一种机械手指、机械手和机器人的制作方法

本发明实施例涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机械手指、机械手和机器人。

背景技术：

随着机器人技术的不断发展，机器人越来越智能，机器人应用的领域也越来越多。其中，仿生机器人是一种拟人机器人，其能够实现类人手进行抓取物体、搬运物体等操作，因此仿生机器人比一般机器人要复杂。

但是，本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现：目前，仿生机器人的机器手指大多数是以扎线传动或连杆传动等方式进行驱动的，此种驱动方式比较粗糙，灵活度低。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的主要目的在于提供一种机器手指、机械手和机器人，实现通过齿轮驱动的方式使机器人的手指能够仿照人类的手指运动，提高其灵活度。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种机械手指，包括：支座，设置有第一齿牙；手指腹部，与所述支座转动连接；第一驱动装置，用于驱动所述手指腹部相对于所述支座转动；手指尖部，所述手指尖部的一端与所述手指腹部转动连接，所述手指尖部的一端设置有第二齿牙；传动机构，设置于所述手指腹部，所述传动机构分别与所述第一齿牙和所述第二齿牙啮合，当所述第一驱动装置驱动所述手指腹部相对于所述支座转动时，所述传动机构通过所述第一齿牙和所述第二齿牙驱动所述手指尖部相对于所述手指腹部转动。

可选的，所述支座包括第一支座和第二支座；所述第一支座和所述第二支座固定，所述第一支座和所述第二支座之间形成第一收容槽，所述手指腹部的一端收容于所述第一收容槽，所述手指腹部的一端分别与所述第一支座和所述第二支座转动连接，所述第一齿牙设置在所述第二支座的一端。

可选的，所述第一驱动装置包括：第一电机、第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮和第一直齿轮；所述第一电机的输出轴与所述第一主动锥齿轮连接，所述第一直齿轮与所述第一从动锥齿轮固定，所述第一从动锥齿轮与所述第一主动锥齿轮啮合，所述第一直齿轮位于所述第一收容槽；所述手指腹部的一端设置有第三齿牙，所述第三齿牙位于所述第一收容槽，所述第三齿牙与所述第一直齿轮啮合。

可选的，所述传动机构包括：第二直齿轮和第三直齿轮；所述第二直齿轮和所述第三直齿轮设置于所述手指腹部，所述第二直齿轮和所述第三直齿轮均可相对于所述手指腹部转动，所述第二直齿轮分别与所述第三直齿轮和所述第一齿牙啮合，所述第三直齿轮与所述第二齿牙啮合。

可选的，所述机械手指还包括：第一扭簧和第二扭簧；所述第一扭簧固定于所述手指腹部和所述第二支座之间，所述第一扭簧的一端与所述第二支座抵接，所述第一扭簧的另一端与所述手指腹部固定，当所述机械手指弯曲时，所述第一扭簧被压缩；所述第二扭簧固定于所述手指腹部的另一端和所述第三齿牙之间，所述第二扭簧的一端与所述手指腹部固定，所述第二扭簧的另一端与所述手指尖部抵接，当所述机械手指弯曲时，所述第二扭簧被压缩。

可选的，所述机械手指还包括：手指腹蒙皮、手指中蒙皮和手指尖蒙皮；所述手指腹蒙皮套接于所述手指腹部；所述手指中蒙皮套接于所手指尖部；所述手指尖蒙皮连接于所述手指尖部远离所述手指腹部的另一端。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的又一个技术方案是：提供一种机械手，机械手包括所述的机械手指。

可选的，所述机械手还包括手掌骨架和机械拇指，所述手掌骨架设有拇指固定槽和手指固定槽，所述机械拇指套接于所述拇指固定槽，所述机械手指套接于所述手指固定槽。

可选的，所述机械手还包括：手掌蒙皮，所述手掌蒙皮包括掌心蒙皮和掌背蒙皮，所述掌背蒙皮设置于所述手掌骨架的一侧，所述掌心蒙皮设置于所述手掌骨架的另一侧，所述掌背蒙皮与所述掌心蒙皮连接。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的又一个技术方案是：提供一种机械手，机械手包括上述机械手指和机械拇指。

可选的，所述机械手还包括手掌骨架，所述手掌骨架设有拇指固定槽和手指固定槽，所述机械拇指套接于所述拇指固定槽，所述机械手指套接于所述手指固定槽。

可选的，所述机械手还包括：手掌蒙皮，所述手掌蒙皮包括掌心蒙皮和掌背蒙皮，所述掌背蒙皮设置于所述手掌骨架的一侧，所述掌心蒙皮设置于所述手掌骨架的另一侧，所述掌背蒙皮与所述掌心蒙皮连接。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的又一个技术方案是：提供一种机器人，包括所述的机械手。

