一种仿人手指机构和仿人机械手的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿人手指机构及包括该仿人手指机构的仿人机械手。

背景技术：

机器人是一种通过模仿生物的行为或者思想来自动执行任务，以取代或者协助人类工作的人造机器装置。随着机器人技术和仿生技术的快速发展，越来越多的机器人应用在人们的日常生活中，在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域得到了广泛应用。

仿人机械手是仿人机器人的重要组成部分，现有机械人的手结构种类虽然繁多，但是控制复杂，仿形程度不高，只能实现简单的抓取，无法精确地控制仿人机械手各关节的弯曲程度。

因此，如何提出一种仿形程度高，控制简单，且能够精确控制各关节手弯曲角度的仿人机械手是现在亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种仿人手指机构，该仿人手指机构仿形程度高，控制简单，且能够精确控制手指机构的弯曲角度。

本实用新型的另一个目的在于提供一种仿人机械手，该仿人机械手仿形程度高，控制简单，灵活性高。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种仿人手指机构，包括多个依次连接的指关节，

相邻两个所述指关节中，其中一个所述指关节上设置有第一旋转部，另一个所述指关节上设置有第二旋转部，所述第一旋转部和所述第二旋转部转动连接形成旋转结构，所述旋转结构内设置有限位元件，所述限位元件能够限制相邻两个所述指关节之间的转动角度；

牵引机构与所述指关节传动连接，用于驱动相邻所述指关节之间的转动。

作为优选，所述第一旋转部上设置有转动槽，所述第二旋转部设置在所述转动槽内，转动轴穿过所述第一旋转部和所述第二旋转部设置。

作为优选，所述限位元件包括：

扭簧，所述扭簧设置在所述第二旋转部内，并套设在所述转动轴上，所述第二旋转部上设置有卡接凹槽和限位凹槽，所述扭簧的卡接端卡接在所述卡接凹槽内，所述扭簧的限位端设置在所述限位凹槽内，并能够在所述限位凹槽内移动。

作为优选，所述限位凹槽为扇形槽，所述扇形槽的圆心角不大于60度。

作为优选，所述扭簧的限位端设置有限位杆，所述限位杆位于所述扭簧的端面的中部，并突出所述扭簧的端面的边线设置；

所述转动轴沿轴线方向设置有卡接槽，当所述转动轴穿过所述扭簧时，所述限位杆卡接在所述卡接槽内。

作为优选，所述指关节还包括：

轴承，所述轴承设置在所述第二旋转部内，并套设在所述转动轴上。

作为优选，位于所述仿人手指机构中间部位的所述指关节的一端设置有所述第一旋转部，另一端设置有所述第二旋转部，所述第一旋转部和所述第二旋转部之间设置有连接部；

所述第一旋转部包括第一夹持板和第二夹持板，所述第一夹持板和所述第二夹持板相对设置形成所述转动槽，所述第一夹持板和所述第二夹持板两者中至少一个与所述连接部可拆卸连接。

作为优选，所述牵引机构包括牵引丝，所述牵引丝依次穿过多个所述指关节。

作为优选，所述牵引丝上套设有保护套。

一种仿人机械手，包括手掌和上述的仿人手指机构，所述手掌包括安装架、驱动机构和手指连接架，所述驱动机构设置在所述安装架上，所述仿人手指机构的末端连接在所述手指连接架上，所述驱动机构与所述牵引机构传动连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种仿人手指机构，该仿人手指机构包括多个依次连接的指关节，通过在相邻两个指关节中的一个设置第一旋转部，另一个设置第二旋转部，利用第一旋转部和第二旋转部配合能够形成旋转结构，并利用牵引机构与指关节传动连接即能够驱动相邻指关节之间的转动，使整个仿人手指机构结构简单、紧凑、仿形精度高、控制难度小。此外，通过在旋转结构内设置限位元件，能够限制相邻两个指关节之间的转动角度，使各指关节在执行不同任务时具有不同的弯曲角度，从而有利于提高该仿人手指机构作业时的精确性。

附图说明

图1是本实用新型所提供的仿人机械手的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的仿人机械手拆除手掌外壳后的结构示意图；

