CN113119153A - 手指结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手指结构及机器人，手指结构包括固定座、近指节、中指节、远指节、连杆、第一驱动组件以及第二驱动组件，近指节转动连接于固定座，中指节转动连接于近指节，远指节转动连接于中指节，连杆的两端分别转动连接于近指节和远指节，第一驱动组件用于驱动近指节在第一自由度方向摆动，第二驱动组件用于驱动中指节在第二自由度方向摆动，第一自由度方向的中心线与第二自由度方向的中心线之间呈预定角度。相比于传统的采用舵机控制相邻指节转动的方案而言，本发明的手指结构具有结构简单和体积小的优点，有利于模拟人手的外观。

Description

手指结构及机器人

技术领域

本发明属于类人型服务机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种手指结构及机器人。

背景技术

随着科技的不断发展，普通的人工模式已经满足不了生产力的需求，工业的发展越来越离不开机器人的应用。在机器人技术的推动下，机器人的种类越来越多样化。其中，用于餐厅、商场等服务类的机器人对其手部的灵活性要求较高，灵巧手逐渐成为发展趋势，其仿人的外观和抓握方式会给人更加亲切的印象。

目前的灵巧手的手指具有多个指节，每个指节均可以转动，每个指节通过舵机来控制，这就导致了舵机数量较多，手指的结构复杂，整个灵巧手驱动器所需的体积较大，无法实现拟人型的外观。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种手指结构及机器人，以解决现有技术中存在的灵巧手的手指结构复杂和体积较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种手指结构，包括：

固定座；

近指节，转动连接于所述固定座；

中指节，转动连接于所述近指节；

远指节，转动连接于所述中指节；

连杆，所述连杆的两端分别转动连接于所述近指节和所述远指节；

第一驱动组件，用于驱动所述近指节在第一自由度方向摆动；以及

第二驱动组件，用于驱动所述中指节在第二自由度方向摆动，所述第一自由度方向的中心线与所述第二自由度方向的中心线之间呈预定角度。

在一个实施例中，所述第一驱动组件包括具有第一输出轴的第一直线驱动件，以及两端分别转动连接于所述第一输出轴与所述近指节的第一传动杆；

所述第二驱动组件包括具有第二输出轴的第二直线驱动件，以及两端分别转动连接于所述第二输出轴与所述中指节的第二传动杆，所述第一输出轴的轴线与所述第二输出轴的轴线之间呈预定角度。

在一个实施例中，所述第一传动杆的第一端枢接于所述第一输出轴，所述第一传动杆的第二端枢接于所述近指节的第一端；

所述第二传动杆的第一端球铰接于所述第二输出轴，所述第一传动杆的第二端枢接于所述中指节。

在一个实施例中，所述近指节枢接于所述固定座，所述中指节枢接于所述近指节的第二端，所述近指节与所述固定座的枢接处在所述近指节的第一端和第二端之间。

在一个实施例中，所述中指节设有供所述连杆通过的通道，所述连杆的第一端枢接于所述近指节的第二端，所述连杆的第二端穿过所述通道后枢接于所述远指节。

在一个实施例中，所述连杆和所述近指节的枢接处靠近所述近指节的背面设置，所述中指节和所述近指节的枢接处靠近所述近指节的正面设置。

在一个实施例中，于所述手指结构呈伸直状态下，所述连杆的第二端和所述远指节的枢接处靠近所述远指节的正面设置。

在一个实施例中，所述固定座设有支架，所述近指节枢接于所述支架。

在一个实施例中，所述手指结构还包括设于所述远指节的正面的指尖盖。

本发明还提供一种机器人，包括如上所述的手指结构。

本发明提供的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：在该手指结构中，近指节转动连接于固定座，中指节转动连接于近指节，远指节转动连接于中指节，连杆的两端分别转动连接于近指节和远指节，通过第一驱动组件驱动近指节在第一自由度方向摆动，使得中指节和远指节可以随近指节在第一自由度方向摆动，可以模拟手指左右摆动的动作；通过第二驱动组件驱动中指节在第二自由度方向摆动，配合连杆使用，使得近指节和远指节可以随中指节在第二自由度方向摆动，可以模拟手指弯曲和伸直的动作，即采用两个驱动组件以并联的方式去驱动近指节运动，且两个驱动组件的驱动作用相互不干扰，相比于传统的采用舵机控制相邻指节转动的方案而言，本发明的手指结构具有结构简单和体积小的优点，有利于模拟人手的外观。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的拇指结构的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的拇指结构的分解结构示意图；

