仿真机械手的制作方法

1.本发明涉及机械手技术领域，具体涉及一种仿真机械手。


背景技术：

2.仿真机械大多数由母指和四个手指通过相应的驱动结构固定在支撑板上，驱动结构相应手指转动，从而完成各种动作。现有的仿真机构手普通存在可实现动作少，安装不方便的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种仿真机械手。
4.本发明的技术方案如下：
5.一种仿真机械手，包括支撑板、掌块、母指支撑座、四个手指支撑座、母指、四个手指、第一驱动结构、第二驱动结构和四个第三驱动结构，所述母指支撑座转动设置在所述支撑板上，所述掌块竖向安装在所述支撑板上，四个所述手指支撑座安装在所述掌块上，所述第一驱动结构包括第一电机、第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮同轴固定在所述母指支撑座上，所述第一电机安装在所述支撑板上，所述第二齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上并与所述第一齿轮啮合，所述母指铰接在所述母指支撑座上，所述第二驱动结构安装在所述母指支撑座上，其输出端与所述母指连接并驱动所述母指绕母指支撑座摆动，所述手指铰接在所述手指支撑座上，所述第三驱动结构安装所述手指支撑座上，其输出端与所述手指连接并驱动所述手指绕所述手指支撑座摆动。
6.优选的是，所述第一驱动结构还包括第三齿轮、齿条、滑动框、连杆和拉杆，所述支撑板包括相互铰接的前板和后板，所述母指支撑座转动设置在所述前板上，所述第一电机固定所述前板上，所述第三齿轮固定套接在所述第一电机的输出轴上，所述滑动框安装在所述前板上，其底部开有第一滑槽，所述齿条滑动设置在所述滑动框内并与所述第三齿轮啮合，所述连杆设置在所述第一滑槽内，其上端与所述齿条连接，所述拉杆的两端分别环扣在所述连杆的下端与所述后板之间。
7.优选的是，所述仿真机械手的母指组件还包括用于固定所述掌块的摆动块、第一转轴、连接块、滑杆、圆筒、筒座、底板、两个导杆、第四驱动结构，所述筒座固定在所述支撑板的底部，其侧面沿其轴向方向开有第二滑槽，所述圆筒贯穿所述支撑板并转动设置在所述筒座内，其侧面沿其圆周方向开有第三滑槽，其底部向上凹形成多个第一通孔，所述母指支撑座固定在所述圆筒上，所述第一齿轮设置在所述筒座的底部，所述底板位于所述第一齿轮的底部，其两端固定在所述筒座的底部，所述导杆位于所述圆筒与所述第一齿轮之间，其下端贯穿所述第一齿轮，其上端伸入所述第一通孔内并与所述第一通孔滑动连接，所述第二驱动结构固定在所述底板上，所述第一转轴转动设置在所述支撑板的底部，所述摆动块固定套在所述第一转轴上，所述连接块的一端铰接在所述摆动块的下端，所述滑杆的一端连接在连接块的另一端上，其另一端穿过所述第二滑槽置于所述第三滑槽内，所述第四
驱动结构安装在支撑板，其输出端与所述第一转轴传动连接并驱动第一转轴转动。
8.优选的是，所述第二驱动结构包括第二电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接轴、第二转轴，所述第二转轴转动设置在所述母指支撑座的上端，所述第一锥齿轮固定套接在所述第二转轴上，所述连接轴竖向贯穿所述母指支撑座并转动设置在所述母指支撑座上，其下端伸入所述圆筒内，所述第二锥齿轮固定套接在所述连接轴的上端并与所述第一锥齿轮啮合，所述第二电机固定在所述底板上，其输出轴贯穿所述底板伸入所述圆筒内，所述第二电机的输出轴和所述连接轴的下端均呈半圆柱形，所述第二电机的输出轴的半圆柱面压在所述连接轴的下端的半圆柱面上，所述母指固定在所述第二转轴上。
