CN221135902U - 机器人及其机械手 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种机器人及其机械手，其中，机械手手掌、大拇指以及转向机构，所述大拇指包括连接端和自由端；所述转向机构设在所述手掌上与所述连接端连接，并能够带动所述大拇指在平行于所述手掌方向上转动和/或带动所述自由端在垂直于所述手掌方向上转动。本申请实施例提供的机械手通过转向机构带动大拇指在多个方向上进行灵巧的运动，达到真正仿人手的效果，提升机械手的物品抓取效率和抓取成功率。

Description

机器人及其机械手

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人及其机械手。

背景技术

随着科技的发展，机器人在人类生活中的使用越来越普及，为了得到更好的使用体验，应尽可能的使机器人具有仿人特性。一款好的机器人应该做到全方位仿人，而手作为人体的重要肢体结构，尤其是拇指结构是否灵巧直接关系到机器人的使用体验。

现阶段的机械手或者仿生手的手指只能在一个方向上做弯曲或展开的运动，这与人的手指特别是拇指运动显然有较大差别，不仅会影响对物品的抓取效率，有时候也会导致物品抓取失败。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本申请实施例，以便提供一种解决上述问题或至少部分地解决上述问题的机器人及其机械手。

第一方面，本申请实施例提供了一种机械手，其包括：

手掌；

大拇指，包括连接端和自由端；

转向机构，设在所述手掌上与所述连接端连接，并能够带动所述大拇指在平行于所述手掌方向上转动和/或带动所述自由端在垂直于所述手掌方向上转动。

进一步地，所述转向机构包括电机组和齿轮组，所述齿轮组与所述连接端连接，所述齿轮组通过所述电机组转动带动所述自由端转动。

进一步地，所述齿轮组包括第一主动齿轮、第二主动齿轮以及从动齿轮，所述电机组包括第一电机和第二电机；

所述从动齿轮连接在所述连接端下方，所述第一主动齿轮以及所述第二主动齿轮分居于所述从动齿轮的相对两侧并分别与所述从动齿轮啮合；

所述第一电机用于带动所述第一主动齿轮转动，所述第二电机用于带动所述第二主动齿轮转动。

进一步地，所述转向机构还包括T形连接轴，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮相对的转动套接在所述T形连接轴的横轴上，所述从动齿轮转动套接在所述T形连接轴的纵轴上，通过设置所述T形连接轴，能够实现所述大拇指绕纵轴转动，以及所述大拇指连通连接轴一起围绕横轴的轴线转动，进而使得所述大拇指实现多自由度运动。

进一步地，所述转向机构还包括第一支撑座和第二支撑座，所述第一支撑座和所述第二支撑座设在所述手掌上，所述横轴的两端分别转动连接于所述第一支撑座和第二支撑座。

进一步地，所述第一主动齿轮、第二主动齿轮以及从动齿轮均为锥齿轮；

所述齿轮组还包括第一传动齿轮和第二传动齿轮；

所述第一传动齿轮同轴心的固定在所述第一主动齿轮背离所述第二主动齿轮一面；

所述第二传动齿轮同轴心的固定在所述第二主动齿轮背离所述第一主动齿轮一面；

所述第一电机通过所述第一传动齿轮带动所述第一主动齿轮转动，所述第二电机通过所述第二传动齿轮带动所述第二主动齿轮转动。

进一步地，所述齿轮组还包括第三传动齿轮和第四传动齿轮；

所述第三传动齿轮连接在所述第一电机的输出轴并与所述第一传动齿轮传动连接，所述第四传动齿轮连接在所述第二电机的输出轴并与所述第二传动齿轮传动连接。

进一步地，所述第一电机与第二电机横卧设置在所述手掌上或所述手掌内部，以此来降低所述机械手的厚度，进而提升所述机械手的灵活性。

进一步地，还包括若干手指，若干所述手指并排安装于所述手掌的前端，所述大拇指与转向机构安装于所述手掌顶部偏离中心线的一侧，所述大拇指内设有驱使其向所述手指的方向弯曲的驱动机构，所述手指内设有驱使其向所述大拇指的方向弯曲的驱动机构，从而实现所述机械手在形状上和动作上的仿人效果。