图3为本发明实施例提供的拇指结构的剖视结构示意图一；

图4为本发明实施例提供的拇指结构的剖视结构示意图二；

图5为本发明实施例提供的拇指结构的近指节在第一自由度方向摆动的示意图；

图6为本发明实施例提供的拇指结构的中指节在第二自由度方向摆动的示意图。

其中，图中各附图标记：

100a-正面；100b-背面；A-第一自由度方向；a-第一自由度方向的中心线；B-第二自由度方向；b-第二自由度方向的中心线；200-固定座；210-支架；211-第八枢接轴；300-近指节；310-第二枢接孔；320-第四枢接孔；330-第六枢接孔；340-第八枢接孔；400-中指节；410-第三枢接孔；420-第四枢接轴；430-第五枢接孔；440-通道；500-远指节；510-第五枢接轴；520-第七枢接孔；600-指尖盖；610-凸起；700-连杆；710-第六枢接轴；720-第七枢接轴800-第一驱动组件；810-第一直线驱动件；811-第一输出轴；8111-第一枢接轴；820-第一传动杆；821-第一枢接孔；822-第二枢接轴；900-第二驱动组件；910-第二直线驱动件；911-第二输出轴；9111-球头；920-第二传动杆；921-球面槽；922-第三枢接轴。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例的手指结构中，参阅图1，正面100a与背面100b是以手指结构组装好后且处于伸直状态时手掌作为参照物的，与手心同侧的一面为正面100a，与手背同侧的一面为背面100b。比如，图1所示近指节300、中指节400、远指节500的正面100a就是在拇指结构处于伸直状态时与手心同侧的一面，近指节300、中指节400、远指节500的背面100b与近指节300、中指节400、远指节500的正面100a相背对设置。

请参阅图1与图2，本发明实施例提供一种手指结构，包括固定座200、近指节300、中指节400、远指节500、连杆700、第一驱动组件以及第二驱动组件900。请一并结合图3与图4，近指节300转动连接于所述固定座200，中指节400转动连接于近指节300，远指节500转动连接于中指节400，即远指节500、中指节400、近指节300和固定座200依次转动连接。连杆700的两端分别转动连接于近指节300和远指节500。第一驱动组件用于驱动近指节300在第一自由度方向A摆动，第二驱动组件900用于驱动中指节400在第二自由度方向B摆动，第一自由度方向的中心线a与第二自由度方向的中心线b之间呈预定角度。在该实施例中，第一驱动组件和第二驱动组件900设于固定座200，当然，根据实际情况的选择和具体需求，第一驱动组件和第二驱动组件900的固定位置可以作适当修改，在此不作唯一限定。

本发明实施例的手指结构的工作原理为：通过第一驱动组件驱动近指节300在第一自由度方向A摆动，使得中指节400和远指节500可以随近指节300在第一自由度方向A摆动，可以模拟手指左右摆动的动作；通过第二驱动组件900驱动中指节400在第二自由度方向B摆动，配合连杆700使用，使得近指节300和远指节500可以随中指节400在第二自由度方向B摆动，可以模拟手指弯曲和伸直的动作。与相关技术相比，本发明实施例的手指结构是采用两个驱动组件以并联的方式去驱动近指节300运动，且两个驱动组件的驱动作用相互不干扰，相比于传统的采用舵机控制相邻指节转动的方案而言，本发明实施例的手指结构的驱动器的数量少，具有结构简单和体积小的优点，有利于模拟人手的外观；此外，传统的采用舵机控制相邻指节转动的方案中，舵机设置于相邻两个指节之间，由于舵机本身具有一定重量，舵机会增加指节的阻力矩，而本发明实施例的第一驱动组件和第二驱动组件900并非设置在相邻两个指节之间，因此，手指结构不需要克服的阻力矩而额外做功，所需功耗更低，使驱动组件能提供较大的出力，进而使手指结构能提供较大的握力。