9.优选的是，所述第三驱动结构包括第二转轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、支撑轴、万向联轴器和第三电机，所述手指支撑座转动设置在掌块上，其底部设有开口，所述支撑轴竖向设置在所述手指支撑座的顶部，所述第三电机安装在所述掌块上，其输出轴从所述开口处伸入所述手指支撑座内，所述万向联轴器安装在所述第三电机的输出轴上，其输出端套在所述支撑轴的底端，所述第三锥齿轮固定套接在所述万向联轴器的输出端，所述第二转轴横向转动设置在所述手指支撑座内，其一端伸出所述手指支撑座，所述第四锥齿轮固定套在所述第二转轴上并与所述第三锥齿轮啮合，所述手指固定在所述第二转轴上。
10.优选的是，所述手指支撑座转动设置在所述掌块上，所述掌块上设有第五驱动结构，所述第五驱动结构的输出端与所述手指支撑座连接并驱动所述手指支撑座在所述掌块上转动。
11.优选的是，所述第五驱动结构包括驱动板、导向柱和第四电机，所述导向柱竖向安装在所述支撑板上，所述驱动板套在所述导向柱上，所述第四电机安装在所述支撑板上，其输出端穿过所述驱动板并与所述驱动板螺纹连接，所述驱动板与所述手指支撑座之间设有驱动所述手指支撑座在所述掌块上转动的第一连动结构。
12.优选的是，所述第一连动结构包括刚性拉杆，所述刚性拉杆的两端分别环扣在所述驱动板和所述手指支撑座上。
13.优选的是，所述掌块包括左掌块和右掌块，所述左掌块竖向固定在所述支撑板上，所述右掌块铰接在所述左掌块的右侧，四个所述手指支撑座按仿真人手的距离分布在所述左掌块和所述右掌块上，所述母指支撑座与所述右掌块之间设有驱动所述右掌块与所述母指支撑座反向转动的第二连动结构。
14.优选的是，所述第二连动结构包括拉索和扭簧，所述支撑板上设有圆环，所述拉索的一端固定在所述母指支撑座的左侧，其另一端穿过所述圆环固定所述右掌块的右侧，所述扭簧套在所述左掌块与所述右掌块之间的转轴上，其一端搭接在所述支撑板上，其另一端搭接在所述右掌块上。
15.相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明利用第一电机通过一对啮合齿轮驱动母指支撑座在支撑板上转动，利用第二驱动结构驱动母指在母指支撑座上摆动，利用第三驱动结构驱动手指在手指支撑座上摆动，可实现母指和手指多个自由度运动，做出握、抓、捏、捏等动作；同时，第一电机通过齿轮与齿条组合结构拉动拉杆使支撑板的前板与后板发生相对弯折摆动，通过一个电机驱动实现母指支撑座可转动和摆动的连动，能使拇指增加转动和摆动角度，方便配合其他四指完成抓、握较大物件，并能实现拇指和其他四指相互对捏，完成仿真手更复杂的动作功能。另外，通过第五驱动结构来带动手指支撑座转
动，实现手指间的横张，通过在母指支撑座与所述右掌块之间设有驱动所述右掌块与所述母指支撑座反向转动的第二连动结构，实现掌块的折合动作，可实现仿真手在抓、握物体时能有更大的包裹性。本发明能模拟人手做出伸、屈、握、抓、捏、搓等多个动作，灵活度高，动作精确度高，且结构紧凑，安装方便，能在仿真机械手的空间内安装。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
17.图1为本发明的仿真机械手的整体结构示意图；
18.图2为本发明的第一驱动结构与支撑板的结构示意图；
19.图3为为本发明的摆动块、筒座和第二驱动结构配合的整体结构示意图；
20.图4为本发明的摆动块、筒座和第二驱动结构的结构分解图；
21.图5为本发明的摆动块、筒座和第二驱动结构的另一结构示意图；
22.图6为本发明的第三驱动结构的结构示意图；
23.图7为本发明的第五驱动结构与手指支撑座的结构示意图；
24.图8为本发明的掌块与第二连动结构的结构示意图；