第二方面，本申请实施例还提供了一种机器人，所述运输机器人包括以上第一方面中的任意一项所述的机械手。

本申请实施例提供的技术方案中，其机械手包括手掌、大拇指以及转向机构，大拇指包括连接端和自由端，转向机构设在手掌上并与连接端连接，转向机构能够带动自由端在平行于手掌方向上转动和/或带动自由端在垂直于手掌方向上转动，其机械手通过转向机构带动大拇指在多个方向上进行灵巧的运动，达到真正仿人手的效果，提升机械手的物品抓取效率和抓取成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请实施例的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种机械手的一立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种机械手的大拇指与转向机构连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种机械手的一剖面结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种机械手的一侧面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种机械手的又一侧面结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，若出现术语“第一”、“第二”等，则“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、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至少一个该特征。另外，若全文中出现“和/或”，则其含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

请参考图1，为本实用新型实施例提供的一种机械手的一立体结构示意图，所述机械手包括手掌10、大拇指20以及转向机构30。

其中，所述大拇指20包括连接端210和自由端220；所述转向机构30设在所述手掌10上与所述连接端210连接，并能够带动所述大拇指20在平行于所述手掌10方向上转动和/或带动所述自由端220在垂直于所述手掌10方向上转动。具体的，该转向机构30具有第一工作状态、第二工作状态以及第三工作状态，当转向机构30处于第一工作状态时，大拇指20在平行于所述手掌10方向上转动；当转向机构30处于第二工作状态时，大拇指20在垂直于所述手掌10方向上转动；当转向机构30处于第三工作状态时，大拇指20做复合转动，复合转动是平行于手掌方向转动以及垂直于手掌方向转动这两种转动的合成。

具体地，所述手掌10的形状和人体手掌的形状相同或者相似；所述大拇指20连接在所述手掌10上，其是由至少两根相互连接的指关节构成，在这里将连接于所述手掌10的一端为所述连接端210，远离所述手掌10的一端为所述自由端220，所述自由端220类似于人体大拇指的指尖，而所述连接端210类似于人体大拇指的指根；所述转向机构30设在所述手掌10上，其可以是稍稍凸出于所述手掌10平面或者镶嵌于所述手掌10平面内，所述连接端210连接在所述转向机构30的上。

所述转向机构30能够带动所述大拇指20围绕其所述连接端210在平行于所述手掌10方向上转动，使得所述自由端220可以从所述手掌10的一侧到所述手掌10的另一侧往复运动，如图中箭头X所示的方向；同时所述转向机构30还能够带动所述大拇指20围绕其所述连接端210在垂直于所述手掌10方向上转动，使得所述自由端220可以从接触到所述手掌10所在的平面到远离所述手掌10所在的平面上运动，如图中箭头Z所示的方向；在这里，需要指出的是所述转向机构30可以带动所述大拇指20单独做箭头X方向上的运动，也可以带动所述大拇指20单独做箭头Z方向上的运动，还可以带动所述大拇指20同时做箭头X方向和箭头Z方向上的运动，这里即箭头X和箭头Z的合成方向上的运动。

在本实施例中，通过所述转向机构30的带动使得所述大拇指20可以在以上多个方向上进行灵巧的运动，进而达到模仿真人大拇指的运动效果，增加所述机械手的灵活性，提升机械手的物品抓取效率和抓取成功率。

进一步地，请结合图2-5，在本实用新型其他较佳的实施例中，所述转向机构30包括电机组310和齿轮组320，所述齿轮组320与所述连接端210连接，所述齿轮组320通过所述电机组310转动带动所述自由端220转动。

所述电机组310包括多个驱动电机，所述齿轮组320包括多个齿轮，所述齿轮与所述驱动电机之间通过传动组件带动，使得在所述驱动电机的带动下所述齿轮转动，进而带动所述大拇指20的所述自由端220可以围绕所述连接端210进行转动。

更进一步地，所述齿轮组包320括第一主动齿轮3201、第二主动齿轮3202以及从动齿轮3203，所述电机组310包括第一电机3101和第二电机3102；

所述从动齿轮3203连接在所述连接端210下方，所述第一主动齿轮3201以及所述第二主动齿轮3202分居于所述从动齿轮3203的相对两侧并分别与所述从动齿轮3203啮合；

