CN111604934A - 一种仿生柔顺机械手 - Google Patents

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张馨
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Abstract

本发明公开了一种仿生柔顺机械手，包括仿生手掌以及设置在仿生手掌上的五个仿生手指，五个仿生手指均包括依次远离仿生手掌的第一指节、第二指节以及第三指节，第一指节与第二指节之间通过第一连接件连接，第二指节与第三指节之间通过第二连接件连接，第一连接件与第二连接件均采用硅胶材质制成。另外，该仿生手掌和仿生手指的第一指节、第二指节和第三指节均采用树脂材料制成。本发明的仿生柔顺机械手，采用刚柔结合的设计理念，使机械手具有一定柔顺性的同时还兼备一定的强度，进而降低了对抓取物品的损害，同时也降低了控制难度。

Description

一种仿生柔顺机械手
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及一种仿生柔顺机械手。
背景技术
目前，人们对仿生机械手的开发和研究已取得较大成就，其能满足娱乐、学习、开发等需要。现有的仿生机械手主要分为刚性机械手和柔性机械手两大类，刚性机械手对于位置控制精度的要求高，自适应能力差，若控制精度不够，则会对抓取物体造成较大的损伤；而柔性机械手多数采用气压驱动，体积较大、携带不便且容易漏气。另外，现有的机械手除拇指外，其余手指无法完成侧摆动作，大大降低抓取物体的范围。
为此，如何提供一种刚柔结合且抓取范围大的机械手，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术所述的缺陷，本发明提供一种仿生柔顺机械手。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供一种仿生柔顺机械手，包括仿生手掌以及设置在所述仿生手掌上的五个仿生手指，五个所述仿生手指分别为仿生拇指、仿生食指、仿生中指、仿生无名指以及仿生小指，其中：
五个所述仿生手指均包括依次远离所述仿生手掌的第一指节、第二指节以及第三指节，所述第一指节与第二指节之间通过第一连接件连接，所述第二指节与第三指节之间通过第二连接件连接，所述第一连接件与第二连接件均采用硅胶材质制成；
所述仿生手掌和所述仿生手指的第一指节、第二指节和第三指节均采用树脂材料制成。
由此，该仿生手指上设有由硅胶材质制成的第一连接件和第二连接件，使得仿生手指具有无限自由度，活动范围更大。通过设置第一指节、第二指节和第三指节模拟人手的指骨，起到刚性连接的作用。本发明的仿生柔顺机械手，采用刚柔结合的设计理念，使机械手具有一定柔顺性的同时还兼备一定的强度，进而降低了对抓取物品的损害，同时也降低了控制难度。
进一步地，还包括分别带动所述仿生食指和仿生小指侧摆的两个第一传动机构，其中：
所述第一传动机构包括设置在所述仿生手指内部旁侧的第一腱绳以及牵引所述第一腱绳转动的第一驱动装置；
所述第一腱绳的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第一驱动装置的活动端连接。
由此，当第一驱动装置驱动第一腱绳转动时，可带动仿生手指做侧摆运动。
进一步地，所述第一驱动装置为舵机，所述舵机上设有转臂；所述第一腱绳与所述舵机上的转臂连接。
进一步地，所述第一传动机构还包括第一绕线桩，所述第一腱绳缠绕所述第一绕线桩。
由此，通过设置第一绕线桩，可以让第一腱绳的排布走向更加合理，从而节省安装空间。
进一步地，还包括分别带动五个所述仿生手指弯曲的五个第二传动机构，其中：
所述第二传动机构包括设置在所述仿生手指内部中间的第二腱绳以及牵引所述第二腱绳转动的第二驱动装置；
所述第二腱绳的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第二驱动装置的活动端连接。
