专利名称：仿真手的制作方法
技术领域：
本发明涉及娱乐设备和机器人领域，更具体地说，涉及一种仿真手，能模仿人手张 合姿态和实现物品的抓取，也能扩展应用到其它仿真动物手的相关动作。
背景技术：
工业机械手往往是为了满足某种工业需求而专门设计的，不具备人手的仿真性， 其手指数量也因不同的需求而变化，一般为两根或者三根所谓的“手指”。目前一般的仿真 手，或者称为灵巧手，使用执行驱动器件太多，结构复杂、价格高昂，维护及检修困难，不适 合于娱乐等一般场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有的仿真手所存在的不足，提供一种 仿真手，采用很少的执行驱动器件就能实现手部动作的仿真，结构简单、可靠耐用。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种仿真手，包括手指、手 掌、手腕、以及手臂，所述手指安装于手掌上，包括拇指和至少一根其它手指，所述拇指具有 两个自由度，所述其它手指具有三个自由度，所述手腕连接手掌和手臂，具有一个旋转自由 度。在本发明所述的仿真手中，所述仿真手包括两个驱动源，所述两个驱动源分别为 驱动电机和步进电机，所述步进电机与手指连接用于驱动手指实现抓取动作，所述驱动电 机与手腕连接用于驱动手腕转动。在本发明所述的仿真手中，所述拇指，包括通过转轴依次连接的拇指支架、拇指 大指骨、拇指中指骨、以及拇指指尖；所述拇指支架的一端连接于手掌上，另一端设有拇指 指端；所述拇指支架、拇指大指骨上设有滚轮，并设有钢丝绳穿设于滚轮中；所述拇指中指 骨与拇指指尖之间连接有连杆，所述连杆连接拇指中指骨的一端设有扭簧，连接拇指指尖 的另一端设有翻边轴承；牵引钢丝绳，通过连杆和扭簧的动作，拇指中指骨和拇指指尖屈 伸。在本发明所述的仿真手中，所述其余手指为食指、中指、无名指和小指中的1 4 根，其结构相同而尺寸不同。在本发明所述的仿真手中，所述其余手指包括通过转轴依次连接的指端、掌指 骨、大指骨、中指骨、指尖；所述指端连接于手掌上；所述掌指骨上设有滚轮并设有钢丝绳 穿设于滚轮中，掌指骨的一端设有拉簧，另一端设有扭簧，所述钢丝绳与拉簧、扭簧相连接； 所述大指骨与中指骨之间连接有长连杆，所述长连杆连接于所述扭簧的一侧，长连杆相对 于扭簧的另一侧设有翻边轴承；所述中指骨与指尖之间连接有短连杆，并安装有深沟法兰 球轴承；牵引钢丝绳，通过长连杆、短连杆、拉簧以及扭簧的动作，所述指尖、大指骨和中指 骨屈伸。在本发明所述的仿真手中，所述手掌为固定结构，其空间方位为模仿人手抓取物品时的半握球状姿态；手掌上设有五个安装孔，所述拇指、食指、中指、无名指和小指分别相 应的安装于所述安装孔中，手指在手掌上的分布模拟人的手掌分布。在本发明所述的仿真手中，所述手掌的中部安装有滚轮支架，其下部安装有钢丝 绳支架，所述滚轮支架上安装有五个滚轮，所述五个滚轮分别与拇指、食指、中指、无名指和 小指的钢丝绳相连接，所述滚轮支架上还引出一钢丝绳与钢丝绳支架相连接并通过一压块 进行压固，五个手指的钢丝绳经过各个滚轮在手掌内相交于一个平面驱动点并由步进电机 驱动。在本发明所述的仿真手中，所述手掌和安装于手掌上的手指安装于手臂的一端， 步进电机安装于手臂的另一端，所述步进电机上设有光电开关，并通过钢丝绳与手掌内的 平面驱动点相连接，所述钢丝绳通过钢丝绳夹块进行固定，步进电机牵动钢丝绳带动手指 的连杆驱使手指作抓取动作；并且，所述拇指和其余手指的钢丝绳的牵引可通过安装1 5 个步进电机来实现，所述步进电机为直线步进电机。在本发明所述的仿真手中，所述手掌通过手腕连接于手臂的一端，手臂上设有第 一同步轮、其相对于手掌的另一端设有第二同步轮，所述第一同步轮与第二同步轮上套设 有同步带，并且，手臂相对于手掌的另一端设置驱动电机，所述驱动电机上设有光电开关， 驱动电机通过第一同步轮与第二同步轮驱动手掌相对于手臂旋转，实现手腕的上下转动。在本发明所述的仿真手中，所述手腕的转动角度为上下-45° +45°。本发明的仿真手的有益效果一、仿真手的拇指具有两个自由度，通过连杆、扭簧 及钢丝绳实现手指的屈伸；除拇指外的其余手指具有三个自由度，通过长连杆、短连杆、 扭簧、拉簧及钢丝绳实现手指的屈伸；手掌为固定结构，其空间方位为模仿人手抓取物品 时的半握球状姿态，五个手指的钢丝绳经过各个滚轮在手掌内相交于一个平面驱动点，并 通过步进电机牵动钢丝绳带动连杆来驱使手指的抓取动作，简化了结构，增加了手指活 动的柔性；二、仿真手的手腕具有一个自由度，通过驱动电机带动同步带轮，能够实现上 下-45° +45°甚至更大角度的活动。总之，本发明的仿真手采用很少的执行驱动器件就 能实现手部动作的仿真，结构简单、可靠耐用。