25.图9为本发明扭簧与绕轴的结构示意图；
26.图10为本发明的母指的结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、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发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
29.实施例1
30.如图1、图2所示，本实施例的仿真机械手包括支撑板1、掌块2、母指支撑座3、四个手指支撑座4、母指5、四个手指6、第一驱动结构7、第二驱动结构8和四个第三驱动结构9，所述母指支撑座3转动设置在所述支撑板1上，所述掌块2竖向安装在所述支撑板1上，四个所述手指支撑座4安装在所述掌块2上，所述第一驱动结构7包括第一电机71、第一齿轮72、第二齿轮73、第三齿轮74、齿条75、滑动框76、连杆77和拉杆78，所述第一齿轮72同轴固定在所述母指支撑座3上，所述第一电机71安装在所述支撑板1上，所述第二齿轮73固定套接在所述第一电机71的输出轴上并与所述第一齿轮72啮合，所述母指5铰接在所述母指支撑座3上，所述支撑板1包括相互铰接的前板11和后板12，所述母指支撑座3转动设置在所述前板11上，所述第一电机71固定所述前板11上，所述第三齿轮74固定套接在所述第一电机71的输出轴上，所述滑动框76安装在所述前板11上，其底部开有第一滑槽，所述齿条75滑动设置在所述滑动框76内并与所述第三齿轮74啮合，所述连杆77设置在所述第一滑槽内，其上端与所述齿条75连接，所述拉杆78的两端分别环扣在所述连杆77的下端与所述后板12之间，
所述第二驱动结构8安装在所述母指支撑座3上，其输出端与所述母指5连接并驱动所述母指5绕母指支撑座3摆动，所述手指6铰接在所述手指支撑座4上，所述第三驱动结构9安装所述手指支撑座4上，其输出端与所述手指6连接并驱动所述手指6绕所述手指支撑座4摆动。其中，第一电机71可以通过连接座固定在前板11的底部。拉杆78与连杆77和后板12之间采用环扣方式，方便拉杆78在前后移动时还能随前板11与后板12相对弯折而转动，不会出现卡死状态，该拉杆78的连接也可以采用其他连接方式，只要能实现上述功能即可。
31.第一电机71转动，通过啮合的第一齿轮72和第二齿轮使73母指支撑座3能在支撑板1上转动，同时，驱动第三齿轮74带动齿条75在滑动框76内滑动，齿条75的滑动通过连杆77带动拉杆78前后移动，前板11与后板12发生相对弯折，通过第一电机71驱动实现母指支撑座3在转动和摆动的连动，第二驱动结构8驱动母指5弯曲和伸直，第三驱动结构9驱动手指6弯曲和伸直，使母指5与四个手指6配合可以做出伸、缩、握、抓、捏、搓等多个动作。
32.在本实施例中，如图3至图5所示，所述仿真机械手的母指组件还包括用于固定掌块的摆动块31、第一转轴32、连接块33、滑杆34、圆筒35、筒座36、底板37、至少两个导杆38、第四驱动结构39，所述筒座36固定在所述支撑板1的底部，其侧面沿其轴向方向开有第二滑槽361，所述圆筒35贯穿所述支撑板1并转动设置在所述筒座36内，其侧面沿其圆周方向开有第三滑槽351，其底部向上凹形成多个第一通孔352，所述母指支撑座3固定在所述圆筒35上，所述第一齿轮72设置在所述筒座36的底部，所述底板37位于所述第一齿轮72的底部，其两端固定在所述筒座36的底部，所述导杆38位于所述圆筒35与所述第一齿轮72之间，其下端贯穿所述第一齿轮72，其上端伸入所述第一通孔352内并与所述第一通孔352滑动连接，所述第二驱动结构8固定在所述底板37上，所述第一转轴32转动设置在所述支撑板1的底部，所述摆动块31固定套在所述第一转轴32上，所述连接块33的一端铰接在所述摆动块31的下端，所述滑杆34的一端连接在连接块33的另一端上，其另一端穿过所述第二滑槽361置于所述第三滑槽351内，所述第四驱动39结构安装在支撑板1，其输出端与所述第一转轴32传动连接并驱动第一转轴32转动。