本发明实施例涉及一种手指机构，尤其涉及一种螺旋驱动的手指机构。
背景技术：
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于工业生产的各个部门。此外，许多机械手也是针对残疾人设计，来充当残疾人的假肢，从而让残疾人具有一定的抓取物体的能力。现有技术中机械手的传动机构结构繁琐，不易于维护。此外，现有技术的传动机构占用空间较大，造成机械手的尺寸较大，使用不方便。
技术实现要素：
本发明提供一种螺旋驱动的手指机构，以实现更加合理的结构布局。
本发明实施例提供了一种螺旋驱动的手指机构，其包括第三电机、第三拉杆、第三螺杆以及与所述第三螺杆配合的第三螺母、手指机架以及基指节，所述基指节通过第三转轴与所述手指机架可转动连接，所述第三螺杆的一端与所述第三螺母的内螺纹配合，所述第三螺杆的另一端与所述第三电机前端的输出轴传动连接，所述第三电机的后端与所述第三拉杆的一端固定连接，所述第三拉杆的另一端与所述基指节通过第八转轴可转动连接，所述第八转轴设置在所述第三转轴的下方，所述手指机架内部设置有空腔，所述第三电机以及所述第三拉杆设置在所述手指机架的空腔内部，所述第三电机以及所述第三拉杆能够相对所述手指机架在轴向方向上运动，所述第三螺母固定在所述手指机架中，所述第三螺母轴向方向上固定并且相对于所述第三螺杆所在的轴线不转动，当所述第三螺杆转动时，带动所述第三电机在轴向方向运动，所述第三电机通过所述第三拉杆与所述基指节可转动连接，用于通过所述第三电机在轴向方向的运动驱动所述基指节相对于所述手指机架转动。
本发明实施例提供的螺旋驱动的手指机构，通过第三电机输出轴上设置的第三螺杆与第三螺母配合旋转的方式，在第三电机进行正转以及反转时，第三螺母轴向方向上固定并且相对于第三螺杆所在的轴线不转动，第三螺杆拉动以及推动第三电机进行轴向运动，第三电机拉动以及推动第三拉杆进行轴向运动，第八转轴与第三转轴之间形成力矩，使得基指节以第三转轴为中心进行转动。仅通过合理组合第三拉杆、第三电机以及第三螺杆第三螺母机构，实现了基指节相对于手指机架作屈指和展指运动，简化结构，易于维护。此外，第三电机和第三拉杆设置在手指机架的空腔中，通过减小第三电机和第三拉杆的尺寸，减小传动机构占用的空间，减少手指机架的尺寸，减少机械手的尺寸，便于对机械手的使用，减少驱动机构中部件的数量，简化机械手结构，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力。
附图说明
图1为本发明实施例一的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之一。
图2为本发明实施例一的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之二。
图3为本发明实施例一的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之三。
图4为本发明实施例一的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之四。
图5为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之一。
图6为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之二。
图7为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之三。
图8为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之四。
图9为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之五。
图10为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之六。
图11为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之七。
图12为本发明实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之八。
图13为本发明实施例三的蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之一。
图14为本发明实施例三的蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之二。
图15为本发明实施例三的蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之三。
图16为本发明实施例三的蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之四。
图17为本发明实施例四的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之一。
图18为本发明实施例四的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之二。
图19为本发明实施例四的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之三。
图20为本发明实施例四的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之四。
图21为本发明实施例五的机械手的原理示意图之一。
图22为本发明实施例五的机械手的原理示意图之二。
图23为本发明实施例六的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之一。
图24为本发明实施例六的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之二。
图25为本发明实施例六的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之三。
图26为本发明实施例六的螺旋驱动的手指机构的原理示意图之四。
图27为本发明实施例七的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之一。
图28为本发明实施例七的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之二。
图29为本发明实施例七的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之三。
图30为本发明实施例七的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图之四。
附图标号说明：1-第一电机；2-第一拉杆；3-第一螺杆；4-第一螺母；5-基指节；6-近指节；7-第一转轴；8-第二转轴；9-手指机架；10-第二拉杆；11-第三转轴；12-第四转轴；13-第五转轴；14-第六转轴；15-蜗杆；16-蜗轮；17-第二电机；18-电机支架；19-手掌机架；20-第七转轴；21-手指本体；211-关节转轴；22-电机支架安装槽；23-第二螺杆；24-第三螺杆；25-第四螺杆；26-第二螺母；27-第三螺母；28-第四螺母；29-第三电机；30-第三拉杆；31-第四电机；32-第四拉杆；33-第八转轴；34-第九转轴；35-第五拉杆；36-第十转轴；37-第十一转轴。
具体实施方式
实施例一