由此，当第二驱动装置驱动第二腱绳转动时，可带动仿生手指做弯曲运动。
进一步地，所述第二驱动装置为舵机，所述舵机上设有转臂；所述第二腱绳与所述舵机上的转臂连接。
进一步地，所述第二传动机构还包括第二绕线桩，所述第二腱绳缠绕所述第二绕线桩。
由此，通过设置第二绕线桩，可以让第二腱绳的排布走向更加合理，从而节省安装空间。
进一步地，还包括分别带动五个所述仿生手指复位的五个复位机构，所述复位机构包括设置在所述仿生手指内部的弹力绳以及第三绕线桩，所述弹力绳的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第三绕线桩连接。
由此，当仿生手指弯曲时，会拉动弹力绳，当仿生手指恢复时，弹力绳将通过自身的弹力将仿生手指拉伸到初始位置，从而达到柔顺弯曲及快速复位的作用。
进一步地，还包括带动所述仿生拇指侧摆的第三传动机构，其中：
所述第三传动机构包括连接所述仿生拇指的第三连接件以及驱动所述第三连接件转动的齿轮传动装置。
由此，齿轮传动装置驱动第三连接件转动，进而带动仿生拇指做侧摆运动，从而增大抓取范围。
进一步地，所述第三指节呈圆弧结构。
与现有技术相比，本发明的一种仿生柔顺机械手，具有以下有益效果：
(1)本发明的仿生柔顺机械手，该仿生手指上设有由硅胶材质制成的第一连接件和第二连接件，使得仿生手指具有无限自由度，活动范围更大。通过设置第一指节、第二指节和第三指节模拟人手的指骨，起到刚性连接的作用。因此，该仿生柔顺机械手采用刚柔结合的设计理念，使机械手具有一定柔顺性的同时还兼备一定的强度，进而降低了对抓取物品的损害，同时也降低了控制难度。
(2)本发明的仿生柔顺机械手，通过设置第一传动机构和第二传动机构，使仿生手指同时具备弯曲和侧摆功能，从而增大该机械手的抓取范围。
(3)本发明的仿生柔顺机械手，通过设置复位机构，当仿生手指弯曲时，会拉动弹力绳；当仿生手指恢复时，弹力绳将通过自身的弹力将仿生手指拉伸到初始位置，从而达到柔顺弯曲及快速复位的作用。
附图说明
图1为本发明一种仿生柔顺机械手的正面示意图；
图2为本发明一种仿生柔顺机械手的内部示意图；
图3为本发明一种仿生柔顺机械手的背面示意图；
图4为本发明仿生食指的结构示意图；
图5为本发明第三传动机构的部分结构示意图。
其中，附图标记含义如下：
1、仿生手掌；11、手掌盖；12、手掌壳；21、仿生拇指；211、第一指节；2111、粘黏剂灌注孔；212、第二指节；213、第三指节；221、第一连接件；222、第二连接件；22、仿生食指；23、仿生中指；24、仿生无名指；25、仿生小指；3、手指连接件；4、第一传动机构；41、第一腱绳；42、第一驱动装置；43、第一绕线桩；5、第二传动机构；51、第二腱绳；52、第二驱动装置；53、第二绕线桩；6、复位机构；61、弹力绳；62、第三绕线桩；7、第三传动机构；71、第三连接件；721、电机；722、第一齿轮；723、第二齿轮；724、连杆；8、单片机控制板。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
参阅图1-5，本发明提供了一种仿生柔顺机械手，包括仿生手掌1，该仿生手掌1由具有凹腔的手掌壳12以及密封该手掌壳12的手掌盖11组成。该仿生手掌1上还连接有五个仿生手指，五个仿生手指分别为仿生拇指21、仿生食指22、仿生中指23、仿生无名指24以及仿生小指25，五个仿生手指均包括依次远离仿生手掌1的第一指节211、第二指节212以及第三指节213，第一指节211与第二指节212之间通过第一连接件221连接，该第二指节212与第三指节213之间通过第二连接件222连接，第一连接件221与第二连接件222均采用硅胶材质制成；该仿生手掌1和仿生手指的第一指节211、第二指节212和第三指节213均采用树脂材料制成。
在本实施例中，该第一指节211、第二指节212和第三指节213上均设有粘黏剂灌注孔2111，通过往灌注孔内灌入粘黏剂以实现第一连接件221、第二连接件222与仿生手指的连接。五个仿生手指均通过手指连接件3与仿生手掌1连接；另外，该第三指节213呈圆弧状。
