一种仿人机械手的制作方法
一种仿人机械手的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种仿人机械手，包括臂部和掌部，以及拇指、食指、中指、无名指和小指，食指、中指、无名指和小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、近指节、中指节、远指节以及第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中直接，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行；所述拇指结构与其他手指类似。通过步进电机卷绕和释放拉绳来驱动各个指节，关节柔性较好；由于拇指可以相对于掌部转动，掌部也可以相对于臂部转动，更接近人手的运动模式。
【专利说明】一种仿人机械手
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种仿生机械，尤其是一种仿人机械手。
【背景技术】
[0002]仿生机械手臂是机械制造与自动化领域机器人方向的研究热点。在康复辅助机器人、服务机器人、仿生机械等应用领域具有广阔的应用前景。目前仿生机械手臂以电机驱动齿轮活动为主，在关节柔性、动态刚度和能量密度等方面都难以满足使用要求。
[0003]中国实用新型专利ZL201320473490.8公开了一种仿生机械手臂，包括输出机构及驱动机构，输出机构包括手掌和手指，手指包括铰链机构的远指关节、中指关节及近指关节，驱动机构为手臂，包括骨架和SMA弹簧组，每根手指对应一组SMA弹簧组，每组SMA弹簧组中的各SMA弹簧通过连接线串联，连接线的一端与骨架固接，另一端连接设置复位条，复位条纵穿手指内部且与对应铰链轴紧贴，复位条的另一端与指尖固定连接。该仿生机械手臂通过SMA弹簧组来驱动手指关节的运动，关键柔性较好，但也由于该仿生机械手臂采用弹簧来驱动手指关节，且弹簧长度较长，手指关节的动作可能存在延迟，反应不够灵敏。此夕卜，该仿生机械手臂手掌与手臂之间不能相互转动，拇指与其他四指功能相识，能够实现的动作相对较少，仍有进一步改进的空间。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种关节柔性较好、能够实现的动作较多的仿生机械手。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种仿人机械手，包括臂部和安装在所述臂部上的掌部，以及设置在所述掌部上的姆指、食指、中指、无名指和小指；
[0007]所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、固定在所述掌部上的近指节、可转动连接在所述近指节上的中指节、可转动连接在所述中指节上的远指节以及安装在所述掌部内部的第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中指节，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行；
[0008]所述拇指包括第二拉绳、固定在所述掌部的第一伺服电机、安装在所述第一伺服电机转轴上的第一指节，可转动连接在所述第一指节上的第二指节、可转动连接在所述第二指节上的第三指节以及安装在所述掌部内部的第二步进电机，所述第二拉绳一端固定在所述第二步进电机的转轴上，并可在所述第二步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述第一指节和所述第二指节，并固定在所述第三指节未与所述第二指节连接的一端上，所述第一指节与所述第二指节之间的转动轴和所述第二指节与所述第三指节之间的转动轴相互平行；
[0009]还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一伺服电机、所述第一步进电机以及所述第二步进电机的工作时序。
[0010]作为本实用新型的一种改进，所述臂部上安装有第二伺服电机，所述掌部安装在所述第二伺服电机的转轴上。
[0011]作为本实用新型的一种改进，所述第三指节和/或所述远指节上设置有橡皮套。
[0012]作为本实用新型的一种改进，所述拉绳为尼龙绳或弹簧绳。
[0013]采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果:
[0014]1、通过步进电机卷绕和释放拉绳来驱动各个指节，各个手指的关节柔性较好；同时，由于拇指可以相对于掌部转动，掌部也可以相对于臂部转动，整个仿人机械手较为灵活，能够实现的动作较多，更接近人手的运动模式，可以满足各种需求。
[0015]2、本实用新型的仿人机械手除了拇指以外的四个手指都采用相同的结构，可以进行模块化生产，制造成本较低。
