本發(fā)明涉及一種機(jī)械手，特別涉及一種擬人全驅(qū)動(dòng)五指靈巧機(jī)械手，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)不論在工業(yè)還是在民用領(lǐng)域的應(yīng)用都有飛速的發(fā)展。機(jī)械手是機(jī)器人工作的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能直接決定了機(jī)器人的工作能力。與人類相似，具有高度通用性與靈巧性的機(jī)械手的開發(fā)十分必要。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)包括北航、清華、哈工大和中科院自動(dòng)化研究所等單位有一些靈巧機(jī)械手的技術(shù)研究。但是，其體積較大、重量較高、非五指全驅(qū)動(dòng)，靈巧性不足。國(guó)外，包括shadowhand等在內(nèi)的機(jī)械手雖然具有較高的靈巧性，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。機(jī)械手?jǐn)嚯姾蟛荒茏枣i。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械手存在的以下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題：(1)靈巧性不足；(2)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本高；(3)體積大，重量大；(4)機(jī)械手?jǐn)嚯姾蟛荒茏枣i。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種擬人機(jī)械手，擬人機(jī)械手包括手掌組件、至少兩套普通手指組件和一套拇指組件；

普通手指組件依次由采用鉸鏈連接的普通手指尖、普通手指中、普通手指根以及普通手指張合座四個(gè)部分組成，普通手指組件能夠模擬人類手指三個(gè)自由度的彎曲運(yùn)動(dòng)；普通手指張合座通過(guò)鉸鏈連接于手掌組件，使普通手指組件能夠模擬人類手指的側(cè)向張合運(yùn)動(dòng)；

拇指組件依次由拇指尖、拇指中、拇指根、錐齒輪座以及拇指基座五個(gè)部分組成，拇指尖和拇指中采用鉸鏈連接，拇指中和拇指根采用鉸鏈連接，拇指根和錐齒輪座通過(guò)傳動(dòng)關(guān)節(jié)連接，錐齒輪座通過(guò)錐齒輪與拇指基座活動(dòng)連接，拇指基座固定于手掌組件，拇指組件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)自由度的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)自由度的耦合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，擬人機(jī)械手共有四套普通手指組件，分別模擬人類食指、中指、無(wú)名指和小指的動(dòng)作。

進(jìn)一步地，普通手指組件每個(gè)自由度的彎曲運(yùn)動(dòng)分別由一個(gè)獨(dú)立受控的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：

實(shí)現(xiàn)普通手指尖和普通手指中相對(duì)彎曲運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

實(shí)現(xiàn)普通手指中和普通手指根相對(duì)彎曲運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

實(shí)現(xiàn)普通手指根和普通手指張合座相對(duì)彎曲運(yùn)動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在普通手指中的第一電機(jī)，與第一電機(jī)連接的第一減速箱，與第一減速箱連接的第一蝸桿，安裝在普通手指尖并與第一蝸桿嚙合的第一蝸輪；

第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在普通手指根的第二電機(jī)，與第二電機(jī)連接的第二減速箱，與第二減速箱連接的第二蝸桿，安裝在普通手指中并與第二蝸桿嚙合的第二蝸輪；

第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在普通手指張合座的第三電機(jī)，與第三電機(jī)連接的第三減速箱，與第三減速箱連接的第三蝸桿，安裝在普通手指根并與第三蝸桿嚙合的第三蝸輪。

進(jìn)一步地，普通手指張合座下邊緣設(shè)置輪齒，手掌組件安裝有與輪齒嚙合的齒輪，齒輪由齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)并帶動(dòng)普通手指張合座實(shí)現(xiàn)側(cè)向張合運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，拇指組件的每個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別由一個(gè)獨(dú)立受控的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)；

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：

實(shí)現(xiàn)拇指尖和拇指中相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；

實(shí)現(xiàn)拇指中和拇指根相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的第五驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在拇指中的第四電機(jī)，與第四電機(jī)連接的第四減速箱，與第四減速箱連接的第四蝸桿，安裝在拇指尖并與第四蝸桿嚙合的第四蝸輪；

第五驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：安裝在拇指根的第五電機(jī)，與第五電機(jī)連接的第五減速箱，與第五減速箱連接的第五蝸桿，安裝在拇指中并與第五蝸桿嚙合的第五蝸輪。

進(jìn)一步地，在錐齒輪座安裝有傳動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)和傳動(dòng)關(guān)節(jié)減速箱，傳動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并傳至傳動(dòng)關(guān)節(jié)減速箱，再進(jìn)一步傳至傳動(dòng)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)拇指根相對(duì)于錐齒輪座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)關(guān)節(jié)減速箱的輸出軸于拇指根呈0～90度的夾角。

進(jìn)一步地，在錐齒輪座的表面加工有盤齒輪輪齒，在拇指基座安裝有聯(lián)動(dòng)的錐齒輪電機(jī)和錐齒輪減速箱，錐齒輪減速箱連接與盤齒輪輪齒嚙合的錐齒輪，錐齒輪電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)錐齒輪減速箱傳遞至錐齒輪，驅(qū)動(dòng)錐齒輪座做相對(duì)于拇指基座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，拇指尖表面和普通手指尖表面安裝有觸覺(jué)傳感器，手掌組件可采用塑料、金屬、碳纖維等材料制造。

