CN219788377U - 一种灵巧机械手拇指 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种灵巧机械手拇指，包括驱动部、沿Z轴方向延伸的第一基座、可转动地连接于第一基座的第二基座、以及用于将拇指连接于手掌的拇指连接座，所述驱动部包括第一致动器、第二致动器和第三致动器，所述第一致动器用于向第二基座施加作用力，以使得第二基座绕第一转轴转动执行屈伸运动；所述第二致动器用于向拇指连接座施加作用力，以使得第一基座绕第二转轴转动执行张合运动，所述第二转轴平行于第一转轴；所述第三致动器用于向拇指第三转轴施加作用力，以使得机械手拇指绕第三转轴转动执行对掌运动。本实用新型具体实施例的拇指，具有三个主动自由度，拇指运动空间较大、抓握性能好。

Description

一种灵巧机械手拇指

技术领域

本实用新型属于机械手技术领域，特别是涉及一种灵巧机械手拇指。

背景技术

为了辅助或替代人手在人类工作工作环境中进行操作，机械手要实现灵活、精确的运动。在人类手指中，拇指是运动最灵活和复杂的手指，主要实现从掌侧到掌心的对掌功能、从张开到合拢的张合功能以及从伸直到弯曲的屈伸功能。因此，机械手拇指的设计对其强力抓握和精确操作有极大影响。

现有技术中的机械手拇指通常与其他手指采用模块化设计，简单地将拇指设置于其余手指的对侧，虽然简化了结构设计和运动控制，但拇指自由度较少、灵巧性差。同时，由于不具备张合和对掌运动的功能，现有机械拇指大多运动空间固定，不能实现多方位位置和姿态调整，导致机械手抓握和操作能力不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种灵巧机械手拇指，具有三个主动自由度，通过连杆耦合传动实现中指节和远指节的耦合屈伸，通过滑块摇杆机构实现拇指张合运动，以及通过蜗轮蜗杆传动机构实现拇指对掌运动，解决传统机械手拇指自由度少、功能性弱和灵巧性差等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型可采用如下技术方案:一种灵巧机械手拇指，包括驱动部、沿Z轴方向延伸的第一基座、可转动地连接于第一基座的第二基座、以及用于将拇指连接于手掌的拇指连接座，所述驱动部包括设置于第一基座的第一致动器和第二致动器，所述第一致动器用于向第二基座施加作用力，以使得第二基座绕第一转轴转动执行屈伸运动；所述第二致动器用于向拇指连接座施加作用力，以使得第一基座绕第二转轴转动执行张合运动，所述第二转轴平行于第一转轴。

进一步的，所述拇指连接座包括沿Z轴方向延伸的第三转轴，所述驱动部包括设置于机械手手掌的第三致动器，所述第三致动器通过蜗轮蜗杆传动机构使得拇指连接座绕第三转轴转动执行对掌运动，所述第三转轴垂直于第一转轴和第二转轴。

进一步的，所述拇指包括设置于第一基座端部的齿轮传动组、以及设置于第一基座上方的第一直线运动件和第二直线运动件，所述第一直线运动件连接于第一致动器以将第一致动器的旋转运动转化为直线运动，所述第二直线运动件连接于第二致动器以将第二致动器的旋转运动转化为直线运动，所述第一致动器和第二致动器设置于第一基座的上方，所述齿轮传动组将第一致动器和第二致动器的动力分别传递至第一直线运动件和第二直线运动件。

进一步的，所述拇指包括连接于第一直线运动件的第一传动杆、以及连接于第二直线运动件的第二传动杆，所述第一传动杆设置于第一基座的上方以用于向第二基座施加作用力，所述第二传动杆设置于第一基座的下方以用于向拇指连接座施加作用力。

进一步的，所述第一直线运动件和第二直线运动件分别包括丝杠螺母机构，第二传动杆一端连接于第二直线组件，另一端连接于拇指连接座，所述第二致动器驱动时，所述第二直线组件的螺母沿丝杠移动，带动第二传动杆向拇指连接座施加作用力以使得第一基座绕Y轴转动。

进一步的，当所述第二致动器驱动时，第二直线运动件的螺母沿丝杠移动，当螺母运动以靠近拇指连接座时，所述拇指相对于手掌外展以执行张开运动；当螺母运动以远离拇指连接座时，所述拇指相对于手掌内收以执行合拢运动。

进一步的，所述拇指包括依次连接于第二基座的中指节和远指节，中指节连杆连接于第二基座，中指节传动杆连接于中指节连杆，中指节传动杆和远指节传动杆通过单轴铰链连接至第一基座，当所述第二基座绕第一转轴转动执行屈伸运动时，所述远指节和中指节执行耦合屈伸运动。

