仿生机械手的制作方法

1.本实用新型涉及仿生机械领域，特别指一种仿生机械手。


背景技术：

2.目前，针对基于人体仿生的机械手，因为应用的广泛而得到了关注。仿生机械手的核心在于仿生手指，市场上的仿生手指大多采用气动多腔室结构，通过对气体腔室充气，使得软体手整体向一定的方向弯曲而实现抓取功能。如中国实用新型专利cn201710665670.9公开的带缓冲功能的柔性机械手，包括柔性机械手本体和安装法兰，柔性机械手还包括弹性缓冲组件，弹性缓冲组件安装于柔性机械手本体和安装法兰之间用于弹性改变安装法兰和柔性机械手本体之间间距，柔性机械手本体包括集成块，集成块上安装有至少两个相互配合实现柔性夹持的柔性手指，柔性手指包括手指底板和手指指面，手指底板和手指指面共同围成了驱动腔室，手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，每个柔性手指上设置有与驱动腔室连通的通气口，该通气口与气路连通，该柔性机械手实现了不平整或倾斜的工作面上对微小物体的自适应抓取，适应多种环境和目标物体，大大提高了应用范围。但是上述方案仿生程度较低，无法模拟人手真正的抓取、按压行为。
3.基于此，如何提供一种可以满足真正仿生要求的仿生机械手，成为了业内亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种能够满足抓取按摩等仿生要求的仿生机械手。
5.技术方案：一种仿生机械手，包括：
6.基座和设置于所述基座上的至少两个仿生手指，其中至少一个仿生手指设有旋转电机，所述仿生手指可在所述旋转电机驱动下绕自身轴线转动，所述仿生手指包括若干指节和用于依次连接所述指节的伸缩结构，所述指节为软性中空管体，所述伸缩结构包括线性底面和连接所述线性底面的波浪形结构，所述波浪形结构包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波峰和波谷依次相连，所述指节和所述伸缩结构内连通形成封闭气腔，并与外界气路连通，使得所述仿生手指可在外界气路作用下实现朝向所述线性底面弯曲。
7.进一步地，所述至少两个仿生手指呈中心对称设置于所述基座上，且所述至少两个仿生手指的弯曲方向朝向所述基座中心点设置。
8.进一步地，所述基座包括第一基座和转动连接于所述第一基座上的第二基座，所述第一基座上设置有至少两个所述仿生手指，所述第二基座上设置有至少一个所述仿生手指。
9.进一步地，所述第二基座上设置有一个仿生手指，所述仿生手指底端设置有第一旋转电机，所述仿生手指可在所述第一旋转电机驱动下绕自身轴线转动。
10.进一步地，所述第二基座底端设置有第二旋转电机，所述第二基座可在所述第二
旋转电机驱动下朝向第一基座的侧面转动。
11.进一步地，所述指节包括指尖段、指腹段和指根段，所述指尖段、指腹段和指根段通过所述伸缩结构依次连接，所述指根段尾端封闭并通过气管与外界气路连通。
12.进一步地，所述波浪形结构的横截面为圆弧形。
13.进一步地，各所述指节内或者指节外套设有刚性体，各所述刚性体依次铰接。
14.进一步地，所述刚性体套设于所述指节内，所述刚性体为刚性中空管体，所述指根段内的刚性体与指根段尾端固定连接，各所述刚性体下表面与各所述指节内底面设置有间隙。
15.进一步地，所述刚性体顶部的水平两端设有水平向凸起，当每两个相邻所述指节处于平直状态时，所述凸起彼此抵接。
16.进一步地，每两个相邻刚性体的所述凸起上分别设有突出部和凹陷部，当所述凸起彼此抵接时，所述突出部与所述凹陷部咬合。
17.进一步地，所述刚性中空管体上开设有若干孔洞用于连通所述指节内腔和所述刚性中空管体内腔。
18.进一步地，所述刚性体为刚性柱体，所述指根段内的刚性体与指根段尾端固定连接，各所述刚性体下表面与各所述指节内底面设置有间隙。
19.进一步地，所述封闭气腔内底部设有加热组件。
20.进一步地，所述封闭气腔内底部设有弯曲传感器。
21.进一步地，所述刚性体下侧设有仿生层。
