專利名稱：仿真手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及娛樂設(shè)備和機器人領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種仿真手，能模仿人手張 合姿態(tài)和實現(xiàn)物品的抓取，也能擴展應(yīng)用到其它仿真動物手的相關(guān)動作。
背景技術(shù)：
工業(yè)機械手往往是為了滿足某種工業(yè)需求而專門設(shè)計的，不具備人手的仿真性， 其手指數(shù)量也因不同的需求而變化，一般為兩根或者三根所謂的“手指”。目前一般的仿真 手，或者稱為靈巧手，使用執(zhí)行驅(qū)動器件太多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高昂，維護及檢修困難，不適 合于娛樂等一般場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有的仿真手所存在的不足，提供一種 仿真手，采用很少的執(zhí)行驅(qū)動器件就能實現(xiàn)手部動作的仿真，結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種仿真手，包括手指、手 掌、手腕、以及手臂，所述手指安裝于手掌上，包括拇指和至少一根其它手指，所述拇指具有 兩個自由度，所述其它手指具有三個自由度，所述手腕連接手掌和手臂，具有一個旋轉(zhuǎn)自由 度。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述仿真手包括兩個驅(qū)動源，所述兩個驅(qū)動源分別為 驅(qū)動電機和步進電機，所述步進電機與手指連接用于驅(qū)動手指實現(xiàn)抓取動作，所述驅(qū)動電 機與手腕連接用于驅(qū)動手腕轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述拇指，包括通過轉(zhuǎn)軸依次連接的拇指支架、拇指 大指骨、拇指中指骨、以及拇指指尖；所述拇指支架的一端連接于手掌上，另一端設(shè)有拇指 指端；所述拇指支架、拇指大指骨上設(shè)有滾輪，并設(shè)有鋼絲繩穿設(shè)于滾輪中；所述拇指中指 骨與拇指指尖之間連接有連桿，所述連桿連接拇指中指骨的一端設(shè)有扭簧，連接拇指指尖 的另一端設(shè)有翻邊軸承；牽引鋼絲繩，通過連桿和扭簧的動作，拇指中指骨和拇指指尖屈 伸。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述其余手指為食指、中指、無名指和小指中的1 4 根，其結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述其余手指包括通過轉(zhuǎn)軸依次連接的指端、掌指 骨、大指骨、中指骨、指尖；所述指端連接于手掌上；所述掌指骨上設(shè)有滾輪并設(shè)有鋼絲繩 穿設(shè)于滾輪中，掌指骨的一端設(shè)有拉簧，另一端設(shè)有扭簧，所述鋼絲繩與拉簧、扭簧相連接； 所述大指骨與中指骨之間連接有長連桿，所述長連桿連接于所述扭簧的一側(cè)，長連桿相對 于扭簧的另一側(cè)設(shè)有翻邊軸承；所述中指骨與指尖之間連接有短連桿，并安裝有深溝法蘭 球軸承；牽引鋼絲繩，通過長連桿、短連桿、拉簧以及扭簧的動作，所述指尖、大指骨和中指 骨屈伸。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述手掌為固定結(jié)構(gòu)，其空間方位為模仿人手抓取物品時的半握球狀姿態(tài)；手掌上設(shè)有五個安裝孔，所述拇指、食指、中指、無名指和小指分別相 應(yīng)的安裝于所述安裝孔中，手指在手掌上的分布模擬人的手掌分布。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述手掌的中部安裝有滾輪支架，其下部安裝有鋼絲 繩支架，所述滾輪支架上安裝有五個滾輪，所述五個滾輪分別與拇指、食指、中指、無名指和 小指的鋼絲繩相連接，所述滾輪支架上還引出一鋼絲繩與鋼絲繩支架相連接并通過一壓塊 進行壓固，五個手指的鋼絲繩經(jīng)過各個滾輪在手掌內(nèi)相交于一個平面驅(qū)動點并由步進電機 驅(qū)動。