本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术中本发明实施例中，机械手指包括支座、手指腹部、第一驱动装置、手指尖部和传动机构，手指腹部与支座转动连接，手指尖部的一端与手指腹部转动连接，并且手指尖部的一端设置有第二齿牙，传动机构设置于手指腹部，并且分别与所述第一齿牙和第二齿牙啮合，当第一驱动装置驱动手指腹部相对于支座转动时，传动机构通过第一齿牙和第二齿牙驱动手指尖部相对于所述手指腹部转动，实现机械手指的运动，并且机械手指的运动是通过齿轮传动的方式进行驱动的，相对于以扎线传动等方式进行驱动，这种驱动方式，灵活度更高。通过设置机械手，将机械拇指和机械手指连接分别与手掌骨架连接，实现机械手具有类人的五指结构，并实现五指的灵活运动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明一种机械手指的一实施例的装配视图；

图2是本发明一种机械手指的一实施例爆炸视图；

图3是本发明一种机械手指的一实施例蒙皮爆炸视图；

图4是本发明一种机械手指的另一实施例的装配视图；

图5是本发明一种机械手实施例的装配视图；

图6是本发明一种机械手实施例中机械手指、机械拇指和手掌骨架的装配视图；

图7是本发明一种机械手实施例中机械拇指的装配视图；

图8是本发明一种机械手实施例中手掌骨架的立体图；

图9是本发明一种机械手的手掌蒙皮爆炸视图。

具体实施方式的附图标号说明如下：

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“底”“内”、“外”、“轴向”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“上方”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

请参阅图1和图2，机械手指1包括：支座11、手指腹部12、手指尖部13、第一驱动装置14、传动机构15和销轴16。

对于上述支座11，包括：第一支座111和第二支座112。第一支座111和第二支座112通过螺栓或者焊接的方式相对固定，第一支座111和第二支座112之间形成第一收容槽113。第一支座111设有第一轴承孔1111和第一销轴孔1112，并且第一销轴孔1112位于第一轴承孔1111的上方。第二支座112设有第一齿牙1121和第二销轴孔1122，当第一支座111和第二支座112固定时，第一销轴孔1112和第二销轴孔1122的轴线重合。对于上述手指腹部12，手指腹部12的一端设有第三齿牙121，并且手指腹部12由设有第三齿牙121的一端向另一端依次并排设有第一销轴座122、第二销轴座123、第三销轴座124和第四销轴座125。

对于上述手指尖部13，手指尖部13的一端设第二齿牙131和第三销轴孔132，另一端设有第四销轴孔133。

对于上述第一驱动装置14，第一驱动装置14包括：第一电机141、第一主动锥齿轮142、第一从动锥齿轮143、第一直齿轮144和第一轴承145。第一从动锥齿轮143的一端面设有第一连接轴1431，第一连接轴1431通过第一轴承145套接于第一轴承孔1111，以使第一从动锥齿轮143可相对于第一支座111转动。第一直齿轮144套接并固定于第一连接轴1431，以使第一直齿轮144与第一从动锥齿轮143固定，并且第一直齿轮144和第一从动锥齿轮143可相对于第一支座111转动。其中，第一直齿轮144和第一从动锥齿轮143还均收容于第一收容槽113，并且第一直齿轮144与第三齿牙121啮合。第一电机141的输出轴与第一主动锥齿轮142通过过盈配合或焊接等方式连接，第一从动锥齿轮143与第一主动锥齿轮142啮合。第一电机141通过第一主动锥齿轮142带动第一从动锥齿轮143转动，第一从动锥齿轮143带动第一直齿轮144转动，第一直齿轮144带动第三齿牙121转动，从而驱动手指腹部12相对第一支座111和第二支座112转动。

