本申請要求2014年9月12日提交的美國臨時專利申請No.62/049,610的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請的內(nèi)容以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及例如自動化應(yīng)用中的抓取設(shè)備的機械手指。

背景技術(shù)：

在自動化抓取設(shè)備的領(lǐng)域中，存在相互沖突的設(shè)計標準。一方面，抓取設(shè)備必須經(jīng)常能夠再現(xiàn)類似于人的操作，例如捏合式抓取和包裹式抓取(又稱“大力抓取”)。捏合式抓取相當于利用手指末端來抓取微小物體；包裹式抓取包括利用至少一對手指來包裹較大的物體，并且手指的指骨適應(yīng)物體的形狀。

另一方面，不管這些復雜的抓取動作(即，捏合式抓取)，經(jīng)常期望的是，例如通過減少部件的數(shù)量，簡化制造和組裝過程，減少必要的致動度的數(shù)量和/或采用非定制的部件來簡化抓取設(shè)備的概念。例如，可以采用非定制的夾持器并使機械手指適應(yīng)這種非定制的夾持器，結(jié)果證明這樣能夠節(jié)約成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種機械手指，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種機械手指，所述機械手指包括：基座，其適于連接至致動器，以便以至少一個致動度(degree of actuation)被移動；至少兩個指骨，其中，第一指骨在近端可旋轉(zhuǎn)地連接至所述基座，并且至少第二指骨在近端可旋轉(zhuǎn)地連接至所述第一指骨的遠端；傳動連接件，其在所述基座與處于最遠端的一個所述指骨之間提供至少一個旋轉(zhuǎn)自由度(DOF)；以及被動旋轉(zhuǎn)DOF關(guān)節(jié)，其位于所述至少兩個指骨之間、所述基座與所述第一指骨之間、以及所述傳動連接件中，從而所述機械手指具有待致動狀態(tài)(passive state of actuation)和抓取致動狀態(tài)(grasping state of actuation)；在所述待致動狀態(tài)下，在所述致動器使得所述基座移動的過程中，所述基座、所述至少兩個指骨和所述傳動連接件相對于彼此保持恒定的定向，所述指骨中的任何一個都不接觸目標物體；在所述抓取致動狀態(tài)下，在所述致動器使得所述基座移動的過程中，所述指骨中的至少一個接觸目標物體，使得所述指骨中的至少一個相對于所述基座的定向改變。

進一步根據(jù)實施例，所述被動旋轉(zhuǎn)DOF關(guān)節(jié)是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(revolute joints)，全部所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸相互平行。

進一步根據(jù)實施例，止動件位于所述傳動連接件、所述基座和處于最遠端的一個所述指骨中的至少一些之間，以便在所述抓取致動狀態(tài)下限定相關(guān)被動旋轉(zhuǎn)DOF關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的界限,從而限制處于最遠端的一個所述指骨的移動。

進一步根據(jù)實施例，為至少一個止動件設(shè)置偏壓部件，以便在所述待致動狀態(tài)下將所述機械手指偏壓至初始構(gòu)型。

進一步根據(jù)實施例，在所述機械手指的初始構(gòu)型中，處于最遠端的一個所述指骨的物體抓取面橫向于所述基座的移動方向。

進一步根據(jù)實施例，在所述機械手指的初始構(gòu)型中，全部指骨的物體抓取面橫向于所述基座的移動方向。

進一步根據(jù)實施例，存在至少四個所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

進一步根據(jù)實施例，存在三個所述指骨，其中，處于最遠端的一個所述指骨是第三指骨，所述第三指骨在近端可旋轉(zhuǎn)地連接所述第二指骨的遠端，并且所述傳動連接件連接至所述第三指骨。

進一步根據(jù)實施例，所述傳動連接件是單個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

進一步根據(jù)實施例，所述傳動連接件具有至少一個連桿，所述連桿的相反兩端具有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

進一步根據(jù)實施例，所述機械手指具有兩個所述指骨，其中，所述第一指骨構(gòu)造成用作撓性支承部，所述撓性支承部形成所述基座與所述第二指骨之間的所述被動旋轉(zhuǎn)DOF關(guān)節(jié)。

