一种仿生手的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种仿生手。

背景技术：

随着机器人技术的不断发展，服务机器人已经越来越多的进入到餐饮、迎宾等行业中，而在人工智能和语音语义技术尚未成熟的今天，仿人服务机器人的仿生手仍然在人机交互和人机协作等方面发挥着重要的作用。

目前，市场上大部分仿生手大都存在活动自由度少、缺少转动关节位置检测功能等缺点，使得无法较好的实现仿生手和人机交互动作，降低了仿生手的实用性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种仿生手，以解决由于活动自由度少、缺少转动关节位置检测功能等缺点，使得无法较好的实现仿生手和人机交互动作，降低了仿生手的实用性的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种仿生手，包括手掌机构、大拇指机构、食指机构、中指机构、无名指机构和小拇指机构；

所述食指机构、所述中指机构、所述无名指机构和所述小拇指机构均包括第一远指节、第二远指节、第一旋转轴、第一中指节、第二中指节、第二旋转轴、第一近指节、第二近指节、第三旋转轴、第一电位计和第一基座；

所述第一远指节通过所述第一旋转轴与所述第一中指节连接，所述第二远指节通过所述第一旋转轴与所述第二中指节连接；

所述第一中指节通过所述第二旋转轴与所述第一近指节连接，所述第二中指节通过所述第二旋转轴与所述第二近指节连接；

所述第一近指节和所述第二近指节均通过所述第三旋转轴与所述第一基座连接；

所述第一电位计设置在所述第一基座上，且所述第三旋转轴穿过所述第一电位计；

所述大拇指机构包括第三远指节、第四远指节、第三近指节、第四近指节、第四旋转轴、第五旋转轴、第二电位计和第二基座；

所述第三远指节通过所述第四旋转轴与所述第三近指节连接，所述第四远指节通过所述第四旋转轴与所述第四近指节连接；

所述第三近指节和所述第四近指节均通过所述第五旋转轴与所述第二基座连接；

所述第二电位计设置在所述第二基座上，且所述第五旋转轴穿过所述第二电位计；

所述第一基座和所述第二基座均与所述手掌机构连接。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第一远指节和所述第一中指节之间、所述第一中指节和所述第一近指节之间、所述第一近指节和所述第一基座之间、所述第三远指节和所述第三近指节之间以及所述第三近指节与所述第二基座之间均设置有拉簧。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第二远指节和所述第二中指节之间、所述第二中指节和所述第二近指节之间、所述第二近指节和所述第一基座之间、所述第四远指节和所述第四近指节之间以及所述第四近指节与所述第二基座之间均设置有拉簧。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第一远指节和所述第二远指节之间、所述第一中指节和所述第二中指节之间、所述第一近指节和所述第二近指节之间、所述第三远指节和所述第四远指节之间以及所述第三近指节和所述第四近指节之间分别通过自攻螺钉固定连接。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第一远指节靠近所述第一中指节的一端设置有第一调节机构和第一卡槽，所述第二远指节靠近所述第一中指节的一端设置有第二调节机构和第二卡槽；

所述第一中指节靠近所述第一远指节的一端设置有第一调节滑道，所述第二中指节靠近所述第二远指节的一端设置有第二调节滑道；

所述第一旋转轴的两端分别固定在所述第一卡槽和所述第二卡槽内；

所述第一调节机构沿所述第一调节滑道内滑动，并能够固定在所述第一调节滑道；

所述第二调节机构沿所述第二调节滑道内滑动，并能够固定在所述第二调节滑道。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第一中指节靠近所述第一近指节的一端设置有第三调节机构和第三卡槽，所述第二中指节靠近所述第二近指节的一端设置有第四调节机构和第四卡槽；

所述第一近指节靠近所述第一中指节的一端设置有第三调节滑道，所述第二近指节靠近所述第一中指节的一端设置有第四调节滑道；

所述第二旋转轴的两端分别固定在所述第三卡槽和所述第四卡槽内；

所述第三调节机构沿所述第三调节滑道内滑动，并能够固定在所述第三调节滑道；

所述第四调节机构沿所述第四调节滑道内滑动，并能够固定在所述第四调节滑道。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第三远指节靠近所述第三近指节的一端设置有第五调节机构和第五卡槽，所述第四远指节靠近所述第四近指节的一端设置有第六调节机构和第六卡槽；

