机器人灵巧手及机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种机器人灵巧手及机器人。

背景技术：

随着科技技术的发展，机器人制造技术越来越成熟。并且，随着人类生活水平的提高，越来越多的工作由机器人来完成，为了让人们有较好的体验，在餐饮行业、礼仪服务业等领域，类人型机器人受到了广泛欢迎。

类人型机器人的灵巧手作为机器人活动肢体的有效延伸，近几十年来作为机器人领域的热门研究方向之一，被各国的科研人员所研究，我们期望灵巧手能够通过准确且稳定的动作来完成灵活、精细的抓取动作。现有技术中的机器人灵巧手的种类层出不穷，然而手指结构相对复杂，大部分具有三个或更多指节，并且手指活动靠较多的零件之间的传动来实现，从而每次手指活动需要多个零件动作的相互传动和协作，任何一个零件动作的误差将会导致手指动作的误差，手指动作受控制的准确性较差，且手指活动过程中的稳定性能也无法得到良好的保证。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人灵巧手及机器人，以缓解传统的机器人灵巧手活动精确性和稳定性较差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人灵巧手，包括：手掌、手指、腱绳和弹簧，其中，

所述手掌包括基座，所述手指包括指根和指稍，其中，所述指根可旋转地与所述基座连接，所述指稍可旋转地与所述指根连接；

所述腱绳的一端与所述指稍连接，以便通过拉动所述腱绳的另一端而使所述手指向所述手掌的掌心方向弯曲；

所述弹簧的两端分别连接在所述指根和所述指稍上，和/或，分别连接在所述手掌和所述指根上，以便使所述手指在所述弹簧的回复力的作用下伸直。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基座设有第一凹槽，所述第一凹槽的槽壁上设有第一插孔，所述指根根部设有第二插孔，所述指根嵌设在所述第一凹槽内，且所述第一插孔和所述第二插孔内穿插有第一转轴，以使所述指根可旋转地与所述基座连接；

所述指根顶部设有第二凹槽，所述第二凹槽的槽壁上设有第三插孔，所述指稍根部设有第四插孔，所述指稍嵌设在所述第二凹槽内，且所述第三插孔和所述第四插孔内穿插有第二转轴，以使所述指稍可旋转地与所述指根连接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二插孔设于靠近第一目标侧的所述指根根部，所述第四插孔设于靠近所述第一目标侧的所述指稍根部，其中，所述第一目标侧为所述灵巧手的手背的一侧；

所述手指为中空状，所述指稍的第二目标侧设有固定点，所述指根内的顶部靠近所述第二目标侧设有第一限位孔，所述指根内的根部靠近所述第二目标侧设有第二限位孔，其中，所述第二目标侧为所述灵巧手的手心的一侧；

所述腱绳在所述手指内依次穿过所述第二限位孔、所述第一限位孔后与所述固定点固定连接，以使通过拉动所述腱绳而使所述指稍绕所述第二转轴转动，和/或，所述指根绕所述第一转轴转动。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述手掌的所述第一目标侧设有第一挂钩，所述指根的所述第一目标侧设有第二挂钩，所述指根的所述第一目标侧设有第三挂钩，所述指稍的所述第一目标侧设有第四挂钩；

所述弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，其中，

所述第一弹簧的两端分别挂设在所述第一挂钩和所述第二挂钩上，以使所述第一弹簧的回复力作用于所述指根而使所述指根相对于所述手掌伸直；

所述第二弹簧的两端分别挂设在所述第三挂钩和所述第四挂钩上，以使所述第二弹簧的回复力作用于所述指稍而使所述指稍相对于所述指根伸直。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述指根顶部的末端设有第一斜面，所述指稍根部的末端设有第二斜面，以便在所述指稍相对于所述指根而向所述手掌的掌心方向弯曲时，限制所述弯曲动作的弯曲程度。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述指根根部的所述第一目标侧外端设有第一凸块，在所述指根相对于所述基座伸直的情况下，所述第一凸块的根部末端和所述基座的顶部末端卡紧，以限制所述指根向所述第一目标侧的弯曲；

