CN112809716B - 仿真机械手的母指组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿真机械手的母指组件，包括母指支撑座、母指、支撑板、第一驱动结构和第二驱动结构，第一驱动结构包括第一电机、第一齿轮和第二齿轮，母指支撑座转动设置在支撑板上，第一齿轮同轴固定在母指支撑座上，第一电机安装在支撑板上，第二齿轮固定套接在第一电机的输出轴上并与第一齿轮啮合，母指铰接在所述母指支撑座上，第二驱动结构安装在母指支撑座上，其输出端与母指连接并驱动母指绕母指支撑座摆动。本发明利用第一电机通过齿轮与齿条组合结构拉动拉杆使支撑板的前板与后板发生相对弯折摆动，使母指可以灵活的与其它四指配合做出抓、握、端、捏、搓、捻等动作，整个母指的灵活度高。本发明结构紧凑，能在仿真机械手的空间内安装。

Description

仿真机械手的母指组件

技术领域

本发明涉及仿真机械手技术领域，具体涉及一种仿真机械手的母指组件。

背景技术

仿真机械手的母指组件是仿真机械手的重要组成部分，配合其他四指可作屈、伸、抓、握、捏、搓等动作。现有的仿真机械手的母指组件大多数将母指支撑座安装在支撑板上，将母指安装在母指支撑座上，利用驱动结构来带动母指支撑座转动，以配合其他手指做出动作。这种仿真机械手的母指组件虽然在一定程度上能实现些功能，但其缺点是：安装不方便，实现自由度少，灵活性差，无法配合其他手指完成较复杂动作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿真机械手的母指组件。

本发明的技术方案如下：

一种仿真机械手的母指组件，包括母指支撑座、母指、支撑板、第一驱动结构和第二驱动结构，所述第一驱动结构包括第一电机、第一齿轮和第二齿轮，所述母指支撑座转动设置在所述支撑板上，所述第一齿轮同轴固定在所述母指支撑座上，所述第一电机安装在所述支撑板上，所述第二齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上并与所述第一齿轮啮合，所述母指铰接在所述母指支撑座上，所述第二驱动结构安装在所述母指支撑座上，其输出端与所述母指连接并驱动所述母指绕母指支撑座摆动。

优选的是，所述第一驱动结构还包括第三齿轮、齿条、滑动框、连杆和拉杆，所述支撑板包括相互铰接的前板和后板，所述母指支撑座转动设置在所述前板上，所述第一电机固定所述前板上，所述第三齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上，所述滑动框安装在所述前板上，其底部开有滑槽，所述齿条滑动设置在所述滑动框内并与所述第三齿轮啮合，所述连杆设置在所述滑槽内，其上端与所述齿条连接，所述拉杆的两端分别环扣在所述连杆的下端与所述后板之间。

优选的是，所述仿真机械手的母指组件还包括用于固定掌块的摆动块、第一转轴、连接块、滑杆、圆筒、筒座、底板、两个导杆、第三驱动结构，所述筒座固定在所述支撑板的底部，其侧面沿其轴向方向开有第一滑槽，所述圆筒贯穿所述支撑板并转动设置在所述筒座内，其侧面沿其圆周方向开有第二滑槽，其底部向上凹形成多个通孔，所述母指支撑座固定在所述圆筒上，所述第一齿轮设置在所述筒座的底部，所述底板位于所述第一齿轮的底部，其两端固定在所述筒座的底部，所述导杆位于所述圆筒与所述第一齿轮之间，其下端贯穿所述第一齿轮，其上端伸入所述通孔内并与所述通孔滑动连接，所述第二驱动结构固定在所述底板上，所述第一转轴转动设置在所述支撑板的底部，所述摆动块固定套在所述第一转轴上，所述连接块的一端铰接在所述摆动块的下端，所述滑杆的一端连接在连接块的另一端上，其另一端穿过所述第一滑槽置于所述第二滑槽内，所述第三驱动结构安装在支撑板，其输出端与所述第一转轴传动连接并驱动第一转轴转动。

优选的是，所述第二驱动结构包括第二电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接轴、第二转轴，所述第二转轴转动设置在所述母指支撑座的上端，所述第一锥齿轮固定套接在所述第二转轴上，所述连接轴竖向贯穿所述母指支撑座并转动设置在所述母指支撑座上，其下端伸入所述圆筒内，所述第二锥齿轮固定套接在所述连接轴的上端并与所述第一锥齿轮啮合，所述第二电机固定在所述底板上，其输出轴贯穿所述底板伸入所述圆筒内，所述第二电机的输出轴和所述连接轴的下端均呈半圆柱形，所述第二电机的输出轴的半圆柱面压在所述连接轴的下端的半圆柱面上，所述母指固定在所述第二转轴上。

