三指机械手的制作方法

本实用新型涉及机械手技术领域，具体涉及一种三指机械手。

背景技术：

机械手是机器人极其重要的组成部分，现有的机械手主要分为专用夹持器和智能手两类。专用夹持器应用较早，其体积较大、质量较重，仅能完成简单单一的制造过程，功能较为简单，抓取效果不够理想，常见于自动化的生产线；智能手的关节多、自由度多，并设置有大量的传感器，其能像人手一样灵活地完成各种任务，但是其结构复杂、制造成本高，不易于大范围的推广应用。

综上所述，现有技术中的机械手具有结构复杂、体积较大、质量较重，且整体制造成本较高、不易于推广的诸多缺点。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种三指机械手，该机械手结构简单、体积小巧、质量轻，且制造成本低，同时，其抓取效果理想，易于在实际生产中进行大范围的推广。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种三指机械手，包括机壳、手掌基板、三个手指底座和三个手指；所述机壳由机架上板、机架下板和连接在机架上板和机架下板之间的机架外壳组成；

所述机壳的内部设置有输入齿轮、传动齿轮组、输出齿轮a和输出齿轮b、三个抓取舵机和一个转动舵机，三个抓取舵机和一个转动舵机呈环形地排布，并均固定安装在机架下板上；

所述机架上板上呈三角形地开设有三个通孔；所述手掌基板固定连接在机架上板的上端，并与三个通孔相对应地开设有三个安装孔；其中一个手指底座固定安装在一个安装孔中，其余两个手指底座可转动地安装在其余的两个安装孔中，并分别与输出齿轮a和输出齿轮b固定连接；

所述输入齿轮固定套装在转动舵机的输出轴上，所述传动齿轮组可转动地安装在机架上板的下部，且传动齿轮组的输入端与输入齿轮啮合，输出端分别与输出齿轮a和输出齿轮b啮合；

所述手指主要由近指节、远指节和弹簧片组成，所述弹簧片的两端分别与近指节的首端和远指节的末端铰接，近指节的里侧靠近其末端的位置与其首端之间开设有过绳通道a，远指节的末端里侧与其中部外侧之间开设有过绳通道b，远指节的中部外侧还连接有固定柱；三个手指的近指节的末端分别通过销轴与三个手指底座之间可转动地连接，并通过装配在销轴上的扭簧实现手指的回弹复位；

每个抓取舵机的输出轴上套装配有滑轮，在每个滑轮上均绕设有牵引绳；在三个手指底座的中心位置分别设置有三个贯通通道，所述贯通通道纵向依次贯穿手指底座、手掌基板和机架上板地形成；三个滑轮上的牵引绳分别通过三个贯通通道穿出到三个手指底座的上部，并在绕到近指节末端的里侧面后，并依次通过过绳通道a、过绳通道b后与固定柱连接。

在该技术方案中，通过抓取舵机驱动滑轮转动，进而利用牵引绳的收缩来驱动手指的弯曲动作，进而来完成对物体的抓取，这种欠驱动方式能有效减少驱动器的数量，有效简化传动机构的结构，并能有效减小机械手的体积和重量；三根手指均可相对于手指底座绕销轴旋转，并通过扭簧来定位和保证回弹，同时，三个手指底座的一个固定安装，另两个可转动式安装，这种结构可以使机械手具有更好的形状自适应性和更好的抓取效果，并能有效地增大抓取范围。该机械手结构简单、体积小巧、质量轻，且制造成本低，同时，其抓取效果理想，易于在实际生产中进行大范围的推广。

进一步，还包括与可转动安装的两个手指底座相对应的限位机构，所述限位机构包括设置在安装孔一侧的弧形槽、固定连接在手指底座一侧的限位块，限位块可转动地设置在弧形槽中。弧形槽和限位块的配合能限定手指底座的转动角度，进而可以针对不同的待抓取物体，通过转动舵机来改变手指的排列方式，可以提高对物体的抓取效果，以提高该机械手的通用性。

进一步，所述近指节和远指节的里侧面均附着有硅胶指垫。这样能使手指具有刚柔结合的结构，能使抓取过程具有柔性，同时，还能增加手指表面的摩擦力。

进一步，为了便于安装该机械手，所述机架下板的下端固定连接有相对设置的一对底板，一对底板之间设置有燕尾形的滑槽。

进一步，为了降低制造成本，所述手指采用3d打印机打印形成。

进一步，为了便于安装和拆卸，所述固定柱为与远指节连接的螺栓。

进一步，为了增加整体的牢固程度，所述机架下板、机架上板和手掌基板通过双通螺柱和连接在双通螺柱上下两端的螺钉固定连接。

作为一种优选，所述传动齿轮组由相互啮合的传动齿轮a和传动齿轮b组成。

进一步，为了能使牵引绳的收缩和释放过程中的阻力最小，所述过绳通道a内设置有沿其长度方向排布的两个导向销轴a，导向销轴a可转动地连接于近指节中，手指底座在销轴的下部设置有导向销轴b。

本发明采用欠驱动的方式，能在满足智能机械手的整体需求下，有效降低制造成本，易于大范围的推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型去掉机架外壳后的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本实用新型中抓取舵机在机壳内的布置结构示意图；

图5是本实用新型中输入齿轮、传动齿轮组、输出齿轮a和输出齿轮b的布置结构示意科；

图6是本实用新型中手指的结构示意图。

图中：1、机架外壳，2、手指，2-1、硅胶指垫，2-2、远指节，2-3、弹簧片，2-4、近指节，3、手指底座，4、手掌基板，5、机架上板，6、转动舵机，7、机架下板，8、底板，9、抓取舵机，10、滑轮，11、双通铜柱，12、螺钉，13、销轴，14、输入齿轮，15、输出齿轮a，16、输出齿轮b，17、导向销轴b，18、过绳通道a，19、过绳通道b，20、固定柱，21、牵引绳，22、贯通通道，23、弧形槽，24、滑槽，25、传动齿轮a，26、传动齿轮b，27、限位块，28、导向销轴a，29、扭簧。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步说明。