[0016]3、本实用新型的仿人机械手每个手指都有独立的驱动电机，拇指与掌部的转动以及掌部与臂部的转动也有独立的驱动电机，各个电机在控制系统的控制下独立工作或相互配合工作，能够实现的动作相对较多。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型仿人机械手的结构示意图。
[0018]图中对应标示如下:
[0019]10-臂部；11-第二伺服电机；
[0020]20-掌部；30-拇指；
[0021]31-第二拉绳；32-第一伺服电机；
[0022]33-第一指节；34-第二指节；
[0023]35-第二指节；36-第_■步进电机；
[0024]40-食指；41-第一拉绳；
[0025]42-近指节；43-中指节；
[0026]44-远指节；45-第一步进电机；
[0027]50-中指；60-无名指；
[0028]70-小指。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0030]如图1所示，本实施例提供的仿人机械手，包括臂部10和安装在臂部10上的掌部20，以及设置在掌部20上的拇指30、食指40、中指50、无名指60和小指70，拇指30、食指40、中指50、无名指60和小指70仿造人手的位置放置在掌部20上，掌部20也是仿造人手掌的形状进行设计的，其内部具有可以放置各种电机和电子元件的空腔。
[0031]臂部10与掌部20之间同样是仿照人手臂与手掌的位置关系设置的，臂部10上安装有第二伺服电机11，掌部20安装在第二伺服电机11的转轴上，这样掌部20可以在臂部10上转动，使得整个机械手活动范围更广。需要说明的是，伺服电机也称为舵机，在本实施例中使用的是辉盛9G伺服电机。
[0032]食指40、中指50、无名指60和小指70依次排列且结构相同，为了表述方便，在本实施例中以食指40为例对在同一结构进行说明，不再对中指50、无名指60和小指70的结构进行重复描述。食指40包括第一拉绳41、固定在掌部20上的近指节42、可转动连接在近指节42上的中指节43、可转动连接在中指节43上的远指节44以及安装在掌部20内部的第一步进电机45，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，力口上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。此外，第一拉绳41优选为尼龙绳或弹性绳。本实施例中采用第一步进电机45的型号为28BYJ-48。
[0033]由于食指40、中指50、无名指60和小指70的结构相同，可以进行模块化生产。
[0034]在食指40中，第一拉绳41 一端固定在第一步进电机45的转轴上，并可在第一步进电机45的转轴上卷绕，另一端依次穿过近指节42和中指节43，并固定在远指节44未与中指节43连接的一端上，远指节44与中指节43之间可转动连接的转动轴和中指节43与近指节42之间的可转动连接的转动轴相互平行，这样，通过第一步进电机45的转动，将第一拉绳41卷绕在第一步进电机45的转轴上，进而拉动食指40进行弯曲动作，同样的，当第一步进电机45反转时,第一拉绳41被释放,远指节44不受拉力，恢复到自然状态。
[0035]拇指30包括第二拉绳31、固定在掌部20的第一伺服电机32、安装在第一伺服电机32转轴上的第一指节33，可转动连接在第一指节33上的第二指节34、可转动连接在第二指节34上的第三指节35以及安装在掌部20内部的第二步进电机36，第二步进电机36可以使用与第一步进电机45相同的步进电机。当然，第二步进电机36也可以安装在第一指节33内部。第一伺服电机32可以是与第二伺服电机11相同的伺服电机，第二拉绳31优选为尼龙绳或弹性绳，其一端固定在第二步进电机36的转轴上，并可在第二步进电机36的转轴上卷绕，另一端依次穿过第一指节33和第二指节34，并固定在第三指节35未与第二指节34连接的一端上，第一指节34与第二指节35之间可转动连接的转动轴和第二指节35与第三指节36之间可转动连接的转动轴相互平行。这样，通过第二步进电机36的转动，将第二拉绳31卷绕在第二步进电机36的转轴上，进而拉动拇指30各个关节进行弯曲动作，同样的，当第二步进电机36反转时,第二拉绳31被释放,远指节44不受拉力，恢复到自然状态。同时，第一伺服电机32可以驱动拇指30在掌部20上转动，从而使得拇指30可以实现更多的动作。
[0036]为了让放人机械手更接近人手，本实施例在第三指节35和/或远指节44上设置有橡皮套，橡皮套所起的作用类似与人体的皮肤。
[0037]本实施例的仿人机械手还包括控制系统，控制系统控制第一伺服电机32、第二伺服电机11、第一步进电机45以及第二步进电机36的工作时序。
