CN115488913B - 一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，包括仿生机械手掌、仿生机械手指以及驱动装置，仿生机械手指由仿生大拇指以及其他仿生四指组成，并分别铰接在仿生机械手掌的前端，驱动装置设置有五个，且均安装在仿生机械手掌掌背上，并分别与仿生大拇指以及其他仿生四指进行控制；驱动装置包括微型气缸、气缸支架、拔叉及连杆机构，微型气缸通过气缸支架固定在仿生机械手掌的掌背上，拔叉安装在微型气缸的输出伸缩杆上，连杆机构固定在仿生机械手指上。本发明一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，设计巧妙，体积小，结构紧凑，大大降低了制造与使用成本，并具有反应灵活、柔性高、仿生程度高、损耗小、稳定性高以及操作方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，具体为一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手。
背景技术
近年来，我国机器人技术发展迅速，尤其是机器人末端机械手，但是此类机械手往往是从机械工程学方面出发，大多是多指联动，无法实现单根手指的弯曲与伸直，灵活性差、通用性差、功能单一。
随着科技的发展，机器人将会参与越来越多的领域，人类的生活和工作中很多内容将由机器人来完成。目前，已有的基于人体工程学的仿生机械手，主要采用舵机和液压元件作为动力来源输出动力。手指各指节之间采用齿轮、扭簧、钢丝绳等进行连接，实现手指弯曲与伸展。
但是，基于舵机驱动的机械手，通过舵机主轴的转动来驱动手指的弯曲与伸展，由于舵机动力较小、信号传输滞后等问题，致使手指张合无力，动作缓慢。而基于液压驱动的机械手，其中动力来源于油缸，虽然输出力量大，但是损耗大、反应慢、不灵活。因此，研发一种新的机械手，并具有反应灵活、柔性高、仿生程度高、损耗小等特点，是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，以解决以上缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，包括仿生机械手掌、仿生机械手指以及驱动装置，所述仿生机械手指由仿生大拇指以及其他仿生四指组成并分别铰接在仿生机械手掌的前端，所述驱动装置设置有五个，且均安装在仿生机械手掌的掌背上，并分别与仿生大拇指以及其他仿生四指进行控制；所述驱动装置包括微型气缸、气缸支架、拔叉及连杆机构，所述微型气缸通过气缸支架固定在仿生机械手掌的掌背上，所述拔叉安装在微型气缸的输出伸缩杆上，所述连杆机构固定在仿生机械手指上。
优选地，所述仿生大拇指包括大拇指第一指节、大拇指第二指节，所述大拇指第一指节后端与仿生机械手掌的前端进行铰接，所述大拇指第一指节前端与大拇指第二指节后端铰接；仿生大拇指对应的所述驱动装置的连杆机构包括连杆一和连杆二，所述连杆一的两端分别铰接在拔叉以及大拇指第一指节上，所述连杆二两端分别铰接在仿生机械手掌的前端以及大拇指第二指节上。
优选地，所述大拇指第一指节前后两端分别设置有大拇指关节接口和大拇指关节接头一，所述大拇指第二指节后端设置有大拇指关节接头二，所述大拇指关节接头二卡合在大拇指关节接口内并通过柱销铰接，所述大拇指关节接头一与仿生机械手掌前端通过柱销铰接；所述连杆一前端卡合在大拇指第一指节背面设置的条形槽内并通过限位柱销铰接，所述连杆一后端与拔叉铰接；所述大拇指第二指节靠近大拇指关节接头二处侧端面上设置有大拇指圆柱台，所述连杆二前端铰接在大拇指圆柱台上，所述连杆二后端铰接在仿生机械手掌的前端。
优选地，所述仿生四指包括仿生食指、仿生中指、仿生无名指以及仿生小拇指，且所述仿生四指均采用三段式关节结构，由四指第一指节、四指第二指节、四指第三指节依次首尾相互铰接而成。
优选地，所述仿生四指对应的所述驱动装置的连杆机构包括连杆三、连杆四、连杆五，所述连杆三的两端分别铰接在对应的拔叉以及四指第一指节上，所述连杆四两端分别铰接在仿生机械手掌的前端以及对应的四指第二指节上，所述连杆五两端分别铰接在对应的四指第一指节及四指第三指节。