作为本发明的一个可选实施方式，第一自由度方向的中心线a与第二自由度方向的中心线b之间的角度可以是80°、90°、95°等等，当然，根据实际情况的选择和具体需求，第一自由度方向的中心线a与第二自由度方向的中心线b之间的角度可以作适当修改，只要保证第一自由度方向的中心线a与第二自由度方向的中心线b相交且不完全重合即可，在此不作唯一限定。

具体的，第一驱动组件可用于驱动近指节300左右摆动，由于中指节400和远指节500连接于近指节300，中指节400和远指节500可以跟随近指节300左右摆动。在第一驱动组件的驱动下，如图5(a)所示，近指节300摆向左侧，中指节400和远指节500跟随近指节300摆向左侧；如图5(b)所示，近指节300摆向右侧，中指节400和远指节500跟随近指节300摆向右侧，从而模拟摇手指的动作。

具体的，第一驱动组件可用于驱动中指节400内外摆动，由于近指节300和远指节500连接于中指节400，近指节300和远指节500可以跟随中指节400内外摆动。在第二驱动组件900的驱动下，如图6(a)所示，中指节400摆向外侧，即更远离手心的位置，近指节300和远指节500跟随中指节400摆向外侧，模拟手指伸直的动作；如图6(b)所示，中指节400摆向内侧，即更靠近手心的位置，近指节300和远指节500跟随中指节400摆向内侧，模拟手指弯曲的动作。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2、图3和图5所示，第一驱动组件包括具有第一输出轴811的第一直线驱动件810，以及两端分别转动连接于第一输出轴811与近指节300的第一传动杆820。采用这个方案，能够控制近指节300在第一自由度方向A摆动，而且第一直线驱动件810能精确输出位移，以控制近指节300在第一自由度方向A的姿态。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2、图4和图6所示，第二驱动组件900包括具有第二输出轴911的第二直线驱动件910，以及两端分别转动连接于第二输出轴911与中指节400的第二传动杆920，第一输出轴811的轴线与第二输出轴911的轴线之间呈预定角度。采用这个方案，能够控制近指节300在第二自由度方向B摆动，而且第二直线驱动件910能精确输出位移，以控制近指节300在第二自由度方向B的姿态。

作为本发明的一个可选实施方式，第一直线驱动件810和第二直线驱动件910可以为直线电缸，以精确输出位移，从而控制近指节300和中指节400分别在第一自由度方向A和第二自由度方向B运动，当然，根据实际情况的选择和具体需求，第一直线驱动件810和第二直线驱动件910也可以为其他驱动件，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个可选实施方式，第一输出轴811的轴线与第二输出轴911的轴线之间的角度可以为80°、90°、95°等等，当然，根据实际情况的选择和具体需求，第一输出轴811的轴线与第二输出轴911的轴线之间的角度可以作适当修改，只要保证第一输出轴811的轴线与第二输出轴911的轴线相交且不完全重合即可，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2、图3和图5所示，第一传动杆820的第一端枢接于第一输出轴811，第一传动杆820的第二端枢接于近指节300的第一端，从而使得第一传动杆820的两端分别转动连接于第一输出轴811和近指节300。

