仿人手机械手爪的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种仿人手机械手爪。

背景技术：

模仿人手的机械手爪是近年来机械研究的重要方向，由于人的手掌关节构造及肌肉组织复杂，因此人的四指及大拇指能够在空间内做多种弯曲、摆动动作，人的手掌较为灵活，能够适应不同抓取或者其他动作的需要，同时在假肢、功能性恢复等方面对于人体结构仿生的设计要求高，综合各个领域来看，仿人手机械手的设计研究一直仿生机械制造和康复医疗研究的重点。

对此，中国专利申请(ZL:2014205579340)公开了一种仿人手机械手爪，该机械手爪中公开的四指及大拇指机械手指依次排列在掌部上，四指及大拇指的各个关节之间铰接连接，上述四指及大拇指通过拉伸连接，拉伸与各自的电机连接，通过控制电机的正反转，从而达到模仿手指弯折的效果，上述仿人手机械手爪虽然能够在一定程度上模仿自然人的手指弯折动作，但是上述机械手爪的运动自由度很低，无法模仿人手很多较为复杂的摆动动作，不具备在产业上应用的前景。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提供一种仿人手机械手爪，能够模仿自然人手指的自然弯折及摆动，提高机械手爪的灵活度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种仿人手机械手爪，包括机械四指及机械拇指，机械四指及机械拇指的关节之间分别铰接，机械四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，机械拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，所述机械四指一端铰接设置在机架板上，所述机架板上移动式设置有导向滑板，导向滑板内设置有传力滑块，所述第一连杆机构与传力滑块球铰接，第一连杆机构还与机架板上的转动连接杆一端铰接，转动连接杆的另一端转动式设置在机架板上，转动连接杆的两端铰接轴垂直，驱动机构驱动传力滑块位于导向滑板内移动，并连动机械四指呈现摆动动作，所述机械拇指一端铰接设置在延伸支架上，所述延伸支架上移动式设置有过渡连杆单元，过渡连杆单元上设置有动力滑块，所述第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动动力滑块并连动机械拇指呈现摆动动作。

本实用新型还存在下列技术特征：

所述机械四指包括远、中、近指关节，远、中、近指关节顺序铰接，所述近指关节与机架板的边缘球铰接，所述机械拇指包括远、中、近拇指关节,远、中、近拇指关节顺序铰接，近拇指关节与过渡连杆单元铰接，近拇指关节还与延伸支架形成球铰接。

所述机架板设置有导向滑板，所述导向滑板上设置有导向滑孔，所述导向滑孔为圆弧形，传力滑块位于导向滑孔内滑动，所述驱动机构与导向滑板连接并驱动导向滑板沿着条形滑孔长度方向往复移动，所述传力滑块与导向滑板之间设置有弹簧及阻尼器并构成柔性连接。

第一连杆机构包括与远指关节及中指关节外壁连接的远指滑块及中指滑块，远指滑块及中指滑块分别与远指关节及中指关节构成长度方向的滑动配合，第一传力杆的一端铰接设置在远指滑块上，远指滑块及中指滑块分别与远指关节及中指关节之间设置有弹簧及阻尼器并且构成柔性连接，第一传力杆的另一端与中指关节铰接且两端的铰接轴与远指关节及中指关节之间的铰接轴平行，中指滑块上铰接设置有第二传力杆，第二传力杆的另一端与近指关节铰接且两端的铰接轴与第一传力杆两端的铰接轴平行，第一传力杆与第二传力杆之间设置有第三传力杆，所述第三传力杆的两端通过铰接轴分别与第一传力杆与第二传力杆连接且铰接轴与远指关节及中指关节之间的铰接轴平行，所述第二传力杆上还设置有第四传力杆，所述第四传力杆的两端分别与第二传力杆及机架板铰接且铰接轴与机架板远指关节及中指关节之间的铰接轴平行，所述转动连接杆与第四传力杆的一端铰接，转动连接杆的转动轴芯线与机架板板面垂直。

所述远指关节与中指关节之间通过第一、第二连接杆铰接连接且铰接轴与第一传力杆杆端的铰接轴平行，所述中指关节与近指关节之间通过第三、第四连接杆铰接连接且铰接轴与第二传力杆杆端的铰接轴平行，所述第三传力杆及第四传力杆的杆长可调，位于近指关节上还设置有第一施力杆，所述第一施力杆的一端与近指关节铰接且铰接轴与第二传力杆杆端的铰接轴平行，所述第一施力杆的另一端与传力滑块球铰接，第一施力杆的长度可调。