進一步根據(jù)實施例，所述傳動連接件構(gòu)造成用作所述基座與處于最遠端的一個所述指骨之間的撓性支承部。

進一步根據(jù)實施例，至少一個止動件位于所述傳動連接件與處于最遠端的一個所述指骨之間，以在所述抓取致動狀態(tài)下限定所述撓性支承部旋轉(zhuǎn)的界限，從而限制處于最遠端的一個所述指骨的移動。

進一步根據(jù)實施例，所述機械手指由單一的整片材料制成。

進一步根據(jù)實施例，凹口位于最遠端的指骨中，以便允許將圓柱形物體定位在所述凹口中。

進一步根據(jù)實施例，釘子在最遠端的指骨上凸出來。

進一步根據(jù)實施例，所述傳動連接件與所述至少兩個指骨中除了處于最遠端的一個指骨之外的任何指骨不相連。

進一步根據(jù)實施例，一種抓取設(shè)備包括：至少兩個如上所述的機械手指，所述機械手指定向成：所述機械手指中的一者的各指骨面向所述機械手指中的另一者的相應(yīng)的各指骨；以及至少一個所述致動器，在所述待致動狀態(tài)下和在所述抓取致動狀態(tài)下，至少一個所述致動器使所述機械手指彼此相向或反向移動。

進一步根據(jù)實施例，至少一個所述致動器是平行夾持器，所述平行夾持器的兩個支撐部沿平行的平移方向移動，所述機械手指各自的基座固定在相應(yīng)的一個所述支撐部上。

進一步根據(jù)實施例，至少一個所述致動器是徑向夾持器，所述徑向夾持器的兩個支撐部沿一定向的相反方向移動，所述機械手指各自的基座固定在相應(yīng)的一個所述支撐部上。

進一步根據(jù)實施例，所述兩個支撐部圍繞共同的軸線旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種機械手指，所述機械手指包括：至少兩個指骨，其中，第一指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至基座，并且至少第二指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至所述第一指骨的遠端；傳動連接件，其位于所述基座與處于端部的一個指骨(例如美國專利#8720964B2描述的指骨)之間；止動件，其位于連桿、所述指骨和所述基座中的至少一些之間，以便在抓取動作中阻止所述連桿沿至少一個方向旋轉(zhuǎn)，從而限制處于端部的一個所述指骨的移動。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供一種機械手指，所述機械手指包括：至少兩個指骨，其中，第一指骨在近端連接至基座，并且第二指骨在近端連接至所述第一指骨的遠端；傳動連接件，其位于所述基座與處于端部的一個所述指骨之間，所述傳動連接件與除了處于端部的一個所述指骨之外的任何指骨不相連，所述傳動連接件構(gòu)造成：在抓取動作中，不限制所述機械手指的自由度；并且至少所述第一指骨構(gòu)造成用作所述基座與處于端部的一個所述指骨之間的撓性支承部。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種機械手指，所述機械手指包括：至少兩個指骨，其中，第一指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至基座，并且至少第二指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至所述第一指骨的遠端；傳動連接件，其位于所述基座與處于端部的一個所述指骨之間，所述傳動連接件與除了處于端部的一個所述指骨之外的任何指骨不相連，所述傳動連接件由至少一個關(guān)節(jié)構(gòu)成，所述關(guān)節(jié)將所述基座和處于端部的一個所述指骨連接起來；以及止動件，其位于兩個連桿、所述基座和處于端部的一個所述指骨中的至少一些之間，以便在抓取動作中阻止所述連桿沿至少一個定向旋轉(zhuǎn)和/或平移，從而限制處于端部的一個所述指骨的移動。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種機械手指，所述機械手指包括：至少兩個指骨，其中，第一指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至基座，并且至少第二指骨在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至所述第一指骨的遠端；傳動連接件，其位于所述基座與處于端部的一個所述指骨之間并具有至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可樞轉(zhuǎn)地連接至所述基座并且可樞轉(zhuǎn)地連接至處于端部的一個所述指骨，所述傳動連接件與除了處于端部的一個所述指骨之外的任何指骨不相連；至少四個所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其位于所述傳動連接件、所述基座和所述指骨之間；以及止動件，其位于所述傳動連接件、所述基座和處于端部的一個所述指骨中的至少一些部件之間，以便在抓取動作中阻止連桿沿至少一個定向旋轉(zhuǎn)和/或平移，從而限制處于端部的一個所述指骨的移動。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機械手指的示意圖；