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述手掌和安裝于手掌上的手指安裝于手臂的一端， 步進電機安裝于手臂的另一端，所述步進電機上設(shè)有光電開關(guān)，并通過鋼絲繩與手掌內(nèi)的 平面驅(qū)動點相連接，所述鋼絲繩通過鋼絲繩夾塊進行固定，步進電機牽動鋼絲繩帶動手指 的連桿驅(qū)使手指作抓取動作；并且，所述拇指和其余手指的鋼絲繩的牽引可通過安裝1 5 個步進電機來實現(xiàn)，所述步進電機為直線步進電機。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述手掌通過手腕連接于手臂的一端，手臂上設(shè)有第 一同步輪、其相對于手掌的另一端設(shè)有第二同步輪，所述第一同步輪與第二同步輪上套設(shè) 有同步帶，并且，手臂相對于手掌的另一端設(shè)置驅(qū)動電機，所述驅(qū)動電機上設(shè)有光電開關(guān)， 驅(qū)動電機通過第一同步輪與第二同步輪驅(qū)動手掌相對于手臂旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手腕的上下轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明所述的仿真手中，所述手腕的轉(zhuǎn)動角度為上下-45° +45°。本發(fā)明的仿真手的有益效果一、仿真手的拇指具有兩個自由度，通過連桿、扭簧 及鋼絲繩實現(xiàn)手指的屈伸；除拇指外的其余手指具有三個自由度，通過長連桿、短連桿、 扭簧、拉簧及鋼絲繩實現(xiàn)手指的屈伸；手掌為固定結(jié)構(gòu)，其空間方位為模仿人手抓取物品 時的半握球狀姿態(tài)，五個手指的鋼絲繩經(jīng)過各個滾輪在手掌內(nèi)相交于一個平面驅(qū)動點，并 通過步進電機牽動鋼絲繩帶動連桿來驅(qū)使手指的抓取動作，簡化了結(jié)構(gòu)，增加了手指活 動的柔性；二、仿真手的手腕具有一個自由度，通過驅(qū)動電機帶動同步帶輪，能夠?qū)崿F(xiàn)上 下-45° +45°甚至更大角度的活動?？傊?，本發(fā)明的仿真手采用很少的執(zhí)行驅(qū)動器件就 能實現(xiàn)手部動作的仿真，結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用。




圖1是本發(fā)明的仿真手的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2A是圖1中所示的拇指的側(cè)視圖； 圖2B是圖1中所示的拇指的正視圖； 圖3是圖1中所示的仿真手除拇指外其余四指的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4A是圖1中所示的仿真手的各手指在手掌上的走線示意圖； 圖4B是圖4A的側(cè)視圖； 圖4C是圖4A的俯視圖； 圖5A是圖1中所述的仿真手的手掌的正視圖； 圖5B是圖5A的側(cè)視圖； 圖5C是圖5A的俯視圖6是圖1所示的仿真手的手腕的側(cè)面旋轉(zhuǎn)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示是本發(fā)明的仿真手的結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明的仿真手包括五根手指1、 手掌2、手腕3、以及手臂4，仿真手的驅(qū)動源有兩個，分別為驅(qū)動電機6和直線步進電機5， 直線步進電機5用于驅(qū)動手指1實現(xiàn)抓取動作、驅(qū)動電機6用于驅(qū)動手腕3轉(zhuǎn)動。其中，五 根手指1的食指14、中指15、無名指16和小指17的結(jié)構(gòu)一樣，拇指12有與上述四根手指 不同的獨立結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的仿真手有與人手相一致的高仿真度，例如各手指關(guān)節(jié)的長度比 例、轉(zhuǎn)動角度、各手指在手掌上的分布等，并且，手指的分布和手掌2的結(jié)構(gòu)模仿人手抓取 物品時的狀態(tài)。以下就五根手指1、手掌2、手腕3、以及手臂4的結(jié)構(gòu)進行詳述。