优选的是，所述母指包括指根筒、指中筒、指尖筒、第四驱动结构和第五驱动结构，所述指根筒铰接在所述母指支撑座上，所述第二驱动结构的输出端与所述指根筒连接并驱动所述指根筒绕所述母指支撑座摆动，所述指中筒铰接在所述指根筒上，所述第四驱动结构固定在所述指根筒上，其输出端与所述指中筒连接并驱动所述指中筒绕所述指根筒摆动，所述指尖筒铰接在所述指中筒上，所述第五驱动结构固定在所述指中筒上，其输出端与所述指尖筒连接并驱动所述指尖筒绕所述指中筒摆动。

优选的是，所述第四驱动结构包括第三电机、第三锥齿轮、第四锥齿轮和第三转轴，所述第三转轴的两端转动设置在所述指根筒的上端，所述第三锥齿轮固定套接在所述第三转轴上，所述第三电机安装在所述指根筒内，所述第四锥齿轮固定所述第三电机的输出轴上并与所述第三锥齿轮啮合，所述指中筒固定在所述第三转轴上。

优选的是，所述第五驱动结构包括支杆，所述支杆位于所述指中筒内，其一端铰接在所述指根筒的上端，其另一端伸入所述指尖筒内并铰接在所述指尖筒上。

优选的是，所述第五驱动结构包括第四电机、第五锥齿轮、第六锥齿轮和第四转轴，所述第四转轴的两端转动设置在所述指中筒的上端，所述第五锥齿轮固定套接在所述第四转轴上，所述第四电机安装在所述指中筒内，所述第六锥齿轮固定所述第四电机的输出轴上并与所述第五锥齿轮啮合，所述指尖筒固定在所述第四转轴上。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明利用第一电机通过一对啮合齿轮驱动母指支撑座在支撑板上转动，同时驱动齿轮齿条结构拉动拉杆使支撑板的前板和后板发生相对弯折摆动，实现增加母指张开角度，通过一个电机驱动实现母指支撑座在转动和摆动的联动，另外，利用第三驱动结构带动摆动块使母指支撑座上下移动，实现母指的伸缩，且配合母指上的指根筒、指中筒和指尖筒的摆动，实现六个自由度动作，使母指可以灵活的与其他四指配合做出抓、握、捏、搓等动作，整个母指的灵活度高。本发明结构紧凑，能在仿真机械手的空间内安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的仿真机械手的母指组件的整体结构示意图；

图2为本发明的第一驱动结构与支撑板的结构示意图；

图3为本发明的摆动块与筒座配合的整体结构示意图；

图4为本发明的摆动块与筒座的结构分解图；

图5为本发明的摆动块与筒座的另一结构示意图；

图6为本发明的母指的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1

如图1至图6所示，本实施例的仿真机械手的母指组件包括母指支撑座1、母指2、支撑板3、第一驱动结构4和第二驱动结构5，所述第一驱动4结构包括第一电机41、第一齿轮42和第二齿轮43，所述母指支撑座1转动设置在所述支撑板3上，所述第一齿轮42同轴固定在所述母指支撑座1上，所述第一电机41安装在所述支撑板3上，所述第二齿轮43固定套接在所述第一电机41的输出轴上并与所述第一齿轮42啮合，所述母指2铰接在所述母指支撑座1上，所述第二驱动结构5安装在所述母指支撑座1上，其输出端与所述母指2连接并驱动所述母指2绕母指支撑座1摆动。第一电机41可以通过连接座固定在支撑板3上。第一电机31转动，通过啮合的第一齿轮42和第二齿轮42使母指支撑座1能在支撑板3上转动，配合母指本身能实现多个自由度动作，方便母指与其他四指做出握、抓等动作。