如图1至图4所示，其为本发明实施例的螺旋驱动的手指机构的原理示意图，本发明实施例的螺旋驱动的手指机构包括第一电机1、第一拉杆2、第一螺杆3以及与第一螺杆3配合的第一螺母4、基指节5以及近指节6，基指节5和近指节6通过第一转轴7可转动连接，第一螺杆3的一端与第一螺母4的内螺纹配合，第一螺杆3的另一端与第一电机1前端的输出轴传动连接，第一电机1的后端与第一拉杆2的一端固定连接。在实际应用中，由于第一电机1输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，还可以包括减速组件，用以对第一电机输出的转速进行调节，减速组件设置在第一电机1的输出端，输出轴通过减速组件与第一电机1的输出端连接。此外，还可以包括联轴器，联轴器设置在第一电机1的输出轴上(这里所说的第一电机输出轴实际上指的是通过减速组件与第一电机的输出端连接的输出轴)，第一螺杆3的另一端通过联轴器与第一电机1的输出轴连接。
上述第一拉杆2的另一端与近指节6通过第二转轴8可转动连接，第二转轴8设置于第一转轴7的下方，基指节5内部设置有空腔，第一电机1以及第一拉杆2设置在基指节5的空腔内部，第一电机1以及第一拉杆2能够相对基指节5在轴向方向上运动，第一螺母4轴向方向上固定并且相对于第一螺杆3所在的轴线不转动，当第一螺杆3转动时，带动第一电机1在轴向方向运动，第一电机1通过第一拉杆2与近指节6连接，用于通过第一电机在轴向方向的运动驱动近指节相对于基指节转动。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图3所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图3所示机构的上侧为手指机构的手背，图3所示结构的下侧为手指机构的手心，图3的下方为地面，图3中的近指节的背部以及基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
通过上述结构，在第一电机1进行正转以及反转时，第一螺母4轴向方向上固定并且相对于第一螺杆3所在的轴线不转动，第一螺杆3拉动以及推动第一电机1进行轴向运动，第一电机1拉动以及推动第一拉杆2进行轴向运动，第二转轴8与第一转轴2之间形成力矩，从而使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，实现近指节屈指运动。
作为上述第一螺杆的另一端与第一电机前端的输出轴传动连接方案的可替换方案：第一电机的输出轴可以为d形截面轴径，第一螺杆的另一端可以设置有d形截面轴孔，d形截面轴径与d形截面轴孔适配，第一电机的输出轴可以通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与第一螺杆的另一端传动连接。
上述结构中，第一电机1的后端与第一拉杆2的一端是固定连接，例如焊接或一体生成，而不是可转动连接，在这种连接方式下，第一拉杆2的另一端与近指节6通过第二转轴8可转动连接，近指节6以及第二转轴8能够阻止第一拉杆2在周向上进行转动，第一电机1的后端与第一拉杆2的一端固定连接，第一拉杆2能够阻止第一电机1在周向以及径向上进行转动。通过这样的结构可以在机械手指结构复杂度很低的情况下实现周向以及径向固定轴向滑动的设计，并且使得机械手指结构紧密，节省空间。
这里所说的第一螺母4轴向方向上固定并且相对于第一螺杆3所在的轴线不转动是指，第一螺母4在轴向方向上被束缚，并且第一螺母4相对于第一螺杆3所在的轴线不转动，使得在第一螺杆3旋入第一螺母4时，第一螺母4不会相对于第一螺杆3在轴向方向上移动，并且第一螺母4不会因为第一螺杆3的旋入而转动，实现第一螺杆3轴向运动的目的。对于第一螺母4的固定位置，可以将第一螺母4固定在基指节5的空腔中，例如，如图4所示，可以将第一螺母4通过第六转轴14固定在基指节5的空腔中，第六转轴14可以设置在第一螺母4的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第一螺母4可以通过第六转轴14与基指节5可转动连接，基指节5靠近第一电机1的一侧可以为两个基指节侧板，两个基指节侧板可以将第一螺母4夹设在中间，第一螺母4能够在基指节5中转动。这里所说第一螺母能够在基指节中转动是指，第一螺母轴向方向上固定并且相对于第一螺杆所在的轴线不转动。当然也可以将第一螺母4焊接在基指节5的空腔中，还可以另外设置一个基座，基座用于固定第一螺母4，只要保证第一螺母4轴向方向上固定并且相对于第一螺杆3所在的轴线不转动即可。此外，第一螺母4的远离第一电机1的一侧可以为开放结构，也就是说，第一螺母4的内螺纹孔可以设置为通孔，第一螺杆3能够贯穿第一螺母4，第一螺杆3贯穿第一螺母4的内螺纹通孔之后，还可以继续旋进，增加第一螺杆3的传动距离。
上述第一螺杆和第一螺母结构中，第一螺杆和第一螺母机构具有自锁功能，当第一电机停止输出扭矩时，第一螺杆以及第一电机的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在第一电机输出停止的情况下，手指机构不会向反方向运动，使得手指机构保持在当前位置不动，从而具有对手指机构的位置锁定功能。
另外，上述手指机构可以为拇指机构，基指节可以为拇指基指节，近指节可以为拇指近指节。需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指，相应的基指节可以为食指基指节、中指基指节、无名指基指节以及小拇指基指节，相应的近指节可以为食指近指节、中指近指节、无名指近指节以及小拇指近指节。
本实施例的机构，通过对手指机构、第一电机、拉杆、第一螺杆以及第一螺母进行特殊组装，将手指机构、第一电机、拉杆、第一螺杆以及第一螺母以轴向传动的方式，从基指节引导到近指节，保持第一电机的动力输出方向，使得动力源的原始输出和对手指的驱动输出均位于同层，从而节省轴向传动输出所占用的空间，不需要对基指节与近指节的连接部分进行复杂的设计，降低了这部分的复杂度。另外，本实施例的机构，充分利用了基指节的空间来承载动力源，从而能够进一步减少手指机构的尺寸。此外，通过将动力源的原始输出和对手指的驱动输出设置于同层，减少对手指的驱动输出机构的设置，简化机械手结构，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力。
此外，还需要说明的是，本实施例的手指机构不只是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，基指节可以为大腿，近指节可以为小腿。
实施例二
如图5至图12所示，其为实施例二的螺旋驱动的手指机构的原理示意图。本实施例与实施例一的区别在于，本实施例增加了手指机架9以及第二拉杆10，基指节5通过第三转轴11与手指机架9可转动连接。
由于实施例一中的手指机构涉及的是近指节相对于基指节作屈指运动，在实际应用中，可能需要基指节相对于手指机架作屈指运动，因此，如图5至图8所示，本实施例在基指节5和手指机架9之间设置有第二拉杆10，第二拉杆10的一端通过第四转轴12与第一电机1可转动连接，第二拉杆10的另一端通过第五转轴13与手指机架9可转动连接，第五转轴13设置在第三转轴11的上方，第二螺母26设置在手指机架9上，第一电机1通过第四转轴12与第二拉杆10的一端连接，用于通过第一电机在轴向方向的运动驱动基指节相对于手指机架转动，通过第一电机对第二拉杆进行挤压以及拉伸，实现基指节相对于手指机架作屈指运动。
进一步地，由于在基指节相对于手指机架作屈指运动时，基指节、手指机架以及第二拉杆三者的运动轨迹分别不同，并且在基指节和第二拉杆相对于手指机架平行时，容易发生锁死现象，因此，第二拉杆10呈弧形，以避免锁死。此外，第二拉杆10可以为y型结构。第一电机1的外壁上设置有耳板，y型结构的单头端通过第四转轴12与第一电机1的耳板可转动连接，y型结构的双头端将手指机架9夹在中间，y型结构的双头端通过第五转轴13与手指机架9可转动连接。y型结构的双头端将手指机架夹在中间，使得当第一电机对第二拉杆进行挤压以及拉伸时，第二拉杆不会向手指指节的两侧晃动，第二拉杆稳定的进行轴向运动，进一步避免锁死现象的发生。
