机械手和机器人的制作方法

本公开的实施例涉及人工智能领域，更具体地涉及一种机械手。

背景技术：

随着人工智能在民用和商用领域的广泛应用，使用具有机械手的机器人进行操作以替代人和与人进行合作在各种应用中发挥着日益重要的作用，例如生产制造、物流运输、人类生活辅助、手术执行等。

机械手是一种常用的机器人的末端执行器。既可以实现捏握夹持又可以实现包络夹持的机械手可以对待夹持的物体实现自适应，在可夹持物体多样性方面具有优势。然而，现有的具有捏握夹持和包络夹持双重功能的机械手结构复杂。

技术实现要素：

本公开的至少一实施例提供一种机械手，其包括一个或多个手指单元。该一个或多个手指单元中的每个包括驱动传递构件、第一连杆、第二连杆、第三连杆和弹性头肩。第一连杆包括在其第一端的夹持部。第二连杆的第一端枢转地连接到第一连杆的第二端，第二连杆的第二端枢转地连接到驱动传递构件。第三连杆的第一端枢转地连接到驱动传递构件，第三连杆的第二端枢转地连接到第一连杆的第一端和第二端之间的枢转部。该驱动传递构件配置为驱动第二连杆和第三连杆。

例如，在一些实施例中，驱动传递构件包括第四连杆。第四连杆的第一端枢转地连接到第二连杆的第二端，第四连杆的第二端枢转地连接到第三连杆的第一端。

例如，在一些实施例中，驱动传递构件配置为使得第四连杆以平移的方式移动。

例如，在一些实施例中，一个或多个手指单元中的每个还包括弹性构件。该弹性构件配置为向第一连杆施加使第一连杆和第二连杆在背向第三连杆的方向张开的力。

例如，在一些实施例中，弹性构件设置在第三连杆和第四连杆之间，且包括第一施加端和第二施加端，第一施加端和第二施加端分别作用在第三连杆和第四连杆上，以施加使第一连杆和第二连杆在背向第三连杆的方向张开的力。

例如，在一些实施例中，弹性构件设置在第一连杆和第二连杆之间，且包括第一施加端和第二施加端，第一施加端和第二施加端分别作用在第一连杆和第二连杆上，以施加使第一连杆和第二连杆在背向第三连杆的方向张开的力。

例如，在一些实施例中，弹性构件为扭转弹簧。

例如，在一些实施例中，该机械手还包括主体。驱动传递构件还包括第五连杆和第六连杆。第五连杆的第一端在第一枢转点枢转地连接到第四连杆，第五连杆的第二端在第二枢转点枢转地连接到主体。第六连杆的第一端在不同于第一枢转点的第三枢转点枢转地连接到第四连杆，第六连杆的第二端在第四枢转点枢转地连接到主体。第一枢转点和第二枢转点之间的距离等于第三枢转点和第四枢转点之间的距离，并且第一枢转点和第三枢转点之间的距离等于第二枢转点和第四枢转点之间的距离。

例如，在一些实施例中，第四连杆包括彼此连接且呈一定角度的第一分段和第二分段，并且第三枢转点在第一分段和第二分段之间。

例如，在一些实施例中，机械手包括多个手指单元，多个手指单元每个经过相应的第二枢转点和相应的第四枢转点的连线彼此平行。

例如，在一些实施例中，该机械手还包括驱动装置，配置为驱动第五连杆和第六连杆中的一个相对于主体的枢转。

例如，在一些实施例中，驱动装置包括蜗杆。驱动传递构件还包括与蜗杆配合的蜗轮，其设置在第五连杆的第二端。

例如，在一些实施例中，手指单元还包括止挡元件，用于阻止第一连杆和第二连杆在背向第三连杆的方向上张开超过一预定张开角度。

例如，在一些实施例中，预定张开角度为180度。

例如，在一些实施例中，止挡元件设置在第一连杆和第二连杆之间

本公开的至少一实施例提供一种机器人，其包括如上所述的机械手。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，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相关的附图。