22.有益效果：本实用新型仿生机械手，通过设置基座和仿生手指，并将仿生手指通过转动电机设置于基座上，从形态和动作上，更加贴近真实人体手指，不但适用于抓取，也可以适用于按摩等保健领域。
附图说明
23.附图1为本实用新型仿生机械手的实施例1的立体结构示意图；
24.附图2为图1所示仿生机械手的仿生手指部分立体结构示意图；
25.附图3为图2所示仿生手指部分剖视结构示意图；
26.附图4为图2所示仿生手指部分平面结构示意图
27.附图5为图2所示仿生机械手的刚性体凸起部分结构示意图；
28.附图6为本实用新型仿生机械手的实施例2的立体结构示意图；
29.附图7为图6所示仿生机械手的仿生手指部分平面结构示意图；
30.附图8为图6所示仿生机械手的仿生手指部分剖视结构示意图
31.附图9为图8所示仿生手指部分的刚性体剖视结构示意图
32.附图10为本实用新型仿生机械手的实施例3的立体结构示意图；
33.附图11为图9所示仿生机械手的仿生手指部分平面结构示意图。
具体实施方式
34.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本
实用新型，并不用于限定本实用新型。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
36.实施例1：
37.参见图1至5所示的本实用新型仿生机械手的实施例1，包括:基座1 和设置于所述基座1上的三个仿生手指2。每个仿生手指2底部设有旋转电机22，所述仿生手指2可在所述旋转电机22驱动下绕自身轴线转动，所述仿生手指2包括三个指节21和用于依次连接各指节2的伸缩结构213。优选地，三个仿生手指2呈中心对称设置于所述基座1上，且三个仿生手指2 的弯曲方向朝向所述基座1中心点设置。
38.所述指节21为软性中空管体，所述伸缩结构213包括线性底面和连接所述线性底面的波浪形结构，所述波浪形结构包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波峰和波谷依次相连，所述指节21和所述伸缩结构213内连通形成封闭气腔，并与外界气路连通，使得所述仿生手指可在外界气路作用下实现朝向所述线性底面弯曲。通过设置基座1和仿生手指2，并将仿生手指2通过转动电机22设置于基座1上，从形态和动作上，更加贴近真实人体手指，不但适用于抓取，也可以适用于按摩等保健领域
39.在本实施例中，各所述指节21外套设有刚性体211，各所述刚性体211 依次铰接。刚性体211为钛合金或者工程塑料制成的中空管体，在其他实施例中，刚性体211也可以采用其他材料制成，这样的材料变化依旧落入本实用新型的保护范围之内。且通过设置刚性体211，在满足指节21柔性弯曲需求的同时，保证了指节21的刚度，更加贴近人体的实际手指形态，可以满足在抓取、按摩等领域的各种仿生需求。
40.在本实施例中，所述刚性体211顶部的水平两端设有水平向凸起214，当每两个相邻所述指节21处于平直状态时，所述凸起214彼此抵接，从而可以保证两相邻指节21不会出现反向弯曲，保证了轴向的强度，更加贴近真实人体手指。
41.作为对本实施例的进一步优化，所述刚性体211底部的水平两端设有水平向凹陷215，从而使得指节21弯曲时指节下底面不会因为彼此抵接而出现干涉现象，同时也保证了弯曲动作的流畅性。
42.在其他实施例中，每两个相邻指节21的所述凸起214上分别设有突出部215和凹陷部216，当所述凸起214彼此抵接时，所述突出部215和凹陷部216。通过设置突出部215和凹陷部216，在咬合时可以进一步提升在凸起214抵接时抵抗仿生手指发生周向扭转变形的能力，进一步保证弯曲的方向精度，同时也保证了在仿生手指处于平直状态时的强度与刚度。
43.所述指节21包括指尖段、指腹段和指根段，所述指尖段、指腹段和指根段通过所述伸缩结构213以及圆形凹陷和圆形凸起的配合结构依次配合铰接，所述指根段尾端封闭并通过气管与外界气路连通，所述指尖段前端高度沿指尖方向逐渐降低。指尖段、指腹段和指根段的设置，更加贴近人体实际手指的形态，能够提供更优的仿生效果，特别适用于按摩、
抓取等领域，能够更加精准的模拟人手的抓取、按压效果。