所述第一驱动结构4还包括第三齿轮44、齿条45、滑动框46、连杆47和拉杆48，所述支撑板3包括相互铰接的前板31和后板32，所述母指支撑座1转动设置在所述前板31上，所述第一电机41固定所述前板31上，所述第三齿轮44固定套接在所述第一电机41的输出轴上，所述滑动框46安装在所述前板31上，其底部开有滑槽，所述齿条45滑动设置在所述滑动框46内并与所述第三齿轮44啮合，所述连杆47设置在所述滑槽内，其上端与所述齿条45连接，所述拉杆48的两端分别环扣在所述连杆47的下端与所述后板32之间。第一电机41可以通过连接座固定在前31板的底部。拉杆48与连杆47和后板32之间采用环扣方式，方便拉杆48在前后移动时还能随前板31与后板32相对弯折而转动，不会出现卡死状态，该拉杆48的连接也可以采用其他连接方式，只要能实现上述功能即可。第一电机41转动带动母指支撑座1在前板31转动的同时，驱动第三齿轮44带动齿条45在滑动框46内滑动，齿条45的滑动通过连杆47带动拉杆48前后移动，前板31与后板32发生相对弯折，通过第一电机41驱动实现母指支撑座1在转动和摆动的联动。

所述仿真机械手的母指组件还包括用于固定掌块的摆动块6、第一转轴7、连接块8、滑杆9、圆筒10、筒座11、底板12、至少两个导杆13、第三驱动结构14，所述筒座11固定在所述支撑板3的底部，其侧面沿其轴向方向开有第一滑槽15，所述圆筒10贯穿所述支撑板3并转动设置在所述筒座11内，其侧面沿其圆周方向开有第二滑槽16，其底部向上凹形成多个通孔17，所述母指支撑座1固定在所述圆筒10上，所述第一齿轮42设置在所述筒座11的底部，所述底板12位于所述第一齿轮42的底部，其两端固定在所述筒座11的底部，所述导杆13位于所述圆筒10与所述第一齿轮42之间，其下端贯穿所述第一齿轮42，其上端伸入所述通孔17内并与所述通孔17滑动连接，所述第二驱动结构5固定在所述底板12上，所述第一转轴7转动设置在所述支撑板3的底部，所述摆动块8固定套在所述第一转轴7上，所述连接块8的一端铰接在所述摆动块7的下端，所述滑杆9的一端连接在连接块8的另一端上，其另一端穿过所述第一滑槽15置于所述第二滑槽16内，所述第三驱动14结构安装在支撑板3，其输出端与所述第一转轴7传动连接并驱动第一转轴7转动。其中，第三驱动结构14可以采用电机+一对锥齿轮的形式，即将电机固定在支撑板上，利用一对啮合的锥齿轮分别固定套接在电机的输出轴和第一转轴7上，利用电机过一对锥齿轮来带动第一转轴7转动。第三驱动结构14驱动第一转轴7转动，第一转轴7转动带动摆动块6外翻或缩合，摆动块6的上端固定有掌块，摆动块6的下端通过连接块8作用在滑杆上，由于滑杆9是穿过第一滑槽15嵌入第二滑槽16内的，圆筒10是转动设置在筒座11内并可以上下滑动的，滑杆9在摆动块6的驱动下会沿第一滑槽15上下移动，带动圆筒10上下移动，在手掌上翻或回位时母指跟着伸长或缩回，实现手掌与母指的连动，方便与其他手指做出捻、搓等动作。底板12固定在筒座11的底部，可对第一齿轮42起承托作用，同时，由于圆筒10是同轴设置在筒座11内的，导杆13的两端分别贯穿到第一齿轮42和圆筒10的底部，对第一齿轮42起到限位作用，使其与圆筒10是同轴设置，两者通过导杆13来传递扭矩，同时，圆筒10还可以相对第一齿轮42上下移动，第一电机41转动带动第二齿轮43转动，再通过与第二齿轮43啮合的第一齿轮42来驱动圆筒10转动，从而带动母指支撑座1转动，实现母指2的转动。第二滑槽16可以使第一齿轮42带动圆筒10转动时不影响滑杆9带动圆筒10上下移动。

