CN117961944A - 一种仿生手指、仿生手及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种仿生手指、仿生手及机器人，属于机器人技术领域。仿生手指包括安装架、第一转动件、手指机构、驱动机构和弹性件。第一转动件与安装架转动连接；手指机构与第一转动件转动连接，以使手指机构能够相对安装架转动；驱动机构设置于安装架上，且与手指机构传动连接，用于驱动手指机构相对安装架转动；弹性件套设于第一转动件上，且分别与驱动机构和手指机构连接。本申请提供的仿生手指，手指机构受到外力或驱动机构作用相对安装架顺时针或逆时针转动的过程中，在弹性件的弹力阻尼作用下，对手指机构起到缓冲减振的效果，有效减少硬冲击带来的损害，从而延长了仿生手指的使用寿命。

Description

一种仿生手指、仿生手及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿生手指、仿生手及机器人。

背景技术

目前，仿生机器人在各行各业得到越来越多的应用，可完成例如组装、搬运等动作。

机器人手部是仿生机器人的重要关节部位，可跟随机器人主体一同运动，也可根据人机交互指令或内设的控制指令作出相应的动作。现有技术中的机器人手部的握紧或张开的承受力通常在机器人手部的钢丝绳或包绕手指部位的塑胶件上，这样就导致在不同使用场景下，机器人手部会因使用者或路人不当碰撞而面临折断受损的问题，且因频繁使用也会造成手部的手指关节受损。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种仿生手指。

为解决上述技术问题，本申请提供了：

一种仿生手指，包括：

安装架；

第一转动件，与所述安装架转动连接；

手指机构，所述手指机构与所述第一转动件转动连接，以使所述手指机构能够相对所述安装架转动；

驱动机构，所述驱动机构设置于所述安装架上，且与所述手指机构传动连接，用于驱动所述手指机构相对所述安装架转动；

弹性件，所述弹性件套设于所述第一转动件上，且分别与所述驱动机构和所述手指机构连接。

另外，根据本申请的仿生手指，还可具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施例中，所述驱动机构包括驱动件、传动件、移动件和第二转动件，所述移动件套设于所述传动件上，所述驱动件的输出端与所述传动件连接，用于驱动所述传动件转动，以带动所述移动件沿所述传动件的轴向往复移动，所述移动件远离所述驱动件的一端与所述第二转动件连接，且与所述手指机构抵接，所述第二转动件套设于所述第一转动件上，所述弹性件分别与所述第二转动件和所述手指机构连接。

在本申请的一些实施例中，所述弹性件包括弹簧本体、位于所述弹簧本体一端的第一扭臂和位于所述弹簧本体另一端的第二扭臂，所述弹簧本体与所述第一扭臂和所述第二扭臂一体成型，所述第一扭臂和所述第二扭臂位于所述弹簧本体的两相对侧，所述弹簧本体套设于所述第一转动件上，所述第二转动件开设有与所述第一扭臂相适配的第一安装孔，所述手指机构开设有与所述第二扭臂相适配的第二安装孔。

在本申请的一些实施例中，所述仿生手指还包括控制器和第一检测传感器，所述控制器设置于所述安装架内，所述第一检测传感器设置于所述控制器上，且位于所述传动件靠近所述驱动件的一端，所述第一检测传感器开设有与所述移动件相适配的感应槽，所述控制器分别与所述驱动件和所述第一检测传感器电连接。

在本申请的一些实施例中，所述仿生手指还包括第二检测传感器和配合件，所述第二检测传感器设置于所述安装架内，且位于所述传动件远离所述驱动件的一端，所述传动件远离所述驱动件的一端开设有与所述配合件相适配的第三安装孔，所述控制器与所述第二检测传感器电连接。

在本申请的一些实施例中，所述手指机构包括指节组件，所述指节组件包括依次铰接的第一指节、第二指节和第三指节，所述第一指节远离所述第二指节的一端通过所述第一转动件与所述安装架铰接，所述移动件远离所述驱动件的一端与所述第一指节抵接，所述弹性件分别与所述第二转动件和所述第一指节连接。