通过上述结构，如图11所示，在第一电机1进行轴向运动的过程中，第二拉杆10拉动手指机架9，第五转轴13与第三转轴11之间形成力矩，在实际应用中，手指机架9通常固定不动，因此，在手指机架9、第二拉杆2以及第一电机1的相互作用下，基指节5以第三转轴11为中心进行转动。这里的第二拉杆10可以呈弧形，弧形可以向手指机构手背的外侧凸出，弧形的凹侧可以对应基指节的背部以及手指机架的背部，第二拉杆可以为刚性材料，第二拉杆的形状不会改变，第一电机可以设置在基指节的空腔中，第二拉杆的形状不会改变，第二拉杆受到第一电机的挤压时，第一电机远离第二拉杆的外壁挤压基指节空腔中远离第二拉杆的内壁，即屈指运动；第二拉杆受到第一电机的拉伸时，第一电机靠近第二拉杆的外壁挤压基指节空腔中靠近第二拉杆的内壁，即展指运动。在第一电机的挤压以及拉伸作用下，基指节以第三转轴为中心进行转动。
上述结构中，第三转轴11可以设置在第二螺母26的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第二螺母26可以通过第三转轴11与手指机架9可转动连接，手指机架9靠近基指节5一侧可以为两个手指机架侧板，两个手指机架侧板可以将第二螺母26夹设在中间，第二螺母26能够在手指机架9中转动。这里所说第二螺母26能够在手指机架中转动是指，第二螺母轴向方向上固定并且相对于第二螺杆23所在的轴线不转动。此外，第二螺母26的远离第一电机的一侧可以为开放结构，也就是说，第二螺母26的内螺纹孔可以设置为通孔，第二螺杆23能够贯穿第二螺母26，第二螺杆23贯穿第二螺母26的内螺纹通孔之后，还可以继续旋进，增加第二螺杆23的传动距离。
通过上述结构，将第三转轴11设置在第二螺母26的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第二螺母26通过第三转轴11与手指机架9可转动连接，使得第二螺母26与第二螺杆、第一电机以及第一拉杆在运动过程中，始终位于同一层，第二螺杆能够正常旋入第二螺母的内螺纹中，保证第二螺杆、第一电机以及第一拉杆能够进行轴向运动，降低转轴数量。此外，第二螺母26通过第三转轴11与手指机架9可转动连接，第二螺母26与手指机架9的连接轴与基指节5和手指机架9的连接轴均为第三转轴11，使得基指节能够沿着第三转轴正常地做屈指运动，第一电机在挤压以及拉伸第二拉杆时，第二螺母能够始终正对第二螺杆以及第一电机，防止第二螺母阻碍基指节沿着第三转轴正常地做屈指运动。另外，在第二螺母与手指机架的连接轴不是与基指节和手指机架的连接轴同轴的情况下，第二螺母、第二螺杆、第一电机以及第一拉杆的同层传动机构与基指节和手指机架将形成三个首尾相连连杆的锁死情形。
另外，上述手指机构可以为拇指机构，基指节可以为拇指基指节。需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指，相应的基指节可以为食指基指节、中指基指节、无名指基指节以及小拇指基指节。
本实施例的机构，通过对手指机构、第一电机、拉杆、第二螺杆以及第二螺母进行特殊组装，将手指机构、第一电机、拉杆、第二螺杆以及第二螺母以轴向传动的方式，从基指节引导到手指机架，保持第一电机的动力输出方向，使得动力源的原始输出和对手指的驱动输出均位于同层，从而节省轴向传动输出所占用的空间，不需要对基指节与手指机架的连接部分进行复杂的设计，降低了这部分的复杂度。此外，通过将动力源的原始输出和对手指的驱动输出设置于同层，减少对手指的驱动输出机构的设置，简化机械手结构，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图7和图11所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图7和图11所示机构的上侧为手指机构的手背，图7和图11所示结构的下侧为手指机构的手心，图7和图11的下方为地面，图7和图11中的近指节的背部以及基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
此外，还需要说明的是，本实施例的手指机构不只是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，手指机架可以为大腿，基指节可以为小腿。
实施例三
如图13至图16所示，其为实施例三的蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图。由于现有技术中的手指本体的运动涉及的仅是屈指运动，在实际应用中，可能需要手指本体相对于机械手手掌作姿态调整运动，例如需要手指本体相对于机械手手掌作摇摆运动。姿态调整可以用来调整屈指运动的方向，此外，手指本体相对于手掌的运动本身也可以作为实现机械手抓取物体或者实现其他功能的动作环节之一。因此，本实施例的蜗轮蜗杆驱动的手指机构包括手指机架9，蜗杆15以及与蜗杆15配合的蜗轮16、第二电机17以及电机支架18，电机支架18设置在机械手手掌中，电机支架18通过第七转轴20与手指机架9的一端可转动连接，手指机架9的另一端设置有手指本体21，第七转轴20垂直于手指本体21的关节转轴211，第二电机17固定在电机支架18内，并通过第二电机17的输出轴与蜗杆15的一端传动连接，在实际应用中，由于第二电机输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，还可以包括减速组件，用以对第二电机输出的转速进行调节，减速组件可以设置在第二电机17的输出端，输出轴通过减速组件与第二电机17的输出端连接。
上述第二电机的输出轴与蜗杆的一端传动连接是指，第二电机17的输出轴(这里所说的第二电机输出轴实际上指的是通过减速组件与第二电机的输出端连接的输出轴)可以为d形截面轴径，蜗杆15的一端可以设置有d形截面轴孔，d形截面轴径可以与d形截面轴孔适配，第二电机17的输出轴可以通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与蜗杆15的一端传动连接。通过d形截面轴径与d形截面轴孔的相互卡接实现第二电机17的输出轴与蜗杆15的一端传动连接。当然，第二电机17的输出轴与蜗杆15的一端传动连接的方式并不限于前述方式，例如：还可以包括联轴器，联轴器可以设置在第二电机17的输出轴上，蜗杆15的一端可以通过联轴器与第二电机17的输出轴连接。
上述蜗杆的另一端与蜗轮配合，当蜗杆15转动时，带动蜗轮16转动，蜗轮16与手指机架9传动连接，用于通过蜗轮的转动驱动手指机架沿着机械手手掌的周向方向转动。这里所说的机械手手掌的周向是指除了机械手手掌的掌心面和机械手手掌的掌背面的其余端面。实现手指本体相对于机械手手掌作姿态调整运动，提高机械手的仿生性能。
通过上述结构，在第二电机进行正转以及反转时，通过d形截面轴径与d形截面轴孔相互卡接的方式带动蜗杆正转以及反转，蜗杆的另一端与蜗轮配合，蜗杆的转动带动蜗轮正转以及反转，蜗杆与手指机架传动连接，蜗轮的转动带动手指机架以及手指本体沿着机械手手掌的周向方向转动。(图13和图16中手指本体上的双向圆弧箭头代表手指本体以及手指机架以第七转轴为中心线转动的转动方向)实现手指本体相对于机械手手掌作摇摆运动。
上述蜗轮和蜗杆结构中，蜗轮和蜗杆机构具有自锁功能，当第二电机停止输出扭矩时，蜗轮的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在第二电机输出停止的情况下，手指机架以及手指本体不会向反方向运动，使得手指机架以及手指本体保持在当前位置不动，从而具有对手指机架以及手指本体的位置锁定功能。
上述电机支架靠近手指机架的一侧可以设置有两个电机支架侧板，两个电机支架侧板可以平行于手指机架9的背部，两个电机支架侧板可以将手指机架9夹设在中间，手指机架9能够在电机支架18中转动。电机支架的两个电机支架侧板能够阻止手指机架以及手指本体在上下方向上出现晃动，使得手指机架以及手指本体能够沿着机械手手掌的周向方向平稳地进行转动。