[0038]上面结合附图对本实用新型做了详细的说明，但是本实用新型的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本实用新型做出各种变形，如在所有的指节上都设置橡皮套等，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种仿人机械手，包括臂部和安装在所述臂部上的掌部，以及设置在所述掌部上的拇指、食指、中指、无名指和小指，其特征在于， 所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、固定在所述掌部上的近指节、可转动连接在所述近指节上的中指节、可转动连接在所述中指节上的远指节以及安装在所述掌部内部的第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中指节，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行； 所述拇指包括第二拉绳、固定在所述掌部的第一伺服电机、安装在所述第一伺服电机转轴上的第一指节，可转动连接在所述第一指节上的第二指节、可转动连接在所述第二指节上的第三指节以及安装在所述掌部内部的第二步进电机，所述第二拉绳一端固定在所述第二步进电机的转轴上，并可在所述第二步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述第一指节和所述第二指节，并固定在所述第三指节未与所述第二指节连接的一端上，所述第一指节与所述第二指节之间的转动轴和所述第二指节与所述第三指节之间的转动轴相互平行； 还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一伺服电机、所述第一步进电机以及所述第二步进电机的工作时序。
2.如权利要求1所述的仿人机械手，其特征在于，所述臂部上安装有第二伺服电机，所述掌部安装在所述第二伺服电机的转轴上。
3.如权利要求1或2所述的仿人机械手，其特征在于，所述第三指节和/或所述远指节上设置有橡皮套。
4.如权利要求1或2所述的仿人机械手，其特征在于，所述拉绳为尼龙绳或弹簧绳。
【文档编号】B25J15/00GK204160479SQ201420557934
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】陈思鑫, 杨利, 汤宝鑫 申请人:福建省泉州市第七中学
【专利摘要】本实用新型提供了一种仿人机械手，包括臂部和掌部，以及拇指、食指、中指、无名指和小指，食指、中指、无名指和小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、近指节、中指节、远指节以及第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中直接，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行；所述拇指结构与其他手指类似。通过步进电机卷绕和释放拉绳来驱动各个指节，关节柔性较好；由于拇指可以相对于掌部转动，掌部也可以相对于臂部转动，更接近人手的运动模式。
【专利说明】一种仿人机械手
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种仿生机械，尤其是一种仿人机械手。
【背景技术】
[0002]仿生机械手臂是机械制造与自动化领域机器人方向的研究热点。在康复辅助机器人、服务机器人、仿生机械等应用领域具有广阔的应用前景。目前仿生机械手臂以电机驱动齿轮活动为主，在关节柔性、动态刚度和能量密度等方面都难以满足使用要求。
[0003]中国实用新型专利ZL201320473490.8公开了一种仿生机械手臂，包括输出机构及驱动机构，输出机构包括手掌和手指，手指包括铰链机构的远指关节、中指关节及近指关节，驱动机构为手臂，包括骨架和SMA弹簧组，每根手指对应一组SMA弹簧组，每组SMA弹簧组中的各SMA弹簧通过连接线串联，连接线的一端与骨架固接，另一端连接设置复位条，复位条纵穿手指内部且与对应铰链轴紧贴，复位条的另一端与指尖固定连接。该仿生机械手臂通过SMA弹簧组来驱动手指关节的运动，关键柔性较好，但也由于该仿生机械手臂采用弹簧来驱动手指关节，且弹簧长度较长，手指关节的动作可能存在延迟，反应不够灵敏。此夕卜，该仿生机械手臂手掌与手臂之间不能相互转动，拇指与其他四指功能相识，能够实现的动作相对较少，仍有进一步改进的空间。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种关节柔性较好、能够实现的动作较多的仿生机械手。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种仿人机械手，包括臂部和安装在所述臂部上的掌部，以及设置在所述掌部上的姆指、食指、中指、无名指和小指；