所述第二连杆机构包括与远拇指关节与中拇指关节外壁连接的第一滑块及第二滑块，第一滑块及第二滑块分别与远拇指关节与中拇指关节构成长度方向的滑动配合，一滑块及第二滑块与远拇指关节与中拇指关节之间分别设置有弹簧及阻尼器且构成柔性连接，第一滑块及第二滑块与远拇指关节与中拇指关节之间分别设置有弹簧及阻尼器且构成柔性连接，第一连动杆的一端铰接设置在远拇指关节上，第一连动杆的另一端与中拇指关节铰接且两端的铰接轴与远拇指关节与中拇指关节之间的铰接轴平行，第二滑块上铰接设置有第二连动杆，第二连动杆的另一端与近拇指关节铰接且两端的铰接轴与第一连动杆两端的铰接轴平行，第一连动杆与第二连动杆之间设置有第三连动杆，所述第三连动杆的两端通过铰接轴分别与第一连动杆与第二连动杆连接且铰接轴与远拇指关节与中拇指关节之间的铰接轴平行，所述第二连动杆上还设置有第四连动杆，所述第四连动杆的两端分别与第二连动杆及过渡连杆单元铰接且铰接轴与远拇指关节与中拇指关节之间的铰接轴平行，所述过渡连杆单元上设置连接杆，所述连接杆与第四连动杆的一端铰接，连接杆转动式设置在过渡连杆单元上且转动轴心线与机架板板面平行。

所述远拇指关节与中拇指关节之间通过第一、第二铰接杆铰接连接且铰接轴与第一连动杆杆端的铰接轴平行，所述中拇指关节与近拇指关节之间通过第三、第四铰接杆铰接连接且铰接轴与第二连动杆杆端的铰接轴平行，所述第三连动杆及第四连动杆的杆长可调，位于近拇指关节上还设置有第二施力杆，所述第二施力杆的一端与近拇指关节铰接且铰接轴与第二连动杆杆端的铰接轴平行，所述第二施力杆的另一端与过渡连杆单元的动力滑块球铰接。

所述过渡连杆单元包括驱动板，所述驱动板的延伸端设置有条形滑孔，所述条形滑孔孔长方向竖直布设，所述动力滑块滑动设置在条形滑孔内，所述连接杆转动式设置在延伸支架上，延伸支架设置在机架板上。

所述驱动机构包括设置在机架板上的丝杆，丝杆与驱动螺母构成丝杆螺母机构，丝杆的一端设置有驱动电机，所述导向滑板及驱动板设置在驱动螺母上，驱动电机驱动丝杆转动，所述机架板上延伸设置有调节板，所述调节板的板面设置有调节螺母，调节螺母内设置调节丝杠，调节丝杠的杆长方向竖直且下端与手部支撑面固连。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：该机械手爪模仿人手掌设计机械四指及机械拇指，机械四指及机械拇指铰接设置，并通过第一、第二连杆机构连接，机械四指及机械拇指设置在机架板上，从而模仿自然人手掌的形状，连动机械四指的第一连杆机构与传力滑块连接，在驱动机构的作用下，驱动第一连杆机构动作，第一连杆位于机架板上呈现摆动及弯折的动作，从而模仿自然人手掌四指的实际动作，连动机械拇指的第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，并在驱动机构的作用下，从而连动机械拇指呈现摆动的动作，该机械手爪的运动自由度高，能够模仿自然人手掌的实际动作，并在驱动五指活动时，五指的摆动不影响整体运动情况，不影响机械手指屈伸的幅度，灵活度极高。

附图说明

图1是仿人手机械手爪的结构示意图；

图2是仿人手机械手爪的机械四指的结构示意图；

图3是仿人手机械手爪的机械拇指的结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图3，对本实用新型作进一步地说明：

一种仿人手机械手爪，包括机械四指及机械拇指，机械四指及机械拇指的关节之间分别铰接，机械四指的各个关节分别与第一连杆机构连接，机械拇指的各个关节分别与第二连杆机构连接，所述机械四指一端铰接设置在机架板10上，所述机架板10上移动式设置有导向滑板12，导向滑板12内设置有传力滑块30，所述第一连杆机构与传力滑块30球铰接，第一连杆机构还与机架板10上的转动连接杆2231一端铰接，转动连接杆2231的另一端转动式设置在机架板10上，转动连接杆2231的两端铰接轴垂直，驱动机构驱动传力滑块30位于导向滑板12内移动，并连动机械四指呈现摆动动作，所述机械拇指一端铰接设置在延伸支架11上，所述延伸支架11上移动式设置有过渡连杆单元，过渡连杆单元上设置有动力滑块51，所述第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，驱动机构驱动动力滑块51并连动机械拇指呈现摆动动作。