所述第三近指节靠近所述第三远指节的一端设置有第五调节滑道，所述第四近指节靠近所述第四远指节的一端设置有第六调节滑道；

所述第三旋转轴的两端分别固定在所述第五卡槽和所述第六卡槽内；

所述第五调节机构沿所述第五调节滑道内滑动，并能够固定在所述第五调节滑道；

所述第六调节机构沿所述第六调节滑道内滑动，并能够固定在所述第六调节滑道。

进一步地，上述所述的仿生手，还包括第一尼龙绳和第二尼龙绳；

所述手掌机构包括第一导线轮、第一电机、第一电机安装座、结构板、第一手掌外观件、大拇指安装件、第二手掌外观件、第二导线轮、第二电机和第二电机安装座；

所述第一电机安装座和所述第二电机安装座分别固定在所述结构板的两面，且所述第一电机固定在所述第一电机安装座上，所述第二电机固定在所述第二电机安装座上；

所述第一电机的电机轴设置所述第一导线轮，所述第二电机的电机轴上设置所述第二导线轮；

所述第一尼龙绳的一端固定在所述第一远指节上，所述第一尼龙绳的另一端依次穿过所述第一中指节、所述第一近指节和所述第一基座，并与所述第一导线轮相连；

所述第二尼龙绳的一端固定在所述第三远指节上，所述第二尼龙绳的另一端依次穿过所述第三近指节和所述第二基座，并与所述第二导线轮相连；

所述第一手掌外观件和所述第二手掌外观件分别固定在所述结构板两面；

所述大拇指安装件固定在所述结构板上，且与所述第二手掌外观件位于所述结构板的同一面。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述尼龙绳的一端固定在所述第二远指节上，所述尼龙绳的另一端依次穿过所述第二中指节、所述第二近指节和所述第一基座，并与所述第一导线轮相连；

所述第二尼龙绳的一端固定在所述第四远指节上，所述第二尼龙绳的另一端依次穿过所述第四近指节和所述第二基座，并与所述第二导线轮相连。

进一步地，上述所述的仿生手中，所述第一基座和所述第二基座上与所述手掌机构连接的一端均设置有调节安装孔。

本发明的仿生手，通过针对每个手指机构设置多个指节，并将两个需要连接的指节通过旋转轴连接，使仿生手具有多个关节和多个自由度，并在每个手指机构上设置对应的电位计，实现了检测每个手指机构的转动关节的位置。采用本发明的技术方案，能够较好的实现仿生手和人机交互动作，提高了仿生手的实用性。

附图说明

图1为本发明的仿生手的总装配图；

图2为图1中食指机构30的装配图；

图3为图1中食指机构30的内部装配图；

图4为图1中食指机构30的爆炸图；

图5为图1中大拇指机构20的装配图；

图6为图1中大拇指机构20的内部装配图；

图7为图1中手掌机构10中手背的装配图；

图8为图1中手掌机构10中手心的装配图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，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，都属于本发明实施例保护的范围。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的仿生手的总装配图，图2为图1中食指机构30的装配图，图3为图1中食指机构30的内部装配图，图4为图1中食指机构30的爆炸图。

如图1所示，本实施例中仿生手可以包括手掌机构10、大拇指机构20、食指机构30、中指机构40、无名指机构50和小拇指机构60。如图2-图4所示，本实施例中，食指机构30可以包括第一远指节301、第二远指节302、第一旋转轴303、第一中指节304、第二中指节305、第二旋转轴306、第一近指节307、第二近指节308、第三旋转轴309、第一电位计310和第一基座311。其中，第一远指节301通过第一旋转轴303与第一中指节304连接，第二远指节302通过第一旋转轴303与第二中指节305连接；第一中指节304通过第二旋转轴306与第一近指节307连接，第二中指节305通过第二旋转轴306与第二近指节308连接；第一近指节307和第二近指节308均通过第三旋转轴309与第一基座311连接；第一电位计310设置在第一基座311上，且第三旋转轴309穿过第一电位计310。