在本申请的一些实施例中，所述手指机构还包括连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆传动连接于所述第一指节与所述第二指节之间，所述第二连杆传动连接于所述第二指节与所述第三指节之间。

在本申请的一些实施例中，所述第一指节远离所述安装架的一端开设有第一弧形导向槽，所述第一连杆远离所述安装架的一端配置有第一导向轴，所述第一导向轴与所述第二指节铰接，并滑动穿设于所述第一弧形导向槽中；

所述第二指节靠近所述第一指节的一端开设有第二弧形导向槽，所述第二连杆靠近所述第一指节的一端配置有第二导向轴，所述第二导向轴与所述第一指节靠近所述第二指节的一端铰接，并滑动穿设于所述第二弧形导向槽中。

第二方面，本申请还提供了一种仿生手，包括上述任一实施例中所述的仿生手指。

第三方面，本申请还提供了一种机器人，包括上述实施例中所述的仿生手。

相对于现有技术，本申请的有益效果是：

本申请提出一种仿生手指，仿生手指包括安装架、第一转动件、手指机构、驱动机构和弹性件。第一转动件分别与安装架和手指机构转动连接，以使手指机构能够相对安装架转动。通过将驱动机构设置在安装架上且与手指机构传动连接，以驱动手指机构自动相对安装架转动，从而实现仿生手指的张开及握紧功能。通过将弹性件套设在第一转动件上且分别与驱动机构和手指机构连接，这样当手指机构受到外力作用使手指机构相对安装架顺时针或逆时针转动时，手指机构与驱动机构分离，弹性件的一端与驱动机构固定不动，另一端跟随手指机构同步转动，以产生复位弹力，从而当外力作用消除时手指机构能够在复位弹力的作用下相对安装架逆时针或顺时针转动复位，以重新与驱动机构传动连接。同时，手指机构受到外力或驱动机构作用相对安装架顺时针或逆时针转动的过程中，在弹性件的弹力阻尼作用下，对手指机构起到缓冲减振的效果，有效减少硬冲击带来的损害，从而延长了仿生手指的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一些实施例中仿生手指的立体示意图一；

图2示出了本申请一些实施例中仿生手指的***示意图一；

图3示出了本申请一些实施例中仿生手指的***示意图二；

图4示出了本申请一些实施例中仿生手指的***示意图三；

图5示出了本申请一些实施例中仿生手指的***示意图四；

图6示出了本申请一些实施例中仿生手指的立体示意图二。

主要元件符号说明：

100-仿生手指；110-安装架；120-第一转动件；130-手指机构；131-指节组件；1311-第一指节；13111-第二安装孔；13112-第一弧形导向槽；1312-第二指节；13121-第二弧形导向槽；1313-第三指节；132-连杆组件；1321-第一连杆；13211-第一导向轴；1322-第二连杆；13221-第二导向轴；140-驱动机构；141-驱动件；142-传动件；1421-第三安装孔；143-移动件；144-第二转动件；1441-第一安装孔；150-弹性件；160-控制器；171-第一检测传感器；172-第二检测传感器；173-配合件。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1、图4和图5所示，本申请的实施例提供了一种仿生手指100，主要用于仿生手上，仿生手主要应用于机器人上。该仿生手指100包括安装架110、第一转动件120、手指机构130、驱动机构140和弹性件150。

其中，所述第一转动件120与所述安装架110转动连接，所述手指机构130与所述第一转动件120转动连接，以使所述手指机构130能够相对所述安装架110转动。所述驱动机构140设置于所述安装架110上，且与所述手指机构130传动连接，用于驱动所述手指机构130相对所述安装架110转动。所述弹性件150套设于所述第一转动件120上，且分别与所述驱动机构140和所述手指机构130连接。

