一种基于液压‑钢丝拉动的仿真机械手指及机械手的制作方法

本发明涉机械机构领域；尤其涉及一种基于液压-钢丝拉动弹簧辅助的机械手指，适用于模仿真人的手部，以便更好的抓牢物体。

背景技术：

随着科学技术不断发展，机械化、自动化的概念不断深入人们的生产、生活，机械手作为一种常见设备，已经在工厂流水线上完成了大量重复工作。仿真机械手作为人类双手的仿制品，在众多的领域中必须具备极高的灵活性。不过，由于生物进化的奇妙结果，仿真机械手还远远达不到灵巧的地步，众多的关节、关节动力小型化、关节协调等问题都限制了机械的手灵活性和机械手的抓取力量。在机械手的发展中，有的使用伺服电机，虽然解决了关节灵巧的问题，但力量不足并提高了成本；有的通过控制机械手的动作而减少关节，又会造成灵活性下降等等。机器人关节运动的驱动方式有直接驱动和间接驱动方式两种。直接驱动方式是驱动器的输出轴和机器人的关节轴直接相连，间接驱动方式是把驱动器的力通过减速器或钢丝绳、皮带、平行连杆等传递给关节。直接驱动方式的驱动器和关节之间的机械系统较少，因而能够减少摩擦等非线性因素的影响，控制性能比较好。然而，在另一方直接驱动关节的阻力矩相对太大，驱动器的输出力矩必须很大以克服阻力矩，除此之外，直接驱动要求在每个关节处安装一个伺服电机，这将会导致机械手伺服电机过多而使机械手外形显得笨拙，伺服电机的型号和尺寸又会影响机械手的外形和功能。间接驱动方式是大部分机器人所采取的驱动方式，这种间接，驱动器的输出力作用在指节处，力矩矩一般远远小于直接驱动关节所需的力矩；目前最常用的是钢丝驱动，伺服电机为动力部件，但是一方面伺服电机通常力量不足，使用伺服电机控制相对来说较硬的钢丝是难以实现的，另一方面这种钢丝拉动手指会使手指的力量变得比较生硬，很容易抓坏易碎物体，同时抓取较硬物体时会有掉落危险。

目前，液压技术已经比较成熟。因此要想使仿真机械手指既能达到仿真的目的又能大力抓取物体，本发明通过针对钢丝拉动机械手指的驱动机构进行改进，采用液压元件拉动钢丝驱动手指各个关节，并在手指各个关节处安装弹簧来克服钢丝拉动过程中的生硬力量，以解决上述问题。

技术实现要素：

为解决现有机械手指的上述缺陷，本发明公开一种基于液压-钢丝拉动弹簧辅助的仿真机械手指，它结构简单实用性强。

为实现上述目的，本发明提供一种机械手指，该机械手指包括：第一指节，连接第一指节的第二指节，连接第二指节的第三指节，第三机械指节支架，连接第三指节支架的手指主支架，手指弯曲钢丝，钢丝连接杆，手指复位钢丝，第一指节弹簧以及第二三指节锥形弹簧，钢丝限位挡块，钢丝导孔板，机械手指屈伸液压，机械手指微侧向转动液压；其中机械手指第一指节通过圆柱销安装在机械指第二指节，第二指节通过圆柱销安装在第三指节，第三指节通过圆柱销安装第三机械指节支架，钢丝连杆通过圆柱销安装在第三机械指节支架，第三机械指节支架通过圆柱销安装在连接第三指节支架的手指主支架，钢丝导孔版分别设计在每个指节靠近关节处且必须在关节旋转轴两侧，手指屈伸液压通过圆柱销安装在钢丝连接杆较长一端，机械手指微侧向转动液压通过圆柱销安装在第三指节支架下端；位于第一指节部分的钢丝头部连接在第一指节钢丝处，手指弯曲钢丝穿过第一指节钢丝孔导板→第二指节上钢丝孔导板→第二指节下钢丝孔导板（第二指节锥形弹簧弹簧）→第三指节上钢丝孔导板→第三指节下钢丝孔导板（第三指节锥形弹簧）→第三指节支架→钢丝连接杆。手指复位钢丝同于手指弯曲钢丝；其中钢丝限位挡块安装在每个指节锥形弹簧大约中间位置，钢丝第一挡块与钢丝第二挡块的距离等于第一指节弯曲到最大程度且第一钢丝挡块顶到第一指节钢丝挡板第二钢丝挡块顶到第二指节下钢丝挡板时的距离；同理，第二钢丝挡块与第三钢丝挡块的距离等于第二指节弯曲到最大程度且第二钢丝挡块顶到第二指节钢丝下挡板第三钢丝挡块顶到第三指节下钢丝挡板时的距离。

上述各个钢丝导版中间有钢丝导孔，防止钢丝在运动过程中产生位置窜动。

根据人手的特点，每个指节的力量依次减弱：第一指节力量最小，第二指节次之，第三指节力量最大；根据此特点设置每个指节弹簧的弹性系数依次增大，手指复位原理和手指弯曲原理大致相同，只是手指复位无需很大的拉力。