在一个具体实现过程中，第一远指节301和第二远指节302之间可以通过自攻螺钉固定连接在一起，形成仿生手指的远指节，其可以围绕第一旋转轴303转动一定角度。同理，第一中指节304和第二中指节305之间可以通过自攻螺钉固定连接在一起，形成仿生手指的中指节，其可以围绕第二旋转轴306旋转一定角度。同理，第一近指节307和第二近指节308之间可以通过自攻螺钉固定连接，形成仿生手指的近指节，其可以围绕第三旋转轴309和旋转一定角度。

本实施例中，为了能够实现一些精准的抓取和拿捏等人体手指动作，在手指动作过程中，可以由第一电位计310检测近指节相对于第三旋转轴309的转动角度，并通过相关计算，可以获知中指节和远指节的转动角度，进而可以根据实际需求，调节每个指节的转动角度，使的手指能够精准的抓取和拿捏。

在实际应用中，中指机构40、无名指机构50和小拇指机构60的结构与食指机构30的结构相同，详细请参考上述相关记载，在此不再赘述。

图5为图1中大拇指机构20的装配图，图6为图1中大拇指机构20的内部装配图。如图5-图6所示，大拇指机构20包括第三远指节201、第四远指节202、第三近指节203、第四近指节204、第四旋转轴、第五旋转轴、第二电位计和第二基座205。其中，第四旋转轴、第五旋转轴和第二电位计在图中不再示出，其具体结构与图3所示食指机构30的结构类似，详细可以参考图3，在此不再赘述。

在一个具体实现过程中，第三远指节201通过第四旋转轴与第三近指节203连接，第四远指节202通过第四旋转轴与第四近指节204连接；第三近指节203和第四近指节204均通过第五旋转轴与第二基座205连接；第二电位计设置在第二基座205上，且第五旋转轴穿过第二电位计；第一基座311和第二基座205均与手掌机构10连接。第三远指节201和第四远指节202之间以及第三近指节203和第四近指节204之间分别通过自攻螺钉固定连接。

需要说明的是，本实施例中，在制作每个手指机构时，均可以采用模具加工的方式制作，具体地，可以将仿生手指的外观件和内部结构融为一体，这样可以减少仿生手指的外形尺寸，使其与人手的尺寸近似，从而更适合仿人服务机器人的类人效果，实现更好的人机交互。另外，本实施例中仿生手指优选为聚碳酸酯和聚丙烯腈合金而成的热可塑性塑胶材料制作，以减轻仿生手指的重量。

本实施例的仿生手，通过针对每个手指机构设置多个指节，并将两个需要连接的指节通过旋转轴连接，使仿生手具有多个关节和多个自由度，并在每个手指机构上设置对应的电位计，实现了检测每个手指机构的转动关节的位置。采用本发明的技术方案，能够较好的实现仿生手和人机交互动作，提高了仿生手的实用性。

如图3和图6所示，本实施例中以第二远指节302和第二中指节305之间、第二中指节305和第二近指节308之间、第二近指节308和第一基座311之间、第四远指节202和第四近指节204之间以及第四近指节204与第二基座205之间均设置有拉簧70，为例对本发明的技术方案进行描述。本实施例的仿生手的手指可以利用拉簧70实现被动回转功能。

在实际应用中，第一远指节301和第一中指节304之间、第一中指节304和第一近指节307之间、第一近指节307和第一基座311之间、第三远指节201和第三近指节203之间以及第三近指节203与第二基座205之间均设置有拉簧70，以实现被动回转功能。

在一个具体实现过程中，由于不同物体的形状、大小等不同，可能导致仿生手无法抓取某一物体，例如，仿生手上安装的仿生手指可能尺寸可能较小，其去抓取一个较大物体时，可能无法抓取，因此，为了解决上述问题，本发明还提供了以下技术方案。

实施例2

如图4所示，本实施例中在一个具体实现过程中，可以在第一远指节301靠近第一中指节304的一端设置有第一调节机构3011和第一卡槽，第二远指节302靠近第一中指节304的一端设置有第二调节机构3021和第二卡槽；在第一中指节304靠近第一远指节301的一端设置有第一调节滑道，第二中指节305靠近第二远指节302的一端设置有第二调节滑道；当固定第一旋转轴303时，可以将第一旋转轴303的两端分别固定在第一卡槽和第二卡槽内。