图1是本发明的仿真手的结构示意图； 图2A是图1中所示的拇指的侧视图； 图2B是图1中所示的拇指的正视图； 图3是图1中所示的仿真手除拇指外其余四指的结构示意图； 图4A是图1中所示的仿真手的各手指在手掌上的走线示意图； 图4B是图4A的侧视图； 图4C是图4A的俯视图； 图5A是图1中所述的仿真手的手掌的正视图； 图5B是图5A的侧视图； 图5C是图5A的俯视图6是图1所示的仿真手的手腕的侧面旋转示意图。
具体实施例方式如图1所示是本发明的仿真手的结构示意图；本发明的仿真手包括五根手指1、 手掌2、手腕3、以及手臂4，仿真手的驱动源有两个，分别为驱动电机6和直线步进电机5， 直线步进电机5用于驱动手指1实现抓取动作、驱动电机6用于驱动手腕3转动。其中，五 根手指1的食指14、中指15、无名指16和小指17的结构一样，拇指12有与上述四根手指 不同的独立结构。本发明的仿真手有与人手相一致的高仿真度，例如各手指关节的长度比 例、转动角度、各手指在手掌上的分布等，并且，手指的分布和手掌2的结构模仿人手抓取 物品时的状态。以下就五根手指1、手掌2、手腕3、以及手臂4的结构进行详述。参阅图2A及图2B，本发明的仿真手的拇指12，包括通过转轴依次连接的拇指支 架120、拇指大指骨122、拇指中指骨123、以及拇指指尖124 ；所述拇指支架120的一端连接 于手掌2上，另一端设有拇指指端121 ；所述拇指支架120、拇指大指骨122上设有滚轮125， 并设有钢丝绳126穿设于滚轮125中，所述拇指中指骨123与拇指指尖IM之间连接有连 杆127，所述连杆127连接拇指中指骨123的一端设有扭簧128，连接拇指指尖IM的另一端 设有翻边轴承129 ；所述拇指12有两个自由度，当牵引钢丝绳1 时，通过连杆127和扭簧 128的动作，拇指中指骨123和拇指指尖IM会随之屈伸，并根据需要实现手指屈伸角度。参阅图3，本发明的仿真手的其余四指的结构相似，其主要区别在于长短上的差 异，在本实施例中以中指15为例，所述中指15包括通过转轴依次连接的中指指端150、中 指掌指骨151、中指大指骨152、中指中指骨153、中指指尖154 ；所述中指指端150连接于手 掌2上，所述中指掌指骨151上设有滚轮155并设有钢丝绳156穿设于滚轮155中，同时， 中指掌指骨151的一端设有拉簧161，另一端设有扭簧162，所述钢丝绳156与拉簧161、扭 簧162相连接。另外，所述中指大指骨152与中指中指骨153之间连接有长连杆157，所述 长连杆157连接于所述扭簧162的一侧，长连杆157相对于扭簧162的另一侧设有翻边轴 承159，所述中指中指骨153与中指指尖IM之间连接有短连杆158，并且，所述中指中指骨 153与中指指尖154之间还安装有深沟法兰球轴承160。所述中指15具有三个自由度，当 牵引钢丝绳156时，通过长连杆157、短连杆158、拉簧161以及扭簧162的动作，所述中指 指尖154、中指大指骨152和中指中指骨153会随之屈伸，并根据需要实现手指的屈伸角度； 所述食指14、中指15、无名指16和小指17的结构与所述中指15相似，当然，所述手指1也 可根据需要进行设置，可以有选择的安装食指14、中指15、无名指16和小指17中的1 4 根，手指1通过扭簧162、拉簧161的相结合，增大了手指处于水平初始位置的抗重力矩性 能，并合理利用了手指内部空间。参阅图5A-C，图示为仿真手的手掌的示意图；所述手掌2上设有五个安装孔21，用 于分别对应安装所述拇指12、食指14、中指15、无名指16和小指17，各手指在手掌2上的 分布模拟人的手掌。