所述指稍根部的所述第一目标侧外端设有第二凸块，在所述指稍相对于所述指根伸直的情况下，所述第二凸块的根部末端和所述指根的顶部末端卡紧，以限制所述指稍向所述第一目标侧的弯曲。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述手指包括大拇指、食指、中指、无名指和小拇指；

所述基座包括第一基座、第二基座、第三基座、第四基座、第五基座，所述大拇指的指根和所述第一基座连接，所述食指的指根和所述第二基座连接，所述中指的指根和所述第三基座连接，所述无名指的指根和所述第四基座连接，所述小拇指的指根和所述第五基座连接；

所述手掌的一侧上设有第三凹槽，所述第一基座设于所述第三凹槽内，所述所述第二基座、所述第三基座、所述第四基座、所述第五基座设于所述手掌的顶部。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述机器人灵巧手还包括承载座，其中，

所述承载座上固定所述第一基座；

所述承载座嵌设在所述第三凹槽内，所述承载座可旋转地与所述第三凹槽连接，以便所述大拇指围绕所述承载座转动而靠近所述手掌心或远离所述手掌心。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述机器人灵巧手还包括驱动装置，其中，

所述驱动装置设置在所述手掌的外部，所述驱动装置和所述腱绳的另一端连接，以便驱动所述腱绳的另一端被拉动；

所述驱动装置还和所述承载座连接，以便驱动所述承载座转动。

第二方面，本发明实施例还提供了一种机器人，包括：所述机器人的手臂末端安装有第一方面所述的机器人灵巧手。

本发明实施例带来了以下有益效果：机器人灵巧手包括手掌、手指、腱绳和弹簧，手掌包括基座，手指包括指根和指稍，指根可旋转地与基座连接，指稍可旋转地与指根连接，其中，腱绳的一端与指稍连接，从而通过拉动腱绳的另一端而使指根相对于基座旋转、指稍相对于指根旋转，最终手指向手掌的掌心方向弯曲来实现抓紧操作；此外，弹簧的两端分别连接在指根和指稍上，和/或，分别连接在手掌和指根上，在手指弯曲后，弹簧变形，弹簧的回复力作用于手指而使手指伸直。该机器人灵巧手通过腱绳和弹簧就可直接控制手指的两个指节的屈伸，部件较少，腱绳对屈指动作的控制以及弹簧对伸直动作的控制直接、便捷，灵巧手抓握灵活且精细，从而缓解了传统的机器人灵巧手活动准确性和稳定性较差的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的一种机器人灵巧手的手背一侧的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种机器人灵巧手的结构分解示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种机器人灵巧手的侧视图；

图4为本发明实施例一提供的一种机器人灵巧手的手指部分的侧视图的结构放大图；

图5为本发明实施例一提供的一种机器人灵巧手在手指弯曲情况下的结构示意图。

图标：1-手掌；2-手指；3-腱绳；4-弹簧；5-基座；6-第一插孔；7-第二插孔；8-第一转轴；9-第三插孔；10-第四插孔；11-第二转轴；12-固定点；121-第一固定点；122-第二固定点；13-第一限位孔；14-第二限位孔；15-第一挂钩；16-第二挂钩；17-第三挂钩；18-第四挂钩；19-第一斜面；20-第二斜面；21-指根；22-指稍；23-第一凸块；24-第二凸块；25-大拇指；26-第一基座；27-承载座；271-通孔；272-第五插孔；28-第六插孔；29-第三转轴；41-第一弹簧；42-第二弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前机器人灵巧手的手指活动靠较多的零件之间的传动来实现，从而每次手指活动需要多个零件动作的相互传动和协作，灵巧手活动的精确性和稳定性较差。基于此，本发明实施例提供的一种机器人灵巧手及机器人，可以缓解传统的机器人灵巧手活动精确性和稳定性较差的技术问题。