所述第二驱动结构5包括第二电机51、第一锥齿轮52、第二锥齿轮53、连接轴54和第二转轴55，所述第二转轴55转动设置在所述母指支撑座1的上端，所述第一锥齿轮52固定套接在所述第二转轴55上，所述连接轴54竖向贯穿所述母指支撑座1并转动设置在所述母指支撑座1上，其下端伸入所述圆筒10内，所述第二锥齿轮53固定套接在所述连接轴54的上端并与所述第一锥齿轮52啮合，所述第二电机51固定在所述底板12上，其输出轴贯穿所述底板12伸入所述圆筒10内，所述第二电机51的输出轴和所述连接轴54的下端均呈半圆柱形，所述第二电机51的输出轴的半圆柱面压在所述连接轴54的下端的半圆柱面上，所述母指2固定在所述第二转轴55上。第二电机51转动，带动连接轴54转动，使固定在连接轴54上的第二锥齿轮53随之转动，由于第一锥齿轮52与第二锥齿轮53啮合，第一锥齿轮52随之转动并带动第二转轴55，固定在第二转轴55上的母指2绕母指支撑座1的上端摆动，实现母指2的屈、伸动作。由于第二电机51的输出轴与连接轴54是通过两个半圆柱面配合的，两者既可以传递扭矩，又可以相对上下移动，使圆筒10上下移动时不影响第二驱动结构5驱动母指2屈、伸。第二驱动结构5也可以采用其他驱动方式，只要能实现驱动母指2绕母指支撑座1摆动即可。

所述母指2包括指根筒21、指中筒22、指尖筒23、第四驱动结构24和第五驱动结构25，所述指根筒21铰接在所述母指支撑座1上，所述第二驱动结构5的输出端与所述指根筒21连接并驱动所述指根筒21绕所述母指支撑座1摆动，所述指中筒22铰接在所述指根筒21上，所述第四驱动结构24固定在所述指根筒21上，其输出端与所述指中筒22连接并驱动所述指中筒22绕所述指根筒21摆动，所述指尖筒23铰接在所述指中筒22上，所述第五驱动结构25固定在所述指中筒22上，其输出端与所述指尖筒23连接并驱动所述指尖筒23绕所述指中筒22摆动。指根筒21由第二驱动结构5驱动其绕母指支撑座1摆动，指中筒22由第四驱动结构24驱动其绕指根筒21摆动，指尖筒23由第五驱动结构25驱动其绕指中筒22摆动，实现母指的屈、伸动作。

所述第四驱动结构24与所述第二驱动结构5的结构相同，用于驱动指中筒22绕指根筒21摆动，由于第四驱动结构24的结构与第二驱动结构5相同，在此不再描述其具体结构。

第五驱动结构25可以采用以下形式：所述第五驱动结构25包括支杆，所述支杆位于所述指中筒22内，其一端铰接在所述指根筒21的上端，其另一端伸入所述指尖筒23内并铰接在所述指尖筒23上，由于指尖筒23是设置在指中筒22上的，指中筒22摆动时，指尖筒23摆指中筒22一起摆动，同时，由于支杆的长度是不变的，且可以转动，位于指尖筒23内的支杆的一端会随着指中筒22的转动，而另一端撑着指尖筒23跟着同向摆动，从而实现整个手指的弯曲和伸直。

第五驱动结构25也可以采用与第二驱动结构5相同的结构，主要用驱动指尖筒23在指中筒22上摆动，由于与第二驱动结构5的结构相同，在此不再描述。

本实施例的仿真机械手的母指组件利用第一电机通过一对啮合齿轮驱动母指支撑座在支撑板上转动，同时驱动齿轮齿条结构拉动拉杆使支撑板的前板和后板发生相对弯折摆动，可增加母指张开角度，通过一个电机驱动实现母指支撑座在转动和摆动的联动，能使母指在转动的同时增加摆动角度，方便抓握较大的物体及灵活的与另四指指尖对捏，完成其它较复杂的动作。另外，利用第三驱动结构带动摆动块使母指支撑座上下移动，实现母指的伸缩，且配合母指上的指根筒、指中筒和指尖筒的摆动，实现六个自由度动作，使母指可以灵活的与其它四指配合做出抓、握、端、捏、搓、捻等动作，整个母指的灵活度高。本发明结构紧凑，能在仿真机械手的空间内安装。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种仿真机械手的母指组件，其特征在于：包括母指支撑座、母指、支撑板、第一驱动结构和第二驱动结构，所述第一驱动结构包括第一电机、第一齿轮和第二齿轮，所述母指支撑座转动设置在所述支撑板上，所述第一齿轮同轴固定在所述母指支撑座上，所述第一电机安装在所述支撑板上，所述第二齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上并与所述第一齿轮啮合，所述母指铰接在所述母指支撑座上，所述第二驱动结构安装在所述母指支撑座上，其输出端与所述母指连接并驱动所述母指绕母指支撑座摆动；所述仿真机械手的母指组件还包括用于固定掌块的摆动块、第一转轴、连接块、滑杆、圆筒、筒座、底板、两个导杆、第三驱动结构，所述筒座固定在所述支撑板的底部，其侧面沿其轴向方向开有第一滑槽，所述圆筒贯穿所述支撑板并转动设置在所述筒座内，其侧面沿其圆周方向开有第二滑槽，其底部向上凹形成多个通孔，所述母指支撑座固定在所述圆筒上，所述第一齿轮设置在所述筒座的底部，所述底板位于所述第一齿轮的底部，其两端固定在所述筒座的底部，所述导杆位于所述圆筒与所述第一齿轮之间，其下端贯穿所述第一齿轮，其上端伸入所述通孔内并与所述通孔滑动连接，所述第二驱动结构固定在所述底板上，所述第一转轴转动设置在所述支撑板的底部，所述摆动块固定套在所述第一转轴上，所述连接块的一端铰接在所述摆动块的下端，所述滑杆的一端连接在连接块的另一端上，其另一端穿过所述第一滑槽置于所述第二滑槽内，所述第三驱动结构安装在支撑板，其输出端与所述第一转轴传动连接并驱动第一转轴转动。