所述第一电机3101用于带动所述第一主动齿轮3201转动，所述第二电机3102用于带动所述第二主动齿轮3202转动。

具体地，所述从动齿轮3203平行于所述手掌10所在的平面设在所述连接端210的下方，并与所述连接端210固定连接，所述第一主动齿轮3201以及所述第二主动齿轮3202垂直于所述手掌10所在的平面设置在所述从动齿轮3203的两侧，且所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202分别于所述从动齿轮3203的相对两侧啮合，使得所述第一主动齿轮3201、所述第二主动齿轮3202以及所述从动齿轮3203构成一个倒置的U形结构。在这里，为了保证所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202分别于所述从动齿轮3203的相对两侧进行啮合，所述第一主动齿轮3201、所述第二主动齿轮3202以及所述从动齿轮3203上的凸齿并不是朝向轮体的正外周方向，而是向轮体的一侧倾斜，具体地，所述第一主动齿轮3201上的凸齿朝上且朝向所述第二主动齿轮3202方向倾斜，所述第二主动齿轮3202上的凸齿朝上且朝向所述第一主动齿轮3201方向倾斜，而所述从动齿轮3203上的凸齿朝下且朝向所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202方向倾斜，以此保证所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202分别于所述从动齿轮3203的相对两侧具有较好的啮合关系。

所述第一电机3101和所述第二电机3102均设置在所述手掌10上，其中，所述第一电机3101用于带动所述第一主动齿轮3201转动，所述第二电机3102用于带动所述第二主动齿轮3202转动，通过所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202带动所述从动齿轮3203转动，进而使得所述从动齿轮3203带动所述大拇指20转动。

另外，所述转向机构30还包括T形连接轴330，所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202相对的转动套接在所述T形连接轴330的横轴3301上，所述从动齿轮3303转动套接在所述T形连接轴330的纵轴3302上。

具体地，所述横轴3301与所述纵轴3302连接构成所述T形连接轴330，所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202分别相对的转动套接在所述纵轴3302两侧的所述横轴3301上，而所述从动齿轮3203转动套接在所述纵轴3302远离所述横轴3301的端部上，通过设置所述T形连接轴330，能够实现所述大拇指20绕所述纵轴3302转动，以及所述大拇指20连通连接轴一起围绕横轴3301的轴线转动，进而使得所述大拇指20实现多自由度运动。

在本实用新型其他较佳的实施例中，所述第一主动齿轮3201、所述第二主动齿轮3202以及所述从动齿轮3203的内部均设有轴承340，所述轴承340的内圈套接在所述T形连接轴330上，依此来保证所述第一主动齿轮3201、所述第二主动齿轮3202以及所述从动齿轮3203在所述T形连接轴330上转动时的顺滑度。

进一步地，所述转向机构还包括第一支撑座350和第二支撑座360，所述第一支撑座350和所述第二支撑座360设在所述手掌10上，所述横轴3301的两端分别转动连接于所述第一支撑座350和第二支撑座360。

具体地，所述第一支撑座350和所述第二支撑座360设在所述横轴3301两端的所述手掌10上，用于对所述T形连接轴330起到支撑作用，所述横轴3301能够在所述第一支撑座350和所述第二支撑座360内转动。

更进一步地，为了所述横轴3301在所述第一支撑座350和所述第二支撑座360内转动的顺滑度，所述第一支撑座350和所述第二支撑座360内也会设置所述轴承340，所述轴承340的内圈套接在所述横轴3301的两端。

在工作时，所述第一电机3101和所述第二电机3102分别直接或者间接带动所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202转动，当所述第一电机3101和所述第二电机3102的转动方向相同且转速也相同时，所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202对所述从动齿轮3203的两侧施加驱动力，使得所述从动齿轮3203带动所述纵轴3302和所述连接端210倾斜，即带动所述大拇指20在箭头Z方向上转动，此时所述转向机构30处于上述的第二工作状态；当所述第一电机3101和所述第二电机3102的转动方向相反且转速相同时，所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202会带动所述从动齿轮3203转动，而所述从动齿轮3203会进一步的带动所述连接端210转动，即使得所述大拇指20在箭头X方向上围绕着所述连接端转动，此时所述T形连接轴330是不动的，此时所述转向机构30处于上述的第一工作状态；当所述第一电机3101和所述第二电机3102的转动方向相同但转速不相同，或者转动方向相反但转速不相同时，即两个电机的转速不相同时，由于所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202均与所述从动齿轮3203啮合，三者欲具有相同的转速，此时所述T形连接轴330的所述横轴3301会转动带动所述纵轴3302倾斜(箭头Z方向转动)以及所述从动齿轮3203转动带动所述连接端210转动(箭头X方向转动)，进而使得所述大拇指20朝着箭头Z方向和箭头X方向的合成方向进行转动，此时所述转向机构30处于上述的第三工作状态时。