图1示出了根据本公开实施例的机械手的外部示意图；

图2示出了根据本公开实施例的机械手的平面图，其中，第二半壳体被移除；

图3示出了根据本公开实施例的机械手的手指单元的一部分的示意图；

图4示出了根据本公开实施例的机械手捏握夹持一物体的视图；

图5示出了根据本公开实施例的机械手包络夹持所述物体的视图；

图6示出了根据本公开另一实施例的机械手的示意平面图；

图7示出了根据本公开另一实施例的机械手的示意平面图；

图8示出了根据本公开一实施例的机器人的示意框图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述根据本公开的实施例的机械手。为使本实用公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对结合附图提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非上下文另有定义，否则单数形式包括复数形式。在整个说明书中，术语“包括”、“具有”、等在本文中用于指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合。

另外，即使包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可用于描述各种部件，但这些部件并不受这些术语的限制，并且这些术语仅用于区分一个元件与其他元件。

人工智能(artificialintelligence,ai)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。

人工智能技术是一门综合学科，涉及领域广泛，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。人工智能基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。

机器人是人工智能技术中的重要组成部分。机器人可以包括诸如机械手的末端执行器。

本公开的至少一实施例提供了一种机械手，该机械手包括一个或多个手指单元，所述一个或多个手指单元中的每个包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和驱动传递构件。该第一连杆包括在其第一端的夹持部。该第二连杆的第一端枢转地连接到第一连杆的第二端，该第二连杆的第二端枢转地连接到驱动传递构件。该第三连杆的第一端枢转地连接到驱动传递构件，该第三连杆的第二端枢转地连接到第一连杆的第一端和第二端之间的枢转部。该驱动传递构件配置为驱动第二连杆和第三连杆。

在本公开的实施例中，驱动传递构件驱动第二连杆和第三连杆移动，从而导致机械手对目标物体的夹持。取决于物体的夹持位置和形状等，机械手可以对物体实现捏握夹持或包络夹持。例如，在第一连杆的位于其第一端的夹持部作用于物体的情况下，实现捏握夹持。例如，在第一连杆的枢转部与第二端之间的部分和/或第二连杆作用于物体的情况下，手指单元的第一连杆和第二连杆之间的张开角度减小，实现包络夹持。根据本公开的实施例的机械手结构简单，容易装配。

图1-图5示出了根据本公开的至少一实施例的机械手的视图。

如图1-5所示，机械手包括主体1和连接到主体1的两个手指单元。主体1包括第一半壳体11和第二半壳体。在图2中，第二半壳体被移除以示出设置在主体1内部的部件。该两个手指单元彼此对称布置。当两个手指单元彼此靠近时，其实现对物体5的夹持。

在其他实施例中，机械手还可以包括一个或多于两个的手指单元。例如，机械手可以仅包括一个手指单元并且还包括与该手指单元相对布置的相对构件，例如保持静止和/或不可弯曲的板状件。例如，机械手可以包括围绕一轴线中心对称布置的多于两个的手指单元，例如，三个手指单元或四个手指单元。

返回图1-5，每个手指单元包括第一连杆31、第二连杆32、第三连杆33和驱动传递构件。具体而言，驱动传递构件分别连接到第二连杆32的第二端和第三连杆33的第一端并且配置为驱动第二连杆32和第三连杆33移动。在本示例中，驱动传递构件包括第四连杆34。

如图3所示，第一连杆31包括在其第一端的夹持部311，并且第一连杆31的第二端枢转地连接到第二连杆32的第一端。第二连杆32的第二端枢转地连接到驱动传递构件中的第四连杆34的第一端。第四连杆34的第二端枢转地连接到第三连杆33的第一端。第三连杆33的第二端枢转地连接到第一连杆31的在第一端和第二端之间的枢转部。这里，第一连杆31的第一端和第二端之间的枢转部是指在第一端和第二端之间的、并且不包含位于第一端的夹持部的第一连杆31的一部分。