为了降低机械手的整体重量，蜗轮16可以为半圆形结构，半圆形的圆弧端可以靠近电机支架18，半圆形的直线端可以靠近手指机架9。通过这样的结构可以在机械手指结构复杂度很低的情况下，实现手指机架能够沿着机械手手掌的周向方向平稳地进行转动的设计，半圆弧形的蜗轮相对于同直径的圆形蜗轮而言重量较轻，降低了机械手的整体重量，并且使得机械手指结构紧密，节省空间。
此外，上述手指机构可以为拇指机构，需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指。
另外，上述蜗轮与手指机架传动连接的方式可以为：蜗轮16的中央设置有蜗轮中心孔，第七转轴20的一端可以依次贯穿手指机架9以及蜗轮的中心孔，第七转轴20的另一端可以与电机支架18可转动连接，蜗轮16的一端可以与手指机架9固定连接，蜗轮16的另一端可以与电机支架18可转动连接。电机支架18靠近手指机架9的一端为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，第七转轴20的另一端可转动地插入一个电机支架侧板转轴孔中，第七转轴20的一端贯穿手指机架9并插入蜗轮中心孔中，蜗轮16的另一端设置有与蜗轮中心孔同轴的凸缘，凸缘可转动地插入另一个电机支架侧板转轴孔中。其中，蜗轮16的一端可以与手指机架9固定连接的方式可以为：蜗轮16与手指机架9一体成型，也可以是将蜗轮16的一端与手指机架9固定连接的其他固定方式，例如，将蜗轮16的一端焊接在手指机架9上。手指机架9上设置有圆弧形凹面，蜗轮16可以安装在手指机架9的圆弧形凹面中，通过蜗轮与圆弧形凹面的卡合形成蜗轮与手指机架之间传动连接。蜗轮16的半圆形的圆弧端可以凸出手指机架9，也就是说，蜗轮16的齿可以凸出手指机架9，使得蜗杆15能够与蜗轮16传动配合。
作为上述蜗轮与手指机架传动连接方式的一种可替代方案，第七转轴20的一端可以为d形截面轴径，第七转轴20的另一端可以为圆形截面轴径，手指机架9中可以设置有d形截面轴孔，蜗轮中心孔可以为d形截面轴孔，d形截面轴径与d形截面轴孔适配，第七转轴20一端的d形截面轴径可以依次贯穿手指机架9的d形截面轴孔以及蜗轮16的d形截面轴孔，第七转轴20的另一端可以与电机支架18可转动连接，蜗轮16的另一端可以与电机支架18可转动连接，在蜗轮转动时，蜗轮能够带动手指机架转动。用于通过蜗轮的d形截面轴孔带动第七转轴转动，通过第七转轴的d形截面轴径带动手指机架转动。其中，电机支架18靠近手指机架9的一端为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，第七转轴20的另一端可转动地插入一个电机支架侧板转轴孔中，第七转轴20的一端贯穿手指机架9并插入蜗轮中心孔中，蜗轮16的另一端设置有与蜗轮中心孔同轴的凸缘，凸缘可转动地插入另一个电机支架侧板转轴孔中。手指机架9上设置有圆弧形凹面，蜗轮16可以安装在手指机架9的圆弧形凹面中，使得蜗轮与手指机架之间一方面通过d形截面轴径与d形截面轴孔的配合实现传动连接。另一方面，通过蜗轮与圆弧形凹面的卡合形成蜗轮与手指机架之间传动连接。蜗轮16的半圆形的圆弧端可以凸出手指机架9，也就是说，蜗轮16的齿可以凸出手指机架9，使得蜗杆15能够与蜗轮16传动配合。
通过上述结构，蜗轮与手指机架之间的传动轴以及手指机架与电机支架的转轴均为第七转轴，同轴设置传动机构和转动机构，防止蜗轮与手指机架传动时发生锁死现象，简化传动机构，使得手指机构的结构紧凑。
本实施例的机构，通过在手指机架的的一端可转动地设置电机支架，将电机支架设置在机械手手掌中，并将第二电机、蜗轮蜗杆机构经过特殊设计组装在手指机架和电机支架中，使得手指机架能够相对于电机支架转动，实现手指本体相对于机械手手掌作摇摆运动，从而实现手指机架的姿态调整，提高机械手的仿生性能。此外，通过蜗轮蜗杆机构实现手指机架的姿态调整，合理利用蜗轮蜗杆的自锁功能，使得手指机架的运动轨迹更加接近人体手指的运动轨迹，减少对手指的驱动输出机构的设置，简化机械手结构。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图15所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图15所示机构的上侧为手指机构的手背，图15所示结构的下侧为手指机构的手心，图15的下方为地面，图15中的近指节的背部以及基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
实施例四
如图17至图20所示，其为实施例四的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图。本实施例与实施例一、实施例二以及实施例三的不同之处在于，本实施例的手指本体21包括基指节5和近指节6。
本发明实施例的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构包括手指机架9、第一电机1、第二电机17、电机支架18、蜗杆15以及与蜗杆15配合的蜗轮16、第一拉杆2、第二螺杆23以及与第二螺杆3配合的第二螺母26、基指节5以及近指节6，电机支架18设置在机械手手掌中，电机支架18通过第七转轴20与手指机架9的一端可转动连接，手指机架9的另一端通过第三转轴11与基指节5的一端可转动连接，基指节5的另一端通过第一转轴7与近指节6可转动连接，第二螺杆23的一端与第二螺母26的内螺纹配合，第二螺杆23的另一端与第一电机1前端的输出轴传动连接，第一电机1的后端与第一拉杆2的一端固定连接，第一拉杆2的另一端与近指节6通过第二转轴8可转动连接，第二转轴8设置于第一转轴7的下方，基指节5内部设置有空腔，第一电机1以及第一拉杆2设置在基指节5的空腔内部，第一电机1以及第一拉杆2能够相对基指节5在轴向方向上运动。
上述基指节5和手指机架9之间设置有第二拉杆10，第二拉杆10的一端通过第四转轴12与第一电机1可转动连接，第二拉杆10的另一端通过第五转轴13与手指机架9可转动连接，第五转轴13设置在第三转轴11的上方，第二螺母26设置在手指机架9上，第三转轴11设置在第二螺母26的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第二螺母26通过第三转轴11与手指机架9可转动连接，手指机架9靠近基指节5一侧为两个手指机架侧板，两个手指机架侧板将第二螺母26夹设在中间，第二螺母26能够在手指机架9中转动，第二螺母26轴向方向上固定并且相对于第二螺杆23所在的轴线不转动，当第二螺杆23转动时，带动第一电机1在轴向方向运动，第一电机1通过第一拉杆2与近指节6连接，用于通过第一电机在轴向方向的运动驱动近指节相对于基指节转动，第一电机1通过第四转轴12与第二拉杆10的一端连接，用于通过第一电机在轴向方向的运动驱动基指节相对于手指机架转动，
需要说明的是，由于在基指节相对于手指机架作屈指运动时，基指节、手指机架以及第二拉杆三者的运动轨迹分别不同，并且在基指节和第二拉杆相对于手指机架平行时，容易发生锁死现象，因此，第二拉杆10可以呈弧形，以避免锁死，弧形可以向手指机构9手背的外侧凸出。此外，第二拉杆10可以为y型结构。第一电机1的外壁上可以设置有耳板，y型结构的单头端可以通过第四转轴12与第一电机1可转动连接，y型结构的双头端可以将手指机架9夹在中间，y型结构的双头端可以通过第五转轴13与手指机架9可转动连接。y型结构的双头端将手指机架9夹在中间，使得当第一电机对第二拉杆进行挤压以及拉伸时，第二拉杆不会向手指指节的两侧晃动，第二拉杆稳定的进行轴向运动，进一步避免锁死现象的发生。