本發(fā)明的有益效果：(1)靈巧性高，20個(gè)自由度，獨(dú)立控制；(2)體積小，和一般成人手大小相似，小于200*95*35mm；(3)重量輕，小于500g；(4)斷電后可以自鎖。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的擬人機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中普通手指組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中a-a面的剖切結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中拇指組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖1中手掌組件的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。需說(shuō)明的是，本發(fā)明附圖均采用簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明需設(shè)計(jì)制造五指手指及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手掌結(jié)構(gòu)，為此本發(fā)明提供了一種擬人全驅(qū)動(dòng)五指靈巧機(jī)械手，如圖1所示，包括手掌組件6、拇指組件5、食指組件4、中指組件3、小指組件2和無(wú)名指組件1，模擬人類的手掌和五根手指構(gòu)造。除了拇指以外的其他四根稱為普通手指，拇指位于普通手指?jìng)?cè)面。整個(gè)機(jī)械手具有20個(gè)自由度。

如圖2和圖3所示，每一套普通手指組件由指尖7、指中13、指跟18以及手指張合座23四個(gè)連桿組成，具有三個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)模擬人類手指三個(gè)自由度的彎曲動(dòng)作。普通手指和手掌之間采用鉸鏈連接，可以實(shí)現(xiàn)側(cè)向的張合動(dòng)作。指尖7表面安裝有觸覺(jué)傳感器。

普通手指組件每個(gè)自由度的彎曲運(yùn)動(dòng)分別由一個(gè)獨(dú)立受控的小型化驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。固連于指中13的小型電機(jī)11經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱10帶動(dòng)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿9帶動(dòng)固連于指尖7的小型蝸輪8繞旋轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)指尖7與指中13的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

固連于指根18的小型電機(jī)17經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱16帶動(dòng)蝸桿15轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿15帶動(dòng)固連于指中13的小型蝸輪14繞旋轉(zhuǎn)軸24轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)指中13與指跟18的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

固連于手指張合座23的小型電機(jī)22經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱21帶動(dòng)蝸桿20轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿20帶動(dòng)固連于指跟18的小型蝸輪19繞旋轉(zhuǎn)軸25轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)指根18與手指張合座23的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

如圖4所示，拇指組件5由拇指尖26、拇指中32、拇指根38、錐齒輪座42以及拇指基座45五個(gè)連桿組成，采用鉸鏈連接。拇指組件5具有四個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，包括兩個(gè)自由度的獨(dú)立旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)自由度的耦合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。拇指組件5和手掌組件6采用固定連接。指尖26表面安裝有觸覺(jué)傳感器。

固連于拇指中32的小型電機(jī)31經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱30帶動(dòng)蝸桿28轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿28帶動(dòng)固連于指尖26的小型蝸輪27繞旋轉(zhuǎn)軸29轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)拇指尖26與拇指中32的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

固連于拇指根38的小型電機(jī)37經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱36帶動(dòng)蝸桿34轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿34帶動(dòng)固連于拇指中32的小型蝸輪33繞旋轉(zhuǎn)軸35轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)拇指中32與拇指跟38的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

固連在錐齒輪座42的小型電機(jī)41經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱40通過(guò)固連在拇指根38的傳動(dòng)關(guān)節(jié)39實(shí)現(xiàn)拇指根38相對(duì)于錐齒輪座42的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)關(guān)節(jié)39需保證多級(jí)減速箱40的輸出軸與指根38呈一定夾角，此角度范圍是0～90度。

固連在拇指基座45上的小型電機(jī)46通過(guò)多級(jí)減速箱44輸出傳動(dòng)至錐齒輪43，驅(qū)動(dòng)錐齒輪座42相對(duì)于拇指基座45的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，錐齒輪座42表面加工有與錐齒輪43嚙合的盤齒輪輪齒。

拇指組件5整體的張合以及手掌姿態(tài)的改變需通過(guò)拇指基座45-錐齒輪座42和錐齒輪座42-傳動(dòng)關(guān)節(jié)39的耦合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。拇指基座45和手掌組件6采用固定連接。

如圖5所示，手掌組件6主要起到上述各零部件的支撐作用。多級(jí)減速箱48固連于手掌基座51上，小型電機(jī)49經(jīng)過(guò)多級(jí)減速箱48，齒輪47固連于多級(jí)減速箱48的輸出軸50上，齒輪47轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)手指張合座23轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)普通手指組件的張合運(yùn)動(dòng)。拇指基座45通過(guò)固定支架52固連于手掌基座51。法蘭53通過(guò)支撐連桿54與手掌基座51固連。法蘭53與手掌基座51之間通過(guò)手背支撐板固連。本實(shí)施例中，手掌結(jié)構(gòu)采用經(jīng)優(yōu)化的塑料殼體，通過(guò)去除無(wú)用材料的方式，減輕整體重量，同樣地，也可以采用金屬、碳纖維等材料。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。