每个手指单元可以弹性构件39。弹性构件39配置为向第一连杆31施加使第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向张开的力。弹性构件39可以在手指单元没有夹持物体5的时候保证第一连杆31和第二连杆32之间保持或回复到一张开角度，例如，在初始状态或者在将夹持物体5放下后。

在本实施例中，弹性构件39设置在第三连杆33和第四连杆34之间。例如，该弹性构件39可以为扭转弹簧，该扭转弹簧具有第一施加端和第二施加端，其分别抵靠第三连杆33和第四连杆34，以对第三连杆33和第四连杆34施加力(间接地，对第一连杆31施加力)使得第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向保持张开。在本文中，以标记θ表示第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向张开的张开角度。可以适当地设定弹性构件39所施加的力的大小，以使得机械手具有一定的防碰撞能力，增强机械手的可靠性。此外，弹性构件39也可以例如为螺旋弹簧、弹性片等形式。

另外，在其他实施例中，可以在第一连杆31和第二连杆32之间设置弹性构件39’，以替代地或附加地施加阻止第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向闭合的力。图6示出了根据本公开另一实施例的机械手的平面图。如图6所示，弹性构件39’设置在第一连杆31和第二连杆32之间。当弹性构件39’因第一连杆31和第二连杆32的闭合而被压缩时，其施加阻止第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向闭合的力。弹性构件39’具有第一施加端和第二施加端，其分别作用在第一连杆31和第二连杆32上。例如，弹性构件39’可以具有螺旋弹簧、扭转弹簧或弹性片等形式。

如图1所示，在本实施例中，手指单元还可以包括止挡元件321，用于阻止第一连杆31和第二连杆32在背向第三连杆33的方向上张开超过一预定张开角度。因此，弹性构件39的力只能使第一连杆31和第二连杆32张开小于该预定张开角度。在弹性构件39和止挡元件321的作用下，第一连杆31和第二连杆32可以趋于保持在该预定张开角度。例如，该预定张开角度可以为180度。因此，第一连杆31和第二连杆32趋于保持为彼此共线。

在本示例中，止挡元件321设置在第一连杆31和第二连杆32之间。具体地，止挡元件321设置在第二连杆32的连接到第一连杆31的第一端上，并且为第二连杆32的一部分。在其他示例中，止挡元件321也可以设置在第一连杆31和第三连杆33之间或者第二连杆32和第四连杆34之间等。

在本实施例中，第四连杆34包括彼此连接并且呈一定角度的第一分段341和第二分段342。例如，第一分段341和第二分段342呈90度的角度。第一分段341和第二分段342彼此固定连接(例如通过焊接)或成一体，并且例如，还可以在第一分段341和第二分段342之间设置加强肋343。在本实施例中，第四连杆34具有l形形状。在其他实施例中，第四连杆34可以具有诸如弧形状的其他形状。

例如，驱动传递构件配置为使得第四连杆34以平移的方式移动。这里，“平移”是指不发生转动的移动。

在机械手具有相对于一轴线彼此对称布置的两个手指单元的情况下，第四连杆34的移动使得两个手指单元彼此靠近，以便对目标对象进行夹持。

图4和图5示出了机械手夹持一圆柱形的物体5的情况。第一连杆31和第三连杆33在第五枢转点35处连接到彼此。第二连杆32和第四连杆34在第六枢转点36处连接到彼此。

如图4所示，在第一连杆31的在第五枢转点35(即，枢转部)以下的夹持部311作用在物体5上，通过对物体5施加压力、摩擦力而实现对物体5的夹持。在这种情况下，物体5相对于第五枢转点35对第一连杆31施加顺时针方向的扭矩m1，该扭矩m1使得第一连杆31和第二连杆32之间的张开角度增大。由于存在止挡元件321，第一连杆31和第二连杆32之间的张开角度不超过预定张开角度，例如180度。因此，机械手对物体5执行捏握夹持。

