一種仿人機械手的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種仿人機械手，包括臂部和掌部，以及拇指、食指、中指、無名指和小指，食指、中指、無名指和小指依次排列且結(jié)構(gòu)相同，都包括第一拉繩、近指節(jié)、中指節(jié)、遠指節(jié)以及第一步進電機，所述第一拉繩一端固定在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上，并可在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過所述近指節(jié)和所述中直接，并固定在所述遠指節(jié)未與所述中指節(jié)連接的一端上，所述遠指節(jié)與所述中指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸和所述中指節(jié)與所述近指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸相互平行；所述拇指結(jié)構(gòu)與其他手指類似。通過步進電機卷繞和釋放拉繩來驅(qū)動各個指節(jié)，關(guān)節(jié)柔性較好；由于拇指可以相對于掌部轉(zhuǎn)動，掌部也可以相對于臂部轉(zhuǎn)動，更接近人手的運動模式。
【專利說明】一種仿人機械手

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種仿生機械，尤其是一種仿人機械手。

【背景技術(shù)】
[0002]仿生機械手臂是機械制造與自動化領(lǐng)域機器人方向的研究熱點。在康復(fù)輔助機器人、服務(wù)機器人、仿生機械等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前仿生機械手臂以電機驅(qū)動齒輪活動為主，在關(guān)節(jié)柔性、動態(tài)剛度和能量密度等方面都難以滿足使用要求。
[0003]中國實用新型專利ZL201320473490.8公開了一種仿生機械手臂，包括輸出機構(gòu)及驅(qū)動機構(gòu)，輸出機構(gòu)包括手掌和手指，手指包括鉸鏈機構(gòu)的遠指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)及近指關(guān)節(jié)，驅(qū)動機構(gòu)為手臂，包括骨架和SMA彈簧組，每根手指對應(yīng)一組SMA彈簧組，每組SMA彈簧組中的各SMA彈簧通過連接線串聯(lián)，連接線的一端與骨架固接，另一端連接設(shè)置復(fù)位條，復(fù)位條縱穿手指內(nèi)部且與對應(yīng)鉸鏈軸緊貼，復(fù)位條的另一端與指尖固定連接。該仿生機械手臂通過SMA彈簧組來驅(qū)動手指關(guān)節(jié)的運動，關(guān)鍵柔性較好，但也由于該仿生機械手臂采用彈簧來驅(qū)動手指關(guān)節(jié)，且彈簧長度較長，手指關(guān)節(jié)的動作可能存在延遲，反應(yīng)不夠靈敏。此夕卜，該仿生機械手臂手掌與手臂之間不能相互轉(zhuǎn)動，拇指與其他四指功能相識，能夠?qū)崿F(xiàn)的動作相對較少，仍有進一步改進的空間。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種關(guān)節(jié)柔性較好、能夠?qū)崿F(xiàn)的動作較多的仿生機械手。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種仿人機械手，包括臂部和安裝在所述臂部上的掌部，以及設(shè)置在所述掌部上的姆指、食指、中指、無名指和小指；
[0007]所述食指、所述中指、所述無名指和所述小指依次排列且結(jié)構(gòu)相同，都包括第一拉繩、固定在所述掌部上的近指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述近指節(jié)上的中指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述中指節(jié)上的遠指節(jié)以及安裝在所述掌部內(nèi)部的第一步進電機，所述第一拉繩一端固定在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上，并可在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過所述近指節(jié)和所述中指節(jié)，并固定在所述遠指節(jié)未與所述中指節(jié)連接的一端上，所述遠指節(jié)與所述中指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸和所述中指節(jié)與所述近指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸相互平行；
[0008]所述拇指包括第二拉繩、固定在所述掌部的第一伺服電機、安裝在所述第一伺服電機轉(zhuǎn)軸上的第一指節(jié)，可轉(zhuǎn)動連接在所述第一指節(jié)上的第二指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述第二指節(jié)上的第三指節(jié)以及安裝在所述掌部內(nèi)部的第二步進電機，所述第二拉繩一端固定在所述第二步進電機的轉(zhuǎn)軸上，并可在所述第二步進電機的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過所述第一指節(jié)和所述第二指節(jié)，并固定在所述第三指節(jié)未與所述第二指節(jié)連接的一端上，所述第一指節(jié)與所述第二指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸和所述第二指節(jié)與所述第三指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸相互平行；