參閱圖2A及圖2B，本發(fā)明的仿真手的拇指12，包括通過轉(zhuǎn)軸依次連接的拇指支 架120、拇指大指骨122、拇指中指骨123、以及拇指指尖124 ；所述拇指支架120的一端連接 于手掌2上，另一端設(shè)有拇指指端121 ；所述拇指支架120、拇指大指骨122上設(shè)有滾輪125， 并設(shè)有鋼絲繩126穿設(shè)于滾輪125中，所述拇指中指骨123與拇指指尖IM之間連接有連 桿127，所述連桿127連接拇指中指骨123的一端設(shè)有扭簧128，連接拇指指尖IM的另一端 設(shè)有翻邊軸承129 ；所述拇指12有兩個自由度，當(dāng)牽引鋼絲繩1 時，通過連桿127和扭簧 128的動作，拇指中指骨123和拇指指尖IM會隨之屈伸，并根據(jù)需要實現(xiàn)手指屈伸角度。參閱圖3，本發(fā)明的仿真手的其余四指的結(jié)構(gòu)相似，其主要區(qū)別在于長短上的差 異，在本實施例中以中指15為例，所述中指15包括通過轉(zhuǎn)軸依次連接的中指指端150、中 指掌指骨151、中指大指骨152、中指中指骨153、中指指尖154 ；所述中指指端150連接于手 掌2上，所述中指掌指骨151上設(shè)有滾輪155并設(shè)有鋼絲繩156穿設(shè)于滾輪155中，同時， 中指掌指骨151的一端設(shè)有拉簧161，另一端設(shè)有扭簧162，所述鋼絲繩156與拉簧161、扭 簧162相連接。另外，所述中指大指骨152與中指中指骨153之間連接有長連桿157，所述 長連桿157連接于所述扭簧162的一側(cè)，長連桿157相對于扭簧162的另一側(cè)設(shè)有翻邊軸 承159，所述中指中指骨153與中指指尖IM之間連接有短連桿158，并且，所述中指中指骨 153與中指指尖154之間還安裝有深溝法蘭球軸承160。所述中指15具有三個自由度，當(dāng) 牽引鋼絲繩156時，通過長連桿157、短連桿158、拉簧161以及扭簧162的動作，所述中指 指尖154、中指大指骨152和中指中指骨153會隨之屈伸，并根據(jù)需要實現(xiàn)手指的屈伸角度； 所述食指14、中指15、無名指16和小指17的結(jié)構(gòu)與所述中指15相似，當(dāng)然，所述手指1也 可根據(jù)需要進行設(shè)置，可以有選擇的安裝食指14、中指15、無名指16和小指17中的1 4 根，手指1通過扭簧162、拉簧161的相結(jié)合，增大了手指處于水平初始位置的抗重力矩性 能，并合理利用了手指內(nèi)部空間。參閱圖5A-C，圖示為仿真手的手掌的示意圖；所述手掌2上設(shè)有五個安裝孔21，用 于分別對應(yīng)安裝所述拇指12、食指14、中指15、無名指16和小指17，各手指在手掌2上的 分布模擬人的手掌。參閱圖4A-C及圖5A-C，圖示為仿真手的各手指在手掌上的走線示意圖；本發(fā)明仿 真手的手掌2和手指1構(gòu)成有與人手類似的空間立體結(jié)構(gòu)，所述手掌2為固定結(jié)構(gòu)，其空間 方位為模仿人手抓取物品時的半握球狀姿態(tài)；所述手掌2的中部安裝有滾輪支架22，其下 部安裝有鋼絲繩支架21，所述滾輪支架22上安裝有五個滾輪23，所述五個滾輪23分別與 拇指12、食指14、中指15、無名指16和小指17的鋼絲繩相連接，所述滾輪支架22上還引 出一鋼絲繩M與鋼絲繩支架21相連接并通過一壓塊25進行壓固，五個手指的鋼絲繩經(jīng)過各個滾輪23在手掌2內(nèi)相交于一個平面驅(qū)動點并由直線步進電機5驅(qū)動；參閱圖1，更具 體的說，所述手掌2和安裝于手掌2上的手指1安裝于手臂4的一端，直線步進電機5安裝 于手臂4的另一端，所述直線步進電機5上設(shè)有光電開關(guān)51，并通過鋼絲繩52與手掌2內(nèi) 的平面驅(qū)動點相連接，所述鋼絲繩52通過鋼絲繩夾塊53進行固定，五個手指的屈伸通過直 線步進電機5拉動鋼絲繩來實現(xiàn)，直線步進電機5牽動鋼絲繩帶動五個手指的連桿驅(qū)使手 指的抓取動作，簡化了結(jié)構(gòu)，增加了手指活動的柔性，所述手指的鋼絲繩的牽引可通過安裝 1 5個直線步進電機5來實現(xiàn)，具體根據(jù)手指的安裝來進行設(shè)置。參閱圖1及圖6，圖6所示為仿真手的手腕的側(cè)面旋轉(zhuǎn)示意圖。