参阅图4A-C及图5A-C，图示为仿真手的各手指在手掌上的走线示意图；本发明仿 真手的手掌2和手指1构成有与人手类似的空间立体结构，所述手掌2为固定结构，其空间 方位为模仿人手抓取物品时的半握球状姿态；所述手掌2的中部安装有滚轮支架22，其下 部安装有钢丝绳支架21，所述滚轮支架22上安装有五个滚轮23，所述五个滚轮23分别与 拇指12、食指14、中指15、无名指16和小指17的钢丝绳相连接，所述滚轮支架22上还引 出一钢丝绳M与钢丝绳支架21相连接并通过一压块25进行压固，五个手指的钢丝绳经过各个滚轮23在手掌2内相交于一个平面驱动点并由直线步进电机5驱动；参阅图1，更具 体的说，所述手掌2和安装于手掌2上的手指1安装于手臂4的一端，直线步进电机5安装 于手臂4的另一端，所述直线步进电机5上设有光电开关51，并通过钢丝绳52与手掌2内 的平面驱动点相连接，所述钢丝绳52通过钢丝绳夹块53进行固定，五个手指的屈伸通过直 线步进电机5拉动钢丝绳来实现，直线步进电机5牵动钢丝绳带动五个手指的连杆驱使手 指的抓取动作，简化了结构，增加了手指活动的柔性，所述手指的钢丝绳的牵引可通过安装 1 5个直线步进电机5来实现，具体根据手指的安装来进行设置。参阅图1及图6，图6所示为仿真手的手腕的侧面旋转示意图。所述手掌2通过手 腕3连接于手臂4的一端，手臂4上设有第一同步轮41、其相对于手掌2的另一端设有第 二同步轮42，所述第一同步轮41与第二同步轮42上套设有同步带43，并且，手臂4相对于 手掌2的另一端还设有驱动电机6，所述驱动电机6上设有光电开关61，打开光电开关61， 驱动电机6通过第一同步轮41与第二同步轮42驱动手掌2相对于手臂4旋转，实现手腕3 的上下活动，所述手腕3具有一个自由度，能够实现上下-45° +45°甚至更大角度的转 动，降低了成本，增加了手腕3的柔性。由上可知，本发明的仿真手具有下述优点一、仿真手的拇指具有两个自由度，通 过连杆、扭簧及钢丝绳实现手指的屈伸；除拇指外的其余手指具有三个自由度，通过长连 杆、短连杆、扭簧、拉簧及钢丝绳实现手指的屈伸；手掌为固定结构，其空间方位为模仿人手 抓取物品时的半握球状姿态，五个手指的钢丝绳经过各个滚轮在手掌内相交于一个平面驱 动点，并通过步进电机牵动钢丝绳带动连杆来驱使手指的抓取动作，简化了结构，增加了手 指活动的柔性；二、仿真手的手腕具有一个自由度，通过驱动电机带动同步带轮，能够实现 上下-45° +45°甚至更大角度的活动。总之，本发明的仿真手采用很少的执行驱动器件 就能实现手部动作的仿真，结构简单、可靠耐用。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种仿真手，其特征在于，包括手指(1)、手掌O)、手腕(3)、以及手臂0)，所述手 指(1)安装于手掌(2)上，包括拇指(12)和至少一根其它手指，所述拇指(12)具有两个自 由度，所述其它手指(1)具有三个自由度，所述手腕(3)连接手掌(2)和手臂0)，具有一个 旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的仿真手，其特征在于，所述仿真手包括两个驱动源，所述两个 驱动源分别为驱动电机(6)和步进电机(5)，所述步进电机(5)与手指⑴连接用于驱动手 指(1)实现抓取动作，所述驱动电机(6)与手腕(3)连接用于驱动手腕(3)转动。
3.根据权利要求1所述的仿真手，其特征在于，所述拇指(12)，包括通过转轴依次连 接的拇指支架(120)、拇指大指骨(12 、拇指中指骨(12 、以及拇指指尖(IM)；所述拇指 支架(120)的一端连接于手掌( 上，另一端设有拇指指端(121)；所述拇指支架(120)、 拇指大指骨(122)上设有滚轮(125)，并设有钢丝绳(126)穿设于滚轮(125)中；所述拇指 中指骨(12 与拇指指尖(124)之间连接有连杆(127)，所述连杆(127)连接拇指中指骨 (123)的一端设有扭簧(1 )，连接拇指指尖(124)的另一端设有翻边轴承(129)；牵引钢 丝绳(1 )，通过连杆(127)和扭簧(128)的动作，拇指中指骨(123)和拇指指尖(124)屈 伸。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的仿真手，其特征在于，所述其余手指为食指(14)、 中指(15)、无名指(16)和小指(17)中的1 4根，其结构相同而尺寸不同。