圖2A至圖2D是示出一對圖1中的機械手指在不存在目標物體的情況下執(zhí)行閉合動作的順序圖；

圖3A至圖3D是示出一對圖1中的機械手指執(zhí)行捏合式抓取的順序圖；

圖3E至圖3H是示出一對圖1中的機械手指執(zhí)行包裹式抓取的順序圖；

圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平行夾持器的透視圖；

圖5是具有止動件的圖1中的機械手指的透視圖；

圖6A至圖6D是采用圖4中的平行夾持器的一對機械手指執(zhí)行包裹式抓取的順序正視圖；

圖7A和圖7B是圖5中的一對機械手指執(zhí)行捏合式抓取的順序正視圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的一對機械手指被安裝在圖4中的平行夾持器上時的透視圖；

圖9A至圖9C是圖8中的一對機械手指執(zhí)行包裹式抓取的順序正視圖；

圖10A至圖10C是圖8中的一對機械手指執(zhí)行捏合式抓取的順序正視圖；

圖11是圖8中的一對機械手指被安裝在現(xiàn)有技術(shù)中的徑向夾持器上時的透視圖；

圖12是二指骨式最小作業(yè)機械手指的透視圖；以及

圖13是三指骨式最小作業(yè)機械手指的透視圖。

具體實施方式

參考附圖并更具體地參考圖1，總體上使用附圖標記“10”來指示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的機械手指?！皺C械手指”是可以用于指代圖1中的裝置10的眾多表述方式中的一種表述方式，其他表述方式包括夾持器、指、臂、爪等。此外，盡管沒有示出機械手指10所處的環(huán)境，但機械手指10可以用作手掌、抓取設(shè)備、夾持設(shè)備、自動臂等的一部分。機械手指10可以或可以不具有動力裝置。根據(jù)實施例，本文描述的機械手指全部由被動關(guān)節(jié)形成，機械手指的關(guān)節(jié)在使用期間不直接被驅(qū)動。相反地，如下文所描述的，機械手指整體地移動，并通過接觸所抓取的物體來使機械手指的某些部分相對于其他部分移動。

機械手指10具有基座11。關(guān)于基座11，本發(fā)明涉及以下事實：機械手指10的部件相對于基座11移動，基座11是機械手指10與夾持設(shè)備的保持件等部件之間的接合部。在圖1的實施例中，基座11呈旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的圓形陰型連接器(也可以使用陽型連接器)的形式。雖然考慮到了其他構(gòu)造，但基座11的這種形狀非常適合連接兩個機械手指10，并使兩個機械手指10以圖2A至圖2D所示的方式圍繞共同的樞軸旋轉(zhuǎn)；因此，盡管一對機械手指10能夠圍繞獨立的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，但一對機械手指10也可以圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)實施例，機械手指10安裝在徑向夾持器上。

近端撓性指骨12從基座11伸出，并且近端撓性指骨12在它的遠端具有遠端末梢指骨13，遠端末梢指骨13設(shè)置有例如接觸墊14。近端撓性指骨12具有：近端，其與基座11連成一體；以及遠端，其與遠端末梢指骨13連成一體。傳動連接件15平行于近端撓性指骨12。傳動連接件15由近端剛性連桿16和遠端撓性連桿17構(gòu)成。近端剛性連桿16呈肘狀，一端與基座11連成一體，相反端與遠端撓性連桿17連成一體。遠端撓性連桿17的遠端連接至遠端末梢指骨13。作為肘狀的可選方案，傳動連接件15可以具有不同的形狀。例如，傳動連接件15可以在未變形時相對平直，并且在這種情況下與指骨12、13隔開。