与现有技术相比，本实用新型具体实施例的有益效果在于：1、拇指具有三个主动自由度，能够主动屈伸运动、张合运动和对掌运动，拇指的运动空间较大、灵巧性较高；2、中指节和远指节包括连杆耦合机构，使得远指节和中指节能够耦合屈伸，欠驱动的拇指设计减少了致动器的数量；3、拇指能够在掌侧和掌心位置旋转切换，外观和功能拟人化程度高。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的拇指示意图；

图2是本实用新型一个实施例的拇指执行屈伸运动的示意图；

图3是本实用新型一实施例的拇指另一视角的示意图；

图4a是本实用新型一个实施例的拇指执行张开运动的示意图；

图4b是本实用新型一个实施例的拇指执行合拢运动的示意图；

图5a和图5b是本实用新型一个实施例的拇指执行对掌运动的两种状态的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本实用新型的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本实用新型，而不是用于穷举本实用新型的所有可行方式，更不是用于限制本实用新型的具体实施范围。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本领域技术人员可以理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型具体实施例保护一种灵巧机械手拇指，参图1-2，所述拇指包括第一基座10、第二基座20和驱动部，所述第一基座10沿Z轴方向延伸，所述第二基座20可转动地连接于第一基座10，所述驱动部为拇指运动提供动力，所述拇指包括拇指连接座70，所述拇指连接座70用于将所述拇指连接至机械手的手掌。

在一个具体的实施例中，所述拇指包括三个主动自由度，即屈伸运动、张合运动以及对掌运动的自由度。具体的，所述驱动部包括设置于第一基座10的第一致动器31和第二致动器32，所述第一致动器31用于移动第二基座20，以使得第二基座20绕第一转轴旋转执行屈伸运动；所述第二致动器32用于向拇指连接座70施加作用力，从而使得第一基座绕第二转轴旋转执行张合运动，所述第二转轴平行于第一转轴，示例性的，所述第一转轴和第二转轴沿X轴方向延伸；所述驱动部还包括第三致动器33，所述第三致动器33设置于机械手的手掌，所述拇指连接座70包括沿Z轴方向延伸的第三转轴71，参图3，所述第三致动器33通过蜗轮蜗杆传动机构441使得拇指连接座70绕第三转轴71转动执行对掌运动，参图5a和5b，分别示出了拇指执行对掌运动的不同状态的示意图，示例性的，所述第三转轴形成为连接座转轴，设置于拇指连接座和第一基座之间。

上述机械手拇指具备三个主动自由度，实现主动屈伸运动、张合运动以及对掌运动，运动空间较大，手指灵活性和抓握性能较好。

具体的，参图1-3，所述拇指100包括设置于第一基座10端部的齿轮传动组426，所述第一致动器31和第二致动器32设置于第一基座10的上方，从而能够减小拇指100的长度，拇指100包括用于传递第一致动器31动力的第一直线运动件410、以及用于传递第二致动器32动力的第二直线运动件420，所述齿轮传动组426将第一致动器31的动力传递至第一直线运动件410，将第二致动器32的动力传递至第二直线运动件420，第一致动器31用于产生绕Z轴的旋转运动，第一直线运动件410将所述第一致动器31的旋转运动转换为沿Z轴方向的直线运动，类似的，所述第二致动器32用于产生绕Z轴的旋转运动，所述第二直线运动件420将所述第二致动器32的旋转运动转换为沿Z轴方向的直线运动。

具体的，所述第一直线运动件410和第二直线运动件420包括丝杠螺母组件，在其他的实施例中，所述第一直线运动件410和第二直线运动件420也可以采用电动直线推杆。

进一步的，所述拇指100包括第一传动杆411和第二传动杆421，所述第一传动杆411一端连接于第一直线运动件410，另一端连接于第二基座20，所述第一传动杆411设置于第一基座10的上方，所述第一致动器31驱动时，第一传动杆411向第二基座20施加作用力以使得第二基座20绕第一转轴旋转，第二基座20和第一基座10产生相对旋转运动，拇指100执行屈伸运动。

示例性的，参图2，所述拇指100包括中指节62和远指节63，所述中指节62和远指节63依次连接于第二基座20，也即中指节62连接于第二基座20，远指节63连接于中指节62。中指节连杆622连接于第二基座20，当第二基座20绕第一转轴转动执行屈伸运动时能够带动中指节62一起运动。中指节传动杆621连接于中指节连杆622，中指节传动杆621和远指节传动杆631通过单轴铰链56连接至第一基座10，所述中指节传动杆621、中指节连杆622、远指节传动杆631和远指节连杆632形成反平行四边形机构，当所述第二基座20绕第一转轴转动执行屈伸运动时，所述远指节63和中指节62执行耦合屈伸运动。

也即，通过上述实施例，拇指100通过第一致动器31实现屈伸运动，其中第二基座20具有主动屈伸运动的自由度，远指节63相对于中指节62执行耦合屈伸运动，拇指100的灵活性好，欠驱动的设计减少了致动器的数量。