其中，第四驱动结构39可以采用电机+一对锥齿轮的形式，即将电机固定在支撑板上，利用一对啮合的锥齿轮分别固定套接在电机的输出轴和第一转轴32上，利用电机过一对锥齿轮来带动第一转轴32转动。
33.第四驱动结构39驱动第一转轴32转动，第一转轴32转动带动摆动块31外翻或缩合，摆动块31的上端固定有掌块2，摆动块31的下端通过连接块33作用在滑杆34上，由于滑杆34是穿过第二滑槽361嵌入第三滑槽351内的，圆筒35是转动设置在筒座36内并可以上下滑动的，滑杆34在摆动块31的驱动下会沿第二滑槽361上下移动，带动圆筒35上下移动，在手掌上翻或回位时母指跟着伸长或缩回，实现手掌与母指的连动，方便与其他手指做出捏、搓等动作。底板37固定在筒座36的底部，可对第一齿轮72起承托作用，同时，由于圆筒35是同轴设置在筒座36内的，导杆38的两端分别贯穿到第一齿轮72和圆筒35的底部，对第一齿轮72起到限位作用，使其与圆筒35是同轴设置，两者通过导杆38来传递扭矩，同时，圆筒35还可以相对第一齿轮72上下移动，第一电机71转动带动第二齿轮73转动，再通过与第二齿轮73啮合的第一齿轮72来驱动圆筒35转动，从而带动母指支撑座3转动，实现母指5的转动。第三滑槽351可以使第一齿轮72带动圆筒35转动时不影响滑杆34带动圆筒35上下移动。
34.在本实施例中，所述第二驱动结构8包括第二电机81、第一锥齿轮82、第二锥齿轮83、连接轴84和第二转轴85，所述第二转轴85转动设置在所述母指支撑座3的上端，所述第
一锥齿轮82固定套接在所述第二转轴85上，所述连接轴84竖向贯穿所述母指支撑座3并转动设置在所述母指支撑座3上，其下端伸入所述圆筒35内，所述第二锥齿轮83固定套接在所述连接轴84的上端并与所述第一锥齿轮82啮合，所述第二电机81固定在所述底板37上，其输出轴贯穿所述底板37伸入所述圆筒35内，所述第二电机81的输出轴和所述连接轴84的下端均呈半圆柱形，所述第二电机81的输出轴的半圆柱面压在所述连接轴84的下端的半圆柱面上，所述母指5固定在所述第二转轴85上。
35.第二电机81转动，带动连接轴84转动，使固定在连接轴84上的第二锥齿轮83随之转动，由于第一锥齿轮82与第二锥齿轮83啮合，第一锥齿轮82随之转动并带动第二转轴85，固定在第二转轴85上的母指5绕母指支撑座3的上端摆动，实现母指5的屈、伸动作。由于第二电机81的输出轴与连接轴84是通过两个半圆柱面配合的，两者既可以传递扭矩，又可以相对上下移动，使圆筒35上下移动时不影响第二驱动结构8驱动母指5屈、伸。第二驱动结构8也可以采用其他驱动方式，只要能实现驱动母指5绕母指支撑座1摆动即可。
36.在本实施例中，如图6所示，所述第三驱动结构9包括第三转轴91、第三锥齿轮92、第四锥齿轮93、支撑轴94、万向联轴器95和第三电机96，所述手指支撑座4转动设置在掌块2上，其底部设有开口，所述支撑轴94竖向设置在所述手指支撑座4的顶部，所述第三电机96安装在所述掌块2上，其输出轴从所述开口处伸入所述手指支撑座4内，所述万向联轴器95安装在所述第三电机96的输出轴上，其输出端套在所述支撑轴94的底端，所述第三锥齿轮92固定套接在所述万向联轴器95的输出端，所述第二转轴91横向转动设置在所述手指支撑座4内，其一端伸出所述手指支撑座4，所述第四锥齿轮93固定套在所述第三转轴91上并与所述第三锥齿轮92啮合，所述手指6固定在所述第三转轴91上。