该机械手爪模仿人手掌设计机械四指及机械拇指，机械四指及机械拇指铰接设置，并通过第一、第二连杆机构连接，机械四指及机械拇指设置在机架板10上，从而模仿自然人手掌的形状，连动机械四指的第一连杆机构与传力滑30块连接，在驱动机构的作用下，使得第一连杆机构位于机架板10上呈现摆动的动作，并且连动机械四指呈现相对摆动及弯折动作，从而模仿自然人手掌四指的实际动作，连动机械拇指的第二连杆机构通过过渡连杆单元与驱动机构连接，并在驱动机构的作用下，从而连动机械拇指呈现摆动的动作，该机械手爪的运动自由度高，能够模仿自然人手掌的实际动作，并在驱动五指活动时，五指的摆动不影响整体运动情况，不影响机械手指屈伸的幅度，灵活度极高。

本实用新型的机械手爪由于具有较高的灵活性，可应用在工业、医疗等对精准度要求较高的领域内。

优选地方案，为进一步提高机械手爪与自然人手掌的相似度，所述机械四指包括远、中、近指关节21、22、23，远、中、近指关节21、22、23顺序铰接，所述近指关节23与机架板10的边缘球铰接，所述机械拇指包括远、中、近拇指关节41、42、43,远、中、近拇指关节41、42、43顺序铰接，近拇指关节43与过渡连杆单元铰接，近拇指关节43还与延伸支架11形成球铰接，上述的近指关节23与机架板10的边缘球铰接，以及近拇指关节43还与延伸支架11形成球铰接，可以使得机械四指及机械拇指具有多个自由度，能够在空间内多维度的摆动，进一步提高机械手爪的灵活度。

进一步地，所述机架板10上设置有条形滑孔，传力滑块30上设置有导向滑板12，所述导向滑板12上设置有导向滑孔121，所述导向滑孔121为圆弧形，传力滑块30位于导向滑孔121内滑动，该处的导向滑孔121可以间断式布置，也可以为整体孔，间断式的导向滑孔121的圆形均处在近指关节23圆心位置处，导向滑板12滑动设置在条形滑孔上，所述驱动机构与导向滑板12连接并驱动导向滑板12沿着条形滑孔长度方向往复移动，从而连动传力滑块30位于导向滑孔121内滑动，该处的导向滑孔121为弧形孔，进而使得机械四指呈现弯折摆动的动作，提高灵活度。

由于本实用新型的机械手爪的自由度高，为避免机械手爪位于空间内随意的摆动，所述传力滑块30与导向滑板12之间设置有弹簧及阻尼器并构成柔性连接。

为进一步提高该机械手爪的灵活度，能够模仿自然人手掌的四指位于空间内摆动，四指具体呈现弯折及摆动的姿态，所示第一连杆机构包括与远指关节21及中指关节22外壁连接的远指滑块211及中指滑块221，远指滑块211及中指滑块221分别与远指关节21及中指关节22构成长度方向的滑动配合；

同理，由于本实用新型的机械手爪的自由度高，为避免机械手爪位于空间内随意的摆动，远指滑块211及中指滑块221分别与远指关节21及中指关节22之间设置有弹簧及阻尼器并且构成柔性连接；

第一传力杆212的一端铰接设置在远指滑块211上，第一传力杆212的另一端与中指关节22铰接且两端的铰接轴与远指关节21及中指关节22之间的铰接轴平行，中指滑块221上铰接设置有第二传力杆222，第二传力杆222的另一端与近指关节23铰接且两端的铰接轴与第一传力杆212两端的铰接轴平行，第一传力杆212与第二传力杆222之间设置有第三传力杆213，所述第三传力杆213的两端通过铰接轴分别与第一传力杆212与第二传力杆222连接且铰接轴与远指关节21及中指关节22之间的铰接轴平行，所述第二传力杆222上还设置有第四传力杆223，所述第四传力杆223的两端分别与第二传力杆222及机架板10铰接且铰接轴与机架板10远指关节21及中指关节22之间的铰接轴平行，所述转动连接杆2231与第四传力杆223的一端铰接，转动连接杆2231的转动轴芯线与机架板10板面垂直。

上述实施例中，为实现远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23之间的铰接连接，所述远指关节21与中指关节22之间通过第一、第二连接杆21a、22a铰接连接且铰接轴与第一传力杆212杆端的铰接轴平行，所述中指关节22与近指关节23之间通过第三、第四连接杆22b、23a铰接连接且铰接轴与第二传力杆222杆端的铰接轴平行；