优选地，所述四指第一指节前后两端分别设置有四指关节接口一和四指关节接头一，所述四指第二指节前后两端分别设置有四指关节接口二和四指关节接头二，所述四指第三指节后端设置有四指关节接头三，所述四指关节接头一与仿生机械手掌前端通过柱销铰接，所述四指关节接头二卡合在四指关节接口一内并通过柱销铰接，所述四指关节接头三卡合在四指关节接口二内并通过柱销铰接。
优选地，所述四指第一指节背面设置有铰接槽，所述连杆三前端卡合在铰接槽内并通过铰接柱销一铰接，其后端与其对应的驱动装置的拔叉铰接。
优选地，所述四指第一指节上靠近四指关节接口一处一侧端面上设置有四指圆柱台一，所述四指第二指节上靠近四指关节接头二处另一侧端面上设置有四指圆柱台二，所述四指第三指节上靠近四指关节接头三处一侧端面上设置有四指圆柱台三，所述连杆四前端铰接在四指圆柱台二上，其后端铰接在仿生机械手掌的前端，所述连杆五前后两端分别铰接在四指圆柱台三和四指圆柱台一上。
优选地，所述气缸支架通过螺栓垂直安装在仿生机械手掌的掌背上，所述微型气缸穿过所述气缸支架上通孔并通过螺母锁紧，所述拔叉通过设置螺纹孔安装于所述微型气缸的输出的伸缩杆前端。
优选地，所述仿生机械手掌、仿生机械手指以及驱动装置的构成部件的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料。
本发明的有益效果在于：
本发明一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，依据人体工程学，按照人体手掌比例设计的机械手掌，实现了五根手指即可独立弯曲与伸直，也可以多指同时弯曲与伸直，大大提高了机械手的仿生程度，使得机械手更加实用；采用微型双作用气缸作为动力驱动源，利用其能源清洁、响应快、柔性高、输出力大等特性，实现多指节的联动，使用更加环保、稳定、灵活。本发明一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，设计巧妙，整体体积小，结构紧凑，安装、搬运、使用及维护更加方便，大大降低了制造与使用成本，并具有反应灵活、柔性高、仿生程度高、损耗小、稳定性高以及操作方便等特点。
附图说明
图1：本发明的整体结构示意图；
图2：本发明的仿生大拇指的结构示意图；
图3：本发明的其他仿生四指的结构示意图。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明的具体实施方式作如下说明：
如图1-3所示，一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，包括仿生机械手掌1、仿生机械手指以及驱动装置，仿生机械手指由仿生大拇指5以及其他仿生四指组成并分别铰接在仿生机械手掌1的前端，驱动装置设置有五个，且均安装在仿生机械手掌1的掌背上，并分别与仿生大拇指5以及其他仿生四指进行控制。
其中，本发明的一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手的各结构，包括仿生机械手掌1、仿生机械手指以及驱动装置等，其构成部件的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料等。
其中，驱动装置包括微型气缸2、气缸支架3、拔叉4及连杆机构，微型气缸2通过气缸支架3固定在仿生机械手掌1的掌背上，即气缸支架3通过螺栓垂直安装在仿生机械手掌1的掌背上，微型气缸2穿过气缸支架3上通孔并通过螺母锁紧，拔叉4通过设置螺纹孔安装于微型气缸2的输出的伸缩杆前端，连杆机构固定在仿生机械手指上。
仿生大拇指5包括大拇指第一指节53、大拇指第二指节54，大拇指第一指节53后端与仿生机械手掌1的前端进行铰接，大拇指第一指节53前端与大拇指第二指节54后端铰接。具体为：大拇指第一指节53前后两端分别设置有大拇指关节接口534和大拇指关节接头一531，大拇指第二指节54后端设置有大拇指关节接头二541，大拇指关节接头二541卡合在大拇指关节接口534内并通过柱销铰接，大拇指关节接头一531与仿生机械手掌1前端通过柱销铰接。
