CN204748642U - 一种欠驱动高柔顺机械手 - Google Patents

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Abstract

一种欠驱动高柔顺机械手,包括一个手掌基座和五个手指,手掌基座上设有一套驱动机构Ⅰ,用于驱动大拇指在手掌基座所在平面内的转动和除大拇指外的四指的弯曲,驱动机构Ⅰ包括由电机Ⅰ同轴驱动的转盘、带轮Ⅰ和带轮Ⅱ,带轮Ⅰ皮带连接一个带轮Ⅲ,带轮Ⅲ通过连杆机构Ⅰ驱动除大拇指外的其中两个手指的弯曲;带轮Ⅱ皮带连接一个带轮Ⅳ,带轮Ⅳ与大拇指的拇指基座固接以驱动整个大拇指转动,拇指基座上设置有用于驱动大拇指手指弯曲的驱动机构Ⅱ;转盘的转动带动曲柄滑块机构的滑块在手掌基座上滑动,滑块上连接有连杆机构Ⅱ以驱动另外两个手指的弯曲。本实用新型简化了现有机械手的驱动***,并提高了机械手抓取物体的灵活性。

Description

一种欠驱动高柔顺机械手
技术领域
本实用新型涉及一种机械手,具体为一种欠驱动高柔顺机械手。
背景技术
目前,市场上接近真手功能的假手是机电结合的高科技产品,不但价格昂贵且维护费用高,不能满足市场的需要;同时机械手的自由度低,只有一个或几个自由度,或者多自由度的机械手驱动***控制比较复杂,一般都需要多个液压驱动或电机驱动等进行控制,因此导致机械手的重量增大,成本升高,同时自由度少也影响机械手的抓取灵活性,对于不同形状的物体,难以保证抓取的可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种欠驱动高柔顺机械手,以简化现有机械手的驱动***,并提高机械手抓取物体的灵活性。
为实现上述目的,本实用新型的技术方案是:一种欠驱动高柔顺机械手,包括一个手掌基座和设置在手掌基座上的五个手指,各个手指均包括若干手指关节和铰接在手指关节上的手指连杆,手掌基座上设有一套驱动机构Ⅰ,用于驱动大拇指在手掌基座所在平面内的转动和除大拇指外的四指的弯曲,驱动机构Ⅰ包括由电机Ⅰ同轴驱动的转盘、带轮Ⅰ和带轮Ⅱ,带轮Ⅰ皮带连接一个带轮Ⅲ,带轮Ⅲ的轮轴上连接一个连杆机构Ⅰ,连杆机构Ⅰ与除大拇指外的其中两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲;带轮Ⅱ皮带连接一个带轮Ⅳ,带轮Ⅳ与大拇指的拇指基座固接,以使拇指基座及整个大拇指手指在带轮Ⅳ的带动下能够在手掌基座所在的平面内转动,拇指基座上设置有用于驱动大拇指手指弯曲的驱动机构Ⅱ;转盘的转动带动曲柄滑块机构的滑块在手掌基座上滑动,滑块上连接有连杆机构Ⅱ,连杆机构Ⅱ与另外两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲。
进一步地,该机械手的食指和中指为四关节手指,四关节手指包括依次铰接的指端关节、柔顺关节、指中关节和指根关节,其中,指中关节的杆身与指根关节的一端铰接,指根关节的另一端铰接在机械手的手掌基座上,与柔顺关节铰接的指端关节的一端和指中关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指中关节铰接的柔顺关节的一端和指根关节的一端分别与指根连杆的两端铰接,指中关节和指根关节之间的杆身上连接有弹簧,指中关节在连杆机构Ⅰ驱动下能够绕杆身的铰接点转动,从而驱动食指和中指弯曲以做抓取和放松动作。所述的连杆机构Ⅰ包括一个驱动杆Ⅰ,驱动杆Ⅰ的一端固接在带轮Ⅲ的轮轴上,并由设置在手掌基座上的带轮Ⅲ的轮轴带动转动连接在手掌基座上,另一端铰接一个传动杆,传动杆的另一端通过一个铰轴分别与食指和中指各自的指中关节的一端铰接。
进一步地,该机械手的无名指和小拇指为三关节手指,三关节手指包括依次铰接的指端关节、指中关节和指根关节,指根关节的杆身铰接在手掌基座上,与指中关节铰接的指端关节的一端和指根关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指根关节铰接的指中关节的一端铰接有指根连杆,指根连杆的另一端铰接在手掌基座上,指根关节在连杆机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动无名指和小拇指弯曲以做抓取和放松动作。