作为本发明的一个可选实施方式，如图2、图3和图5所示，第一传动杆820的第一端设有第一枢接孔821，第一输出轴811设有第一枢接轴8111，第一枢接轴8111能转动地***第一枢接孔821内，从而使得第一传动杆820转动连接于第一输出轴811；第一传动杆820的第二端设有第二枢接轴822，近指节300的第一端设有第二枢接孔310，第二枢接轴822能转动地***第二枢接孔310内，从而使得第一传动杆820转动连接于近指节300的第一端。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，可以采用其他方式使得第一传动杆820的两端分别转动连接于第一输出轴811和近指节300，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2、图4和图6所示，第二传动杆920的第一端球铰接于第二输出轴911，第一传动杆820的第二端枢接于中指节400，从而使得第二传动杆920的两端分别转动连接于第二输出轴911和中指节400。

作为本发明的一个可选实施方式，如图2、图4和图6所示，第二传动杆920的第一端设有球面槽921，第二输出轴911设有球头9111，球头9111***能转动地球面槽921内，从而使得第二传动杆920转动连接于第二输出轴911；第二传动杆920的第二端设有第三枢接轴922，中指节400设有第三枢接孔410，第三枢接轴922能转动地***第三枢接孔410，从而使得第二传动杆920转动连接于中指节400。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，可以采用其他方式使得第二传动杆920的两端分别转动连接于第二输出轴911和中指节400，在此不作唯一限定。

本发明实施例的手指结构中，由于第二传动杆920的第一端与第二输出轴911之间采用球铰连接，使得中指节400在第一驱动组件驱动近指节300在第一自由度方向A运动的过程中能够***，不会受到第一驱动组件输出的干扰。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2至图4所示，近指节300枢接于固定座200，中指节400枢接于近指节300的第二端，从而使得近指节300的两端分别转动连接于中指节400和固定座200；近指节300与固定座200的枢接处在近指节300的第一端和第二端之间，即近指节300与固定座200的枢接处在近指节300的中部。

作为本发明的一个可选实施方式，如图2至图4所示，中指节400设有第四枢接轴420，近指节300设有第四枢接孔320，第四枢接轴420能转动地***第四枢接孔320，从而使得中指节400枢接于近指节300的第二端。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，可以采用其他方式使得中指节400转动连接于近指节300的第二端，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2至图4所示，远指节500枢接于中指节400，具体来说，远指节500设有第五枢接轴510，中指节400设有第五枢接孔430，第五枢接轴510能转动地***第五枢接孔430，从而使得远指节500转动连接于中指节400。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，可以采用其他方式使得远指节500转动连接于中指节400，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2至图4所示，中指节400设有供连杆700通过的通道440，连杆700的第一端枢接于近指节300的第二端，连杆700的第二端穿过通道440后枢接于远指节500。此结构下，一方面，连杆700隐藏于通道440内，可以使得手指结构更加美观。另一方面，还可以使得手指结构的结构更加紧凑，有利于手指结构的小型化。

作为本发明的一个可选实施方式，如图2至图4所示，连杆700的第一端设有第六枢接轴710，近指节300设有第六枢接孔330，第六枢接轴710能转动地***第六枢接孔330，从而使得连杆700的第一端转动连接于近指节300的第二端；连杆700的第二端设有第七枢接轴800720，远指节500设有第七枢接孔520，第七枢接轴800720能转动地***第七枢接孔520，从而使得连杆700的第二端转动连接于远指节500。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，可以采用其他方式使得连杆700的两端分别转动连接于近指节300和远指节500，在此不作唯一限定。

作为本发明的一个具体实施方式，如图1、图2和图4所示，连杆700和近指节300的枢接处(第六枢接轴710和第六枢接孔330)靠近近指节300的背面100b设置，中指节400和近指节300的枢接处(第四枢接轴420和第四枢接孔320)靠近近指节300的正面100a设置。此结构下，当第二驱动组件900驱动中指节400弯曲时，使得近指节300和远指节500可以随中指节400一起弯曲，以便于握持物体；当第二驱动组件900驱动中指节400伸直时，使得近指节300和远指节500可以随中指节400一起伸直，以便于松开物体。