可以理解的是：第一驱动装置14也不限于上述所描述的结构，还可以为其它结构，只要其能够驱动手指腹部12相对于支座11转动的结构均可。

对于上述传动机构15，传动机构15包括：第二直齿轮151和第三直齿轮152。

对于上述销轴16，销轴16包括：第一销轴161、第二销轴162、第三销轴163和第四销轴164和第五销轴165。

第一销轴161穿过第二销轴孔1122、第一销轴座122和第一销轴孔1112，并且第一销轴161的两端分别与第一支座111和第二支座112连接，以使手指腹部12位于第一支座111和第二支座112之间，从而使手指腹部12可以第一销轴161为轴，相对于第一支座111和第二支座112转动，实现手指腹部12与支座11转动连接。其中，第三齿牙121还收容于第一收容槽113内。第四销轴164的一端穿过第三销轴孔132，然后插接于第四销轴座125上，手指尖部13可以第四销轴164为轴，相对于手指腹部12转动，从而实现手指尖部13的一端与手指腹部12转动连接。第二销轴162的一端固定于第二销轴座123，第二直齿轮151套接于第二销轴162，并且第二直齿轮151可以第二销轴162为轴转动，第三销轴163的一端固定于第三销轴座124，第三直齿轮152套接于第三销轴163上，并且第三直齿轮152可以第三销轴163为轴转动，从而实现将传动机构15设置于手指腹部12。此外，第二直齿轮151和第三直齿轮152呈并排设置。第一齿牙1121和第二直齿轮151啮合，第二直齿轮151又和第三直齿轮152啮合，第三直齿轮152又和第二齿牙131啮合，从而实现传动机构15分别与第一齿牙1121和第二齿牙131啮合。

当手指腹部12相对于第一支座111和第二支座112转动时，由于第二直齿轮151与第一齿牙1121啮合，因此，第二直齿轮151被第一齿牙1121驱动，第二直齿轮151带动第三直齿轮152转动，第三直齿轮152带动第二齿牙131，从而实现手指尖部13相对于手指腹部12转动，进而实现整个机械手指1的转动。在一些实施例中，第一电机141可选为行星减速电机。

可以理解的是：传动机构15不限于上述所描述的结构，也可以为其它结构，例如：传动机构15只有一个齿轮，该齿轮转动连接于手指腹部12，并且该齿轮分别与第一齿牙1121和第二齿牙131啮合；又或者，传动机构15为多于两个的齿轮，这些齿轮依次啮合，两端再分别与第一齿牙1121和第二齿牙131啮合。支座11也不限于上述所描述的结构，也可以为其它结构，只要支座11设置有第一齿牙1121，并且支座11可与手指腹部12转动连接即可。再者，手指腹部12与手指尖部13连接的方式也不限于上述描述的结构，还可以为其它具有转动连接效果的连接方式。

在一些实施例中，如图2所示，上述机械手指1还包括：第一扭簧17和第二扭簧18。第一扭簧17套接并固定于第一销轴座122，并且位于手指腹部12和第二支座112之间，第一扭簧17的一端与第二支座112抵接，第一扭簧17的另一端固定于手指腹部12，当所述机械手指1弯曲时，第一扭簧17给压缩，当机械手指1伸直时，给压缩的第一扭簧17可以提供回弹力。第二扭簧18套接并固定于第四销轴座125，并且位于手指腹部12和手指尖部13之间，第二扭簧18的一端固定手指腹部12，第二扭簧18的另一端与手指尖部13抵接，当所述机械手指1弯曲时，第二扭簧18给压缩，当机械手指1伸直时，给压缩的第二扭簧18可以提供回弹力。通过设置第一扭簧17和第二扭簧18，以在机械手指从弯曲到伸直的过程中，第一扭簧17和第二扭簧18提供伸直助力。

在一些实施例中，如图2至图4所示，上述的机械手指1还包括：手指腹蒙皮19、手指中蒙皮120、手指尖蒙皮130和第三扭簧140。手指腹蒙皮19、手指中蒙皮120和手指尖蒙皮130均为中空结构，其外观形状分别对应人手的手指腹、手指中和手指尖的外部形状，其材料均采用塑料，以降低重量。手指腹蒙皮19套接于手指腹部12外，并且通过第四销轴164与手指腹部12连接。手指中蒙皮120套接于手指尖部13外，并且通过第五轴销165与手指尖部13连接，当手指尖部13相对手指腹部12转动时，手指中蒙皮120跟随手指尖部13相对手指腹部12转动。手指尖蒙皮130的一端通过第五销轴165与手指尖部13连接。手指尖蒙皮130、手指中蒙皮120和手指腹蒙皮19分别由上到下依次排列，分别对应人手指的手指尖、手指中和手指腹。第三扭簧140套接于第五销轴165，其一端与手指尖部13抵接，另一端与手指尖蒙皮130抵接，以使手指尖蒙皮130与手指尖部13保持直立状态。当手指弯曲或者伸直时，手指尖蒙皮130和手指中蒙皮120跟随手指尖部13相对手指腹部12转动，手指腹蒙皮19跟随手指腹部12相对第一支座111和第二支座112转动。机械手指1通过手指腹蒙皮19、手指中蒙皮120、手指尖蒙皮130分别套接于手指腹部12和手指尖部13，以使机械手指1形成类人手指外形。