通过上述结构，在第一电机1进行正转以及反转时，第二螺母26轴向方向上固定并且相对于第二螺杆23所在的轴线不转动，第二螺杆23拉动以及推动第一电机1进行轴向运动，第一电机1拉动以及推动第一拉杆2进行轴向运动，第二转轴8与第一转轴2之间形成力矩，从而使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，实现近指节屈指运动以及近指节展指运动。与此同时，在第一电机的挤压以及拉伸作用下，基指节5以第三转轴11为中心进行转动。具体为，第二拉杆受到第一电机的挤压时，第一电机1远离第二拉杆10的外壁挤压基指节5空腔中远离第二拉杆10的内壁，使得基指节5以第三转轴11为中心进行转动，即基指节屈指运动；第二拉杆受到第一电机的拉伸时，第一电机1靠近第二拉杆10的外壁挤压基指节5空腔中靠近第二拉杆10的内壁，即基指节展指运动。仅通过一个第一电机即可同时实现近指节和基指节的屈指以及展指运动，减少驱动机构以及传动机构的设置，简化机械手结构，节省驱动机构以及传动机构所占用的空间，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力，由于近指节和基指节均受第一电机的驱动控制，使得近指节和基指节能够同步进行屈指以及展指运动。
上述第二电机17固定在电机支架18内，并通过第二电机17的输出轴与蜗杆15的一端传动连接，在实际应用中，由于第一电机1和第二电机17输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，第一电机1的输出端和第二电机17的输出端还可以分别设置有减速组件，第一电机1的输出轴以及第二电机17的输出轴可以分别通过减速组件与第一电机1的输出端以及第二电机17的输出端连接。此外，这里所说的第一电机1和第二电机17可以为相同的电机，例如第一电机1和第二电机17可以均为微型直流电机。
蜗杆15的另一端与蜗轮16配合，当蜗杆15转动时，带动蜗轮16转动，蜗轮16固定在手指机架9上，第七转轴20贯穿蜗轮中心孔，蜗轮16与手指机架9传动连接，用于通过蜗轮的转动驱动手指机架沿着机械手手掌的周向方向转动，第七转轴20垂直于第三转轴11以及第一转轴7，用于通过蜗轮的转动驱动手指机架、基指节以及近指节相对于电机支架作摆指运动。
通过上述结构，在第二电机17进行正转以及反转时，第二电机17带动蜗杆15正转以及反转，蜗杆15的另一端与蜗轮16配合，蜗杆15的转动带动蜗轮16正转以及反转，蜗杆15与手指机架9传动连接，蜗轮16的转动带动手指机架9、基指节5以及近指节6沿着机械手手掌的周向方向转动。实现手指机架、基指节以及近指节相对于机械手手掌作摇摆运动。本实施例的机械手同时实现了：近指节相对于基指节作屈指以及展指运动、基指节相对于手指机架作屈指以及展指运动以及手指机架、基指节和近指节相对于安装有电机支架的手掌作摆指运动，近指节和基指节的屈指以及展指运动配合摆指运动，使得机械手能够实现更多姿态的抓握动作，使得机械手与人体手指的运动更接近，提高机械手的仿生性能，提高了手指机构的灵活性。
上述电机支架18靠近手指机架9的一侧可以为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板可以平行于手指机架9的背部，两个电机支架侧板可以将手指机架9夹设在中间，手指机架9能够在电机支架18中转动。电机支架的两个电机支架侧板能够阻止手指机架以及手指本体在上下方向上出现晃动，使得手指机架以及手指本体能够沿着机械手手掌的周向方向平稳地进行转动。
此外，上述蜗轮与手指机架传动连接的方式可以为：蜗轮16的中央设置有蜗轮中心孔，第七转轴20的一端可以依次贯穿手指机架9以及蜗轮中心孔，第七转轴20的另一端可以与电机支架18可转动连接，蜗轮16的一端可以与手指机架9固定连接，蜗轮16的另一端可以与电机支架9可转动连接。电机支架18靠近手指机架9的一端为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，第七转轴20的另一端可转动地插入一个电机支架侧板转轴孔中，第七转轴20的一端贯穿手指机架9并插入蜗轮中心孔中，蜗轮16的另一端设置有与蜗轮中心孔同轴的凸缘，凸缘可转动地插入另一个电机支架侧板转轴孔中。其中，蜗轮16的一端可以与手指机架9固定连接的方式可以为：蜗轮16与手指机架9一体成型，也可以是将蜗轮16的一端与手指机架9固定连接的其他固定方式，例如，将蜗轮16的一端焊接在手指机架9上。手指机架9上设置有圆弧形凹面，蜗轮16可以安装在手指机架9的圆弧形凹面中。蜗轮16的半圆形的圆弧端可以凸出手指机架9，也就是说，蜗轮16的齿可以突出于凸出手指机架9，使得蜗杆能够与蜗轮传动配合。
作为上述蜗轮与手指机架传动连接方式的一种可替代方案，第七转轴20的一端可以为d形截面轴径，第七转轴20的另一端可以为圆形截面轴径，手指机架9中可以设置有d形截面轴孔，蜗轮的中心孔可以为d形截面轴孔，d形截面轴径可以与d形截面轴孔适配，第七转轴20一端的d形截面轴径可以依次贯穿手指机架9的d形截面轴孔以及蜗轮16的d形截面轴孔，第七转轴20的另一端可以与电机支架18可转动连接，蜗轮16的另一端可以与电机支架18可转动连接，在蜗轮转动时，蜗轮能够带动手指机架转动。其中，电机支架18靠近手指机9架的一端为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，第七转轴20的另一端可转动地插入一个电机支架侧板转轴孔中，第七转轴20的一端贯穿手指机架9并插入蜗轮中心孔中，蜗轮16的另一端设置有与蜗轮中心孔同轴的凸缘，凸缘可转动地插入另一个电机支架侧板转轴孔中。
另外，上述手指机构可以为拇指机构，基指节可以为拇指基指节，近指节可以为拇指近指节。需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指，相应的基指节可以为食指基指节、中指基指节、无名指基指节以及小拇指基指节，相应的近指节可以为食指近指节、中指近指节、无名指近指节以及小拇指近指节。
本实施例提供的手指机构，使得基指节和近指节的尺度与人手更加接近，基指关节以及近指关节的运动范围也与人体手指各关节的运动范围相近，提高仿生性能。缩减手指机构的径向尺寸，外型更美观，具有较大的夹持力，提高手指机构的实用性能。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图19所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图19所示机构的上侧为手指机构的手背，图19所示结构的下侧为手指机构的手心，图19的下方为地面，图19中的基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
实施例五
本实施例将多个实施例四中的手指机构设置在手掌机架上，形成机械手。如图21至图22所示，图21和图22是机械手的组装示意图，该机械手的整体形状与人手外形相似，可穿戴于人体手臂上，能够完成人手的基本动作。
本实施例的机械手包括：手掌机架19，手掌机架19上设置有至少一个电机支架安装槽22，电机支架安装槽22中嵌入有手指机构，电机支架安装槽22与电机支架18适配，用于将手指机构安装在手掌机架上。这里所说的手指机构可以与实施例四中的手指机构相同。上述手掌机架19为手指机构的安装支架，手掌机架19的外形可与人体手掌相似，手掌机架19的形状可以大致呈长方形，手掌机架19的内部可以为空腔，机械手组装完成之后，第二电机17、电机支架18以及蜗杆15可以均位于手掌机架19的空腔内。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在手掌机架的空腔范围中，可以灵活设置各种结构，以使该手掌机架形成必要的封闭或者半封闭的结构。
上述手掌机架19上可以设置有五个电机支架安装槽22，五个电机支架安装槽22中分别嵌入有手指机构，一个手掌机架19上可以设置有五个手指机构，每个手指机构各自具有一个独立的电机支架18，在机械手的整体组装过程中，可以将五个手指机构分别通过各自的电机支架18卡接固定在电机支架安装槽22上，形成机械手。这里所说的五个手指机构可以分别对人体的五个手指，例如分别为大拇指、食指、中指、无名指以及小拇指。本发明实施例的机械手中拇指、食指、中指、无名指以及小拇指五个手指的尺寸以及外形相同。