44.波浪形结构包括多个依次连接的波峰和波谷，波峰的宽度沿竖直向上方向渐变小，而波谷的宽度沿竖直向上方向渐变大，所述波浪形结构的横截面为圆弧形。在实际工作中，因为线性底面的弹性模量大于波浪形结构的弹性模量，在封闭气腔内充气时，波浪形结构的形变也就大于线性底面，从而导致波浪形结构伸展，形成了弯曲；而封闭气腔内放气时，波浪形结构在波峰和波谷的弹性作用下收缩，形成指节21的平直状态。而波浪形结构圆弧形横截面的设置，可以保证相对较好的扭矩，抵抗仿生手指在受力时发生的扭转变形。
45.作为对本实施例进一步地优化，为了提高仿生性能，与人体手指更加近似，所述封闭气腔内底部设有加热组件(图示未给出)，所述加热组件(图示未给出)包括紧贴封闭气腔内底部设置的加热线路(图示未给出)和温度传感器(图示未给出)。所述封闭气腔内底部还设有用于感应外骨骼仿生手指弯曲度的弯曲传感器(图示未给出)。所述指节1下侧设有仿生层，优选地，仿生层采用硅胶制成。
46.实施例2：
47.参见图6至9所示的本实用新型仿生机械手的实施例2，区别于实施例 1的是:在本实施例中，所述刚性体211为刚性中空管体，设置于所述指节 21内，且仿生手指2为四个，呈中心对称分布于基座1上。所述指根段内的刚性体211与指根段尾端固定连接，各所述刚性体211下表面与各所述指节2内底面设置有间隙4、5。所述刚性体211上开设有若干孔洞用于连通所述指节21内腔和所述刚性体211内腔。
48.通过设置间隙4、5，保证刚性体211在随着指节21进行弯曲动作时，不会因为刚性体211下表面与指节21内腔底面干涉而导致整个指节21无法弯曲的现象。而且，中空管体的刚性体211具备较为良好的支撑作用，通过在刚性中空管体211上开设有若干孔洞，保证刚性中空管体211内外气压一致，保持整个指节21内部的稳定。
49.在其他实施例中，所述刚性体211为刚性柱体，所述指根段内的刚性体211与指根段尾端固定连接，各所述刚性体211下表面与各所述指节21 内底面设置有间隙4、5。刚性柱体的设置，在指节1弯曲时转动比较灵活，有利于实现各项按摩抓取动作。
50.作为对本实施例的进一步优化，所述刚性体211顶部的水平两端设有水平向凸起214，当每两个相邻所述指节21处于平直状态时，所述凸起214 彼此抵接，从而可以保证两相邻指节21不会出现反向弯曲，保证了轴向的强度，更加贴近真实人体手指。
51.在其他实施例中，每两个相邻指节1的所述凸起31上分别设有突出部 31和凹陷部32，当所述凸起31彼此抵接时，所述突出部与所述凹陷部32 咬合。通过设置突出部31和凹陷部32，在咬合时可以进一步提升在凸起 31抵接时抵抗仿生手指2发生周向扭转变形的能力，进一步保证弯曲的方向精度，同时也保证了在仿生手指处于平直状态时的强度与刚度。
52.本实施例其他结构同实施例1。
53.实施例3：
54.参见图10至11所示的本实用新型仿生机械手的实施例3，区别于实施例1的是:所述基座1包括第一基座11和转动连接于所述第一基座11上的第二基座12，所述第一基座11上设置有两个所述仿生手指2，所述第二基座12上设置有一个所述仿生手指2。所述仿生手指2底端设置有第一旋转电机，所述仿生手指可在所述第一旋转电机驱动下绕自身轴线转动。所述第二基座12底端设置有第二旋转电机，所述第二基座12可在所述第二旋转电机驱
动下朝向第一基座11的侧面转动。
55.在本实施例中，第二基座12的设置，模拟了人手掌大鱼际肌部分的活动轨迹，更加贴近真实的人体手部运动，仿生性更高，更能保证模拟人体进行抓取、按摩的精准性。
56.本实施例中的仿生手指2为三节指节通过伸缩结构213依次连接而成，指节为中空软性管体结构，具备更佳灵活的通气后活动效果。
57.本实施例其他结构同实施例1。
58.需要值得注意的是，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。在以上实施例中，各基座1的仿生手指2的排布方式可以互换，也可以互相替换或者部分替换仿生手指2的结构形状，这样的结构变化依旧落入本实用新型的保护范围之内。