37.第三电机96转动，通过万向联轴器95带动第三锥齿轮92转动，由于万向联轴器95的输出端套在支撑轴94的底端，所以第三锥齿轮92转动的轴心不变，由于第四锥齿轮93与第三锥齿轮92啮合的，第三锥齿轮92带动第四锥齿轮93转动，第四锥齿轮93带动第三转轴91转动，使固定在第三转轴91上的手指6绕手指支撑座4摆动，做出手指的屈、伸动作。当手指支撑座4在掌块2上转动实现手指的收、展动作时，第三电机96与手指支撑座4发生错位偏移，万向联轴器95随之改变角度，使第三电机96的动力依旧可以传递给第三锥齿轮92来实现手指的摆动，使手指6在收、展的同时还能屈、伸。
38.在本实施例中，第三驱动结构9还包括调节螺杆97，所述调节螺杆97贯穿所述手指支撑座4的顶部并与所述手指支撑座4螺纹连接，其底部压在所述第三锥齿轮92的顶部，利用调节螺杆97上下移动来调节第三锥齿轮92和第四锥齿轮93啮合的张紧度，防止长久使用后两个锥齿轮由于变松而发生错位。所述手指支撑座4的顶部向下开有第二通孔，所述调节螺杆97置于所述第二通孔内并与所述第二通孔螺纹连接，其底部沿所述调节螺杆97的轴向方向开有套孔，所述支撑轴94的顶部伸入所述套孔内，其底部压在所述万向联轴95的输出端的轴孔内，调节螺杆97既可用于调节两个啮合锥齿轮，也用于套住支撑轴94。
39.在本实施例中，如图7所示，所述手指支撑座4转动设置在所述掌块2上，所述掌块2上设有第五驱动结构10，所述第五驱动结构10的输出端与所述手指支撑座4连接并驱动所述手指支撑座4在所述掌块2上转动，第五驱动结构10驱动手指支撑座4在掌块2上转动，可以实现四个手指间的横向收展。
40.所述第五驱动结构10包括驱动板101、导向柱102和第四电机103，所述导向柱102
竖向安装在所述支撑板1上，所述驱动板101套在所述导向柱102上，所述第四电机103安装在所述支撑板1上，其输出端穿过所述驱动板101并与所述驱动板101螺纹连接，所述驱动板101与所述手指支撑座4之间设有驱动所述手指支撑座4在所述掌块2上转动的第一连动结构104。第四电机103转动，驱动驱动板101在导向柱102上上下移动，第一连动结构104随之上下移动，带动手指支撑座4在掌块2上顺时针或逆时针转动，使置于手指支撑座4上的手指能在掌块2上左右摆动，能实现手指的横张状态，方便仿真机械手抓取物件。
41.第一连动结构104可以采用以下形式：所述第一连动结构104包括刚性拉杆，所述刚性拉杆的两端分别环扣在所述驱动板101和所述手指支撑座4上。为了方便刚性拉杆的连接，驱动板101和手指支撑座4上可设有圆环或穿孔，刚性拉杆的两端连接有扣环，扣环扣合在圆环或穿孔上，使刚性拉杆随驱动板101移动时，能转动一定角度，实现驱动手指支撑4在掌块2上转动。第四电机103转动带动驱动板101上下移动，与驱动板101连接的刚性拉杆也随之上下移动，带动手指支撑座4在掌块2上顺时针或逆时针转动。
42.第一连动结构104也可以采用以下形式：即包括拉索，所述支撑板1上设有圆环，所述拉索的一端固定在所述手指支撑座4的左端，其另一端依次穿过所述驱动板101和所述圆环后固定在所述手指支撑座4的右端，所述拉索与所述驱动板101固定连接。第四电机103转动带动驱动板101上下移动，当驱动板101下移时，由于驱动板101与拉索是固定的，拉索的左侧随之下移，使手指支撑座4在掌块2上逆时针转动，当驱动板101上移时，拉索的右侧随之下移，使手指支撑座4在掌块2上顺时针转动，通过上述动作，带动手指支撑座4转动，使置于手指支撑座4上的手指6能左右摆动，实现手指间的横张，方便整个仿真机械手抓取物件。