本申请实施例提供的仿生手指100，第一转动件120分别与安装架110和手指机构130转动连接，以使手指机构130能够相对安装架110转动。通过将驱动机构140设置在安装架110上且与手指机构130传动连接，以驱动手指机构130自动相对安装架110转动，从而实现仿生手指100的张开及握紧功能。通过将弹性件150套设在第一转动件120上且分别与驱动机构140和手指机构130连接，这样当手指机构130受到外力作用使手指机构130相对安装架110顺时针或逆时针转动时，手指机构130与驱动机构140分离，弹性件150的一端与驱动机构140固定不动，另一端跟随手指机构130同步转动，以产生复位弹力，从而当外力作用消除时手指机构130能够在复位弹力的作用下相对安装架110逆时针或顺时针转动复位，以重新与驱动机构140传动连接。同时，手指机构130受到外力或驱动机构140作用相对安装架110顺时针或逆时针转动的过程中，在弹性件150的弹力阻尼作用下，对手指机构130起到缓冲减振的效果，有效减少硬冲击带来的损害，从而延长了仿生手指100的使用寿命。

示例性的，第一转动件120可以为铰接轴，弹性件150可以为扭力弹簧。驱动机构140可以由旋转电机、减速器和直线模组组成，以将高速旋转运动转化成低速往复直线运动，直线模组通过曲柄与铰接轴连接，且与手指机构130远离铰接轴的轴心的一侧抵接，从而将低速往复直线运动转化成低速转动，进而使手指机构130能够相对安装架110转动。

如图1、图4和图5所示，在本申请的一个实施例中，所述驱动机构140包括驱动件141、传动件142、移动件143和第二转动件144，所述移动件143套设于所述传动件142上，所述驱动件141的输出端与所述传动件142连接，用于驱动所述传动件142转动，以带动所述移动件143沿所述传动件142的轴向往复移动，所述移动件143远离所述驱动件141的一端与所述第二转动件144连接，且与所述手指机构130抵接，所述第二转动件144套设于所述第一转动件120上，所述弹性件150分别与所述第二转动件144和所述手指机构130连接。

在本实施例中，通过将移动件143套设在传动件142上，并将驱动件141的输出端与传动件142连接，以驱动传动件142转动，从而带动移动件143沿传动件142的轴向往复移动，实现将高速旋转运动转化成低速往复直线移动。通过将移动件143远离驱动件141的一端与套设在第一转动件120上的第二转动件144连接，且移动件143远离驱动件141的一端与手指机构130抵接，从而将低速往复直线移动转化成低速转动，进而使手指机构130能够相对安装架110转动，实现仿生手指100的张开及握紧功能。

通过将弹性件150分别与第二转动件144和手指机构130连接，这样当手指机构130受到外力作用使手指机构130相对安装架110顺时针或逆时针转动时，手指机构130与移动件143分离，弹性件150的一端与第二转动件144固定不动，另一端跟随手指机构130同步转动，以产生复位弹力，从而当外力作用消除时手指机构130能够在复位弹力的作用下相对安装架110逆时针或顺时针转动复位，以重新与移动件143抵接。

示例性的，驱动机构140可以为旋转电机，传动件142可以为丝杆，移动件143可以由推杆及套设在丝杆上的螺母组成，第二转动件144可以为曲柄。

如图4和图5所示，在本申请的上述实施例中，所述弹性件150包括弹簧本体、位于所述弹簧本体一端的第一扭臂和位于所述弹簧本体另一端的第二扭臂，所述弹簧本体与所述第一扭臂和所述第二扭臂一体成型，所述第一扭臂和所述第二扭臂位于所述弹簧本体的两相对侧，所述弹簧本体套设于所述第一转动件120上，所述第二转动件144开设有与所述第一扭臂相适配的第一安装孔1441，所述手指机构130开设有与所述第二扭臂相适配的第二安装孔13111。

在本实施例中，通过将弹簧本体套设在第一转动件120件上，将第一扭臂安装在第二转动件144的第一安装孔1441内，并将第二扭臂安装在手指机构130的第二安装孔13111内。这样，当手指机构130受到外力作用使手指机构130相对安装架110顺时针或逆时针转动时，手指机构130与移动件143分离，第一扭臂与第二转动件144固定不动，弹簧本体和第二扭臂跟随手指机构130同步转动，以产生复位弹力，从而当外力作用消除时手指机构130能够在复位弹力的作用下相对安装架110逆时针或顺时针转动复位，以重新与移动件143抵接。