在圖1中，機械手指10整體由單一材料形成，盡管可以考慮在指骨12、13和傳動連接件15中使用不同的材料。例如，作為接觸墊14，可以使用各種材料，諸如彈性墊甚至用于特定用途的剛性墊(例如碳化鎢嵌塊)。在圖1的實施例中，手指10是整片材料，近端撓性指骨12和遠端撓性連桿17比遠端末梢指骨13和近端剛性連桿16薄。因此，近端撓性指骨12和遠端撓性連桿17典型地被設(shè)計成起到撓性支承部的作用并且在彈性范圍之內(nèi)或之外變形，以允許指骨12和13移動以進行某些抓取操作，同時遠端末梢指骨13和近端剛性連桿16基本上變形較小或者不變形?？蛇x地，近端撓性指骨12和遠端撓性連桿17可以由彈性模量比遠端末梢指骨13和近端剛性連桿16的材料的彈性模量小的材料構(gòu)成。結(jié)果，如下文所描述的，各撓性支承部可以允許有一個或多個旋轉(zhuǎn)自由度(特別是當像近端撓性指骨12那樣延展時)，以允許包裹式抓取物體或捏合式抓取物體。

參考圖2A至圖2D和圖3A至圖3H，機械手指10成對地設(shè)置成圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸A旋轉(zhuǎn)。在圖2A至圖2D中，機械手指10彼此相向旋轉(zhuǎn)，以執(zhí)行閉合動作；同時，圖3A至圖3D示出捏合式抓取。也就是說，關(guān)于圖3A至圖3D，使遠端末梢指骨13逐漸靠近彼此，直到物體B被捏持在遠端末梢指骨13之間，例如被夾持在位于末端的嵌片14之間。在捏合式抓取中，近端撓性指骨12和遠端撓性連桿17基本上不變形?？蛇x地，可以利用圖5所示的一個或多個機械止動件18來限制它們的變形。

在圖3E至圖3H中，示出對物體B的包裹式抓取操作。物體B被示出為具有大致圓形橫截面的圓柱體，盡管機械手指10也能抓取呈其他形狀的物體。在執(zhí)行包裹式抓取時，物體B對準近端撓性指骨12。隨著機械手指10響應(yīng)致動度而朝彼此旋轉(zhuǎn)，近端撓性指骨12彈性地變形，以適應(yīng)物體B的形狀。由于各個機械手指10的傳動連接件15中存在遠端撓性連桿17，所以允許近端撓性指骨12以圖3G和圖3H所示的方式依從移動，由此使得遠端末梢指骨13向內(nèi)移動，從而將物體B封住。近端撓性指骨12和遠端撓性連桿17各自起到機械手指10中的撓性支承部的作用，即，它們通過彎曲而允許遠端末梢指骨運動?？梢允褂闷渌愋偷膿闲灾С胁浚鐝椥泽w、線材型的等。

盡管圖2和圖3中的平面圖僅示出一對機械手指10，但可以考慮具有多于兩個的機械手指。例如，可以使用三個機械手指10執(zhí)行球狀物體(例如球體)的包裹式抓取。在這種實例中，可以考慮使基座11共享旋轉(zhuǎn)軸，或者機械手指10的基座11各自可以具有自身的旋轉(zhuǎn)軸。還應(yīng)該考慮到的是，在圖2和圖3所示的布局中或者在具有多于兩個的機械手指10的布局中，利用適當?shù)膫鲃訖C構(gòu)來驅(qū)動機械手指10。

在操作期間，傳動連接件15構(gòu)造成不限制機械手指10的自由度，因而允許遠端末梢指骨13相對于基座11以圖2和圖3所示的順序移動。此外，由于近端撓性指骨12彎曲，并且傳動連接件15的遠端撓性連桿17的長度實質(zhì)上小于近端撓性指骨12的長度，所以傳動連接件15可以幫助將致動度傳遞至遠端指骨13。圖3A至圖3H還示出機械手指10的待致動狀態(tài)和抓取致動狀態(tài)。如前文所述，機械手指10由被動旋轉(zhuǎn)DOF關(guān)節(jié)形成，其中，基座11、指骨12和13以及傳動連接件15之間的關(guān)節(jié)均不致動。相反地，基座11移動，并且機械手指10整體地移動。在圖3A至圖3C以及圖3E至圖3F中，機械手指10處于待致動狀態(tài)：各個機械手指10的部件之間不存在相對運動，也就是說，即使機械手指相互閉合，基座11、指骨12和13以及傳動連接件15之間的定向也保持不變。在圖3D和圖3G至圖3H中，示出抓取致動狀態(tài)：這種致動狀態(tài)意味著，指骨12和13隨著基座11的移動而接觸物體B，結(jié)果，指骨12和13相對于基座11的定向改變。因此，當未接觸或未顯著地接觸物體時，機械手指10處于待致動狀態(tài)；而當機械手指10變形從而接觸物體時，機械手指10處于抓取致動狀態(tài)。