需要说明的是，鉴于本发明实施例的手指机构与大拇指的运动方式较为接近，因此，也可以将本发明实施例的手指机构仅应用于大拇指，而一般手指的结构可以采用现有技术中成熟的结构或者其他可行的结构等，因此，图22中，一般手指的部分未示出具体结构，而是只画出示意性的用于固定一般手指机构的安装槽。此外，也可以将本发明实施例的手指机构仅应用于一个或者几个一般手指，而大拇指以及其余一般手指的结构可以采用现有技术中成熟的结构或者其他可行的结构等。
(1)电机支架
电机支架18远离手掌机架19的一侧对称设置有两个电机支架侧板，两个电机支架侧板平行于手掌机架9的背部，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，电机支架18通过第七转轴20与手指机架9转动连接，两个电机支架侧板能够将手指机架9以及设置在手指机架9上的蜗轮15夹设在中间，手指机架9能够在电机支架18中转动。
电机支架18大致呈长方体，电机支架18靠近手掌机架19的一端设置有向手心以及手背方向凸出的腹板，手掌机架19上设置有五个电机支架安装槽22，腹板能够卡接在手掌机架19的电机支架安装槽22上，电机支架18远离手指机架9的一侧可以设置有第二电机安装孔，第二电机安装孔为通孔，第二电机安装孔内部设置有内螺纹，第二电机17为圆柱形结构，第二电机17输出端的外壁上设置有外螺纹，第二电机17通过内螺纹与外螺纹的螺旋配合插接在电机支架18的第二电机安装孔的一侧，在第二电机安装孔中设置有蜗杆15，蜗杆15的一侧设置有d形截面轴孔，第二电机17的输出轴为d形截面轴径，第二电机17的输出轴通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与蜗杆15的一端传动连接，在第二电机17的输出端设置有减速器，第二电机17通过减速器减速之后，将扭矩传送给蜗杆15，在第二电机17的输出轴与蜗杆15之间设置有压力铜垫，压力铜垫套装在第二电机17的输出轴上，用于承受轴向力。
蜗杆15的另一侧设置有d形截面轴孔，蜗杆15的另一侧设置有蜗杆销轴，蜗杆销轴的一端为d形截面轴径，蜗杆销轴的另一端为圆形截面轴径，蜗杆销轴的一端通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与蜗杆15的另一侧连接，第二电机安装孔的另一侧设置有蜗杆销轴端盖，蜗杆销轴端盖通过螺钉安装在电机支架18上，蜗杆销轴端盖的中心设置有用于安装蜗杆销轴的蜗杆销轴安装孔，蜗杆销轴的另一端可转动地插入蜗杆销轴安装孔中，用于防止蜗杆发生偏心转动。蜗杆15的另一端设置有螺纹，用于与手指机架上的蜗轮的齿啮合。
(2)手指机架
手指机架9靠近电机支架18的一侧设置有第七转轴安装孔，第七转轴20贯穿电机支架18上的电机支架侧板转轴孔以及手指机架9上的第七转轴安装孔，手指机架9通过第七转轴20与电机支架18可转动连接，蜗轮16的中央设置有蜗轮中心孔，第七转轴20的一端为d形截面轴径，第七转轴20的另一端为圆形截面轴径，手指机架9中设置有d形截面轴孔，蜗轮中心孔为d形截面轴孔，d形截面轴径与d形截面轴孔适配。
电机支架18靠近手指机架9的一端为两个电机支架侧板，两个电机支架侧板上分别设置有电机支架侧板转轴孔，一个电机支架侧板转轴孔中设置有铜套，第七转轴20的另一端可转动地插入一个电机支架侧板转轴孔的铜套中，第七转轴20的一端贯穿手指机架9的第七转轴安装孔并插入蜗轮中心孔中，蜗轮16的另一端设置有与蜗轮中心孔同轴的凸缘，凸缘可转动地插入另一个电机支架侧板转轴孔中。蜗轮16为半圆形结构，手指机架9上设置有圆弧形凹面，蜗轮16安装在手指机架9的圆弧形凹面中，蜗轮16的半圆形的圆弧端凸出手指机架9。用于与电机支架上的蜗杆的螺纹啮合。
手指机架9远离电机支架18的一侧设置有两个手指机架侧板，手指机架9通过第三转轴11与基指节5连接，第三转轴11设置在第二螺母26的径向方向的外周上，第二螺母26的两侧设计有同轴的第三转轴11，第二螺母26置于手指机架9的两个手指机架侧板之间，两个手指机架侧板上分别设置有第三转轴安装孔，第三转轴11的两侧分别插入手指机架9的第三转轴安装孔中，第二螺母26可绕第三转轴安装孔的中心线回转。
(3)基指节以及近指节
基指节5通过第三转轴11与手指机架9连接，基指节5可绕第三转轴11的中心线回转。近指节6通过第一转轴1与基指节5连接，基指节5和近指节6可以相对转动。基指节5的内部设置有空腔，第一电机1设置于基指节5的空腔内并可在基指节5的空腔内作轴向运动。第一电机1的输出第二螺杆23旋入于第二螺母26的内螺纹孔中，第一电机1的后端与第一拉杆2的一端通过铰链机构连接，第一拉杆2的另一端通过第二转轴8与近指节6连接。
第一电机1的前端安装有第一电机减速器以及联轴器，第一电机减速器的安装外螺纹旋入于第一电机前端的内安装螺纹孔中，第一电机减速器的输出轴为d形截面轴颈，联轴器的中心设置有d形截面轴孔，d形截面轴颈的输出轴插入联轴器中心的d形截面轴孔中。在联轴器与第一电机减速器之间设置有压力铜垫，压力铜垫用于承受轴向力，联轴器通过四个销钉与第二螺杆连接，铜制的第一电机端盖的中心孔套装在第二螺杆23的轴颈上，并通过螺钉连接于第一电机1的前端外壁上，第二螺杆23可在第一电机端盖的中心孔中转动，用于防止第二螺杆发生偏心转动。第一电机1的前端及第一电机1的后端分别设计有铰链支架，铰链支架上设置有销轴孔，用于插入第四转轴12以及用于连接第一拉杆2的销轴。
在基指节5和手指机架9之间设置有第二拉杆10，第二拉杆10两端分别设置有销轴孔，一端的销轴孔通过第四转轴12与第一电机1前壳体外壁上的铰链支架相联接，另一端的销轴孔通过第五转轴13与手指机架9相连接。当第一电机1转动时，通过减速器的减速以及第二螺杆23的传动，使基指节5以及近指节6作屈指或者展指运动。
下面对机械手的运动轨迹进行以及各部件的运动关系详细介绍：在机械手伸展状态下，若需机械手作屈指运动时，控制第一电机1正向运转，第一电机的输出轴带动减速器的输入轴运转，通过减速器减速，减速器的输出轴带动第二螺杆23拉动第一电机1在轴向上向靠近第二螺母26的方向运动，第一电机1拉动第一拉杆2在轴向上向靠近第二螺母26的方向运动，第二转轴8与第一转轴2之间形成力矩，使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，实现近指节6屈指运动。与此同时，在第一电机1的挤压作用下，第二拉杆10受到第一电机1的挤压时，第一电机1远离第二拉杆10的外壁挤压基指节5空腔中远离第二拉杆10的内壁，使得基指节5以第三转轴11为中心进行转动，即基指节5屈指运动；
在机械手屈指状态下，若需机械手作伸展运动时，控制第一电机1反向运转，第一电机1输出轴带动减速器的输入轴运转，通过减速器减速，减速器的输出轴带动第二螺杆23推动第一电机1在轴向上向远离第二螺母26的方向运动，第一电机1推动第一拉杆2在轴向上向远离第二螺母26的方向运动，第二转轴8与第一转轴2之间形成力矩，使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，实现近指节6展指运动。与此同时，在第一电机1的拉伸作用下，第二拉杆10受到第一电机1的拉伸时，第一电机1靠近第二拉杆10的外壁挤压基指节5空腔中靠近第二拉杆10的内壁，使得基指节5以第三转轴11为中心进行转动，即基指节5展指运动；
若需机械手作姿态调整运动时，控制第二电机17正转或者反向运转，第二电机17输出轴带动减速器的输入轴运转，通过减速器减速，减速器的输出轴带动蜗杆15转动，蜗杆15的转动带动蜗轮16转动，蜗轮16的转动带动手指机架9作摇摆运动，即机械手作姿态调整运动。
本实施例的手指机构，其包括了承载于电机支架上的手指机架、手连接于手指机架上的基指节以及近指节，这些部分构成一个完整的单元，通过这样的模块化设计，便于生产制造，也便于安装，通过设置有安装槽的手掌机架，方便对手指机构进行组装，出现故障时，也便于整体更换等。
实施例六