图3是本实用新型所提供的仿人机器人的食指的结构示意图；

图4是本实用新型所提供的仿人机器人的拇指的结构示意图；

图5是本实用新型所提供的仿人机器人的食指拆除手指外壳后的结构示意图；

图6是本实用新型所提供的仿人机器人的食指拆除手指外壳后的爆炸图；

图7是本实用新型所提供的仿人手指机构的指端关节的爆炸图；

图8是本实用新型所提供的仿人手指机构的中间关节的部分结构示意图；

图9是本实用新型所提供的扭簧的结构示意图。

图中：

1、仿人手指机构；

11、指端关节；

12、中间关节；121、第一旋转部；1211、第一夹持板；1212、第二夹持板；122、连接部；123、第二旋转部；1231、容纳孔；1232、卡接凹槽；1233、限位凹槽；1234、穿设槽；1235、穿设孔；124、第二销轴；125、转动轴；1251、卡接槽；126、轴承；127、扭簧；1271、扭簧本体；1272、卡接杆；1273、限位杆；128、紧固螺钉；129、第一销轴；1210、销轴座；

13、指尖关节；14、指尖关节外壳；15、中间关节外壳；16、指端关节外壳；

2、手掌；21、安装架；211、第一安装板；212、第二安装板；213、第三安装板；22、第一连接架；221、第一连接板；222、第二连接板；23、舵机；24、舵盘；25、第二连接架；

3、牵引丝；

4、保护套。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实施例提供了一种仿人机械手，该仿人机械手能够被安装至各种不同机器人的手臂末端，以执行抓取、手势展示以及交互活动等作业。具体地，如图1和图2所示，该仿人机械手包括手掌2和仿人手指机构1，手掌2和仿人手指机构1的外形分别仿照人的手掌2和手指外形制成，且由于该仿人机械手仿照的是人的手，因此在本实施例中，仿人手指机构1的数量为五个，分别为拇指、食指、中指、无名指和小指。其中，如图1至图3所示，食指、中指、无名指和小指的结构相同，均包括三个指关节，分别为指端关节11、中间关节12和指尖关节13，而拇指的结构与其他四个手指的结构不同，如图4所示，其仅包括两个指关节，分别为指端关节11和指尖关节13。为了对各指关节进行防护，在指端关节11外套设有指端关节外壳16，在中间关节12外套设有中间关节外壳15，在指尖关节13外套设有指尖关节外壳14。

在本实施例中，以食指为例对仿人手指机构1的具体结构进行介绍。如图3、图5和图6所示，食指包括依次连接的指端关节11、中间关节12和指尖关节13，指端关节11和指尖关节13均是在中间关节12的基础上进行一定变形形成的。具体地，中间关节12包括连接部122，设置在连接部122一端的第一旋转部121，以及设置在连接部122另一端的第二旋转部123。第二旋转部123为圆柱形结构，连接部122为片状结构，第一旋转部121的结构为U型结构。

指端关节11是在中间关节12的基础上增加了一个第二旋转部123，即指端关节11包括连接部122，设置在连接部122一端的第一旋转部121，设置在连接部122另一端的第二旋转部123，以及一个独立的第二旋转部123。与连接部122连接的第二旋转部123与中间关节12的第一旋转部121配合形成一个旋转结构，从而将指端关节11和中间关节12转动连接。独立的第二旋转部123与指端关节11上设置的第一旋转部121配合使用形成另一个旋转结构，且独立的第二旋转部123能够安装至手掌上，从而实现仿人手指机构1的指端关节11与手掌2的转动连接。

而指尖关节13不包括第二旋转部123，仅包括第一旋转部121和指尖结构。指尖关节13包括的第一旋转部121能够与中间关节12上的第二旋转部12配合使用从而形成另一个旋转结构，从而实现指尖关节13和中间关节12转动连接。指尖结构包括两个L型板拼接形成的倒Y型结构，倒Y型结构的分叉端连接在指尖关节13的第一旋转部121上，汇合端设置有牵引线固定座。当然在其他实施例中，一个指关节的两端也可以均设置第一旋转部121，而与该指关节连接的指关节的端部设置与第一旋转部121配合使用的第二旋转部123，只要能够实现各指关节的转动连接即可，但是该种方法在制造和装配指关节时难度较大，因此在本实施例中选择还是采用上述结构。