如图6所示，在本申请的上述实施例中，所述仿生手指100还包括控制器160和第一检测传感器171，所述控制器160设置于所述安装架110内，所述第一检测传感器171设置于所述控制器160上，且位于所述传动件142靠近所述驱动件141的一端，所述第一检测传感器171开设有与所述移动件143相适配的感应槽，所述控制器160分别与所述驱动件141和所述第一检测传感器171电连接。

在本实施例中，通过将第一检测传感器171设置在传动件142靠近驱动件141的一端，且第一检测传感器171开设有与移动件143相适配的感应槽，以起到行程开关的作用。同时，通过将控制器160分别与驱动件141和第一检测传感器171电连接，这样当移动件143移动至极限位置时，此时移动件143位于第一检测传感器171的感应槽内，控制器160根据第一检测传感器171反馈的电信号控制驱动件141停止转动，从而使移动件143停止移动，实现对移动件143的行程控制功能。

示例性的，控制器160为电路板，第一检测传感器171可以为光电开关。

如图6所示，在本申请的上述实施例中，所述仿生手指100还包括第二检测传感器172和配合件173，所述第二检测传感器172设置于所述安装架110内，且位于所述传动件142远离所述驱动件141的一端，所述传动件142远离所述驱动件141的一端开设有与所述配合件173相适配的第三安装孔1421，所述控制器160与所述第二检测传感器172电连接。

在本实施例中，通过将第二检测传感器172设置在安装架110内，且位于传动件142远离驱动件141的一端，并在传动件142远离驱动件141的一端开设用于安装配合件173的第三安装孔1421，这样使得配合件173能够跟随传动件142同步转动，从而使得第二检测传感器172能够测量传动件142转动的角位移。同时，通过将控制器160与第二检测传感器172电连接，这样使得控制器160能够根据第二检测传感器172反馈的角位移信号精准控制驱动件141的工作状态。

示例性的，第二检测传感器172可以为磁编码器，配合件173可以为磁铁。

如图2和图3所示，所述手指机构130包括指节组件131，所述指节组件131包括依次铰接的第一指节1311、第二指节1312和第三指节1313。所述第一指节1311远离所述第二指节1312的一端通过所述第一转动件120与所述安装架110铰接，且所述移动件143远离所述驱动件141的一端与所述第一指节1311抵接，以使指节组件131整体能够相对安装架110转动，且第二指节1312能够相对第一指节1311转动，第三指节1313能够相对第二指节1312转动，从而实现仿生手指100的张开及握紧功能。其中，所述弹性件150分别与所述第二转动件144和所述第一指节1311连接，所述第一指节1311开设有与所述第二扭臂相适配的所述第二安装孔13111。

示例性的，第一指节1311和第二指节1312均可以采用两端大中间小的回转体结构，这样更接近人体手指骨骼两头大中间细的特点，使整体体积小。

如图2和图3所示，所述手指机构130还包括连杆组件132，所述连杆组件132包括第一连杆1321和第二连杆1322，所述第一连杆1321传动连接于所述第一指节1311与所述第二指节1312之间，所述第二连杆1322传动连接于所述第二指节1312与所述第三指节1313之间。由此，在第一连杆1321和第二连杆1322的作用下实现第一指节1311、第二指节1312和第三指节1313之间的联动，从而实现仿生手指100的张开及握紧功能。

如图2和图3所示，所述第一指节1311远离所述安装架110的一端开设有第一弧形导向槽13112，所述第一连杆1321远离所述安装架110的一端配置有第一导向轴13211，所述第一导向轴13211与所述第二指节1312铰接，第一导向轴13211可滑动穿设于所述第一弧形导向槽13112中，并可沿第一弧形导向槽13112进行移动。

所述第二指节1312靠近所述第一指节1311的一端开设有第二弧形导向槽13121，所述第二连杆1322靠近所述第一指节1311的一端配置有第二导向轴13221，所述第二导向轴13221与所述第一指节1311靠近所述第二指节1312的一端铰接，第二导向轴13221可滑动穿设于所述第二弧形导向槽13121中，并可沿第二弧形导向槽13121进行移动。