作為撓性支承部的可選方案，可以考慮使傳動連接件15單一地具有不可彎曲的連桿以及樞軸。例如，現(xiàn)在參考圖4，圖中示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的平行夾持器20。這種平行夾持器20通常被用在自動化裝置中。圖中示出的模型僅作為實例，它可能與Festo公司出品的型號HGPL14-80相對應(yīng)。另外，下文中限定的機械手指也可以采用其他類似的平行夾持器20。根據(jù)常規(guī)構(gòu)造，平行夾持器20具有呈細長形狀的基座21，基座21中限定一對槽22。雖然槽22是T形槽，但槽22也可以采用不同的形狀。槽22各自收納夾持器爪23，夾持器爪23是機械手指10或下文中描述的機械手指30的支撐部。因此，夾持器爪23可以沿基座21的細長方向(例如，平行方向)平移。在實施例中，夾持器爪23響應(yīng)單一的致動度而同步地移動，或者以不同的致動度彼此獨立地移動。

參考圖6和圖7，圖中示出連接至平行夾持器20的夾持器爪23的一對機械手指30。機械手指30的構(gòu)造彼此相同，并且在圖6和圖7中以鏡像的方式設(shè)置：即，與機械手指10的情況相同，對應(yīng)的各指骨面對彼此。各個機械手指30具有連接至相應(yīng)的夾持器爪23的基座31，從而基座31可以彼此相向或反向移動，基座31的移動是對來自平行夾持器20的致動力的響應(yīng)。盡管基座31事實上相對于平行夾持器20移動，但仍將它稱為“基座”，這是因為在抓取致動狀態(tài)下，機械手指30的保持件可以相對于基座31移動。

各個手指30具有近端指骨32，近端指骨32通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R(也稱為鉸鏈、旋轉(zhuǎn)自由度(DOF)關(guān)節(jié)、樞轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、可旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié))可樞轉(zhuǎn)地連接至基座31。近端指骨32的遠端通過另一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R可樞轉(zhuǎn)地連接至遠端指骨33。另外，傳動連接件35將基座31連接至遠端指骨33。傳動連接件35包括近端連桿36和遠端連桿37。近端連桿36通過另一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至基座11?？梢宰⒁獾剑?1可以具有凸起部，以使近端連桿36的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R位于近端指骨32的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的上方。遠端連桿36的遠端通過另一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至遠端連桿37，同時遠端連桿37的遠端通過另一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至遠端指骨33。在機械手指30中，這些旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R的旋轉(zhuǎn)軸相互平行?？梢宰⒁獾?，近端連桿36和遠端連桿37具有止動件S，并且當如圖5所示地位于限制位置時，近端連桿36和遠端連桿37在被止動時只能沿定向的一個方向移動，這是因為它們抵靠在鄰接的連桿、基座或指骨上，并且止動件S限制旋轉(zhuǎn)的范圍，所以它們被阻止沿定向的另一個方向移動。這些止動件S可以位于機構(gòu)的其他關(guān)節(jié)處，只要它們的目的保持不變即可，即，防止遠端指骨的張開動作。因此，圖5所示的抵接式構(gòu)型使得連桿36和37限制相關(guān)的指骨32的某些移動。此外，(例如，用在偏壓裝置中的)止動件S可以保持指骨具有期望的初始構(gòu)型，以便于手指30適應(yīng)不同類型的抓取操作。例如，可以為橫向于或垂直于基座31的移動方向的最遠端指骨的物體抓取面設(shè)置止動件S。根據(jù)實例，全部指骨的物體抓取面橫向于或垂直于基座31的移動方向。這種情況如圖6A和圖6B所示。