所述的连杆机构Ⅱ包括一个驱动杆Ⅱ,驱动杆Ⅱ的一端通过一个铰轴分别与无名指和小拇指各自的指根关节的一端铰接,驱动杆Ⅱ的另一端铰接在滑块上。
所述的曲柄滑块机构包括一个连杆、滑块和设置在手掌基座上的导向杆,连杆的一端铰接在转盘上,另一端铰接在滑块上,滑块穿设在导向杆上,并由转盘驱动沿导向杆滑动。
进一步地,该机械手的大拇指为三关节手指,大拇指的三关节手指包括依次铰接的指端关节、指中关节和指根关节,指根关节的杆身铰接在大拇指的拇指基座上,与指中关节铰接的指端关节的一端和指根关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指根关节铰接的指中关节的一端铰接有指根连杆,指根连杆的另一端铰接在拇指基座上,指根关节在驱动机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动大拇指手指弯曲以做抓取和放松动作。
所述的驱动机构Ⅱ包括皮带传动的从动带轮和主动带轮,主动带轮由设置在拇指基座上的电机Ⅱ带动转动,指根关节的杆身与拇指基座上设置的从动带轮的轮轴固接,从而由从动带轮的轮轴带动转动连接在拇指基座上。
有益效果:本实用新型机械手五指的弯曲和大拇指在手掌基座所在平面内的转动是通过双个电机欠驱动和相应的传动***实现的,简化了整个机械手的控制***,降低了造价及机械手的重量,增加了机械手的灵活性,提高了抓取的可靠性。
本实用新型的四关节手指运用连杆传动,具有多自由度,多运动链协调的特点,能够弯曲自如,大大提高了柔顺度,对不同大小、不同形状的物体具有自适应性,提高了抓取的稳定性和灵活性,适用于多种场合,可安装在现有的多自由度云台上,方便二次开发,制造和安装成本低,适应市场需求。将机械手常用的食指和中指设计为四关节手指,无名指、小拇指和大拇指设计为三关节手指,便于机械手抓取物体。
附图说明
图1为本实用新型机械手手背的俯视图。
图2为本实用新型机械手手掌的俯视图。
图3为本实用新型机械手四关节手指的结构示意图。
图4为本实用新型机械手的整体结构示意图。
附图标记为:1、指端关节,2、柔顺关节,3、指中关节,4、指根关节,5、指端连杆,6、指根连杆,7、拇指基座,8、驱动杆Ⅰ,9、传动杆,10、驱动杆Ⅱ,11、滑块,12、转盘,13、带轮Ⅰ,14、带轮Ⅱ,15、带轮Ⅲ,16、带轮Ⅳ,17、连杆,18、导向杆,19、从动带轮,20、主动带轮,21、弹簧,22、基座连杆,23、驱动杆支架,24、电机Ⅰ,25、电机Ⅱ。
具体实施方式
如图1、图2所示,一种欠驱动高柔顺机械手,包括一个手掌基座和设置在手掌基座上的五个手指,各个手指均包括若干手指关节和铰接在手指关节上的手指连杆,手掌基座上设有一套驱动机构Ⅰ,用于驱动大拇指在手掌基座所在平面内的转动和除大拇指外的四指的弯曲,驱动机构Ⅰ包括由电机Ⅰ24同轴驱动的转盘12、带轮Ⅰ13和带轮Ⅱ14,带轮Ⅰ13皮带连接一个带轮Ⅲ15,带轮Ⅲ15的轮轴上连接一个连杆机构Ⅰ,连杆机构Ⅰ与除大拇指外的其中两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲;带轮Ⅱ14皮带连接一个带轮Ⅳ16,带轮Ⅳ16与大拇指的拇指基座7固接,以使拇指基座7及整个大拇指手指在带轮Ⅳ16的带动下能够在手掌基座所在的平面内转动,拇指基座7上设置有用于驱动大拇指手指弯曲的驱动机构Ⅱ;转盘12的转动带动曲柄滑块机构的滑块11在手掌基座上滑动,滑块11上连接有连杆机构Ⅱ,连杆机构Ⅱ与另外两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲。
具体实施中,机械手的食指和中指为四关节手指,无名指、小拇指和大拇指为三关节手指,大拇指的三关节手指通过拇指基座设置在手掌基座上。