43.在本实施例中，如图8、图9所示，所述掌块2包括左掌块21和右掌块22，所述左掌块21竖向固定在所述支撑板1上，所述右掌块22铰接在所述左掌块21的右侧，四个所述手指支撑座4按仿真人手分布在所述左掌块21和所述右掌块22上，所述母指支撑座3与所述右掌块22之间设有驱动所述右掌块22与所述母指支撑座3反向转动的第二连动结构23，由第二连动结构23带动右掌块22与母指支撑座3呈反向转动，实现手掌折合，配合五只手指在抓握物件时，能有更大的包裹面积，提升抓握物件的稳定性。
44.第二连动结构23可以采用以下形式：所述第二连动结构23包括拉索231和扭簧232，所述支撑板1上设有圆环13，所述拉索231的一端固定在所述母指支撑座3的左侧，其另一端穿过所述圆环13固定所述右掌块22的右侧，所述扭簧232套在所述左掌块21与所述右掌块22之间的转轴24上，其一端连接在所述支撑板1上，其另一端连接在所述右掌块22上。第一电机71转动带动母指支撑座3在支撑板1上转动，当母指支撑座3逆时针转动时，拉索231拉动右掌块22绕转轴24在左掌块1上顺时针转动，母指支撑座3和右掌块22慢慢靠近，完成折合动作，圆环13在此过程中起到支撑点作用；当母指支撑座3顺时针转动时，拉索231松开，右掌块22在扭簧232的弹力下进行复位，母指支撑座3和右掌块22慢慢分开，完成展开动作。
45.第二连动结构23也可以采用以下形式：即包括刚性拉杆，所述刚性拉杆的两端分别环扣在所述母指支撑座3的左侧和所述右掌块22的右侧。为了方便刚性拉杆的连接，母指支撑座3和右掌块22上可设有圆环或穿孔，刚性拉杆的两端连接有扣环，扣环扣合在圆环或穿孔上，使刚性拉杆随母指支撑座3转动时，能转动一定角度，实现驱动右掌块22在绕左掌块21上转动。第一电机71转动带动母指支撑座3在支撑板1上转动，当母指支撑座3逆时针转
动时，刚性拉杆拉动右掌块22绕转轴24在支撑板1上顺时针转动，母指支撑座3和右掌块22慢慢靠近，完成折合动作；当母指支撑座3顺时针转动时，刚性拉杆使右掌块22绕转轴24在支座1上逆时针转动，母指支撑座3和右掌块22慢慢分开，完成展开动作。
46.在本实施例，如图10所示，所述母指5包括指根筒51、指中筒52、指尖筒53、第六驱动结构54和第七驱动结构55，所述指根筒51铰接在所述母指支撑座3上，所述第二驱动结构8的输出端与所述指根筒51连接并驱动所述指根筒51绕所述母指支撑座3摆动，所述指中筒52铰接在所述指根筒51上，所述第六驱动结构54固定在所述指根筒52上，其输出端与所述指中筒52连接并驱动所述指中筒52绕所述指根筒51摆动，所述指尖筒53铰接在所述指中筒52上，所述第七驱动结构55固定在所述指中筒52上，其输出端与所述指尖筒53连接并驱动所述指尖筒53绕所述指中筒52摆动。其中，第六驱动结构54、第七驱动结构55与第二驱动结构8相同，在此不再描述。第二驱动结构8驱动指根筒51在母指支撑座3上摆动，第六驱动结构54驱动指中筒52在指根筒51上摆动，第七驱动结构55驱动指尖筒53在指中筒52上摆动。
47.第七驱动结构55可以采用以下形式：即包括支杆，所述支杆位于所述指中筒52内，其一端铰接在所述指根筒51的上端，其另一端伸入所述指尖筒53内并铰接在所述指尖筒53上，由于指尖筒53是设置在指中筒52上的，指中筒52摆动时，指尖筒53随指中筒52一起摆动，同时，由于支杆的长度是不变的，且可以转动，位于指尖筒53内的支杆的一端会随着指中筒52的转动，而另一端撑着指尖筒53跟着同向摆动，从而实现整个手指的弯曲和伸直。
48.由于手指6与母指5的结构相同，在此不再描述手指结构。
49.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。