參考圖6A和圖6B，圖中示出對物體B執(zhí)行包裹式抓取的機械手指30。物體B對準機械手指30的近端指骨32，并且平行夾持器20使機械手指30彼此相向移動，直到如圖6C和圖6D所示地發(fā)生接觸。因此，在圖6A和圖6B中，機械手指30處于它們的待致動狀態(tài)，可以看到，在基座31移動的過程中，各個手指部件的定向保持不變。如圖6C所示，當物體B接觸右側(cè)手指30的近端指骨32時，后者將向遠處樞轉(zhuǎn)，同時傳動連接件35使得遠端指骨33樞轉(zhuǎn)到物體B上(這是由于近端連桿36被阻擋)，從而將物體B包裹起來。如圖6D所示，左手側(cè)機械手指30以類似的方式做出反應(yīng)。因此，在圖6C和圖6D中，機械手指30處于它們的抓取致動狀態(tài)，可以看到，各個手指部件的定向隨著基座31的移動而改變?？梢栽俅巫⒁獾?，機械手指30的關(guān)節(jié)都沒有被直接驅(qū)動，而是手指30整體地移動，并且由于接觸物體B而導致抓取動作。

參考圖7A和圖7B，圖中示出被捏合式抓取的同一物體B，其中，物體B被簡單地保持在遠端指骨33之間。由于傳動連接件35中存在止動件S，止動件S阻止遠端指骨33在捏合式抓取中相對于近端指骨旋轉(zhuǎn)和/或近端指骨相對于基座31平移而遠離抓取區(qū)域，所以遠端指骨33保持彼此平行。在捏合式抓取物體B的過程中，手指30可以保持待致動狀態(tài)。

參考圖8，圖中示出一對機械手指40，這對機械手指40安裝在圖4所示的平行夾持器20上。機械手指40與圖5所示的機械手指30類似，但在近端指骨與遠端指骨之間設(shè)置有中間指骨。機械手指40各自具有連接至夾持器爪23的基座41，以便以單致動度或兩致動度沿平行夾持器20的基座平移。相應(yīng)地，機械手指40具有近端指骨42、中間指骨43和遠端指骨44。近端指骨42在相反的端部利用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至基座41和中間指骨43。類似地，中間指骨43在相反的端部利用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至近端指骨42和遠端指骨44。傳動連接件45將遠端指骨44連接至基座41。傳動連接件45包括近端連桿46和遠端連桿47。近端連桿46在相反的端部利用其他旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至基座41和遠端連桿47。另外，遠端連桿47在相反的端部利用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至近端連桿46和遠端指骨44。在機械手指40中，這些旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R的旋轉(zhuǎn)軸相互平行。

與指骨42、43不同的是，近端連桿46和遠端連桿47具有止動件S，它們可以利用止動件S到達限制位置，如圖8所示，近端連桿46和遠端連桿47在限制位置被限制向內(nèi)朝指骨42和43旋轉(zhuǎn)。圖9A至圖9C示出機械手指40同時執(zhí)行包裹式抓取的順序。如圖9A和圖9B所示，平行夾持器20的動作使得機械手指40彼此相向移動。隨著物體B接觸指骨42和43，這些指骨相對于基座41樞轉(zhuǎn)。傳動連接件45處于它的限制位置，由此可以確保遠端指骨44向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而將物體B包裹起來。再次說明，機械手指40的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是被動的，并且機械手指40具有待致動狀態(tài)和抓取致動狀態(tài)。

在圖10A至圖10C中，示出執(zhí)行捏合式抓取的機械手指40。當物體B被夾持在遠端指骨44之間時，傳動連接件45可以確保遠端指骨44保持相互平行。

參考圖11，圖中示出機械手指40的實施例，其中，使用的是徑向夾持器50(例如，F(xiàn)esto HGR t-50)，而不是平行夾持器20，徑向夾持器50具有一個或多個DOA(驅(qū)動度)。機械手指40的操作與具有平行夾持器20的機械手指40的操作類似，由此使得機械手指40彼此相向或反向移動。使用徑向夾持器50并不影響關(guān)節(jié)的被動特性，因而機械手指40具有待致動狀態(tài)和抓取致動狀態(tài)。