[0007]所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、固定在所述掌部上的近指节、可转动连接在所述近指节上的中指节、可转动连接在所述中指节上的远指节以及安装在所述掌部内部的第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中指节，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行；
[0008]所述拇指包括第二拉绳、固定在所述掌部的第一伺服电机、安装在所述第一伺服电机转轴上的第一指节，可转动连接在所述第一指节上的第二指节、可转动连接在所述第二指节上的第三指节以及安装在所述掌部内部的第二步进电机，所述第二拉绳一端固定在所述第二步进电机的转轴上，并可在所述第二步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述第一指节和所述第二指节，并固定在所述第三指节未与所述第二指节连接的一端上，所述第一指节与所述第二指节之间的转动轴和所述第二指节与所述第三指节之间的转动轴相互平行；
[0009]还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一伺服电机、所述第一步进电机以及所述第二步进电机的工作时序。
[0010]作为本实用新型的一种改进，所述臂部上安装有第二伺服电机，所述掌部安装在所述第二伺服电机的转轴上。
[0011]作为本实用新型的一种改进，所述第三指节和/或所述远指节上设置有橡皮套。
[0012]作为本实用新型的一种改进，所述拉绳为尼龙绳或弹簧绳。
[0013]采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果:
[0014]1、通过步进电机卷绕和释放拉绳来驱动各个指节，各个手指的关节柔性较好；同时，由于拇指可以相对于掌部转动，掌部也可以相对于臂部转动，整个仿人机械手较为灵活，能够实现的动作较多，更接近人手的运动模式，可以满足各种需求。
[0015]2、本实用新型的仿人机械手除了拇指以外的四个手指都采用相同的结构，可以进行模块化生产，制造成本较低。
[0016]3、本实用新型的仿人机械手每个手指都有独立的驱动电机，拇指与掌部的转动以及掌部与臂部的转动也有独立的驱动电机，各个电机在控制系统的控制下独立工作或相互配合工作，能够实现的动作相对较多。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型仿人机械手的结构示意图。
[0018]图中对应标示如下:
[0019]10-臂部；11-第二伺服电机；
[0020]20-掌部；30-拇指；
[0021]31-第二拉绳；32-第一伺服电机；
[0022]33-第一指节；34-第二指节；
[0023]35-第二指节；36-第_■步进电机；
[0024]40-食指；41-第一拉绳；
[0025]42-近指节；43-中指节；
[0026]44-远指节；45-第一步进电机；
[0027]50-中指；60-无名指；
[0028]70-小指。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0030]如图1所示，本实施例提供的仿人机械手，包括臂部10和安装在臂部10上的掌部20，以及设置在掌部20上的拇指30、食指40、中指50、无名指60和小指70，拇指30、食指40、中指50、无名指60和小指70仿造人手的位置放置在掌部20上，掌部20也是仿造人手掌的形状进行设计的，其内部具有可以放置各种电机和电子元件的空腔。
[0031]臂部10与掌部20之间同样是仿照人手臂与手掌的位置关系设置的，臂部10上安装有第二伺服电机11，掌部20安装在第二伺服电机11的转轴上，这样掌部20可以在臂部10上转动，使得整个机械手活动范围更广。需要说明的是，伺服电机也称为舵机，在本实施例中使用的是辉盛9G伺服电机。
[0032]食指40、中指50、无名指60和小指70依次排列且结构相同，为了表述方便，在本实施例中以食指40为例对在同一结构进行说明，不再对中指50、无名指60和小指70的结构进行重复描述。食指40包括第一拉绳41、固定在掌部20上的近指节42、可转动连接在近指节42上的中指节43、可转动连接在中指节43上的远指节44以及安装在掌部20内部的第一步进电机45，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，这一线性关系的存在，力口上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。此外，第一拉绳41优选为尼龙绳或弹性绳。本实施例中采用第一步进电机45的型号为28BYJ-48。