为了限制相邻两个指关节之间的转动角度，如图7所示，在每一旋转结构的内部均设置有限位元件，为了驱动相邻两个指关节之间的转动，该仿人手指机构1还包括牵引机构，牵引机构与每一指关节均传动连接，在牵引机构的牵引下，相邻指关节之间能够发生转动，从而实现仿人手指机构1的弯曲。

在本实施例中，通过在相邻两个指关节中的其中一个端部设置第一旋转部121，另一个的端部设置第二旋转部123，利用第一旋转部121和第二旋转部123配合能够形成使相邻两个指关节之间发生转动的旋转结构，并利用牵引机构与指关节传动连接，通过对牵引机构施力即能够驱动相邻指关节之间的转动，使整个仿人手指机构1结构简单、紧凑、仿形精度高、控制难度小。此外，通过在旋转结构内设置限位元件，能够限制相邻两个指关节之间的转动角度，使各指关节在执行不同任务时具有不同的弯曲角度，从而有利于提高该仿人手指机构1作业时的精确性和灵活性。

为了实现旋转结构的转动连接，如图6和图7所示，在第一旋转部121上设置有转动槽，转动槽为贯穿第一旋转部121两侧的通槽，且转动槽的延伸方向与指关节的长度方向平行。在连接两个指关节时，将其中一个指关节的第二旋转部123设置在转动槽内，并利用转动轴125穿过第一旋转部121和第二旋转部123，从而实现相邻两个指关节之间的转动。转动轴125的自由端可以利用紧固螺钉128实现固定。

进一步地，为了便于将第二旋转部123安装至转动槽内，在本实施例中，将第一旋转部121设置为相对设置的第一夹持板1211和第二夹持板1212，第一夹持板1211固定连接在指关节的连接部122上，而将第二夹持板1212与连接部122设置为可拆卸连接。可拆卸连接的方式可以为螺钉连接或者卡扣连接，在本实施例中选择采用螺钉连接。当需要安装第二旋转部123时，首先将第二夹持板1212从指关节上拆卸下来，然后将第二旋转部123置于转动槽内，并将转动轴125穿过第一夹持板1211和第二旋转部123，最后将第二夹持板1212置于第二旋转部123的另一侧，并与指关节螺钉连接。当然在其他实施例中，也可以将第二夹持板1212或者两个夹持板同时与指关节的连接部122可拆卸连接。

为了限定旋转结构的转动角度，在旋转结构内部设置有限位元件，如图7所示，在本实施例中，限位元件包括套设在转动轴125上的扭簧127，扭簧127的一端设置为卡接端，另一端为限位端。扭簧127设置在第二旋转部123的容纳孔1231内，容纳孔1231为沿第二旋转部123的轴线方向开设的通孔。如图8所示，第二旋转部123上设置有限位凹槽1233和卡接凹槽1232，卡接凹槽1232为与卡接端形状相同的槽状结构，当卡接端位于卡接凹槽1232内时，扭簧127的卡接端即能够保持固定。限位端设置在限位凹槽1233内，当旋转结构转动时，限位端能够在限位凹槽1233内移动，利用限位凹槽1233的开口大小能够实现限制旋转结构转动角度的目的。

具体地，在本实施例中，如图9所示，扭簧127包括呈螺旋状的扭簧本体1271、作为扭簧127卡接端的卡接杆1272和作为扭簧127限位端的限位杆1273。其中，限位杆1273与扭簧127的端面平行设置，且位于扭簧127端面的中部，并突出扭簧127端面的边线设置。卡接槽1251为与容纳孔1231连通的扇形槽，限位杆1273突出扭簧127端面的一端卡接在扇形槽内，并能够在扇形槽内移动。扇形槽的圆心角能够决定了扭簧127的转动角度，从而能够决定旋转结构的转动角度。在本实施例中，由于该仿人手指机构1是仿照人的手制作的，因此扇形槽的圆心角设置为不大于60度。一个仿人手指机构1上的多个第二旋转部123上设置的扇形槽的角度可以相等，也可以不等，在此不做具体限制，根据具体情况具体设置。为了保证转动轴125能够不受限位杆1273的影响顺利穿入扭簧127内部，在转动轴125的轴线方向上开设有卡接槽1251，当扭簧127安装至第二旋转部123内时，限位杆1273卡接在卡接槽1251内，卡接槽1251和限位杆1273的配合也能够保证扭簧127转动的稳定性。