由此，该仿生手指上设有由硅胶材质制成的第一连接件221和第二连接件222，使得仿生手指具有无限自由度，活动范围更大。通过设置第一指节211、第二指节212和第三指节213模拟人手的指骨，起到刚性连接的作用。因此，该仿生柔顺机械手采用刚柔结合的设计理念，使机械手具有一定柔顺性的同时还兼备一定的强度，进而降低了对抓取物品的损害，同时也降低了控制难度。
参阅图3，该机械手还包括分别带动仿生食指22和仿生小指25侧摆的两个第一传动机构4，该第一传动机构4包括设置在仿生手指内部旁侧的第一腱绳41以及设置在仿生手掌1的凹腔内并牵引第一腱绳41转动的第一驱动装置42；该第一腱绳41的一端与仿生手指的末端连接，另一端与第一驱动装置42的活动端连接。
在本实施例中，该第一驱动装置42为舵机，该舵机上设有转臂；该第一腱绳41的一端与舵机上的转臂连接，另一端与仿生手指的末端连接。
由此，当第一驱动装置42驱动第一腱绳41转动时，可带动仿生食指22和仿生小指25做侧摆运动，从而增大了抓取范围。
另外，该第一传动机构4还包括若干第一绕线桩43，若干第一绕线桩43设置在仿生手掌1的凹腔内；该第一腱绳41缠绕第一绕线桩43。
在本实施例中，该第一传动机构4内设有两个第一绕线桩43；
由此，通过设置第一绕线桩43，可以让第一腱绳41的排布走向更加合理，从而节省安装空间。
再参阅图3，该机械手还包括分别带动五个仿生手指弯曲的五个第二传动机构5，该第二传动机构5包括设置在仿生手指内部中间的第二腱绳51以及设置在仿生手掌1的凹腔内并牵引第二腱绳51转动的第二驱动装置52；该第二腱绳51的一端与仿生手指的末端连接，另一端与第二驱动装置52的活动端连接。
在本实施例中，该第二驱动装置52为舵机，该舵机上设有转臂；该第二腱绳51的一端与舵机上的转臂连接，另一端与仿生手指的末端连接。
由此，该第二驱动装置52驱动第二腱绳51转动，可带动仿生手指做弯曲运动。
另外，该第二传动机构5还包括若干第二绕线桩53，若干第二绕线桩53设置在仿生手掌1的凹腔内；该第二腱绳51缠绕第二绕线桩53。
在本实施例中，该第二传动机构5内设有一个第二绕线桩53。
由此，通过设置第二绕线桩53，可以让第二腱绳51的排布走向更加合理，从而节省安装空间。
参阅图2，该机械手还设有分别带动五个仿生手指复位的五个复位机构6，该复位机构6包括设置在仿生手指内部的弹力绳61以及设置在手掌壳12背部的第三绕线桩62，该弹力绳61的一端与仿生手指的末端连接，另一端与第三绕线桩62连接。
由此，当仿生手指弯曲时，会拉动弹力绳61，当仿生手指恢复时，该弹力绳61将通过自身的弹力将仿生手指拉伸到初始位置，从而达到柔顺弯曲及快速复位的作用。
再参阅图3和图5，该机械手还包括带动仿生拇指21侧摆的第三传动机构7，该第三传动机构7包括连接仿生拇指21的第三连接件71以及驱动该第三连接件71转动的齿轮传动装置。
具体的，该齿轮传动装置包括第一齿轮722，与该第一齿轮722相啮合的第二齿轮723、与该第二齿轮723相连接的连杆724以及驱动该第一齿轮722转动的电机721。该第三连接件71套接在连杆724上。
由此，当电机721驱动第一齿轮722转动时，该第一齿轮722将带动第二齿轮723转动，该第二齿轮723带动连杆724转动，进而带动该连杆724上的第三连接件71转动，并最终带动仿生拇指21转动，从而实现仿生拇指21的侧摆运动，增大抓取范围。
另外，该机械手还包括控制***，该控制***包括单片机控制板8以及若干触觉传感器，该单片机控制板8与触觉传感器、第一驱动装置42、第二驱动装置52以及齿轮传动装置电连接。
由此，当触觉传感器感应相关的压力值后，与单片机控制板8通信，单片机控制板8根据获取到的压力值，进行运算分析，并输出控制信号给第一驱动装置42、第二驱动装置52以及齿轮传动装置，从而实现仿生手指的弯曲及侧摆运动。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿生柔顺机械手，包括仿生手掌(1)以及设置在所述仿生手掌(1)上的五个仿生手指，五个所述仿生手指分别为仿生拇指(21)、仿生食指(22)、仿生中指(23)、仿生无名指(24)以及仿生小指(25)，其特征在于：
