间穿过，当腕关节3摆动时，经导向杆36的导向可使拉线41一直保持拉紧状态，避免拉线41产生松弛而影响机器人手4中手指的动作，有利于保障机器人手4动作的稳定可靠性；所述气囊B38一般采用耐高压的弹性橡胶材料制成，方便气囊B实现充气膨胀与排气收缩运动，结合设有第二弹簧35可避免转轴33带动摆杆34任意摆动，有利于保障腕关节能长期实现连续、稳定、灵活的运行，所述气囊A可采用与气囊B相同的橡胶材料制成。

参考图1～图8所示，结合申请号2021212200131一种仿人形机器人手结构中所公开的技术方案，一般机器人手中拇指设有两个指节、其余四指分别设有三个指节，当每个指节弯曲设置一根拉线则需14跟拉线，如果每个指节弯曲与伸直均需设置一根拉线则共需28根拉线，同时拇指转动需要设置一根拉线，以及手指叉开需要设置四根拉线，由上可知，一个机器人手最少需要设置19根拉线，最多则需要设置33根拉线；当机器人手设置33根拉线时，因六缸气动机可控制六根拉线，五缸气动机可控制五根拉线，四缸气动机可控制四根拉线，则需沿着前臂轴向并列等距分布3个六缸气动机和3个五缸气动机用于控制33根拉线；当机器人手设置19根拉线时，则需沿着前臂轴向并列等距分布3个五缸气动机和一个四缸气动机用于控制19根拉线。

参考图9所示，机器人的上肢包括肩关节7、上臂6、肘关节5、前臂1、腕关节3和机器人手4，本实用新型中机器人手驱动结构可与肘关节5、肩关节7协同配合一起完成机器人上肢的运动要求；所述肘关节5与肩关节7可采用申请号2022101380426一种机器人用仿人体腿部结构所公开的技术方案中的气动关节组合而成，一般肘关节5设有三个气动关节用于控制前臂的弯曲、伸直，以及前臂向两侧转动，所述肩关节7设有四个气动关节用于控制上臂左右摆动、上下摆动，以及上臂向两侧转动。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，并根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种仿人形机器人手驱动结构，其特征在于包括前臂(1)、腕关节(3)、若干气动机(2)，所述前臂(1)的前端紧固连接腕关节(3)，所述腕关节(3)还与机器人手(4)固定连接用于驱动机器人手(4)摆动；所述若干气动机(2)分别套装于前臂(1)上，且若干气动机(2)沿着前臂(1)轴向并列等距分布；所述若干气动机(2)还与机器人手(4)的拉线(41)末端连接，当气动机(2)工作时，通过控制拉线(41)可使机器人手(4)中相应的手指实现弯曲、伸直、叉开或收拢动作；所述气动机(2)包括呈圆环形筒状结构的缸体(21)，所述缸体(21)内设有多个呈圆周均匀分布的隔板(28)，经隔板(28)将缸体(21)内腔分隔成多个腔室，且每个腔室内分别顺次设有气囊A(23)、活塞(22)及第一弹簧(26)，所述活塞(22)与机器人手(4)中的拉线(41)末端固定连接，当所述气囊A(23)充气膨胀可推动活塞(22)沿着缸体(21)腔室内壁向另一端滑动，从而带动拉线(41)跟随运动实现控制手指进行相应的动作，当气囊A(23)排气收缩时，在第一弹簧(26)的作用下可使活塞(22)带动拉线(41)控制相应的手指回复原位；所述腕关节(3)包括支座(31)，同轴固定连接于支座(31)两端的两个壳体(37)，所述两个壳体(37)的外表面上分别套装有第二弹簧(35)，两个壳体(37)的轴向中心分别设有转轴(33)，且所述转轴(33)可相对壳体(37)转动，所述两个壳体(37)中转轴(33)的相邻内端经连接杆(39)连接与一体，所述两个壳体(37)中转轴(33)的外端分别伸出壳体(37)外与摆杆(34)固定连接，所述两个壳体(37)与转轴(33)之间的空腔内上下对称设有气囊B(38)，所述气囊B(38)充气膨胀可推动转轴(33)转动并带动摆杆(34)摆动。

2.根据权利要求1所述仿人形机器人手驱动结构，其特征在于所述缸体(21)的每个腔室内位于第一弹簧(26)的一端还设有限位环(25)用于控制活塞(22)的行程。

3.根据权利要求1所述仿人形机器人手驱动结构，其特征在于所述缸体(21)的每个腔室内还设有穿线筒(27)用于拉线(41)的穿接定位。

4.根据权利要求1所述仿人形机器人手驱动结构，其特征在于所述两个壳体(37)的外侧端面上分别设有摆幅限位机构(32)，所述两个壳体(37)的内侧端面设有导向杆(36)。

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