为实现对上述远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23弯折及摆动幅度的微调，所述第三传力杆213及第四传力杆223的杆长可调，为实现机械四指的动力输入，位于近指关节23上还设置有第一施力杆231，所述第一施力杆231的一端与近指关节23铰接且铰接轴与第二传力杆222杆端的铰接轴平行，由于机械四指能够在空间内呈现摆动的姿态，所述第一施力杆231的另一端与传力滑块30球铰接，第一施力杆231的长度可调，上述结构能够进一步提高机械四指运动的灵活度。

机械拇指摆动的实施方式如下：

所述第二连杆机构包括与远拇指关节41与中拇指关节42外壁连接的第一滑块411及第二滑块421，第一滑块411及第二滑块421分别与远拇指关节41与中拇指关节42构成长度方向的滑动配合；

同理，由于本实用新型的机械手爪的自由度高，为避免机械手爪位于空间内随意的摆动，第一滑块411及第二滑块421与远拇指关节41与中拇指关节42之间分别设置有弹簧及阻尼器且构成柔性连接；

第一连动杆412的一端铰接设置在远拇指关节41上，第一连动杆412的另一端与中拇指关节42铰接且两端的铰接轴与远拇指关节41与中拇指关节42之间的铰接轴平行，第二滑块421上铰接设置有第二连动杆422，第二连动杆422的另一端与近拇指关节43铰接且两端的铰接轴与第一连动杆412两端的铰接轴平行，第一连动杆412与第二连动杆422之间设置有第三连动杆413，所述第三连动杆413的两端通过铰接轴分别与第一连动杆412与第二连动杆422连接且铰接轴与远拇指关节41与中拇指关节42之间的铰接轴平行，所述第二连动杆422上还设置有第四连动杆423，所述第四连动杆423的两端分别与第二连动杆422及过渡连杆单元铰接且铰接轴与远拇指关节41与中拇指关节42之间的铰接轴平行，所述过渡连杆单元上设置连接杆4231，所述连接杆4231与第四连动杆423的一端铰接，连接杆4231转动式设置在过渡连杆单元上且转动轴心线与机架板10板面平行。

上述的机械拇指能够在空间内呈现弯折摆动的姿态，由于自然人的四指与拇指的骨骼及肌肉存在较大的差异，因此拇指及四指的运动姿态存在较大的差别，对此，通过调整上述第二连杆机构的布置，模仿拇指在空间内摆动，从而提高机械手爪机械拇指运动的灵活度。

上述实施例中，为实现远指关节21与中指关节22及中指关节22与近指关节23之间的铰接连接，所述远拇指关节41与中拇指关节42之间通过第一、第二铰接杆41a、42a铰接连接且铰接轴与第一连动杆412杆端的铰接轴平行，所述中拇指关节42与近拇指关节43之间通过第三、第四铰接杆42b、43a铰接连接且铰接轴与第二连动杆422杆端的铰接轴平行；

为实现远拇指关节41与中拇指关节42以及中拇指关节42与近拇指关节43弯折及摆动的微调，所述第三连动杆413及第四连动杆423的杆长可调，位于近拇指关节43上还设置有第二施力杆431，所述第二施力杆431的一端与近拇指关节43铰接且铰接轴与第二连动杆422杆端的铰接轴平行，由于机械拇指能够在空间内呈现摆动的姿态，所述第二施力杆431的另一端与过渡连杆单元的动力滑块51球铰接。

所述过渡连杆单元包括驱动板52，所述驱动板52的延伸端设置有导向滑孔521，所述导向滑孔521孔长方向竖直布设，所述动力滑块51滑动设置在导向滑孔521内，所述连接杆4231转动式设置在延伸支架11上，延伸支架11设置在机架板10上由于机械拇指的摆动存在一定的偏角，所述延伸支架11与驱动机构之间的连接应当为柔性的连接，可以避免机械拇指无法摆动的状况，上述柔性连接的方式，可采用在支架11的一端设置压缩弹簧，当需要拇指摆动时，压缩单元压缩，从而实现机械拇指摆动的姿态。

所述驱动机构包括设置在机架板10上的丝杆61，丝杆61与驱动螺母构成丝杆螺母机构，丝杆61的一端设置有驱动电机62，所述导向滑板12及驱动板52设置在驱动螺母上，驱动电机62驱动丝杆61转动，所述驱动支杆54上延伸设置有调节板541，所述调节板541的板面设置有调节螺母，调节螺母内设置调节丝杠，调节丝杠的杆长方向竖直且下端与手部支撑面固连。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。