[0009]還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述第一伺服電機、所述第一步進電機以及所述第二步進電機的工作時序。
[0010]作為本實用新型的一種改進，所述臂部上安裝有第二伺服電機，所述掌部安裝在所述第二伺服電機的轉(zhuǎn)軸上。
[0011]作為本實用新型的一種改進，所述第三指節(jié)和/或所述遠指節(jié)上設(shè)置有橡皮套。
[0012]作為本實用新型的一種改進，所述拉繩為尼龍繩或彈簧繩。
[0013]采用上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下有益效果:
[0014]1、通過步進電機卷繞和釋放拉繩來驅(qū)動各個指節(jié)，各個手指的關(guān)節(jié)柔性較好；同時，由于拇指可以相對于掌部轉(zhuǎn)動，掌部也可以相對于臂部轉(zhuǎn)動，整個仿人機械手較為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)的動作較多，更接近人手的運動模式，可以滿足各種需求。
[0015]2、本實用新型的仿人機械手除了拇指以外的四個手指都采用相同的結(jié)構(gòu)，可以進行模塊化生產(chǎn)，制造成本較低。
[0016]3、本實用新型的仿人機械手每個手指都有獨立的驅(qū)動電機，拇指與掌部的轉(zhuǎn)動以及掌部與臂部的轉(zhuǎn)動也有獨立的驅(qū)動電機，各個電機在控制系統(tǒng)的控制下獨立工作或相互配合工作，能夠?qū)崿F(xiàn)的動作相對較多。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型仿人機械手的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中對應(yīng)標(biāo)示如下:
[0019]10-臂部；11-第二伺服電機；
[0020]20-掌部；30-拇指；
[0021]31-第二拉繩；32-第一伺服電機；
[0022]33-第一指節(jié)；34-第二指節(jié)；
[0023]35-第二指節(jié)；36-第_■步進電機；
[0024]40-食指；41-第一拉繩；
[0025]42-近指節(jié)；43-中指節(jié)；
[0026]44-遠指節(jié)；45-第一步進電機；
[0027]50-中指；60-無名指；
[0028]70-小指。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0030]如圖1所示，本實施例提供的仿人機械手，包括臂部10和安裝在臂部10上的掌部20，以及設(shè)置在掌部20上的拇指30、食指40、中指50、無名指60和小指70，拇指30、食指40、中指50、無名指60和小指70仿造人手的位置放置在掌部20上，掌部20也是仿造人手掌的形狀進行設(shè)計的，其內(nèi)部具有可以放置各種電機和電子元件的空腔。
[0031]臂部10與掌部20之間同樣是仿照人手臂與手掌的位置關(guān)系設(shè)置的，臂部10上安裝有第二伺服電機11，掌部20安裝在第二伺服電機11的轉(zhuǎn)軸上，這樣掌部20可以在臂部10上轉(zhuǎn)動，使得整個機械手活動范圍更廣。需要說明的是，伺服電機也稱為舵機，在本實施例中使用的是輝盛9G伺服電機。
[0032]食指40、中指50、無名指60和小指70依次排列且結(jié)構(gòu)相同，為了表述方便，在本實施例中以食指40為例對在同一結(jié)構(gòu)進行說明，不再對中指50、無名指60和小指70的結(jié)構(gòu)進行重復(fù)描述。食指40包括第一拉繩41、固定在掌部20上的近指節(jié)42、可轉(zhuǎn)動連接在近指節(jié)42上的中指節(jié)43、可轉(zhuǎn)動連接在中指節(jié)43上的遠指節(jié)44以及安裝在掌部20內(nèi)部的第一步進電機45，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，這一線性關(guān)系的存在，力口上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。此外，第一拉繩41優(yōu)選為尼龍繩或彈性繩。本實施例中采用第一步進電機45的型號為28BYJ-48。
[0033]由于食指40、中指50、無名指60和小指70的結(jié)構(gòu)相同，可以進行模塊化生產(chǎn)。
[0034]在食指40中，第一拉繩41 一端固定在第一步進電機45的轉(zhuǎn)軸上，并可在第一步進電機45的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過近指節(jié)42和中指節(jié)43，并固定在遠指節(jié)44未與中指節(jié)43連接的一端上，遠指節(jié)44與中指節(jié)43之間可轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)動軸和中指節(jié)43與近指節(jié)42之間的可轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)動軸相互平行，這樣，通過第一步進電機45的轉(zhuǎn)動，將第一拉繩41卷繞在第一步進電機45的轉(zhuǎn)軸上，進而拉動食指40進行彎曲動作，同樣的，當(dāng)?shù)谝徊竭M電機45反轉(zhuǎn)時,第一拉繩41被釋放,遠指節(jié)44不受拉力，恢復(fù)到自然狀態(tài)。