卡接杆1272位于扭簧本体1271的另一端，其可以为一字型的杆状结构，也可以为L型的杆状结构，卡接凹槽1232和限位凹槽1233的开口方向相同，在本实施例中，为了避免扭簧127在转动过程中，卡接杆1272从卡接凹槽1232内滑脱，将卡接杆1272设置为L型杆状结构，并将卡接凹槽1232设置为L型的槽状结构。

进一步地，为了降低旋转结构转动过程中受到的摩擦力，在容纳孔1231内还设置有轴承126，转动轴125套设在轴承126上。为了实现轴承126在容纳孔1231内的定位，将容纳孔1231设置为阶梯孔，轴承126和扭簧127分别设置在阶梯孔不同的孔洞中。

牵引机构主要用于对指关节施加力，从而使指关节发生弯曲。在本实施例中，牵引机构包括钨丝制成的牵引丝3，采用钨丝制成牵引丝3有利于提高牵引丝3的结构强度和使用寿命，避免在牵引过程中发生断裂。每一仿人手指机构1上设置有一根牵引丝3，该牵引丝3的一端设置在指尖关节13的自由端，另一端依次穿过中间关节12和指端关节11后连接在手掌2上。为了避免牵引丝3磨损，在牵引丝3上套设有保护套4，保护套4采用橡胶材质制成。

为了对牵引丝3进行导向，在中间关节12和指端关节11上均设置有限位机构，具体地，限位机构为第二销轴124和两个销轴座1210，两个销轴座1210相对设置，第二销轴124的两端分别固定在两个第二销轴124上，通过在第二销轴124上设置第一导向孔，并使牵引丝3穿过第一导向孔设置能够实现对牵引丝3的导向。

为了避免旋转结构在旋转过程中与牵引丝3发生缠绕，在第二旋转部123上还开设有穿设槽1234，穿设槽1234沿第二旋转部123的周向设置。为了进一步对牵引丝3进行导向，以及避免牵引丝3在牵引过程中从穿设槽1234内滑脱，在穿设槽1234的两侧壁上还开设有穿设孔1235，并在两个穿设孔1235之间设置有第一销轴129，牵引丝3穿过设置在第一销轴129的中部的第二导向孔。

手掌2是仿人机械手的重要组成部分，其主要用于将多个仿人手指机构1连接起来以及设置驱动牵引丝3动作的驱动机构。在本实施例中，驱动机构包括舵机23以及设置在舵机23上的舵盘24，舵盘24与牵引丝3的牵引端连接，舵机23驱动舵盘24旋转能够实现对牵引丝3的旋转。由于在本实施例中，该仿人机械手包括五个仿人手指机构1，因此在手掌2上设置有五个舵机23，为了实现五个舵机23的合理排布和稳定固定，在该手掌2上还设置有安装架21上。为了将仿人手指机构1与手掌2连接，在手掌2上还设置有手指连接架，具体地，手指连接架包括连接食指、中指、无名指和小指的第一连接架22和连接拇指的第二连接架25。第一连接架22和第二连接架25上均设置有允许牵引丝3穿过，为牵引丝3提供导向的第三导向孔。具体地，设置在第一连接架22上的第三导向孔的数量为4个，设置在第二连接架25上的第三导向孔的数量为1个.

具体地，第一连接架22包括垂直设置的第一连接板221和第二连接板222，第一连接板221用于与食指、中指、无名指和小指固定连接，第二连接板222与安装架21固定连接。安装架21的端部设置有呈L型连接的第一安装板211和第二安装板212，第一安装板211用于安装舵机23，第二安装板212用于与拇指固定连接，第一安装板211和第二连接板222之间设置有第三安装板213，用于实现安装架21和第一连接架22的固定连接。安装架21和手指连接架可以选择采用多个板件连接形成，也可以选择一体成型，在此不做具体限制。为了对手掌2进行防护，在安装架21和手指连接架外套设有手掌外壳，手掌外壳的材质可以为塑料、合金等。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。