为实现机械手有较大的力量，上述钢丝通过液压系统来实现。且本发明中手指的屈伸只用一个液压，两根钢丝即可。手指的屈伸应用杠杆原理，通过液压控制钢丝连杆较长一端来实现。手指的微侧向转动也是靠液压控制；通常状态下，即机械手没有受到外部阻力时，驱动液压处在中间位置，使得机械手指处在放松状态，和人手放松状态相同。

本发明液压部分都设置在手背位置。

本发明还提供一种机械手，该机械手包括：如之前所述机械手指，一个机械拇指以及与每个机械手指连接的手掌，液压都设置在手背位置。

如上所述，本发明的机械手指及机械手具有结构简单，适应力强，手指灵活，机械手握力大等特点。

附图说明：

附图1：第一指节

附图2：第二指节

附图3：第三指节

附图4：第三指节支架

附图5：机械手指主支架

附图6：主液压元件——缩

附图7：主液压元件——伸

附图8：钢丝+弹簧

附图9：局部钢丝

附图10：手指伸直侧面

附图11：手指伸直背面

附图12：手指弯曲侧面

附图13：手指弯曲正面

附图14：自然状态正面

附图15：自然状态背面

附图16：整体机械手背面

附图17：整体机械手正面

图中标号名称：1、第一指节，2、第二指节，3、第三指节，4、第三指节支架，5、手指主支架，6、手指屈伸液压，7、手指微侧向转动液压，8、钢丝连杆，9、第三指节钢丝限位挡板，10、第三指节锥形弹簧，11、钢丝，12、第二指节钢丝限位挡板，13、第二指节锥形弹簧，14、第一指节钢丝限位挡板，15、第一指节弹簧，16钢丝限位挡块，17、手指部分，18、手掌部分，19、手臂部分

具体实施方式：

如附图14、附图15所示，机械手指包括第一指节、第二指节、第三指节、第三指节支架、连接第三指节支架的手指主支架、手指弯曲钢丝、钢丝连接杆、手指复位钢丝、第一指节弹簧以及第二三指节锥形弹簧、钢丝限位挡块、钢丝限位挡板、钢丝导孔板、指节盖板、机械手指屈伸液压、机械手指微侧向转动液压；其中机械手指第一指节通过圆柱销安装在机械指第二指节，第二指节通过圆柱销安装在第三指节，第三指节通过圆柱销安装第三机械指节支架，钢丝连杆通过圆柱销安装在第三机械指节支架，第三机械指节支架通过圆柱销安装在连接第三指节支架的手指主支架，钢丝导孔版分别设计在每个指节靠近关节处且必须在关节旋转轴两侧，手指屈伸液压通过圆柱销安装在钢丝连接杆较长一端，机械手指微侧向转动液压通过圆柱销安装在第三指节支架下端；位于第一指节部分的钢丝头部连接在第一指节钢丝处，手指弯曲钢丝穿过第一指节钢丝孔导板→第二指节上钢丝孔导板→第二指节下钢丝孔导板（第二指节锥形弹簧弹簧）→第三指节上钢丝孔导板→第三指节下钢丝孔导板（第三指节锥形弹簧）→第三指节支架→钢丝连接杆。手指复位钢丝同于手指弯曲钢丝；其中钢丝限位挡块安装在每个指节锥形弹簧大约中间位置，钢丝第一挡块与钢丝第二挡块的距离等于第一指节弯曲到最大程度且第一钢丝挡块顶到第一指节钢丝挡板第二钢丝挡块顶到第二指节下钢丝挡板时的距离；同理，第二钢丝挡块与第三钢丝挡块的距离等于第二指节弯曲到最大程度且第二钢丝挡块顶到第二指节钢丝下挡板第三钢丝挡块顶到第三指节下钢丝挡板时的距离。

如附图1、附图2、附图3所示，每个指节设置有钢丝导孔板，中间设有钢丝孔，用以防止钢丝拉动过程中产生位置窜动。

为实现机械手有较大的力量，上述钢丝通过液压系统来实现。且本发明中手指的屈伸只用一个液压，两根钢丝即可；根据人手的特点，每个指节的力量依次减弱：第一指节力量最小，第二指节次之，第三指节力量最大；根据此特点设置每个指节弹簧的弹性系数依次增大，当机械手抓取物体手指受到阻力时机械手指第一节弹簧首先被拉伸，随着拉力的增大第二三节手指弹簧也依次被拉伸，当物体相对较轻时弹簧拉伸的力量就能轻易抓取物体，因而该机械手能很好适应普通物体的形状大小；再者，当机械手抓取较重物体时，弹簧的拉力已不再支撑，此时钢丝继续下拉，钢丝挡块顶到钢丝挡板，此时机械手指会产生较大的力量。

手指复位原理和手指弯曲原理大致相同，只是手指复位无需很大的拉力。

手指复位钢丝的行程比手指弯曲钢丝的行程长，因而钢丝连杆一端长一端短，液压一段安装在连杆较长的那一端，这样比较省力。手指的微侧向转动也是靠液压控制；通常状态下，即机械手没有受到外部阻力时，驱动液压处在中间位置，使得机械手指处在放松状态，和人手放松状态相同。

本发明液压部分都设置在手背位置。

本发明还提供一种机械手，该机械手包括：如之前所述机械手指，一个机械拇指以及与每个机械手指连接的手掌，液压都设置在手背位置。

如上所述，本发明的手指屈伸只用一个液压控制两根钢丝实现，结构简单，效率高。