实施例一

本发明实施例提供的一种机器人灵巧手，参照图1，包括：手掌1、手指2、腱绳3和弹簧4，其中，

手掌1包括基座5，手指2包括指根21和指稍22，其中，指根21可旋转地与基座5连接，指稍22可旋转地与指根21连接；

腱绳3的一端与指稍22连接，以便通过拉动腱绳3的另一端而使手指2向手掌1的掌心方向弯曲；

弹簧4的两端分别连接在指根21和指稍22上，和/或，分别连接在手掌1和指根21上，以便使手指2在弹簧4的回复力的作用下伸直。

具体地，腱绳3可选用现有的机器人灵巧手所用的绳子，具有较好的强度。此外，拉动腱绳3的另一端而使手指2受力弯曲，减小拉腱绳3的拉力，在手指2受到腱绳3的拉力减小到小于弹簧4的回复力的情况下，则手指2在弹簧4的回复力的作用下伸直。

在本发明实施例中，腱绳3的一端与指稍22连接，从而通过拉动腱绳3的另一端而使指根21相对于基座5旋转、指稍22相对于指根21旋转，最终手指2向手掌1的掌心方向弯曲来实现抓紧操作；此外，弹簧4的两端分别连接在指根21和指稍22上，和/或，分别连接在手掌1和指根21上，在手指2弯曲后，弹簧4变形，弹簧4的回复力作用于手指2而使手指2伸直。该机器人灵巧手通过腱绳3和弹簧4就可直接控制手指2的两个指节的屈伸，部件较少，腱绳3对屈指动作的控制以及弹簧4对伸直动作的控制直接、便捷，灵巧手抓握灵活且精细，从而缓解了传统的机器人灵巧手活动准确性和稳定性较差的技术问题。

本发明实施例的一个可选实施方式中，参照图2，基座5设有第一凹槽，第一凹槽的槽壁上设有第一插孔6，指根21根部设有第二插孔7，指根21嵌设在第一凹槽内，且第一插孔6和第二插孔7内穿插有第一转轴8，以使指根21可旋转地与基座5连接；

指根21顶部设有第二凹槽，第二凹槽的槽壁上设有第三插孔9，指稍22根部设有第四插孔10，指稍22嵌设在第二凹槽内，且第三插孔9和第四插孔10内穿插有第二转轴11，以使指稍22可旋转地与指根21连接。

具体地，基座5和手掌1之间可以通过螺纹连接，本发明实施例不作具体限制。

本发明实施例中，指根21与基座5之间可旋转地连接通过转轴实现，指稍22与指根21之间可旋转地连接也通过转轴实现，结构简单实用。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，参照图3，第二插孔7设于靠近第一目标侧的指根21根部，第四插孔10设于靠近第二目标侧的指稍22根部，其中，第一目标侧为灵巧手的手背的一侧(如图3所示的机器人灵巧手的上侧)；

手指2为中空状，指稍22的第二目标侧设有固定点12，指根21内的顶部靠近第二目标侧设有第一限位孔13，指根21内的根部靠近第二目标侧设有第二限位孔14，其中，第二目标侧为灵巧手的手心的一侧(如图3所示的机器人灵巧手的下侧)；

腱绳3在手指内依次穿过第二限位孔14、第一限位孔13后与固定点12固定连接，以使通过拉动腱绳3而使指稍22绕第二转轴11转动，和/或，指根21绕第一转轴8转动。

具体地，固定点12可以包括第一固定点121和第二固定点122，其中，关于第一固定点121和第二固定点122的具体设置位置，可以采用如下方式：第一固定点121设置在指稍22内的根部的第二目标侧，第二固定点122设置在指稍22的顶部的第二目标侧。关于第二固定点122的设置方式，还可以参照图2所示。需要说明的是，固定点12的具体数量，本发明实施例并不作具体限制。