關(guān)于上述這一類機械手指，包括手指30、40和50，即具有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、止動件和傳動連接件的手指，可以考慮多種其他構(gòu)造。作為硬件要求，在基座、指骨和傳動連接件之間必須存在至少四個關(guān)節(jié)。此外，這一類機械手指以及傳動連接件的幾何參數(shù)(包括機械止動件所允許的移動范圍在內(nèi))必須符合以下特性：在初始構(gòu)型中，必須防止遠端指骨張開，同時保留手指的包裹性能，即遠端指骨的閉合動作——將在下文中利用圖12所示的實例對此進行說明。為了確保這些動作可以執(zhí)行并且符合期望的設(shè)計方案，在將設(shè)計方案(即，手指和傳動連接件)的全部關(guān)節(jié)的機械限制考慮內(nèi)的情況下，計算遠端指骨的任意點的所有可能的平面動作。這些平面動作存在于三維空間中，用以描述平面內(nèi)的所有平移動作以及圍繞平面外的軸線的旋轉(zhuǎn)動作。在該三維空間中，遠端指骨的任何構(gòu)造都可以由點來代表，并且該遠端指骨的作業(yè)空間被限定為該設(shè)計方案能夠物理地到達的(即，不違反幾何約束的)三維空間中的所有點的集合。該作業(yè)空間是通過如下方式獲得的幾何體(點、曲線或體)的集合：首先計算指骨所允許的作業(yè)空間，然后計算傳動連接件所允許的作業(yè)空間，然后對由此獲得的類似幾何體取交集。該交集必須是非空的，但不包含處于與遠端指骨的張開狀態(tài)相對應(yīng)的作業(yè)空間部分的點。此外，必須存在屬于這些幾何體的交集的至少一條軌跡，該軌跡從代表手指的初始組件構(gòu)型的點延伸至對應(yīng)閉合構(gòu)型的交集的另一部分。如果不存在這樣軌跡，則設(shè)計方案無效，并且遠端指骨鎖定在它的初始構(gòu)型。

出于示例的目的，圖12和圖13示出這一類機械手指30、40和50的最小作業(yè)構(gòu)造。不同的是，盡管可以基于前文內(nèi)容為圖12和圖13中的機械手指添加額外的連桿和指骨，但圖12和圖13所示的構(gòu)造足以以上述方式執(zhí)行包裹式抓取和捏合式抓取。最小作業(yè)原型如附圖標記60和70所示，二者分別具有兩個指骨和三個指骨。

機械手指60具有基座61、近端指骨62和遠端指骨63。近端指骨62的兩端通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R分別連接至基座61和遠端指骨63。傳動連接件由連桿64構(gòu)成；利用旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R，連桿64在近端可樞轉(zhuǎn)地連接至基座61，并在遠端連接至遠端指骨63。機械手指60符合具有至少一個自由度的四個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的最小數(shù)量要求。機械手指60符合上述特性，即，當遠端指骨63不能相對于基座61沿平移方向T或順時針旋轉(zhuǎn)方向CR移動時，能夠防止遠端指骨63張開，同時機械手指60影響閉合動作C。

機械手指70具有基座71、近端指骨72、中間指骨73和遠端指骨74。近端指骨72在相反的端部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至基座71和中間指骨73。類似地，中間指骨73在相反的端部通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R連接至近端指骨72和遠端指骨74。傳動連接件由單個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)R將基座71可樞轉(zhuǎn)地連接至遠端指骨74，傳動連接件不具有任何連桿。在基座71與遠端指骨74之間的連接處限定止動件，用以阻止遠端指骨74的張開運動。機械手指70符合具有至少一個自由度的四個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的最小數(shù)量要求。

在上述機械手指中，夾持面可以設(shè)置有夾持輔助件，例如高摩擦力墊片(橡膠)或涂層、凹口、釘子等。具體地說，凹口75和釘子76可以位于遠端指骨上，如圖13所示。可以設(shè)置這種特征來增強上述機械手指對物體的夾持力。另外，可以考慮設(shè)置偏壓單元(例如彈簧)來朝抵靠方向偏壓傳動連接件的關(guān)節(jié)(例如，利用止動件來阻擋連桿)。例如，在圖13的機械手指70中示出一條這樣的彈簧。