本發(fā)明涉及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)外置的線驅(qū)動(dòng)靈巧手。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的工作被機(jī)器所取代。然而，在很多復(fù)雜的工作環(huán)境下，簡(jiǎn)單的機(jī)械手仍無法替代人去完成復(fù)雜而精密的操作。于是出現(xiàn)了一種仿生機(jī)械手，其能夠模擬人手去執(zhí)行各種動(dòng)作，完成抓取任務(wù)。

目前，市場(chǎng)上現(xiàn)有的仿生機(jī)器人使用的靈巧手雖然能夠代替人手去完成一些任務(wù)，但并不完美，仍存在以下問題：

1、自由度較小。一般靠置于手掌中的單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，僅能完成單一的動(dòng)作，無法進(jìn)行復(fù)雜動(dòng)作或操作。

2、承載能力低。因手掌體積較小，受限于較小的體積，一般靈巧手驅(qū)動(dòng)電機(jī)也較小，無法提供大力矩，因此靈巧手無法抓取重物。

3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般單電機(jī)驅(qū)動(dòng)靈巧手，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，需要錐齒輪、蝸輪、蝸桿和連桿等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分配和動(dòng)作傳遞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是：提供一種自由度高、多驅(qū)動(dòng)和抓取力強(qiáng)，體積小，傳動(dòng)簡(jiǎn)單可靠的驅(qū)動(dòng)外置的線驅(qū)動(dòng)靈巧手，實(shí)現(xiàn)握、捏、按等復(fù)雜的動(dòng)作或多手指協(xié)作的動(dòng)作。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

驅(qū)動(dòng)外置的線驅(qū)動(dòng)靈巧手，由手指、手掌和小臂構(gòu)成；所述手指包括四個(gè)指節(jié)，分別為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)、中關(guān)節(jié)、基關(guān)節(jié)和指節(jié)座，且每個(gè)指節(jié)之間通過銷軸連接，并依次串聯(lián)，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述銷軸上設(shè)有扭簧，該扭簧可使手指始終處于伸展?fàn)顟B(tài)；

所述手掌包括手掌外殼、繩軸和導(dǎo)繩環(huán)；所述手掌外殼上設(shè)有掌孔，所述指節(jié)座插入所述掌孔內(nèi)，并通過螺栓固定；所述繩軸固定于所述掌孔的底部，所述導(dǎo)繩環(huán)置于掌心的一側(cè)；

所述小臂由小臂外殼、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、角度傳感器、穿繩轉(zhuǎn)動(dòng)軸和手指驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成；所述手掌與所述腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊連接；

所述手指內(nèi)設(shè)有一傳動(dòng)繩，所述指節(jié)上還設(shè)有導(dǎo)向軸，所述傳動(dòng)繩的一端固定在所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)上的導(dǎo)向軸上，另一端繞過每個(gè)指節(jié)的導(dǎo)向軸穿過整個(gè)手指空腔，進(jìn)入所述掌孔內(nèi)，并匯聚至所述導(dǎo)繩環(huán)中，再穿過所述腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，進(jìn)入所述手指驅(qū)動(dòng)模塊。

進(jìn)一步，所述指節(jié)由兩個(gè)對(duì)稱的指節(jié)單元件組成，且所述指節(jié)單元通過螺栓固定在一起。

進(jìn)一步，所述手指包括五根，分別為拇指、食指、中指、無名指和小指，且五根手指在所述手掌上的布置與人手相似。

進(jìn)一步，所述掌孔設(shè)有5個(gè)，并與所述手指一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步，所述手掌外殼包括掌心外殼和掌背外殼，且在所述掌心外殼上設(shè)有螺栓穿入孔，由螺栓穿入將兩者固定在一起。

進(jìn)一步，所述手掌外殼的末端設(shè)有腕關(guān)節(jié)連接單元，所述腕關(guān)節(jié)連接單元與所述腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊連接。