进一步地，所述第一主动齿轮3201、第二主动齿轮3202以及从动齿轮3203均为锥齿轮，这里通过锥齿轮的结构设计，所述第一主动齿轮3201上的凸齿朝上且朝向所述第二主动齿轮3202方向倾斜，所述第二主动齿轮3202上的凸齿朝上且朝向所述第一主动齿轮3201方向倾斜，而所述从动齿轮3203上的凸齿朝下且朝向所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202方向倾斜，以此保证所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202分别于所述从动齿轮3203的相对两侧具有较好的啮合关系。

所述齿轮组320还包括第一传动齿轮3205和第二传动齿轮3206；

所述第一传动齿轮3205同轴心的固定在所述第一主动齿轮3201背离所述第二主动齿轮3202一面；

所述第二传动齿轮3026同轴心的固定在所述第二主动齿轮3202背离所述第一主动齿轮3201一面；

所述第一电机3101通过所述第一传动齿轮3205带动所述第一主动齿轮3201转动，所述第二电机3102通过所述第二传动齿轮3206带动所述第二主动齿轮3202转动。

在这里，由于所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202的凸齿要与所述从动齿轮3203的凸齿啮合，为了方便所述第一电机3101和所述第二电机3102带动所述第一主动齿轮3201和所述第二主动齿轮3202转动，引入所述第一传动齿轮3205和所述第二传动齿轮3206。具体地，所述第一传动齿轮3205和所述第二传动齿轮3206内部均设有所述轴承340，所述轴承340的内圈套接在所述横轴3301上，且所述第一传动齿轮3205与所述第一主动齿轮3201同轴心固定连接，所述第二传动齿轮3026与所述第二主动齿轮3202同轴心固定连接。

更进一步地，所述齿轮组320还包括第三传动齿轮3207和第四传动齿轮3208；

所述第三传动齿轮3207连接在所述第一电机3101的输出轴并与所述第一传动齿轮3205传动连接，所述第四传动齿轮3208连接在所述第二电机3102的输出轴并与所述第二传动齿轮3206传动连接。

在这里，所述第三传动齿轮3207和所述第四传动齿轮3208均为设置在电机输出轴上的齿轮，其用于将电机输出的驱动力向外传输。具体为，所述第一电机3101通过所述第三传动齿轮3207将其驱动力传输至所述第一传动齿轮3205，所述第二电机3102通过所述第四传动齿轮3208将其驱动力传输至所述第二传动齿轮3206。

另外，所述第一电机3101与第二电机3102横卧设置在所述手掌10上或所述手掌10内部，具体地，所述第一电机3101与所述第二电机3102转动轴的轴线方向与所述手掌10所在平面是平行的，即所述第一电机3101与所述第二电机3102可以是横卧镶嵌在所述手掌10内，或者是横卧但其局部凸出于所述手掌10的平面，这样可以最大程度的降低所述机械手的厚度，从而提升所述机械手的灵活性。

进一步地，在本实用新型其他较佳的实施例中，所述齿轮组320还包括第五传动齿轮3209，所述第一电机3101设在所述齿轮组320的前方，所述第二电机3102设在所述齿轮组320的侧面；

所述第五传动齿轮3209设在所述第一传动齿轮3205和所述第三传动齿轮3207之间并分别与两者啮合，所述第四传动齿轮3208与所述第二传动齿轮3206啮合。

在这里，由于所述机械手仿人的特性，所述大拇指20会设置在所述手掌10的一侧，即左手的所述大拇指20会设置在所述手掌10的左侧，右手的所述大拇指20会设置在所述手掌10的右侧，同时为了避免所述电机组310和所述齿轮组320的部件堆叠造成所述手掌10厚度变大，所述电机组310和所述齿轮组320的各部件会平铺设置，即所述第一电机3101设在所述齿轮组320的前方，而所述第二电机3102设在所述齿轮组320的侧面，此时所述第一传动齿轮3205和所述第三传动齿轮3207之间的距离较大，避免使用大直径齿轮而造成所述手掌10厚度变大，特此引进所述第五传动齿轮3209，所述第五传动齿轮3209设在所述第一传动齿轮3205和所述第三传动齿轮3207之间的所述手掌10上，且所述第五传动齿轮3209的前后两侧分别与所述第一传动齿轮3205和所述第三传动齿轮3207啮合。