仿生大拇指5对应的驱动装置的连杆机构包括连杆一51和连杆二52，连杆一51的两端分别铰接在拔叉4以及大拇指第一指节53上，连杆二52两端分别铰接在仿生机械手掌1的前端以及大拇指第二指节54上。具体一点为：连杆一51前端卡合在大拇指第一指节53背面设置的条形槽532内并通过限位柱销533铰接，连杆一51后端与拔叉4铰接；大拇指第二指节54靠近大拇指关节接头二541处侧端面上设置有大拇指圆柱台542，连杆二52前端铰接在大拇指圆柱台542上，连杆二52后端铰接在仿生机械手掌1的前端。
其他仿生四指包括仿生食指6、仿生中指7、仿生无名指8以及仿生小拇指9，仿生四指与仿生大拇指5的两段式关节结构不同，均采用的是三段式关节结构，具体为由四指第一指节64、四指第二指节65、四指第三指节66依次首尾相互铰接而成。具体结构为：四指第一指节64前后两端分别设置有四指关节接口一645和四指关节接头一641，四指第二指节65前后两端分别设置有四指关节接口二653和四指关节接头二651，四指第三指节66后端设置有四指关节接头三661，四指关节接头一641与仿生机械手掌1前端通过柱销铰接，四指关节接头二651卡合在四指关节接口一645内并通过柱销铰接，四指关节接头三661卡合在四指关节接口二653内并通过柱销铰接。
仿生四指对应的驱动装置的连杆机构，与仿生大拇指5对应的驱动装置的连杆机构稍有不同，具体包括连杆三61、连杆四62、连杆五63，连杆三61的两端分别铰接在对应的拔叉4以及四指第一指节64上，连杆四62两端分别铰接在仿生机械手掌1的前端以及对应的四指第二指节65上，连杆五63两端分别铰接在对应的四指第一指节64及四指第三指节66。其中，四指第一指节64背面设置有铰接槽642，连杆三61前端卡合在铰接槽642内并通过铰接柱销一643铰接，其后端与其对应的驱动装置的拔叉4铰接。四指第一指节64上靠近四指关节接口一645处一侧端面上设置有四指圆柱台一644，四指第二指节65上靠近四指关节接头二651处另一侧端面上设置有四指圆柱台二652，四指第三指节66上靠近四指关节接头三661处一侧端面上设置有四指圆柱台三，连杆四62前端铰接在四指圆柱台二652上，其后端铰接在仿生机械手掌1的前端，连杆五63前后两端分别铰接在四指圆柱台三和四指圆柱台一644上。
本发明一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，依据人体工程学，按照人体手掌比例设计的机械手掌，实现了五根手指即可独立弯曲与伸直，也可以多指同时弯曲与伸直，大大提高了机械手的仿生程度，使得机械手更加实用。采用微型气缸作为动力驱动源，利用其能源清洁、响应快、柔性高、输出力大等特性，使用更加环保、稳定、灵活。同时，单个微型气缸通过连杆机构能够实现机械手单个手指中的多指节的联动，控制方法，使用灵活。
本发明一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，设计巧妙，整体体积小，结构紧凑，安装、搬运、使用及维护更加方便，大大降低了制造与使用成本，并具有反应灵活、柔性高、仿生程度高、损耗小、稳定性高以及操作方便等特点。
上述结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，包括仿生机械手掌(1)、仿生机械手指以及驱动装置，所述仿生机械手指由仿生大拇指(5)以及其他仿生四指组成并分别铰接在仿生机械手掌(1)的前端，所述驱动装置设置有五个，且均安装在仿生机械手掌(1)的掌背上，并分别与仿生大拇指(5)以及其他仿生四指进行控制；所述驱动装置包括微型气缸(2)、气缸支架(3)、拔叉(4)及连杆机构，所述微型气缸(2)通过气缸支架(3)固定在仿生机械手掌(1)的掌背上，所述拔叉(4)安装在微型气缸(2)的输出伸缩杆上，所述连杆机构固定在仿生机械手指上；
所述仿生大拇指(5)包括大拇指第一指节(53)、大拇指第二指节(54)，所述大拇指第一指节(53)后端与仿生机械手掌(1)的前端进行铰接，所述大拇指第一指节(53)前端与大拇指第二指节(54)后端铰接；仿生大拇指(5)对应的所述驱动装置的连杆机构包括连杆一(51)和连杆二(52)，所述连杆一(51)的两端分别铰接在拔叉(4)以及大拇指第一指节(53)上，所述连杆二(52)两端分别铰接在仿生机械手掌(1)的前端以及大拇指第二指节(54)上；