腱绳3在手指内依次穿过第二限位孔14、第一限位孔13后与固定点12固定连接，从而腱绳3被拉动的情况下，指根21受到的拉力(以下记为f1)的方向为从第一限位孔13到第二限位孔14，指稍22受到的拉力(以下记为f2)的方向为从固定点12到第一限位孔13。

其中，由于第二插孔7设于指根21根部的第一目标侧，而第一限位孔13设于指根21内的顶部的第二目标侧，第二限位孔14设于指根21内的根部的第二目标侧，故而，拉力f1对插在第二插孔7内的第一转轴8的力矩不为零，从而指根21绕第一转轴8转动。

同理，第四插孔10设于指稍22根部的第一目标侧，而第一限位孔13设于指根21内的顶部的第二目标侧，固定点12设于指稍22的第二目标侧，故而，拉力f2对插在第四插孔10内的第二转轴11的力矩不为零，从而指稍22绕第二转轴11转动。需要说明的是，关于固定点12的位置，只要是最靠近指稍22根部的固定点12设置在指稍22的第二目标侧即可，本发明实施例不作进一步限制。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，参照图3，手掌1的第一目标侧设有第一挂钩15，指根21的第一目标侧设有第二挂钩16，指根21的第一目标侧设有第三挂钩17，指稍22的第一目标侧设有第四挂钩18；

弹簧包括第一弹簧41和第二弹簧42，其中，

第一弹簧41的两端分别挂设在第一挂钩15和第二挂钩16上，以使第一弹簧41的回复力作用于指根21而使指根21相对于手掌1伸直；

第二弹簧42的两端分别挂设在第三挂钩17和第四挂钩18上，以使第二弹簧42的回复力作用于指稍22而使指稍22相对于指根21伸直。

具体地，指根21相对于手掌1弯曲时，第一弹簧41被拉伸，第一弹簧41的回复力使得第一弹簧41回复原状，从而也拉动指根21相对于手掌1伸直。同理，指稍22相对于指根21弯曲时，第二弹簧42被拉伸，第二弹簧42的回复力使得第二弹簧42回复原状，从而也拉动指稍22相对于指根21伸直。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，参照图2，指根21顶部的末端设有第一斜面19，指稍22根部的末端设有第二斜面20，以便在指稍22相对于指根21而向手掌1的掌心方向弯曲时，限制弯曲动作的弯曲程度。

具体地，第一斜面19和指根21顶部的第一目标侧呈锐角，第二斜面20和指稍22根部的第一目标侧呈锐角。其中，第一斜面19和指根21顶部的第一目标侧呈锐角，指：第一斜面19和指根21顶部的第一目标侧的侧边呈锐角；同理，第二斜面20和指稍22根部的第一目标侧呈锐角，指：第二斜面20和指稍22根部的第一目标侧的侧边呈锐角。

需要说明的是，指稍22相对于指根21弯曲时，在第一斜面19和第二斜面20重合相抵时，指稍22不再相对于指根21弯曲，因而，第一斜面19和第二斜面20的倾斜度确定了手指的弯曲程度。本发明实施例不对第一斜面19和第二斜面20的倾斜度做具体限制，具体视使用环境中需要机器人灵巧手握持的物品的大小而定，物品越小，手指需要越弯曲，第一斜面19和指根21顶部的第一目标侧所成的锐角越小，第二斜面20和指稍22根部的第一目标侧所成的锐角也越小。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，参照图2和图4，指根21根部的第一目标侧外端设有第一凸块23，在指根21相对于基座5伸直的情况下，第一凸块23的根部末端和基座5的顶部末端卡紧，以限制所述指根向所述第一目标侧的弯曲；

指稍22根部的第一目标侧外端设有第二凸块24，在指稍22相对于指根21伸直的情况下，第二凸块24的根部末端和指根21的顶部末端卡紧，以限制所述指稍向所述第一目标侧的弯曲。