進(jìn)一步，所述手指驅(qū)動(dòng)模塊由支架、若干個(gè)繞繩輪和若干個(gè)數(shù)字舵機(jī)構(gòu)成；所述數(shù)字舵機(jī)通過螺栓固定在所述支架上，所述繞繩輪安裝在所述數(shù)字舵機(jī)的輸出軸上。

進(jìn)一步，所述角度傳感器與所述穿繩轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，置于所述腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊處；所述手指驅(qū)動(dòng)模塊位于所述腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊的后方。

本發(fā)明的有益效果是：本方案將驅(qū)動(dòng)電機(jī)外置于小臂內(nèi)，因此在選擇電機(jī)時(shí)不受空間限制，可選用大功率的電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)較大的抓取力，輕松抓取重物，且采用五個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)五根手指，可實(shí)現(xiàn)多自由度，多驅(qū)動(dòng)，使靈巧手動(dòng)作更加靈活，可輕松實(shí)現(xiàn)握、捏、按等復(fù)雜的動(dòng)作或多手指協(xié)作動(dòng)作，采用線傳動(dòng)，使靈巧手體積與真人一致，體積小，傳動(dòng)更簡(jiǎn)單可靠。

附圖說明

圖1是靈巧手三視圖和立體圖。

圖2是靈巧手爆炸圖。

圖3是手指三視圖和立體圖。

圖4是手指爆炸圖和剖視圖。

圖5是手指繞繩示意圖。

圖6是手掌三視圖和立體圖。

圖7是手掌爆炸圖和立體圖。

圖8是手掌繞繩示意圖。

圖9是小臂三視圖和立體圖。

圖10是小臂爆炸圖。

圖11是手指驅(qū)動(dòng)模塊爆炸圖。

圖中：1-手指、2-手掌、3-小臂；11-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)、12-中關(guān)節(jié)、13-基關(guān)節(jié)、14-指節(jié)座、15-固定螺栓、16-銷軸、17-扭簧、18-導(dǎo)向軸、21-手掌外殼、22-繩軸、23-導(dǎo)繩軸、24-掌孔、25-螺栓穿入孔；31-小臂外殼、32-腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、33-角度傳感器、34-穿繩轉(zhuǎn)動(dòng)軸、35-腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、41-繞繩輪、42-支架、43-數(shù)字舵機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖。對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

圖1顯示的是靈巧手三視圖和立體圖，從該圖中可以看出本發(fā)明中的靈巧手與人手結(jié)構(gòu)非常相似。結(jié)合圖2可知：本發(fā)明的靈巧手包括手指1、手掌2和小臂3三部分。其中，靈巧手包括五根手指，分別為拇指、食指、中指、無名指和小指，為了降低靈巧手的復(fù)雜程度，五根手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同，都如圖3所示。

有關(guān)手指的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示：每根手指都由4個(gè)指節(jié)構(gòu)成，分別為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)11、中關(guān)節(jié)12、基關(guān)節(jié)13和指節(jié)座14，每個(gè)指節(jié)都是由兩個(gè)對(duì)稱的指節(jié)單元由固定螺栓15連接組成，且每個(gè)指節(jié)之間通過銷軸16連接，并依次串聯(lián)，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在銷軸16上設(shè)有扭簧17，該扭簧17可使手指始終處于伸展?fàn)顟B(tài)。其中，指節(jié)座14的末端插入在手掌2內(nèi)，并通過螺栓與手掌2連接。此外，在指節(jié)內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)向軸18和傳動(dòng)繩，傳動(dòng)繩的一端固定在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)11的導(dǎo)向軸上，繩體繞過各個(gè)指節(jié)上的導(dǎo)向軸貫穿整個(gè)手指；其中傳動(dòng)繩的繞繩結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5中左側(cè)視圖為電機(jī)拉動(dòng)傳動(dòng)繩后，手指彎曲的狀態(tài)；右側(cè)視圖為繩子不受力時(shí)，手指處于自然伸直的狀態(tài)。