具体的，参图3，所述第二致动器32用于驱动拇指100执行张合运动，所述第二传动杆421连接于第二直线运动件420，示例性的，所述第二直线运动件420包括丝杠螺母组件，螺母413固定于螺母座414，所述第二传动杆421连接于螺母座414。当所述第二致动器32驱动时，螺母座414沿丝杠412滑动，第二传动杆421一端跟随螺母座414运动，另一端连接于拇指连接座70，示例性的，所述拇指100的初始位置沿Z轴方向设置，参图4b，当所述螺母座414沿丝杠412运动靠近拇指连接座70时，第二传动杆421向拇指连接座70施加作用力，使得第一基座10绕第二转轴旋转，拇指相对于手掌外展以执行张开运动；参图4a，当所述螺母座沿丝杠412运动远离拇指连接座70时，所述第一基座10绕第二转轴旋转，拇指100相对于手掌内收以执行合拢运动，张合运动包括远离手掌方向的张开运动以及靠近手掌方向的合拢运动。也即，当拇指100执行张合运动时，所述拇指100相对于拇指连接座70转动，所述第一基座10带动第二基座20以及中指节62和远指节63相对于拇指连接座70转动。

示例性的，所述第一基座10形成为拇指近指节61的至少部分。

以上优选实施例的有益效果在于：拇指具有三个指节，可以独立进行屈伸运动、张合运动及对掌运动，具有较大的运动空间，提升机械手的抓取能力；中指节和远指节通过连杆耦合欠驱动，减少了致动器数量，提高抓握稳定性；拇指的屈伸运动和张合运动驱动部集成于第一基座，减小了拇指的长度，同时将驱动部和传动件高度集成，实现结构简单、尺寸紧凑。

最后还需要指出，由于文字表达的有限性，上述说明仅是示例性的，并非穷尽性的，本实用新型并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述示例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。因此本实用新型的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种灵巧机械手拇指，其特征在于，包括驱动部、沿Z轴方向延伸的第一基座、可转动地连接于第一基座的第二基座、以及用于将拇指连接于手掌的拇指连接座，所述驱动部包括设置于第一基座的第一致动器和第二致动器，所述第一致动器用于向第二基座施加作用力，以使得第二基座绕第一转轴转动执行屈伸运动；所述第二致动器用于向拇指连接座施加作用力，以使得第一基座绕第二转轴转动执行张合运动，所述第二转轴平行于第一转轴。

2.根据权利要求1所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，所述拇指连接座包括沿Z轴方向延伸的第三转轴，所述驱动部包括设置于机械手手掌的第三致动器，所述第三致动器通过蜗轮蜗杆传动机构使得拇指连接座绕第三转轴转动执行对掌运动，所述第三转轴垂直于第一转轴和第二转轴。

3.根据权利要求1所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，所述拇指包括设置于第一基座端部的齿轮传动组、以及设置于第一基座上方的第一直线运动件和第二直线运动件，所述第一直线运动件连接于第一致动器以将第一致动器的旋转运动转化为直线运动，所述第二直线运动件连接于第二致动器以将第二致动器的旋转运动转化为直线运动，所述第一致动器和第二致动器设置于第一基座的上方，所述齿轮传动组将第一致动器和第二致动器的动力分别传递至第一直线运动件和第二直线运动件。

4.根据权利要求3所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，所述拇指包括连接于第一直线运动件的第一传动杆、以及连接于第二直线运动件的第二传动杆，所述第一传动杆设置于第一基座的上方以用于向第二基座施加作用力，所述第二传动杆设置于第一基座的下方以用于向拇指连接座施加作用力。

5.根据权利要求4所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，所述第一直线运动件和第二直线运动件分别包括丝杠螺母机构，第二传动杆一端连接于第二直线组件，另一端连接于拇指连接座，所述第二致动器驱动时，所述第二直线组件的螺母沿丝杠移动，带动第二传动杆向拇指连接座施加作用力以使得第一基座绕Y轴转动。

6.根据权利要求5所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，当所述第二致动器驱动时，第二直线运动件的螺母沿丝杠移动，当螺母运动以靠近拇指连接座时，所述拇指相对于手掌外展以执行张开运动；当螺母运动以远离拇指连接座时，所述拇指相对于手掌内收以执行合拢运动。

7.根据权利要求1所述的灵巧机械手拇指，其特征在于，所述拇指包括依次连接于第二基座的中指节和远指节，中指节连杆连接于第二基座，中指节传动杆连接于中指节连杆，中指节传动杆和远指节传动杆通过单轴铰链连接至第一基座，当所述第二基座绕第一转轴转动执行屈伸运动时，所述远指节和中指节执行耦合屈伸运动。