具体地，在指根21围绕第一转轴8向手背一侧旋转时，直到指根21根部的第一凸块23的根部末端抵住基座5的顶部末端，则指根21不再旋转。其中，第一凸块23的根部末端和基座5的顶部末端和第一目标侧呈直角时，指根21停止旋转时，指根21相对于基座5伸直。第二凸块24的作用原理同第一凸块23的作用原理相同，图4中，第二凸块24只有部分显现出来。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，如图5所示，手指包括大拇指25、食指、中指、无名指和小拇指；

基座5包括第一基座26、第二基座、第三基座、第四基座、第五基座，大拇指25的指根21和第一基座26连接，食指的指根和第二基座连接，中指的指根和第三基座连接，无名指的指根和第四基座连接，小拇指的指根和第五基座连接；

手掌1的一侧上设有第三凹槽，第一基座26设于第三凹槽内，第二基座、第三基座、第四基座、第五基座设于手掌1的顶部。

本发明实施例中，第一基座26设于手掌1的一侧上的第三凹槽内，第二基座、第三基座、第四基座、第五基座设于手掌1的顶部，完全仿真人手设置，更加逼真。

关于第一基座26在第三凹槽内的具体固定方式，参照图2和图5，在本发明实施例的另一个可选实施方式中，机器人灵巧手还包括承载座27，其中，

承载座27上固定第一基座26；

承载座27嵌设在第三凹槽内，承载座27可旋转地与第三凹槽连接，以便大拇指25围绕承载座27转动而靠近手掌心或远离手掌心。

具体地，承载座27包括通孔271和第五插孔272，其中，腱绳3从通孔271穿进大拇指25。此外，第三凹槽的槽壁上设有第六插孔28，第五插孔272和第六插孔28内穿插有第三转轴29，以使承载座27围绕第三转轴29可旋转地与手掌1连接，从而第一基座26相对于手掌1转动，大拇指25相对于手掌1转动。

需要说明的是，大拇指25围绕承载座27转动而靠近手掌心或远离手掌心，指：大拇指25通过整体转动能够使得大拇指25从其指背和手掌1的掌背相对转到和手掌1的掌背在机器人灵巧手的同一侧。需要强调的是，大拇指25围绕承载座27转动，指：大拇指25整体转动，有别于大拇指25的指根21绕第一转轴8的转动或指稍22绕第二转轴11的转动。

本发明实施例的另一个可选实施方式中，机器人灵巧手还包括驱动装置，其中，

驱动装置设置在手掌的外部，驱动装置和腱绳的另一端连接，以便驱动腱绳的另一端被拉动；

驱动装置还和承载座连接，以便驱动承载座转动。

实施例二

本发明实施例提供的一种机器人，机器人的手臂末端安装有实施例一中的机器人灵巧手。

具体地，机器人内安装有控制器和驱动装置，控制器控制驱动装置工作，驱动机器人灵巧手中的手指实施抓取和释放的动作。

在本发明实施例中，机器人灵巧手包括手掌、手指、腱绳和弹簧，手掌包括基座，手指包括指根和指稍，指根可旋转地与基座连接，指稍可旋转地与指根连接，其中，腱绳的一端与指稍连接，从而通过拉动腱绳的另一端而使指根相对于基座旋转、指稍相对于指根旋转，最终手指向手掌的掌心方向弯曲来实现抓紧操作；此外，弹簧的两端分别连接在指根和指稍上，和/或，分别连接在手掌和指根上，在手指弯曲后，弹簧变形，弹簧的回复力作用于手指而使手指伸直。该机器人灵巧手通过腱绳和弹簧就可直接控制手指的两个指节的屈伸，部件较少，腱绳对屈指动作的控制以及弹簧对伸直动作的控制直接、便捷，灵巧手抓握灵活且精细，从而缓解了传统的机器人灵巧手活动准确性和稳定性较差的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。