如图3所示,食指和中指的四关节手指包括依次铰接的指端关节1、柔顺关节2、指中关节3和指根关节4,其中,指中关节3的杆身与指根关节4的一端铰接,指根关节4的另一端铰接在机械手的手掌基座上,与柔顺关节2铰接的指端关节1的一端和指中关节3的一端分别与指端连杆5的两端铰接,与指中关节3铰接的柔顺关节2的一端和指根关节4的一端分别与指根连杆6的两端铰接,指中关节3和指根关节4之间的杆身上连接有弹簧21,指中关节3在连杆机构Ⅰ驱动下能够绕杆身的铰接点转动,从而驱动食指和中指弯曲以做抓取和放松动作。连杆机构Ⅰ包括一个驱动杆Ⅰ8,驱动杆Ⅰ8的一端固接在带轮Ⅲ15的轮轴上,并由设置在手掌基座上的带轮Ⅲ15的轮轴带动转动连接在手掌基座上,另一端铰接一个传动杆9,传动杆9的另一端通过一个铰轴分别与食指和中指各自的指中关节3的一端铰接(两者指中关节的此端为非铰接有柔顺关节的一端)。其中,指中关节3和指根关节4之间的杆身上连接的弹簧21是为了限制一个自由度,弹簧21的弹性应使得四关节手指在连杆机构Ⅰ驱动下还没有接触到物体时,手指先整体绕带轮Ⅲ15的轮轴转动,当接触到物体后,由于指根关节4被物体挡住不能运动,而随着连杆机构Ⅰ继续施加力,弹簧21伸长,随之指中关节3带动指端连杆5和指根连杆6,使指端关节1绕其与柔顺关节2的铰接点转动,以及柔顺关节2绕其与指中关节3的铰接点转动,随着各关节逐渐与物体接触,各关节依次停止运动,最终将物体抓住。弹簧21的设置还使得机械手的抓握力量适中、可调。
更具体地,手掌基座上固设有两个用于铰接食指和中指的基座连杆22,带轮Ⅲ15的轮轴转动设置在两个基座连杆22之间,轮轴的两端分别与食指和中指各自的指根关节4的一端铰接。
如图4所示,无名指和小拇指的三关节手指包括依次铰接的指端关节1、指中关节3和指根关节4,指根关节4的杆身铰接在手掌基座上,与指中关节3铰接的指端关节1的一端和指根关节4的一端分别与指端连杆5的两端铰接,与指根关节4铰接的指中关节3的一端铰接有指根连杆6,指根连杆6的另一端铰接在手掌基座上,指根关节4在连杆机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动无名指和小拇指弯曲以做抓取和放松动作。所述的连杆机构Ⅱ包括一个驱动杆Ⅱ10,驱动杆Ⅱ10的一端通过一个铰轴分别与无名指和小拇指各自的指根关节4的一端铰接(两者指根关节的此端为非铰接有指中关节的一端),驱动杆Ⅱ10的另一端铰接在滑块11上。
如图1所示,所述的曲柄滑块机构包括一个连杆17、滑块11和设置在手掌基座上的导向杆18,导向杆18可根据需要设置为一个或两个,连杆17的一端铰接在转盘12上,另一端铰接在滑块11上,连杆17与转盘12的铰接位置偏离转盘12的中心点位置,滑块11穿设在导向杆18上,并由转盘12驱动沿导向杆18滑动,从而滑块11的滑动带动驱动杆Ⅱ10运动,进而驱动无名指和小拇指的弯曲。其中,滑块11通过固设在其上面的驱动杆支架23铰接驱动杆Ⅱ10的一端。
大拇指的三关节手指包括依次铰接的指端关节、指中关节和指根关节,指根关节的杆身铰接在大拇指的拇指基座上,与指中关节铰接的指端关节的一端和指根关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指根关节铰接的指中关节的一端铰接有指根连杆,指根连杆的另一端铰接在拇指基座上,指根关节在驱动机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动大拇指手指弯曲以做抓取和放松动作。如图2所示,所述的驱动机构Ⅱ包括皮带传动的从动带轮19和主动带轮20,主动带轮20由设置在拇指基座7上的电机Ⅱ25带动转动,指根关节4的杆身与拇指基座7上设置的从动带轮19的轮轴固接,从而由从动带轮19的轮轴带动转动连接在拇指基座7上。
本实用新型机械手在工作过程中,电机Ⅱ25只控制大拇指手指的弯曲,电机Ⅰ24控制除大拇指外四指的弯曲和大拇指的整体转动,通过控制电机Ⅱ25和电机Ⅰ24的正转和反转,来实现机械手对物体的抓取动作和放松动作。

Claims (8)