[0035]拇指30包括第二拉繩31、固定在掌部20的第一伺服電機32、安裝在第一伺服電機32轉(zhuǎn)軸上的第一指節(jié)33，可轉(zhuǎn)動連接在第一指節(jié)33上的第二指節(jié)34、可轉(zhuǎn)動連接在第二指節(jié)34上的第三指節(jié)35以及安裝在掌部20內(nèi)部的第二步進電機36，第二步進電機36可以使用與第一步進電機45相同的步進電機。當(dāng)然，第二步進電機36也可以安裝在第一指節(jié)33內(nèi)部。第一伺服電機32可以是與第二伺服電機11相同的伺服電機，第二拉繩31優(yōu)選為尼龍繩或彈性繩，其一端固定在第二步進電機36的轉(zhuǎn)軸上，并可在第二步進電機36的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過第一指節(jié)33和第二指節(jié)34，并固定在第三指節(jié)35未與第二指節(jié)34連接的一端上，第一指節(jié)34與第二指節(jié)35之間可轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)動軸和第二指節(jié)35與第三指節(jié)36之間可轉(zhuǎn)動連接的轉(zhuǎn)動軸相互平行。這樣，通過第二步進電機36的轉(zhuǎn)動，將第二拉繩31卷繞在第二步進電機36的轉(zhuǎn)軸上，進而拉動拇指30各個關(guān)節(jié)進行彎曲動作，同樣的，當(dāng)?shù)诙竭M電機36反轉(zhuǎn)時,第二拉繩31被釋放,遠指節(jié)44不受拉力，恢復(fù)到自然狀態(tài)。同時，第一伺服電機32可以驅(qū)動拇指30在掌部20上轉(zhuǎn)動，從而使得拇指30可以實現(xiàn)更多的動作。
[0036]為了讓放人機械手更接近人手，本實施例在第三指節(jié)35和/或遠指節(jié)44上設(shè)置有橡皮套，橡皮套所起的作用類似與人體的皮膚。
[0037]本實施例的仿人機械手還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制第一伺服電機32、第二伺服電機11、第一步進電機45以及第二步進電機36的工作時序。
[0038]上面結(jié)合附圖對本實用新型做了詳細的說明，但是本實用新型的實施方式并不僅限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以對本實用新型做出各種變形，如在所有的指節(jié)上都設(shè)置橡皮套等，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種仿人機械手，包括臂部和安裝在所述臂部上的掌部，以及設(shè)置在所述掌部上的拇指、食指、中指、無名指和小指，其特征在于， 所述食指、所述中指、所述無名指和所述小指依次排列且結(jié)構(gòu)相同，都包括第一拉繩、固定在所述掌部上的近指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述近指節(jié)上的中指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述中指節(jié)上的遠指節(jié)以及安裝在所述掌部內(nèi)部的第一步進電機，所述第一拉繩一端固定在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上，并可在所述第一步進電機的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過所述近指節(jié)和所述中指節(jié)，并固定在所述遠指節(jié)未與所述中指節(jié)連接的一端上，所述遠指節(jié)與所述中指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸和所述中指節(jié)與所述近指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸相互平行； 所述拇指包括第二拉繩、固定在所述掌部的第一伺服電機、安裝在所述第一伺服電機轉(zhuǎn)軸上的第一指節(jié)，可轉(zhuǎn)動連接在所述第一指節(jié)上的第二指節(jié)、可轉(zhuǎn)動連接在所述第二指節(jié)上的第三指節(jié)以及安裝在所述掌部內(nèi)部的第二步進電機，所述第二拉繩一端固定在所述第二步進電機的轉(zhuǎn)軸上，并可在所述第二步進電機的轉(zhuǎn)軸上卷繞，另一端依次穿過所述第一指節(jié)和所述第二指節(jié)，并固定在所述第三指節(jié)未與所述第二指節(jié)連接的一端上，所述第一指節(jié)與所述第二指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸和所述第二指節(jié)與所述第三指節(jié)之間的轉(zhuǎn)動軸相互平行； 還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制所述第一伺服電機、所述第一步進電機以及所述第二步進電機的工作時序。
2.如權(quán)利要求1所述的仿人機械手，其特征在于，所述臂部上安裝有第二伺服電機，所述掌部安裝在所述第二伺服電機的轉(zhuǎn)軸上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的仿人機械手，其特征在于，所述第三指節(jié)和/或所述遠指節(jié)上設(shè)置有橡皮套。
4.如權(quán)利要求1或2所述的仿人機械手，其特征在于，所述拉繩為尼龍繩或彈簧繩。
【文檔編號】B25J15/00GK204160479SQ201420557934
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】陳思鑫, 楊利, 湯寶鑫 申請人:福建省泉州市第七中學(xué)