所述手掌2通過手 腕3連接于手臂4的一端，手臂4上設(shè)有第一同步輪41、其相對于手掌2的另一端設(shè)有第 二同步輪42，所述第一同步輪41與第二同步輪42上套設(shè)有同步帶43，并且，手臂4相對于 手掌2的另一端還設(shè)有驅(qū)動電機6，所述驅(qū)動電機6上設(shè)有光電開關(guān)61，打開光電開關(guān)61， 驅(qū)動電機6通過第一同步輪41與第二同步輪42驅(qū)動手掌2相對于手臂4旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手腕3 的上下活動，所述手腕3具有一個自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)上下-45° +45°甚至更大角度的轉(zhuǎn) 動，降低了成本，增加了手腕3的柔性。由上可知，本發(fā)明的仿真手具有下述優(yōu)點一、仿真手的拇指具有兩個自由度，通 過連桿、扭簧及鋼絲繩實現(xiàn)手指的屈伸；除拇指外的其余手指具有三個自由度，通過長連 桿、短連桿、扭簧、拉簧及鋼絲繩實現(xiàn)手指的屈伸；手掌為固定結(jié)構(gòu)，其空間方位為模仿人手 抓取物品時的半握球狀姿態(tài)，五個手指的鋼絲繩經(jīng)過各個滾輪在手掌內(nèi)相交于一個平面驅(qū) 動點，并通過步進電機牽動鋼絲繩帶動連桿來驅(qū)使手指的抓取動作，簡化了結(jié)構(gòu)，增加了手 指活動的柔性；二、仿真手的手腕具有一個自由度，通過驅(qū)動電機帶動同步帶輪，能夠?qū)崿F(xiàn) 上下-45° +45°甚至更大角度的活動?？傊?，本發(fā)明的仿真手采用很少的執(zhí)行驅(qū)動器件 就能實現(xiàn)手部動作的仿真，結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種仿真手，其特征在于，包括手指(1)、手掌O)、手腕(3)、以及手臂0)，所述手 指(1)安裝于手掌(2)上，包括拇指(12)和至少一根其它手指，所述拇指(12)具有兩個自 由度，所述其它手指(1)具有三個自由度，所述手腕(3)連接手掌(2)和手臂0)，具有一個 旋轉(zhuǎn)自由度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真手，其特征在于，所述仿真手包括兩個驅(qū)動源，所述兩個 驅(qū)動源分別為驅(qū)動電機(6)和步進電機(5)，所述步進電機(5)與手指⑴連接用于驅(qū)動手 指(1)實現(xiàn)抓取動作，所述驅(qū)動電機(6)與手腕(3)連接用于驅(qū)動手腕(3)轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真手，其特征在于，所述拇指(12)，包括通過轉(zhuǎn)軸依次連 接的拇指支架(120)、拇指大指骨(12 、拇指中指骨(12 、以及拇指指尖(IM)；所述拇指 支架(120)的一端連接于手掌( 上，另一端設(shè)有拇指指端(121)；所述拇指支架(120)、 拇指大指骨(122)上設(shè)有滾輪(125)，并設(shè)有鋼絲繩(126)穿設(shè)于滾輪(125)中；所述拇指 中指骨(12 與拇指指尖(124)之間連接有連桿(127)，所述連桿(127)連接拇指中指骨 (123)的一端設(shè)有扭簧(1 )，連接拇指指尖(124)的另一端設(shè)有翻邊軸承(129)；牽引鋼 絲繩(1 )，通過連桿(127)和扭簧(128)的動作，拇指中指骨(123)和拇指指尖(124)屈 伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的仿真手，其特征在于，所述其余手指為食指(14)、 中指(15)、無名指(16)和小指(17)中的1 4根，其結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿真手，其特征在于，所述其余手指包括通過轉(zhuǎn)軸依次連接 的指端(150)、掌指骨(151)、大指骨(152)、中指骨(153)、指尖(154)；所述指端(150)連接 于手掌(2)上；所述掌指骨(151)上設(shè)有滾輪(155)并設(shè)有鋼絲繩(156)穿設(shè)于滾輪(155) 中，掌指骨(151)的一端設(shè)有拉簧(161)，另一端設(shè)有扭簧(162)，所述鋼絲繩(156)與拉簧 (161)、扭簧(162)相連接；所述大指骨(152)與中指骨(153)之間連接有長連桿(157)，所 述長連桿(157)連接于所述扭簧(16 的一側(cè)，長連桿(157)相對于扭簧(16 的另一側(cè) 設(shè)有翻邊軸承(159)；所述中指骨(15 與指尖(154)之間連接有短連桿(158)，并安裝有 