1.一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:包括一个手掌基座和设置在手掌基座上的五个手指,各个手指均包括若干手指关节和铰接在手指关节上的手指连杆,手掌基座上设有一套驱动机构Ⅰ,用于驱动大拇指在手掌基座所在平面内的转动和除大拇指外的四指的弯曲,驱动机构Ⅰ包括由电机Ⅰ同轴驱动的转盘、带轮Ⅰ和带轮Ⅱ,带轮Ⅰ皮带连接一个带轮Ⅲ,带轮Ⅲ的轮轴上连接一个连杆机构Ⅰ,连杆机构Ⅰ与除大拇指外的其中两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲;带轮Ⅱ皮带连接一个带轮Ⅳ,带轮Ⅳ与大拇指的拇指基座固接,以使拇指基座及整个大拇指手指在带轮Ⅳ的带动下能够在手掌基座所在的平面内转动,拇指基座上设置有用于驱动大拇指手指弯曲的驱动机构Ⅱ;转盘的转动带动曲柄滑块机构的滑块在手掌基座上滑动,滑块上连接有连杆机构Ⅱ,连杆机构Ⅱ与另外两个手指相连接以驱动相应手指的弯曲。
2.如权利要求1所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:该机械手的食指和中指为四关节手指,四关节手指包括依次铰接的指端关节、柔顺关节、指中关节和指根关节,其中,指中关节的杆身与指根关节的一端铰接,指根关节的另一端铰接在机械手的手掌基座上,与柔顺关节铰接的指端关节的一端和指中关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指中关节铰接的柔顺关节的一端和指根关节的一端分别与指根连杆的两端铰接,指中关节和指根关节之间的杆身上连接有弹簧,指中关节在连杆机构Ⅰ驱动下能够绕杆身的铰接点转动,从而驱动食指和中指弯曲以做抓取和放松动作。
3.如权利要求1或2所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:所述的连杆机构Ⅰ包括一个驱动杆Ⅰ,驱动杆Ⅰ的一端固接在带轮Ⅲ的轮轴上,并由设置在手掌基座上的带轮Ⅲ的轮轴带动转动连接在手掌基座上,另一端铰接一个传动杆,传动杆的另一端通过一个铰轴分别与食指和中指各自的指中关节的一端铰接。
4.如权利要求1所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:该机械手的无名指和小拇指为三关节手指,三关节手指包括依次铰接的指端关节、指中关节和指根关节,指根关节的杆身铰接在手掌基座上,与指中关节铰接的指端关节的一端和指根关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指根关节铰接的指中关节的一端铰接有指根连杆,指根连杆的另一端铰接在手掌基座上,指根关节在连杆机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动无名指和小拇指弯曲以做抓取和放松动作。
5.如权利要求1或4所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:所述的连杆机构Ⅱ包括一个驱动杆Ⅱ,驱动杆Ⅱ的一端通过一个铰轴分别与无名指和小拇指各自的指根关节的一端铰接,驱动杆Ⅱ的另一端铰接在滑块上。
6.如权利要求1或4所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:所述的曲柄滑块机构包括一个连杆、滑块和设置在手掌基座上的导向杆,连杆的一端铰接在转盘上,另一端铰接在滑块上,滑块穿设在导向杆上,并由转盘驱动沿导向杆滑动。
7.如权利要求1所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:该机械手的大拇指为三关节手指,三关节手指包括依次铰接的指端关节、指中关节和指根关节,指根关节的杆身铰接在大拇指的拇指基座上,与指中关节铰接的指端关节的一端和指根关节的一端分别与指端连杆的两端铰接,与指根关节铰接的指中关节的一端铰接有指根连杆,指根连杆的另一端铰接在拇指基座上,指根关节在驱动机构Ⅱ驱动下绕杆身的铰接点转动,从而驱动大拇指手指弯曲以做抓取和放松动作。
8.如权利要求1或7所述的一种欠驱动高柔顺机械手,其特征在于:所述的驱动机构Ⅱ包括皮带传动的从动带轮和主动带轮,主动带轮由设置在拇指基座上的电机Ⅱ带动转动,指根关节的杆身与拇指基座上设置的从动带轮的轮轴固接,从而由从动带轮的轮轴带动转动连接在拇指基座上。
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