如图1至图6所示，一种三指机械手，包括机壳、手掌基板4、三个手指底座3和三个手指2；所述机壳由机架上板5、机架下板7和连接在机架上板5和机架下板7之间的机架外壳1组成；

所述机壳的内部设置有输入齿轮14、传动齿轮组、输出齿轮a15和输出齿轮b16、三个抓取舵机9和一个转动舵机6，三个抓取舵机9和一个转动舵机6呈环形地排布，并均固定安装在机架下板7上；

所述机架上板5上呈三角形地开设有三个通孔；所述手掌基板4固定连接在机架上板5的上端，并与三个通孔相对应地开设有三个安装孔；其中一个手指底座3固定安装在一个安装孔中，其余两个手指底座3可转动地安装在其余的两个安装孔中，并分别与输出齿轮a15和输出齿轮b16固定连接；作为一种优选，可转动安装的两个手指底座3位于同一侧。

所述输入齿轮14固定套装在转动舵机6的输出轴上，所述传动齿轮组可转动地安装在机架上板5的下部，且传动齿轮组的输入端与输入齿轮14啮合，输出端分别与输出齿轮a15和输出齿轮b16啮合；

所述手指2主要由近指节2-4、远指节2-2和弹簧片2-3组成，所述弹簧片2-3的两端分别与近指节2-4的首端和远指节2-2的末端铰接。采用弹簧片2-3来进行弹性铰链，比传统铰链连接结构简单且易于实现，并且能使远指节2-2和近指节2-4之间具有较好的回弹效果。近指节2-4的里侧靠近其末端的位置与其首端之间开设有过绳通道a18，远指节2-2的末端里侧与其中部外侧之间开设有过绳通道b19，远指节2-2的中部外侧还连接有固定柱20；三个手指2的近指节2-4的末端分别通过销轴13与三个手指底座3之间可转动地连接，并通过装配在销轴13上的扭簧29实现手指2的回弹复位；

每个抓取舵机9的输出轴上套装配有滑轮10，在每个滑轮10上均绕设有牵引绳21；在三个手指底座3的中心位置分别设置有三个贯通通道22，所述贯通通道22纵向依次贯穿手指底座3、手掌基板4和机架上板5地形成；三个滑轮10上的牵引绳21分别通过三个贯通通道22穿出到三个手指底座3的上部，并在绕到近指节2-4末端的里侧面后，并依次通过过绳通道a18、过绳通道b19后与固定柱20连接。

还包括与可转动安装的两个手指底座3相对应的限位机构，所述限位机构包括设置在安装孔一侧的弧形槽23、固定连接在手指底座3一侧的限位块27，限位块27可转动地设置在弧形槽23中。通过限位块27与弧形槽23的配合，可以限制手指底座3的转动角度，作为一种优选，限定手指底座3的可转动角度为60度，这样，可以针对不同的待抓取物体，通过转动舵机来改变手指的排列方式，进而提高对物体的抓取效果，以提高该机械手的通用性。

所述近指节2-4和远指节2-2的里侧面均附着有硅胶指垫2-1。作为一种优选，硅胶指垫2-1的内表面为锯齿型可以增大摩擦力，柔性硅胶指垫2-1的使用，能使手指2具有柔性，能在抓取较软或过硬物体时不易损伤被抓取物体和自身结构。

为了便于安装该机械手，所述机架下板7的下端固定连接有相对设置的一对底板8，一对底板8之间设置有燕尾形的滑槽24。燕尾形的滑槽24用于安装三指机械手，作为一种优选，滑槽24上可以设置有销轴孔，以便于用于固定。采用这种结构不仅方便三指机械手的拆装，而且比螺纹连接等更加的方便，同时，也具有较好的稳定性。

为了降低制造成本，所述手指2采用3d打印机打印形成。

为了便于安装和拆卸，所述固定柱20为与远指节2-2连接的螺栓。

为了增加整体的牢固程度，所述机架下板7、机架上板5和手掌基板4通过双通螺柱11和连接在双通螺柱11上下两端的螺钉12固定连接。

作为一种优选，所述传动齿轮组由相互啮合的传动齿轮a25和传动齿轮b26组成。

为了能使牵引绳的收缩和释放过程中的阻力最小，所述过绳通道a18内设置有沿其长度方向排布的两个导向销轴a28，导向销轴a28可转动地连接于近指节2-4中，手指底座3在销轴13的下部设置有导向销轴b17。

使用时，通过转动舵机6来驱动输入齿轮14转动，进而通过传动齿轮a25、传动齿轮b26来分别驱动输出齿轮a15和输出齿轮b16转动，进而使两个可转动安装的手指底座3同时向靠近彼此或远离彼此方向转动一定角度，以整体调整三个手指2的抓取范围。通过同步控制三个上抓取舵机9驱动其上部的滑轮10正向转动，以收缩牵引绳21，牵引绳21在收缩过程中先带动远指节2-2收缩，再带动近指节2-4收缩，以达到收缩手指2的控制过程。三个手指2完全收缩到设定范围时控制抓取舵机9停止动作。需要释放抓取到的物体时，同步控制三个抓取舵机9驱动滑轮10反向转动，在扭簧29和弹簧片2-3的作用下，手指2复位，达到最大张开状态。