如图23至图26所示，其为本发明实施例的螺旋驱动的手指机构的原理示意图，本实施例与实施例一的区别在于，本发明实施例的螺旋驱动的手指机构包括第三电机29、第三拉杆30、第三螺杆24以及与第三螺杆24配合的第三螺母27、手指机架9以及基指节5，基指节5通过第三转轴11与手指机架9可转动连接，第三螺杆24的一端与第三螺母27的内螺纹配合，第三螺杆24的另一端与第三电机29前端的输出轴传动连接，第三电机29的后端与第三拉杆30的一端固定连接，在实际应用中，由于第三电机29输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，还可以包括减速组件，用以对第三电机输出的转速进行调节，减速组件设置在第三电机的输出端，输出轴通过减速组件与第三电机的输出端连接。此外，还可以包括联轴器，联轴器设置在第三电机的输出轴上(这里所说的第三电机输出轴实际上指的是通过减速组件与第三电机的输出端连接的输出轴)，第三螺杆的另一端通过联轴器与第三电机的输出轴连接。
上述第三拉杆30的另一端与基指节5通过第八转轴33可转动连接，第八转轴33设置在第三转轴11的下方，手指机架9内部设置有空腔，第三电机29以及第三拉杆30设置在手指机架9的空腔内部，第三电机29以及第三拉杆30能够相对手指机架9在轴向方向上运动，第三螺母27固定在手指机架9中，第三螺母27轴向方向上固定并且相对于第三螺杆24所在的轴线不转动，当第三螺杆24转动时，带动第三电机29在轴向方向运动，第三电机29通过第三拉杆30与基指节5可转动连接，用于通过第三电机29在轴向方向的运动驱动基指节5相对于手指机架9转动。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图25所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图25所示机构的上侧为手指机构的手背，图25所示结构的下侧为手指机构的手心，图25的下方为地面，图25中的基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
通过上述结构，在第三电机29进行正转以及反转时，第三螺母27轴向方向上固定并且相对于第三螺杆24所在的轴线不转动，第三螺杆24拉动以及推动第三电机29进行轴向运动，第三电机29拉动以及推动第三拉杆30进行轴向运动，第八转轴33与第三转轴11之间形成力矩，从而使得基指节5以第三转轴11为中心进行转动，实现基指节屈指运动。
作为上述第三螺杆24的另一端与第三电机29前端的输出轴传动连接方案的可替换方案：第三电机29的输出轴可以为d形截面轴径，第三螺杆的另一端可以设置有d形截面轴孔，d形截面轴径与d形截面轴孔适配，第三电机29的输出轴可以通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与第三螺杆24的另一端传动连接。
上述结构中，第三电机29的后端与第三拉杆30的一端是固定连接，例如焊接以及一体生成，而不是可转动连接，在这种连接方式下，第三拉杆30的另一端与基指节5通过第八转轴33可转动连接，基指节5以及第八转轴33能够阻止第三拉杆30在周向上进行转动，第三电机29的后端与第三拉杆30的一端固定连接，第三拉杆30能够阻止第三电机29在周向以及径向上进行转动。通过这样的结构可以在机械手指结构复杂度很低的情况下，实现周向以及径向固定而轴向滑动的设计，并且使得机械手指结构紧密，节省空间。
这里所说的第三螺母27轴向方向上固定并且相对于第三螺杆24所在的轴线不转动是指，第三螺母27在轴向方向上被束缚，并且第三螺母27相对于第三螺杆24所在的轴线不转动，使得在第三螺杆24旋入第三螺母27时，第三螺母27不会相对于第三螺杆24在轴向方向上移动，并且第三螺母27不会因为第三螺杆24的旋入而转动，实现第三螺杆24轴向运动的目的。对于第三螺母27的固定位置，可以将第三螺母27固定在手指机架9的空腔中，例如，如图26所示，可以将第三螺母27通过焊接的方式固定在手指机架9的空腔中，手指机架9靠近基指节5一侧可以为两个手指机架侧板，两个手指机架侧板可以将第三螺母27夹设在中间。当然也可以将第三螺母通过其他方式固定在手指机架的空腔中，只要保证第三螺母轴向方向上固定并且相对于第三螺杆所在的轴线不转动即可。此外，第三螺母27的远离第三电机29的一侧可以为开放结构，也就是说，第三螺母27的内螺纹孔可以设置为通孔，第三螺杆24能够贯穿第三螺母27，第三螺杆24贯穿第三螺母27的内螺纹通孔之后，还可以继续旋进，增加第三螺杆24的传动距离。
上述第三螺杆和第三螺母结构中，第三螺杆和第三螺母机构具有自锁功能，当第三电机停止输出扭矩时，第三螺杆以及第三电机的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在第三电机输出停止的情况下，手指机构不会向反方向运动，使得手指机构保持在当前位置不动，从而具有对手指机构的位置锁定功能。
另外，上述手指机构可以为拇指机构，基指节可以为拇指基指节。需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指，相应的基指节可以为食指基指节、中指基指节、无名指基指节以及小拇指基指节。
本实施例的机构，通过第三电机输出轴上设置的第三螺杆与第三螺母配合旋转的方式，在第三电机进行正转以及反转时，第三螺母轴向方向上固定并且相对于第三螺杆所在的轴线不转动，第三螺杆拉动以及推动第三电机进行轴向运动，第三电机拉动以及推动第三拉杆进行轴向运动，第八转轴与第三转轴之间形成力矩，使得基指节以第三转轴为中心进行转动。仅通过合理组合第三拉杆、第三电机以及第三螺杆第三螺母机构，实现了基指节相对于手指机架作屈指和展指运动，简化结构，易于维护。此外，第三电机和第三拉杆设置在手指机架的空腔中，通过减小第三电机和第三拉杆的尺寸，减小传动机构占用的空间，减少手指机架的尺寸，减少机械手的尺寸，便于对机械手的使用，减少驱动机构中部件的数量，简化机械手结构，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力。
另外，本实施例通过将第三电机、第三螺杆、第三螺母以及第三拉杆设置在手指机架中，减小基指节和近指节的尺寸。
此外，还需要说明的是，本实施例的手指机构不只是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，手指机架可以为大腿，基指节可以为小腿。
实施例七
如图27至图30所示，其为本发明实施例的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构的原理示意图，本实施例与实施例四的区别在于，本发明实施例的螺旋驱动和蜗轮蜗杆驱动的手指机构包括手指机架9、第四电机31、第四拉杆32、第四螺杆25以及与第四螺杆25配合的第四螺母28、基指节5以及近指节6，手指机架9通过第三转轴11与基指节5的一端可转动连接，基指节5的另一端通过第一转轴7与近指节6可转动连接，第四螺杆25的一端与第四螺母28的内螺纹配合，第四螺杆25的另一端与第四电机31前端的输出轴传动连接，第四电机31的后端与第四拉杆32的一端固定连接，在实际应用中，由于第四电机31输出的转速可能和实际需要的转速有所差别，因此，还可以包括减速组件，用以对第四电机输出的转速进行调节，减速组件设置在第四电机的输出端，输出轴通过减速组件与第四电机的输出端连接。此外，还可以包括联轴器，联轴器设置在第四电机的输出轴上(这里所说的第四电机输出轴实际上指的是通过减速组件与第四电机的输出端连接的输出轴)，第四螺杆25的另一端通过联轴器与第四电机31的输出轴连接。第四拉杆32的另一端与手指机架9通过第九转轴34可转动连接，第九转轴34设置于第三转轴11的下方，基指节5内部设置有空腔，第四电机31以及第四拉杆32设置在基指节5的空腔内部，第四电机31以及第四拉杆32能够相对基指节5在轴向方向上运动。