如图5所示，在第一连杆31的在第五枢转点35以上的部分和第二连杆32(在第六枢转点36以下)作用在物体5上，通过对物体5施加摩擦力、压力而实现对物体5的夹持。在这种情况下，物体5相对于第五枢转点35对第一连杆31施加逆时针的扭矩m2，该扭矩m2使得第一连杆31和第二连杆32之间的张开角度减小。因此，手指单元的第一连杆31和第二连杆32能够克服弹性构件39的扭矩m3而闭合，从而将物体5包络在一个手指单元的第一连杆31和第二连杆32与另一个手指单元的第一连杆31和第二连杆32之间。因此，机械手对物体5执行包络夹持。

如上所述，驱动传递构件被配置为使第四连杆34移动以使得两个手指单元彼此靠近。由于第四连杆34以平移地方式移动，并且两个手指单元对称布置，因此，两个手指单元总体上平行地彼此靠近。

此外，由于将预定张开角度设定为180度，在捏握夹持的情况下，通过适当设计各个连杆的长度，两个手指单元的第一连杆31和第二连杆32能够总是彼此平行地移动，从而更好地实现对物体5的捏握夹持。在一些示例中，夹持部311可以具有一平坦的夹持表面，可以总保持两个手指单元的相应夹持表面之间的平行或特定相对角度。本领域技术人员可以理解的是，这样的效果也同样适用于一个手指单元或者两个以上的手指单元的情况。

此外，第一连杆31的夹持部311可以被设计为各种不同的构造或者连接到各种工具，增强了机械手的设计灵活性和通用性。

在本示例中，如图2所示，驱动传递构件还包括第五连杆21和第六连杆22。第五连杆21的第一端在第一枢转点23枢转地连接到第四连杆34，第五连杆21的第二端在第二枢转点24枢转地连接到主体1。第六连杆22的第一端在第一分段341和第二分段342之间的第三枢转点25枢转地连接到第四连杆34，第六连杆22的第二端在第四枢转点26枢转地连接到主体1。注意，在本实施例中，第六枢转点36和第三枢转点23彼此重合，在其他实施例中，第六枢转点36和第三枢转点23可以不彼此重合。

为了使得驱动传递构件能够使第三连杆33以平移的方式移动，第一枢转点23和第二枢转点24之间的距离等于第三枢转点25和第四枢转点26之间的距离，并且第一枢转点23和第三枢转点25之间的距离等于第二枢转点24和第四枢转点26之间的距离。具体地，第五连杆21、第六连杆22、第三连杆34的第一分段341和主体1形成一呈平行四边形的连杆机构。

因此，第五连杆21围绕第二枢转点24的枢转和第六连杆22围绕第四枢转点26的枢转将导致第三连杆34的第一分段341的平移移动(在图2中，为水平移动)。

在机械手包括两个或更多个手指单元的情况下，该两个或更多个手指单元的经过相应的第二枢转点24和相应的第四枢转点26的连线可以彼此平行。因此，该两个或更多个手指单元可以彼此整体上平行地移动。

机械手可以包括驱动装置，该驱动装置可以直接驱动第五连杆21和第六连杆22中的一个的枢转从而带动另一个的枢转。例如，驱动装置可以包括电机4和蜗杆28。如图2所示，在本示例中，两个手指单元的相应第五连杆21的第二端分别形成有蜗轮27，该两个蜗轮27与共同的蜗杆28配合。电机4驱动蜗杆28的旋转。因此，两个手指单元可以实现同步的动作。由于使用蜗轮-蜗杆机构，机械手具有自锁能力，提高了机械手的运行可靠性和安全性。由于两个机械手通过一个电机4进行驱动，节省了机械手的占用的体积。电机4、蜗轮27以及第五连杆21和第六连杆22的一部分设置在主体1内部。