五个所述仿生手指均包括依次远离所述仿生手掌(1)的第一指节(211)、第二指节(212)以及第三指节(213)，所述第一指节(211)与第二指节(212)之间通过第一连接件(221)连接，所述第二指节(212)与第三指节(213)之间通过第二连接件(222)连接，所述第一连接件(221)与第二连接件(222)均采用硅胶材质制成；
所述仿生手掌(1)和所述仿生手指的第一指节(211)、第二指节(212)和第三指节(213)均采用树脂材料制成。
2.根据权利要求1所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，还包括分别带动所述仿生食指(22)和仿生小指(25)侧摆的两个第一传动机构(4)，其中：
所述第一传动机构(4)包括设置在所述仿生手指内部旁侧的第一腱绳(41)以及牵引所述第一腱绳(41)转动的第一驱动装置(42)；
所述第一腱绳(41)的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第一驱动装置(42)的活动端连接。
3.根据权利要求2所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，所述第一驱动装置(42)为舵机，所述舵机上设有转臂；所述第一腱绳(41)与所述舵机上的转臂连接。
4.根据权利要求3所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，所述第一传动机构(4)还包括第一绕线桩(43)，所述第一腱绳(41)缠绕所述第一绕线桩(43)。
5.根据权利要求1所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，还包括分别带动五个所述仿生手指弯曲的五个第二传动机构(5)，其中：
所述第二传动机构(5)包括设置在所述仿生手指内部中间的第二腱绳(51)以及牵引所述第二腱绳(51)转动的第二驱动装置(52)；
所述第二腱绳(51)的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第二驱动装置(52)的活动端连接。
6.根据权利要求5所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，所述第二驱动装置(52)为舵机，所述舵机上设有转臂；所述第二腱绳(51)与所述舵机上的转臂连接。
7.根据权利要求6所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，所述第二传动机构(5)还包括第二绕线桩(53)，所述第二腱绳(51)缠绕所述第二绕线桩(53)。
8.根据权利要求5所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，还包括分别带动五个所述仿生手指复位的五个复位机构(6)，所述复位机构(6)包括设置在所述仿生手指内部的弹力绳(61)以及第三绕线桩(62)，所述弹力绳(61)的一端与所述仿生手指的末端连接，另一端与所述第三绕线桩(62)连接。
9.根据权利要求1所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，还包括带动所述仿生拇指(21)侧摆的第三传动机构(7)，其中：
所述第三传动机构(7)包括连接所述仿生拇指(21)的第三连接件(71)以及驱动所述第三连接件(71)转动的齿轮传动装置。
10.根据权利要求1所述的仿生柔顺机械手，其特征在于，所述第三指节(213)呈圆弧结构。
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