本实施例中，可以将第一调节机构3011插入第一调节滑道，使第一调节机构3011沿第一调节滑道内滑动，并当移动到需要的位置时，将第一调节机构3011固定在第一调节滑道内，例如，可以在第一调节机构3011或者第一调节滑道上设置锁紧部件，从而将第一调节机构3011固定在第一调节滑道内。同理，第二调节机构3021沿第二调节滑道内滑动，并能够固定在第二调节滑道。本实施例中上述各调节滑道和卡槽在图中不再示出。

本实施例中，可以通过第一调节机构3011和第二调节机构3021，可以适当的使近指节与中指节的距离增大，从而使仿生手指增大，使其能够抓取较大的物体，进一步提高了仿生手的实用性。

同理，本实施例中，可以在第一中指节304靠近第一近指节307的一端设置有第三调节机构3041和第三卡槽，第二中指节305靠近第二近指节308的一端设置有第四调节机构3051和第四卡槽；在第一近指节307靠近第一中指节304的一端设置有第三调节滑道，第二近指节308靠近第一中指节304的一端设置有第四调节滑道。其中，第二旋转轴306的两端分别固定在第三卡槽和第四卡槽内；第三调节机构3041沿第三调节滑道内滑动，并能够固定在第三调节滑道；第四调节机构3051沿第四调节滑道内滑动，并能够固定在第四调节滑道。本实施例中上述各调节滑道和卡槽在图中不再示出。

同理，本实施例中，针对大拇指机构20而言，可以在第三远指节201靠近第三近指节203的一端设置有第五调节机构和第五卡槽，第四远指节202靠近第四近指节204的一端设置有第六调节机构和第六卡槽；在第三近指节203靠近第三远指节201的一端设置有第五调节滑道，第四近指节204靠近第四远指节202的一端设置有第六调节滑道；其中，第三旋转轴的两端分别固定在第五卡槽和第六卡槽内；第五调节机构沿第五调节滑道内滑动，并能够固定在第五调节滑道；第六调节机构沿第六调节滑道内滑动，并能够固定在第六调节滑道。

需要说明的是，本实施例中大拇指机构20的内部结构图与食指机构30的内部结构图类似，中指机构40、无名指机构50和小拇指机构60的内部结构与食指机构30的内部结构图箱体，详细图纸均可以参考图4，在此不再一一举例说明。

如图2和图5所示，本实施例中，为了在仿生手指安装在手掌时，调节每个仿生手指之间的距离等，本实施例可以在第一基座311与手掌机构10待连接的一端设置第一调节安装孔3121，同理，可以在第二基座205与手掌机构10待连接的一端设置第二调节安装孔2051。例如，每个调节安装孔优选为长圆孔。

实施例3

图7为图1中手掌机构10中手背的装配图，图8为图1中手掌机构10中手心的装配图。如图7和图8所示，本实施例中，手掌机构10包括第一导线轮101、第一电机102、第一电机安装座103、结构板104、第一手掌外观件105、大拇指安装件106、第二手掌外观件107、第二导线轮108、第二电机109和第二电机安装座110，其中，第一电机安装座103和第二电机安装座110分别固定在结构板104的两面，且第一电机102固定在第一电机安装座103上，第二电机109固定在第二电机安装座110上；第一电机102的电机轴设置第一导线轮101，第二电机109的电机轴上设置第二导线轮108，第一手掌外观件105和第二手掌外观件107分别通过螺钉固定在结构板104两面；大拇指安装件106固定在结构板104上，且与第二手掌外观件107位于结构板104的同一面。

具体地，如图3所示，本实施例的仿生手还可以包括第一尼龙绳80和第二尼龙绳90，可以将第一尼龙绳80的一端固定在第一远指节301上，第一尼龙绳80的另一端依次穿过第一中指节304、第一近指节307和第一基座311，并与第一导线轮101相连，以实现主动回转功能；第二尼龙绳90的一端固定在第三远指节201上，第二尼龙绳90的另一端依次穿过第三近指节203和第二基座205，并与第二导线轮108相连，以实现主动回转功能。

本实施例的仿生手，通过设置每个手指对应的电机，使得每个手指能单独动作，进一步提高了仿生手的灵活性，且将拇指机构与其它四个手指机构分别设置在手掌机构10的两面，使得其更加与人手类似，且本实施例的仿生手结构相对简单，尺寸较小，安装过程简单，自由度多，较好的实现仿生手和人机交互动作，提高了仿生手的实用性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。