上述基指节5和近指节6之间设置有第五拉杆35，第五拉杆35的一端通过第十转轴36与第四电机31可转动连接，第五拉杆35的另一端通过第十一转轴37与近指节6可转动连接，第十一转轴37设置在第一转轴7的上方，第四螺母28设置在近指节6上，第三转轴11设置在第四螺母28的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第四螺母28通过第三转轴11与近指节6可转动连接，近指节6靠近基指节5一侧为两个近指节侧板，两个近指节侧板将第四螺母28夹设在中间，第四螺母28轴向方向上固定并且相对于第四螺杆25所在的轴线不转动，当第四螺杆25转动时，带动第四电机31在轴向方向运动，第四电机31通过第四拉杆32与手指机架9连接，用于通过第四电机在轴向方向的运动驱动基指节相对于手指机架转动，第四电机31通过第十转轴36与第五拉杆35的一端连接，用于通过第四电机在轴向方向的运动驱动近指节相对于基指节转动。
需要说明的是，由于在近指节相对于基指节作屈指运动时，近指节、基指节、以及第五拉杆三者的运动轨迹分别不同，并且在近指节和第五拉杆相对于基指节平行时，容易发生锁死现象，因此，第五拉杆35可以呈弧形，以避免锁死，弧形可以向基指节5手背的外侧凸出，弧形的凹侧可以对应基指节5的背部以及手指机架9的背部，第五拉杆35可以为刚性材料，第五拉杆35的形状不会改变。此外，第五拉杆35可以为y型结构。第四电机31的外壁上可以设置有耳板，y型结构的单头端可以通过第十转轴36与第四电机31可转动连接，y型结构的双头端可以将近指节6夹在中间，y型结构的双头端可以通过第十一转轴37与近指节6可转动连接。y型结构的双头端将近指节6夹在中间，使得当第四电机31对第五拉杆35进行挤压以及拉伸时，第五拉杆35不会向手指指节的两侧晃动，第五拉杆35稳定的进行轴向运动，进一步避免锁死现象的发生。
通过上述结构，在第四电机31进行正转以及反转时，第四螺母28轴向方向上固定并且相对于第四螺杆25所在的轴线不转动，第四螺杆25拉动以及推动第第四电机31进行轴向运动，第四电机31拉动以及推动第四拉杆32进行轴向运动，第九转轴34与第三转轴11之间形成力矩，在实际应用中，手指机架通常固定不动，因此，在手指机架、第四拉杆以及第四电机的相互作用下，从而使得基指节5以第三转轴11为中心进行转动，实现基指节屈指运动以及基指节展指运动。与此同时，在第四电机31的挤压以及拉伸作用下，近指节6以第一转轴7为中心进行转动。具体为，第五拉杆35受到第四电机31的挤压时，第五拉杆35的形状不会改变，第四电机31远离第五拉杆35的外壁挤压基指节5空腔中远离第四拉杆32的内壁，使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，即近指节屈指运动；第五拉杆35受到第四电机31的拉伸时，第四电机31靠近第五拉杆35的外壁挤压基指节5空腔中靠近第五拉杆35的内壁，使得近指节6以第一转轴7为中心进行转动，即近指节展指运动。仅通过一个第四电机即可同时实现近指节和基指节的屈指以及展指运动，减少驱动机构以及传动机构的设置，简化机械手结构，节省驱动机构以及传动机构所占用的空间，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力，由于近指节和基指节均受第四电机的驱动控制，使得近指节和基指节能够同步进行屈指以及展指运动。
需要说明的是，本实施例中所说的“上”、“下”等方位是指部件中的相对位置，如图29所示，当上述手指机构处于展指并扣掌状态设置时，图29所示机构的上侧为手指机构的手背，图29所示结构的下侧为手指机构的手心，图29的下方为地面，图29中的近指节的背部以及基指节的背部远离地面，手指机构展指并与水平面平行，“上”、“下”即指相对于地面的上下。
作为上述第四螺杆的另一端与第四电机前端的输出轴传动连接方案的可替换方案：第四电机的输出轴可以为d形截面轴径，第四螺杆的另一端可以设置有d形截面轴孔，d形截面轴径与d形截面轴孔适配，第四电机的输出轴可以通过d形截面轴径插入d形截面轴孔的方式与第四螺杆的另一端传动连接。
上述结构中，第四电机31的后端与第四拉杆32的一端是固定连接，例如焊接以及一体生成，而不是可转动连接，在这种连接方式下，第四拉杆32的另一端与手指机架9通过第九转轴34可转动连接，手指机架9以及第九转轴34能够阻止第四拉杆32在周向上进行转动，第四电机31的后端与第四拉杆32的一端固定连接，第四拉杆32能够阻止第四电机31在周向以及径向上进行转动。通过这样的结构可以在机械手指结构复杂度很低的情况下实现周向以及径向固定轴向滑动的设计，并且使得机械手指结构紧密，节省空间。
上述结构中，第三转轴11可以设置在第四螺母28的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第四螺母28可以通过第三转轴11与近指节6可转动连接，近指节6靠近基指节5一侧可以为两个近指节侧板，两个近指节侧板可以将第四螺母28夹设在中间，第四螺母28能够在近指节6中转动。这里所说第四螺母能够在近指节中转动是指，第四螺母轴向方向上固定并且相对于第四螺杆所在的轴线不转动。此外，第四螺母28的远离第四电机31的一侧可以为开放结构，也就是说，第四螺母28的内螺纹孔可以设置为通孔，第四螺杆25能够贯穿第四螺母28，第四螺杆25贯穿第四螺母28的内螺纹通孔之后，还可以继续旋进，增加第四螺杆25的传动距离。
上述螺杆和螺母结构中，螺杆和螺母机构具有自锁功能，当第四电机停止输出扭矩时，第四螺杆以及第四电机的位置会保持不动，从而具有一定的位置记忆功能，也使得在第四电机输出停止的情况下，手指机构不会向反方向运动，使得手指机构保持在当前位置不动，从而具有对手指机构的位置锁定功能。
通过上述结构，将第三转轴11设置在第四螺母28的径向方向的外周上并且平行于第一转轴7，第四螺母28通过第三转轴11与近指节6可转动连接，使得第四螺母28与第四螺杆25、第四电机31以及第四拉杆32在运动过程中，始终位于同一层，第四螺杆25能够正常旋入第四螺母28的内螺纹中，保证第四螺杆、第四电机以及第四拉杆能够进行轴向运动，降低转轴数量。此外，第四螺母28通过第三转轴11与近指节6可转动连接，第四螺母28与近指节6的连接轴与基指节5和近指节6的连接轴均为第三转轴11，使得近指节能够沿着第三转轴正常地做屈指运动，第四电机31在挤压以及拉伸第五拉杆35时，第四螺母28能够始终正对第四螺杆25以及第四电机31，防止第四螺母28阻碍近指节6沿着第三转轴11正常地做屈指运动。另外，在第四螺母28与近指节6的连接轴不是与基指节5和近指节6的连接轴同轴的情况下，第四螺母28、第四螺杆25、第四电机31以及第四拉杆32的同层传动机构与基指节和近指节将形成三个首尾相连连杆的锁死情形。
另外，上述手指机构可以为拇指机构，基指节可以为拇指基指节，近指节可以为拇指近指节。需要说明的是，本实施例的手指机构不限于拇指机构，还可以应用于除拇指机构之外的手指机构，例如食指、中指、无名指以及小拇指，相应的基指节可以为食指基指节、中指基指节、无名指基指节以及小拇指基指节，相应的近指节可以为食指近指节、中指近指节、无名指近指节以及小拇指近指节。
本实施例的机构，通过对第四电机、第四拉杆、第四螺杆以及第四螺母在手指机构中进行特殊组装，使得动力源的原始输出和对手指的驱动输出均位于同层，从而节省轴向传动输出所占用的空间，并且充分利用了基指节的空间来承载动力源，从而能够进一步减少手指机构的尺寸。此外，通过将动力源的原始输出和对手指的驱动输出设置于同层，减少对手指的驱动输出机构的设置，简化机械手结构，降低扭矩在传动过程中的消耗，使得手指具有较大的夹持力。
另外，通过将第四螺母以及第四螺杆设置在近指节内，将第四电机以及第四拉杆设置在基指节内，减小手指机架的尺寸。
此外，还需要说明的是，本实施例的手指机构不只是能够应用于机械手的领域，还可以应用于其他具有关节的仿生机械结构部分，例如，模拟大腿和小腿的机械结构，手指机架可以为大腿，基指节可以为小腿。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。