深溝法蘭球軸承(160)；牽引鋼絲繩(156)，通過長連桿(157)、短連桿(158)、拉簧(161)以 及扭簧(162)的動作，所述指尖(IM)、大指骨(152)和中指骨(153)屈伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿真手，其特征在于，所述手掌(2)為固定結(jié)構(gòu)，其空間方位 為模仿人手抓取物品時的半握球狀姿態(tài)；手掌( 上設(shè)有五個安裝孔(21)，所述拇指(12)、 食指(14)、中指(15)、無名指(16)和小指(17)分別相應(yīng)的安裝于所述安裝孔(21)中，手 指在手掌(2)上的分布模擬人的手掌分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的仿真手，其特征在于，所述手掌O)的中部安裝有滾輪支架 (22)，其下部安裝有鋼絲繩支架(21)，所述滾輪支架0 上安裝有五個滾輪(23)，所述五 個滾輪(23)分別與拇指(12)、食指(14)、中指(15)、無名指(16)和小指(17)的鋼絲繩相 連接，所述滾輪支架0 上還引出一鋼絲繩04)與鋼絲繩支架相連接并通過一壓塊 (25)進行壓固，五個手指的鋼絲繩經(jīng)過各個滾輪在手掌( 內(nèi)相交于一個平面驅(qū)動點 并由步進電機(5)驅(qū)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿真手，其特征在于，所述手掌⑵和安裝于手掌(2)上的手 指⑴安裝于手臂⑷的一端，步進電機(5)安裝于手臂⑷的另一端，所述步進電機(5) 上設(shè)有光電開關(guān)(51)，并通過鋼絲繩(52)與手掌O)內(nèi)的平面驅(qū)動點相連接，所述鋼絲繩(52)通過鋼絲繩夾塊(5 進行固定，步進電機( 牽動鋼絲繩帶動手指的連桿驅(qū)使手指 作抓取動作；并且，所述拇指和其余手指的鋼絲繩的牽引可通過安裝1 5個步進電機(5) 來實現(xiàn)，所述步進電機(5)為直線步進電機。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿真手，其特征在于，所述手掌(2)通過手腕(3)連接于 手臂(4)的一端，手臂(4)上設(shè)有第一同步輪(41)、其相對于手掌(2)的另一端設(shè)有第二同 步輪(42)，所述第一同步輪與第二同步輪0 上套設(shè)有同步帶(43)，并且，手臂(4) 相對于手掌O)的另一端設(shè)置驅(qū)動電機(6)，所述驅(qū)動電機(6)上設(shè)有光電開關(guān)(61)，驅(qū)動 電機(6)通過第一同步輪Gl)與第二同步輪G2)驅(qū)動手掌(2)相對于手臂(4)旋轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)手腕(3)的上下轉(zhuǎn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿真手，其特征在于，所述手腕(3)的轉(zhuǎn)動角度為上 下-45° +45°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種仿真手，包括手指(1)、手掌(2)、手腕(3)、以及手臂(4)，所述手指(1)安裝于手掌(2)上，包括拇指(12)和至少一根其它手指，所述拇指(12)具有兩個自由度，所述其它手指(1)具有三個自由度，所述手腕(3)連接手掌(2)和手臂(4)，具有一個旋轉(zhuǎn)自由度。所述仿真手還包括兩個驅(qū)動源，所述兩個驅(qū)動源分別為驅(qū)動電機(6)和步進電機(5)，所述步進電機(5)與手指(1)連接用于驅(qū)動手指(1)實現(xiàn)抓取動作，所述驅(qū)動電機(6)與手腕(3)連接用于驅(qū)動手腕(3)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的仿真手采用很少的執(zhí)行驅(qū)動器件就能實現(xiàn)手部動作的仿真，結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用。
文檔編號B25J9/08GK102114631SQ20101004265
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者劉道強, 戎志剛, 李明, 高敬義 申請人:深圳華強智能技術(shù)有限公司