作为本发明的一个具体实施方式，如图1、图2和图4所示，于手指结构呈伸直状态下，连杆700的第二端和远指节500的枢接处(第七枢接轴800720和第七枢接孔520)靠近远指节500的正面100a设置。此结构下，当第二驱动组件900驱动中指节400弯曲时，使得近指节300和远指节500可以随中指节400一起弯曲，以便于握持物体；当第二驱动组件900驱动中指节400伸直时，使得近指节300和远指节500可以随中指节400一起伸直，以便于松开物体。

作为本发明的一个具体实施方式，如图2至图4所示，固定座200设有支架210，近指节300枢接于支架210，从而使得近指节300枢接于固定座200。在该实施例中，近指节300与支架210的枢接处在近指节300的第一端和第二端之间，即近指节300与支架210的枢接处在近指节300的中部。

作为本发明的一个可选实施方式，如图2至图4所示，支架210设有第八枢接轴211，近指节300设有第八枢接孔340，第二枢接轴822能转动地***第八枢接孔340，从而使得近指节300枢接于固定座200。在该实施例中，近指节300与支架210的枢接处(第八枢接轴211和第八枢接孔340)在近指节300的第一端和第二端之间，即近指节300与支架210的枢接处在近指节300的中部。

作为本发明的一个具体实施方式，如图1、图2和图4所示，手指结构还包括设于远指节500的正面100a的指尖盖600，指尖盖600可以通过卡接、螺接或者其他方式固定在远指节500的正面100a。在该实施例中，指尖盖600的表面可以设有凸起610，凸起610可以但不限于为线状，以便于提高摩擦力，有利于按压或者夹持物体。

本发明实施例还提供一种机器人，包括如上所述的手指结构。由于本发明实施例的机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种手指结构，其特征在于，包括：

固定座；

近指节，转动连接于所述固定座；

中指节，转动连接于所述近指节；

远指节，转动连接于所述中指节；

连杆，所述连杆的两端分别转动连接于所述近指节和所述远指节；

第一驱动组件，用于驱动所述近指节在第一自由度方向摆动；以及

第二驱动组件，用于驱动所述中指节在第二自由度方向摆动，所述第一自由度方向的中心线与所述第二自由度方向的中心线之间呈预定角度。

2.如权利要求1所述的手指结构，其特征在于，所述第一驱动组件包括具有第一输出轴的第一直线驱动件，以及两端分别转动连接于所述第一输出轴与所述近指节的第一传动杆；

所述第二驱动组件包括具有第二输出轴的第二直线驱动件，以及两端分别转动连接于所述第二输出轴与所述中指节的第二传动杆，所述第一输出轴的轴线与所述第二输出轴的轴线之间呈预定角度。

3.如权利要求2所述的手指结构，其特征在于，所述第一传动杆的第一端枢接于所述第一输出轴，所述第一传动杆的第二端枢接于所述近指节的第一端；

所述第二传动杆的第一端球铰接于所述第二输出轴，所述第一传动杆的第二端枢接于所述中指节。

4.如权利要求3所述的手指结构，其特征在于，所述近指节枢接于所述固定座，所述中指节枢接于所述近指节的第二端，所述近指节与所述固定座的枢接处在所述近指节的第一端和第二端之间。

5.如权利要求4所述的手指结构，其特征在于，所述中指节设有供所述连杆通过的通道，所述连杆的第一端枢接于所述近指节的第二端，所述连杆的第二端穿过所述通道后枢接于所述远指节。

6.如权利要求5所述的手指结构，其特征在于，所述连杆和所述近指节的枢接处靠近所述近指节的背面设置，所述中指节和所述近指节的枢接处靠近所述近指节的正面设置。

7.如权利要求5所述的手指结构，其特征在于，于所述手指结构呈伸直状态下，所述连杆的第二端和所述远指节的枢接处靠近所述远指节的正面设置。

8.如权利要求1至6任一项所述的手指结构，其特征在于，所述固定座设有支架，所述近指节枢接于所述支架。

9.如权利要求1至6任一项所述的手指结构，其特征在于，所述手指结构还包括设于所述远指节的正面的指尖盖。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的手指结构。

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