本申请实施例还提供一种仿生手，包括以上实施例中所述的仿生手指100。

该仿生手具有上述任一实施例中的仿生手指100，因此具有仿生手指100的全部有益效果，在此就不一一赘述。

本申请实施例还提供一种机器人，包括上述实施例中所述的仿生手。

该机器人具有上述实施例中的仿生手，因此具有仿生手的全部有益效果，在此就不一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种仿生手指，其特征在于，包括：

安装架；

第一转动件，与所述安装架转动连接；

手指机构，所述手指机构与所述第一转动件转动连接，以使所述手指机构能够相对所述安装架转动；

驱动机构，所述驱动机构设置于所述安装架上，且与所述手指机构传动连接，用于驱动所述手指机构相对所述安装架转动；

弹性件，所述弹性件套设于所述第一转动件上，且分别与所述驱动机构和所述手指机构连接。

2.根据权利要求1所述的仿生手指，其特征在于，所述驱动机构包括驱动件、传动件、移动件和第二转动件，所述移动件套设于所述传动件上，所述驱动件的输出端与所述传动件连接，用于驱动所述传动件转动，以带动所述移动件沿所述传动件的轴向往复移动，所述移动件远离所述驱动件的一端与所述第二转动件连接，且与所述手指机构抵接，所述第二转动件套设于所述第一转动件上，所述弹性件分别与所述第二转动件和所述手指机构连接。

3.根据权利要求2所述的仿生手指，其特征在于，所述弹性件包括弹簧本体、位于所述弹簧本体一端的第一扭臂和位于所述弹簧本体另一端的第二扭臂，所述弹簧本体与所述第一扭臂和所述第二扭臂一体成型，所述第一扭臂和所述第二扭臂位于所述弹簧本体的两相对侧，所述弹簧本体套设于所述第一转动件上，所述第二转动件开设有与所述第一扭臂相适配的第一安装孔，所述手指机构开设有与所述第二扭臂相适配的第二安装孔。

4.根据权利要求2所述的仿生手指，其特征在于，所述仿生手指还包括控制器和第一检测传感器，所述控制器设置于所述安装架内，所述第一检测传感器设置于所述控制器上，且位于所述传动件靠近所述驱动件的一端，所述第一检测传感器开设有与所述移动件相适配的感应槽，所述控制器分别与所述驱动件和所述第一检测传感器电连接。

5.根据权利要求4所述的仿生手指，其特征在于，所述仿生手指还包括第二检测传感器和配合件，所述第二检测传感器设置于所述安装架内，且位于所述传动件远离所述驱动件的一端，所述传动件远离所述驱动件的一端开设有与所述配合件相适配的第三安装孔，所述控制器与所述第二检测传感器电连接。

6.根据权利要求2所述的仿生手指，其特征在于，所述手指机构包括指节组件，所述指节组件包括依次铰接的第一指节、第二指节和第三指节，所述第一指节远离所述第二指节的一端通过所述第一转动件与所述安装架铰接，所述移动件远离所述驱动件的一端与所述第一指节抵接，所述弹性件分别与所述第二转动件和所述第一指节连接。

7.根据权利要求6所述的仿生手指，其特征在于，所述手指机构还包括连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆传动连接于所述第一指节与所述第二指节之间，所述第二连杆传动连接于所述第二指节与所述第三指节之间。

8.根据权利要求7所述的仿生手指，其特征在于，所述第一指节远离所述安装架的一端开设有第一弧形导向槽，所述第一连杆远离所述安装架的一端配置有第一导向轴，所述第一导向轴与所述第二指节铰接，并滑动穿设于所述第一弧形导向槽中；

所述第二指节靠近所述第一指节的一端开设有第二弧形导向槽，所述第二连杆靠近所述第一指节的一端配置有第二导向轴，所述第二导向轴与所述第一指节靠近所述第二指节的一端铰接，并滑动穿设于所述第二弧形导向槽中。

9.一种仿生手，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的仿生手指。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求9所述的仿生手。