所述仿生四指包括仿生食指(6)、仿生中指(7)、仿生无名指(8)以及仿生小拇指(9)，且所述仿生四指均采用三段式关节结构，由四指第一指节(64)、四指第二指节(65)、四指第三指节(66)依次首尾相互铰接而成；
所述仿生四指对应的所述驱动装置的连杆机构包括连杆三(61)、连杆四(62)、连杆五(63)，所述连杆三(61)的两端分别铰接在对应的拔叉(4)以及四指第一指节(64)上，所述连杆四(62)两端分别铰接在仿生机械手掌(1)的前端以及对应的四指第二指节(65)上，所述连杆五(63)两端分别铰接在对应的四指第一指节(64)及四指第三指节(66)。
2.根据权利要求1所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述大拇指第一指节(53)前后两端分别设置有大拇指关节接口(534)和大拇指关节接头一(531)，所述大拇指第二指节(54)后端设置有大拇指关节接头二(541)，所述大拇指关节接头二(541)卡合在大拇指关节接口(534)内并通过柱销铰接，所述大拇指关节接头一(531)与仿生机械手掌(1)前端通过柱销铰接；所述连杆一(51)前端卡合在大拇指第一指节(53)背面设置的条形槽(532)内并通过限位柱销(533)铰接，所述连杆一(51)后端与拔叉(4)铰接；所述大拇指第二指节(54)靠近大拇指关节接头二(541)处侧端面上设置有大拇指圆柱台(542)，所述连杆二(52)前端铰接在大拇指圆柱台(542)上，所述连杆二(52)后端铰接在仿生机械手掌(1)的前端。
3.根据权利要求1所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述四指第一指节(64)前后两端分别设置有四指关节接口一(645)和四指关节接头一(641)，所述四指第二指节(65)前后两端分别设置有四指关节接口二(653)和四指关节接头二(651)，所述四指第三指节(66)后端设置有四指关节接头三(661)，所述四指关节接头一(641)与仿生机械手掌(1)前端通过柱销铰接，所述四指关节接头二(651)卡合在四指关节接口一(645)内并通过柱销铰接，所述四指关节接头三(661)卡合在四指关节接口二(653)内并通过柱销铰接。
4.根据权利要求3所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述四指第一指节(64)背面设置有铰接槽(642)，所述连杆三(61)前端卡合在铰接槽(642)内并通过铰接柱销一(643)铰接，其后端与其对应的驱动装置的拔叉(4)铰接。
5.根据权利要求3所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述四指第一指节(64)上靠近四指关节接口一(645)处一侧端面上设置有四指圆柱台一(644)，所述四指第二指节(65)上靠近四指关节接头二(651)处另一侧端面上设置有四指圆柱台二(652)，所述四指第三指节(66)上靠近四指关节接头三(661)处一侧端面上设置有四指圆柱台三，所述连杆四(62)前端铰接在四指圆柱台二(652)上，其后端铰接在仿生机械手掌(1)的前端，所述连杆五(63)前后两端分别铰接在四指圆柱台三和四指圆柱台一(644)上。
6.根据权利要求1所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述气缸支架(3)通过螺栓垂直安装在仿生机械手掌(1)的掌背上，所述微型气缸(2)穿过所述气缸支架(3)上通孔并通过螺母锁紧，所述拔叉(4)通过设置螺纹孔安装于所述微型气缸(2)的输出的伸缩杆前端。
7.根据权利要求1-6任意一项所述一种基于气源驱动的多自由度仿生机械手，其特征在于，所述仿生机械手掌(1)、仿生机械手指、以及驱动装置的构成部件的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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