5.根据权利要求4所述的仿真手，其特征在于，所述其余手指包括通过转轴依次连接 的指端(150)、掌指骨(151)、大指骨(152)、中指骨(153)、指尖(154)；所述指端(150)连接 于手掌(2)上；所述掌指骨(151)上设有滚轮(155)并设有钢丝绳(156)穿设于滚轮(155) 中，掌指骨(151)的一端设有拉簧(161)，另一端设有扭簧(162)，所述钢丝绳(156)与拉簧 (161)、扭簧(162)相连接；所述大指骨(152)与中指骨(153)之间连接有长连杆(157)，所 述长连杆(157)连接于所述扭簧(16 的一侧，长连杆(157)相对于扭簧(16 的另一侧 设有翻边轴承(159)；所述中指骨(15 与指尖(154)之间连接有短连杆(158)，并安装有 深沟法兰球轴承(160)；牵引钢丝绳(156)，通过长连杆(157)、短连杆(158)、拉簧(161)以 及扭簧(162)的动作，所述指尖(IM)、大指骨(152)和中指骨(153)屈伸。
6.根据权利要求5所述的仿真手，其特征在于，所述手掌(2)为固定结构，其空间方位 为模仿人手抓取物品时的半握球状姿态；手掌( 上设有五个安装孔(21)，所述拇指(12)、 食指(14)、中指(15)、无名指(16)和小指(17)分别相应的安装于所述安装孔(21)中，手 指在手掌(2)上的分布模拟人的手掌分布。
7.根据权利要求6所述的仿真手，其特征在于，所述手掌O)的中部安装有滚轮支架 (22)，其下部安装有钢丝绳支架(21)，所述滚轮支架0 上安装有五个滚轮(23)，所述五 个滚轮(23)分别与拇指(12)、食指(14)、中指(15)、无名指(16)和小指(17)的钢丝绳相 连接，所述滚轮支架0 上还引出一钢丝绳04)与钢丝绳支架相连接并通过一压块 (25)进行压固，五个手指的钢丝绳经过各个滚轮在手掌( 内相交于一个平面驱动点 并由步进电机(5)驱动。
8.根据权利要求7所述的仿真手，其特征在于，所述手掌⑵和安装于手掌(2)上的手 指⑴安装于手臂⑷的一端，步进电机(5)安装于手臂⑷的另一端，所述步进电机(5) 上设有光电开关(51)，并通过钢丝绳(52)与手掌O)内的平面驱动点相连接，所述钢丝绳(52)通过钢丝绳夹块(5 进行固定，步进电机( 牵动钢丝绳带动手指的连杆驱使手指 作抓取动作；并且，所述拇指和其余手指的钢丝绳的牵引可通过安装1 5个步进电机(5) 来实现，所述步进电机(5)为直线步进电机。
9.根据权利要求1或2所述的仿真手，其特征在于，所述手掌(2)通过手腕(3)连接于 手臂(4)的一端，手臂(4)上设有第一同步轮(41)、其相对于手掌(2)的另一端设有第二同 步轮(42)，所述第一同步轮与第二同步轮0 上套设有同步带(43)，并且，手臂(4) 相对于手掌O)的另一端设置驱动电机(6)，所述驱动电机(6)上设有光电开关(61)，驱动 电机(6)通过第一同步轮Gl)与第二同步轮G2)驱动手掌(2)相对于手臂(4)旋转，实 现手腕(3)的上下转动。
10.根据权利要求9所述的仿真手，其特征在于，所述手腕(3)的转动角度为上 下-45° +45°。
全文摘要
本发明涉及一种仿真手，包括手指(1)、手掌(2)、手腕(3)、以及手臂(4)，所述手指(1)安装于手掌(2)上，包括拇指(12)和至少一根其它手指，所述拇指(12)具有两个自由度，所述其它手指(1)具有三个自由度，所述手腕(3)连接手掌(2)和手臂(4)，具有一个旋转自由度。所述仿真手还包括两个驱动源，所述两个驱动源分别为驱动电机(6)和步进电机(5)，所述步进电机(5)与手指(1)连接用于驱动手指(1)实现抓取动作，所述驱动电机(6)与手腕(3)连接用于驱动手腕(3)转动。本发明的仿真手采用很少的执行驱动器件就能实现手部动作的仿真，结构简单、可靠耐用。
文档编号B25J9/08GK102114631SQ20101004265
公开日2011年7月6日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者刘道强, 戎志刚, 李明, 高敬义 申请人:深圳华强智能技术有限公司