进一步地，所述转向机构还包括第三支撑座370，所述第三支撑座370设在所述手掌10上并与所述第五传动齿轮3209连接。

具体地，所述第三支撑座370设在所述第五传动齿轮3209一侧的所述手掌上，所述第五传动齿轮3209通过连接轴连接在所述第三支撑座370上，所述第五传动齿轮3209能够相对于所述第三支撑座370转动，所述第三支撑座370对所述第五传动齿轮3209起到支撑作用。

更进一步地，在所述第三支撑座370内还设有所述轴承340，所述轴承340的内圈套接在所述第五传动齿轮3209的连接轴上，以此保证所述第五传动齿轮3209相对于所述第三支撑座370转动时的顺畅度。

另外，在本实用新型其他较佳的实施例中，所述机械手还包括若干手指40，若干所述手指40并排安装于所述手掌10的前端，所述大拇指20与转向机构30安装于所述手掌10顶部偏离中心线的一侧，所述大拇指20内设有驱使其向所述手指40的方向弯曲的驱动机构(图中未示出)，所述手指40内设有驱使其向所述大拇指20的方向弯曲的驱动机构(图中未示出)。

在这里，并不对若干所述手指40的个数进行具体的限定，一般情况下其是四根，其长度并不完全相同，若干所述手指40安装在所述手掌10的前端，所述大拇指20安装于所述手掌10的侧边并伸向所述手掌10的前端，所述大拇指20和所述手指40内均设有驱动机构，所述驱动机构可以驱使所述大拇指20和所述手指40向彼此方向弯曲，从而实现所述机械手在形状上和动作上的仿人效果。另外，本实用新型实施例还提供了一种机器人，其包括以上实施例中的任一种机械手，对于所述机械手的具体结构和所能达到的技术效果请参见以上实施例的描述，在此不予赘述。所述机器人的其他结构以及连接关系，对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，包括：

手掌；

大拇指，包括连接端和自由端；

转向机构，设在所述手掌上与所述连接端连接，并能够带动所述大拇指在平行于所述手掌方向上转动和/或带动所述自由端在垂直于所述手掌方向上转动。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述转向机构包括电机组和齿轮组，所述齿轮组与所述连接端连接，所述齿轮组通过所述电机组转动带动所述自由端转动。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述齿轮组包括第一主动齿轮、第二主动齿轮以及从动齿轮，所述电机组包括第一电机和第二电机；

所述从动齿轮连接在所述连接端下方，所述第一主动齿轮以及所述第二主动齿轮分居于所述从动齿轮的相对两侧并分别与所述从动齿轮啮合；

所述第一电机用于带动所述第一主动齿轮转动，所述第二电机用于带动所述第二主动齿轮转动。

4.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于，所述转向机构还包括T形连接轴，所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮相对的转动套接在所述T形连接轴的横轴上，所述从动齿轮转动套接在所述T形连接轴的纵轴上。

5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于，所述转向机构还包括第一支撑座和第二支撑座，所述第一支撑座和所述第二支撑座设在所述手掌上，所述横轴的两端分别转动连接于所述第一支撑座和第二支撑座。

6.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于，

所述第一主动齿轮、第二主动齿轮以及从动齿轮均为锥齿轮；

所述齿轮组还包括第一传动齿轮和第二传动齿轮；

所述第一传动齿轮同轴心的固定在所述第一主动齿轮背离所述第二主动齿轮一面；

所述第二传动齿轮同轴心的固定在所述第二主动齿轮背离所述第一主动齿轮一面；

所述第一电机通过所述第一传动齿轮带动所述第一主动齿轮转动，所述第二电机通过所述第二传动齿轮带动所述第二主动齿轮转动。

7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于，所述齿轮组还包括第三传动齿轮和第四传动齿轮；

所述第三传动齿轮连接在所述第一电机的输出轴并与所述第一传动齿轮传动连接，所述第四传动齿轮连接在所述第二电机的输出轴并与所述第二传动齿轮传动连接。

8.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于，所述第一电机与第二电机横卧设置在所述手掌上或所述手掌内部。

9.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，还包括若干手指，若干所述手指并排安装于所述手掌的前端，所述大拇指与转向机构安装于所述手掌顶部偏离中心线的一侧，所述大拇指内设有驱使其向所述手指的方向弯曲的驱动机构，所述手指内设有驱使其向所述大拇指的方向弯曲的驱动机构。

10.一种机器人，其特征在于，包括根据权利要求1-9任意一项所述的机械手。