此外，在其他实施例中，驱动装置可以独立地驱动两个或更多个手指单元的相应第五连杆或第六连杆中的一个，这有助于使得机械手夹持不规则物体5。

图7示出了根据本公开另一实施例的机械手的示意性平视图。如图7所示，驱动传递构件可以具有其他配置。例如，驱动传递构件包括第四连杆34和连接到第四连杆34的平移机构29，其导致手指单元的第四连杆34的水平平移。平移机构29例如包括螺杆(未示出)和与螺杆配合的螺母(未示出)，该螺杆被一电机驱动，而该螺母固定连接到第四连杆34，电机通过螺杆-螺母机构驱动第四连杆34的平移。此外，平移机构29例如还可以为带轮机构等其他形式平移机构。

需要说明的是，本公开所述的“连杆”不限制为杆形状，而可以具有其他形状。

本公开的至少一实施例提供了一种机器人，其包括机械手。

图8示出了根据本公开实施例的机器人的示意框图，机器人可以包括机器人臂61和安装到机器人臂61上的末端执行器。末端执行器例如可以是如上所述的机械手。机器人臂61可以包括一个或多个关节，用于带动机械手一起沿着一个或多个自由度运动，例如，1-6个自由度。例如，机械手可以对货物工具进行夹持以将货物从一个位置搬运到另一个位置。例如，机械手可以夹持诸如钳子的工具以对通过工具对物理世界进行改造。

此外，机器人还可以包括总线67、存储器62、传感器组件63、控制器64、通信模块65和输入输出装置66等。

总线67可以是将上述部件互连并在上述部件之中传递通信信息(例如，控制消息或数据)的电路。

存储器62可以是易失性存储器和/或非易失性存储器。存储器62可以存储例如与机器人的一个或多个其他部件相关的命令或数据。根据一个实施例，存储器可以存储软件和/或程序。

传感器组件63可以用于对物理世界进行感知，例如包括摄像头、红外传感器超声波传感器等。此外，传感器组件63还可以包括用于测量机械手的各个枢转点的连杆之间的枢转角度或者连杆的平移位置等的位置传感器，例如霍尔传感器、激光位置传感器、或应变力传感器等。

控制器64用于对机器人的操作进行控制，例如以人工智能的控制方式。具体地，控制器64可以从传感器组件63接收信息，并基于该信息控制机械手的电机4。控制器64例如包括处理装置。处理装置可以包括微处理器、数字信号处理器(“dsp”)、专用集成电路(“asic”)、现场可编程门阵列(“fpga”)、状态机或用于处理从传感器线接收的电信号的其他处理器件。这种处理器件可以包括可编程电子设备，例如plc，可编程中断控制器(“pic”)、可编程逻辑器件(“pld”)、可编程只读存储器(“prom”)、电子可编程只读存储器(“eprom”或“eeprom”)等。

通信模块65可以通过有线或无效与网络连接，以便于与物理世界(例如，服务器67)通信。通信模块65可以是无线的并且可以包括无线接口，例如ieee802.11、蓝牙、无线局域网(“wlan”)收发器、或用于接入蜂窝电话网络的无线电接口(例如，用于接入cdma、gsm、umts或其他移动通信网络的收发器/天线)。在另一示例中，通信模块65可以是有线的并且可以包括诸如以太网、usb或ieee1394之类的接口。

输入输出装置66可以将例如从用户或任何其他外部设备输入的命令或数据传送到机器人的一个或多个其他部件，或者可以将从机器人的一个或多个其他部件接收的命令或数据输出到用户或其他外部设备。

多个机器人可以组成机器人系统以协同地完成一项任务，该多个机器人通信地连接到服务器67，并且从服务器67接收协同机器人指令。

本公开的范围并非由上述描述的实施方式来限定，而是由所附的权利要求书及其等同范围来限定。