手掌2的外形結(jié)構(gòu)如圖6所示，整個(gè)手掌的造型與真人手掌類似，在手掌的末端設(shè)有腕關(guān)節(jié)連接單元，從而使手掌與小臂的連接有一定的自由度，可做出類似手腕的擺動(dòng)動(dòng)作。

手掌2的具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，包括手掌外殼21、繩軸22和導(dǎo)繩環(huán)23；手掌外殼21分為掌心外殼和掌背外殼兩部分，且在掌心外殼上設(shè)有螺栓穿入孔25，由螺栓穿入將兩者固定在一起。在手掌外殼21上設(shè)有掌孔24，指節(jié)座14就插入在掌孔24內(nèi)，并通過螺栓固定；繩軸22固定于掌孔24的底部，導(dǎo)繩環(huán)23置于掌心的一側(cè)，手指中的傳動(dòng)繩繞過繩軸22，匯總至導(dǎo)繩環(huán)23中，穿過腕關(guān)節(jié)連接單元，進(jìn)入小臂3的驅(qū)動(dòng)模塊上。

其中，傳動(dòng)繩的繞線結(jié)構(gòu)如圖8所示，傳動(dòng)繩穿過手指1進(jìn)入手掌2中，經(jīng)過繩軸22的導(dǎo)向，匯集到導(dǎo)繩環(huán)23，最終進(jìn)入小臂中。

小臂3的外形結(jié)構(gòu)如圖9所示，小臂3的前端為腕部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其與手掌2末端的腕關(guān)節(jié)連接單元連接。

小臂3的具體結(jié)構(gòu)如圖10所示，包括小臂外殼31、腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊32、角度傳感器33、穿繩轉(zhuǎn)動(dòng)軸34和手指驅(qū)動(dòng)模塊35；其中，手掌2與腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊32連接；角度傳感器33與穿繩轉(zhuǎn)動(dòng)軸34連接，置于腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊32處；手指驅(qū)動(dòng)模塊35位于腕部轉(zhuǎn)動(dòng)模塊32的后方。

其中，手指驅(qū)動(dòng)模塊35的結(jié)構(gòu)如圖11所示，手指驅(qū)動(dòng)模塊35由繞繩輪41、支架42和數(shù)字舵機(jī)43構(gòu)成，數(shù)字舵機(jī)43通過螺栓固定在支架42上，而繞繩輪41安裝在數(shù)字舵機(jī)43的輸出軸上，從手掌過來的傳動(dòng)繩纏繞在繞繩輪41上。當(dāng)數(shù)字舵機(jī)43轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)繩收縮纏繞在繞繩輪41上，傳動(dòng)繩拉動(dòng)手指，實(shí)現(xiàn)手指的彎曲。

本實(shí)施例中手指驅(qū)動(dòng)模塊35包括5個(gè)數(shù)字舵機(jī)43，從而實(shí)現(xiàn)五根手指的彎曲驅(qū)動(dòng)，根據(jù)需要，可增加數(shù)字舵機(jī)43的數(shù)量，增加手指的動(dòng)作種類，實(shí)現(xiàn)靈巧手的靈活操作。例如，在手指基關(guān)節(jié)的導(dǎo)繩軸上固定一根繩子，繩子另一端穿過手掌進(jìn)入手指驅(qū)動(dòng)模塊，與驅(qū)動(dòng)模組中增加的數(shù)字舵機(jī)相連，即增加了驅(qū)動(dòng)數(shù)目，可實(shí)現(xiàn)手指的單個(gè)指節(jié)的彎曲，可實(shí)現(xiàn)靈巧手的捏取動(dòng)作。

以上顯示和描述了本方案的基本原理和主要特征和本方案的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本方案不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本方案的原理，在不脫離本方案精神和范圍的前提下，本方案還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本方案范圍內(nèi)。本方案要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。