2.根据权利要求1所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述第一驱动结构还包括第三齿轮、齿条、滑动框、连杆和拉杆，所述支撑板包括相互铰接的前板和后板，所述母指支撑座转动设置在所述前板上，所述第一电机固定所述前板上，所述第三齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上，所述滑动框安装在所述前板上，其底部开有滑槽，所述齿条滑动设置在所述滑动框内并与所述第三齿轮啮合，所述连杆设置在所述滑槽内，其上端与所述齿条连接，所述拉杆的两端分别环扣在所述连杆的下端与所述后板之间。

3.根据权利要求1或2所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述第二驱动结构包括第二电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接轴、第二转轴，所述第二转轴转动设置在所述母指支撑座的上端，所述第一锥齿轮固定套接在所述第二转轴上，所述连接轴竖向贯穿所述母指支撑座并转动设置在所述母指支撑座上，其下端伸入所述圆筒内，所述第二锥齿轮固定套接在所述连接轴的上端并与所述第一锥齿轮啮合，所述第二电机固定在所述底板上，其输出轴贯穿所述底板伸入所述圆筒内，所述第二电机的输出轴和所述连接轴的下端均呈半圆柱形，所述第二电机的输出轴的半圆柱面压在所述连接轴的下端的半圆柱面上，所述母指固定在所述第二转轴上。

4.根据权利要求1或2所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述母指包括指根筒、指中筒、指尖筒、第四驱动结构和第五驱动结构，所述指根筒铰接在所述母指支撑座上，所述第二驱动结构的输出端与所述指根筒连接并驱动所述指根筒绕所述母指支撑座摆动，所述指中筒铰接在所述指根筒上，所述第四驱动结构固定在所述指根筒上，其输出端与所述指中筒连接并驱动所述指中筒绕所述指根筒摆动，所述指尖筒铰接在所述指中筒上，所述第五驱动结构固定在所述指中筒上，其输出端与所述指尖筒连接并驱动所述指尖筒绕所述指中筒摆动。

5.根据权利要求4所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述第四驱动结构包括第三电机、第三锥齿轮、第四锥齿轮和第三转轴，所述第三转轴的两端转动设置在所述指根筒的上端，所述第三锥齿轮固定套接在所述第三转轴上，所述第三电机安装在所述指根筒内，所述第四锥齿轮固定所述第三电机的输出轴上并与所述第三锥齿轮啮合，所述指中筒固定在所述第三转轴上。

6.根据权利要求4所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述第五驱动结构包括支杆，所述支杆位于所述指中筒内，其一端铰接在所述指根筒的上端，其另一端伸入所述指尖筒内并铰接在所述指尖筒上。

7.根据权利要求4所述的仿真机械手的母指组件，其特征在于：所述第五驱动结构包括第四电机、第五锥齿轮、第六锥齿轮和第四转轴，所述第四转轴的两端转动设置在所述指中筒的上端，所述第五锥齿轮固定套接在所述第四转轴上，所述第四电机安装在所述指中筒内，所述第六锥齿轮固定所述第四电机的输出轴上并与所述第五锥齿轮啮合，所述指尖筒固定在所述第四转轴上。

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