通过上述实施例，通过第一电机141带动第一主动锥齿轮142转动，第一主动锥齿轮142带动第一从动锥齿轮143转动，第一从动锥齿轮143带动第一直齿轮144转动，第一直齿轮144带动第三齿牙121转动，从而驱动手指腹部12相对第一支座111和第二支座112转动。当手指腹部12相对于第一支座111和第二支座112转动时，由于第二直齿轮151分别与第三直齿轮152和第一齿牙1121啮合，第三直齿轮152与第二齿牙131啮合，从而驱动手指尖部13相对手指腹部12转动，而在手指腹部12和手指尖部13转动时，手指腹蒙皮19、手指中蒙皮120和手指尖蒙皮130也相应跟随转动，实现机器人的机械手指1能够仿照人类手指的运动方式灵活运动。此外，机械手指1通过齿轮方式传动，其传动效率上比以扎线传动或连杆传动等方式更高。

本发明还提供一种机械手10实施例，如图5和图6所示，机械手10包括：机械手指1、机械拇指2、手掌骨架3和手掌蒙皮4。机械手指1和机械拇指2分别与手掌骨架3。

对于机械手指1和机械拇指2，请再参阅图2、图4和图7，机械手指1和机械拇指2的区别在于：机械拇指2包括支座11、手指腹部12、第一驱动装置14、第一销轴161、第四销轴164、手指腹蒙皮19和手指尖蒙皮130，并且支座11、手指腹部12、第一驱动装置14、第一销轴161、第四销轴164、和手指腹蒙皮19之间的连接关系与上述实施例中机械手指1相同，而手指尖蒙皮130的一端则通过第四销轴164与手指腹部12连接，以使手指尖蒙皮130和手指腹蒙皮19连接，并且上下排列，手指尖蒙皮130对应机械拇指2的拇指尖，手指腹蒙皮1对应机械拇指2的拇指腹。机械手指1与上述实施例中机械手指1的结构与功能相同，此处不再一一赘述。

对于上述手掌骨架3，如图4、图7和图8所示，手掌骨架3设有拇指固定槽31和手指固定槽32，机械拇指2的第一电机套接于拇指固定槽31，并且通过螺接或者焊接的方式进一步固定，机械手指1的第一电机141套接于手指固定槽32，并且通过螺接或者焊接的方式进一步固定。需要说明的是，为了形成具有类人的五指结构，机械拇指2和拇指固定槽31的数量均为一个，机械手指和手指固定槽32的数量均为四个，当然在一些其他实施例中，机械拇指2和拇指固定槽31的数量均为一个，而机械手指和手指固定槽32的数量均为一个，或者其他的组合形式。

对于手掌蒙皮4，如图9所示，手掌蒙皮4包括：掌心蒙皮41和掌背蒙皮42。掌心蒙皮41设有拇指收容空间411，掌背蒙皮42设有手掌收容槽421。请再参阅图6和图9，机械拇指2与拇指收容空间411套接，以使掌心蒙皮41安装于手掌骨架3的前部，手掌骨架3部分收容于手掌收容槽421，以使掌背蒙皮42安装于手掌骨架3的远离掌心蒙皮41的后部，并且掌背蒙皮42与掌心蒙皮41通过卡合或者螺接的方式连接，以使手掌骨架3收容在掌背蒙皮42和掌心蒙皮41之间，形成具有类人手掌外形。在一些实施例中，掌背蒙皮42和掌心蒙皮41可选用塑料，以减少机械手10的重量。在本发明实施例中，机械手10包括机械手指1、机械拇指2和手掌骨架3，机械手指1和机械拇指2通过与手掌骨架3连接，形成具有仿照人类手部的五指结构，机械手指1和机械拇指2通过齿轮传动的方式实现仿照人类手部五指的运动方式进行灵活运动，另外通过设置手掌蒙皮4，以使机械手10形成具有类人手部的外观形状。

本发明还提供一种机器人实施例，所述机器人包括机械手10，所述机械手10的结构与功能与上述实施例中的机械手10的结构和功能相同，此处不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。