[0033]由于食指40、中指50、无名指60和小指70的结构相同，可以进行模块化生产。
[0034]在食指40中，第一拉绳41 一端固定在第一步进电机45的转轴上，并可在第一步进电机45的转轴上卷绕，另一端依次穿过近指节42和中指节43，并固定在远指节44未与中指节43连接的一端上，远指节44与中指节43之间可转动连接的转动轴和中指节43与近指节42之间的可转动连接的转动轴相互平行，这样，通过第一步进电机45的转动，将第一拉绳41卷绕在第一步进电机45的转轴上，进而拉动食指40进行弯曲动作，同样的，当第一步进电机45反转时,第一拉绳41被释放,远指节44不受拉力，恢复到自然状态。
[0035]拇指30包括第二拉绳31、固定在掌部20的第一伺服电机32、安装在第一伺服电机32转轴上的第一指节33，可转动连接在第一指节33上的第二指节34、可转动连接在第二指节34上的第三指节35以及安装在掌部20内部的第二步进电机36，第二步进电机36可以使用与第一步进电机45相同的步进电机。当然，第二步进电机36也可以安装在第一指节33内部。第一伺服电机32可以是与第二伺服电机11相同的伺服电机，第二拉绳31优选为尼龙绳或弹性绳，其一端固定在第二步进电机36的转轴上，并可在第二步进电机36的转轴上卷绕，另一端依次穿过第一指节33和第二指节34，并固定在第三指节35未与第二指节34连接的一端上，第一指节34与第二指节35之间可转动连接的转动轴和第二指节35与第三指节36之间可转动连接的转动轴相互平行。这样，通过第二步进电机36的转动，将第二拉绳31卷绕在第二步进电机36的转轴上，进而拉动拇指30各个关节进行弯曲动作，同样的，当第二步进电机36反转时,第二拉绳31被释放,远指节44不受拉力，恢复到自然状态。同时，第一伺服电机32可以驱动拇指30在掌部20上转动，从而使得拇指30可以实现更多的动作。
[0036]为了让放人机械手更接近人手，本实施例在第三指节35和/或远指节44上设置有橡皮套，橡皮套所起的作用类似与人体的皮肤。
[0037]本实施例的仿人机械手还包括控制系统，控制系统控制第一伺服电机32、第二伺服电机11、第一步进电机45以及第二步进电机36的工作时序。
[0038]上面结合附图对本实用新型做了详细的说明，但是本实用新型的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本实用新型做出各种变形，如在所有的指节上都设置橡皮套等，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种仿人机械手，包括臂部和安装在所述臂部上的掌部，以及设置在所述掌部上的拇指、食指、中指、无名指和小指，其特征在于， 所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指依次排列且结构相同，都包括第一拉绳、固定在所述掌部上的近指节、可转动连接在所述近指节上的中指节、可转动连接在所述中指节上的远指节以及安装在所述掌部内部的第一步进电机，所述第一拉绳一端固定在所述第一步进电机的转轴上，并可在所述第一步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述近指节和所述中指节，并固定在所述远指节未与所述中指节连接的一端上，所述远指节与所述中指节之间的转动轴和所述中指节与所述近指节之间的转动轴相互平行； 所述拇指包括第二拉绳、固定在所述掌部的第一伺服电机、安装在所述第一伺服电机转轴上的第一指节，可转动连接在所述第一指节上的第二指节、可转动连接在所述第二指节上的第三指节以及安装在所述掌部内部的第二步进电机，所述第二拉绳一端固定在所述第二步进电机的转轴上，并可在所述第二步进电机的转轴上卷绕，另一端依次穿过所述第一指节和所述第二指节，并固定在所述第三指节未与所述第二指节连接的一端上，所述第一指节与所述第二指节之间的转动轴和所述第二指节与所述第三指节之间的转动轴相互平行； 还包括控制系统，所述控制系统控制所述第一伺服电机、所述第一步进电机以及所述第二步进电机的工作时序。
2.如权利要求1所述的仿人机械手，其特征在于，所述臂部上安装有第二伺服电机，所述掌部安装在所述第二伺服电机的转轴上。
3.如权利要求1或2所述的仿人机械手，其特征在于，所述第三指节和/或所述远指节上设置有橡皮套。
4.如权利要求1或2所述的仿人机械手，其特征在于，所述拉绳为尼龙绳或弹簧绳。
【文档编号】B25J15/00GK204160479SQ201420557934
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】陈思鑫, 杨利, 汤宝鑫 申请人:福建省泉州市第七中学
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