一种仿生手指及机械手的制作方法

本实用新型涉及机械手技术领域，尤其涉及一种仿生手指及机械手。

背景技术：

机械手广泛应用于自动化、智能化装置中，能够代替人工完成机械劳动。现有的抓夹、吸盘等机械手只能完成简单的抓取与放置功能，难以完成复杂的任务。因此，需要一种能够模拟人手的机械手，来适应更多的技术领域，完成更加复杂的功能。现有的能够模拟人手的机械手包括多个手指，每个手指均包括多个指节，通过控制多个指节的旋转角度，完成机械手的特定操作。现有技术中有的选择在相邻两个指节间设置转动驱动件，虽然能精确控制机械手的运动，但机械手结构复杂，造价成本高。另外还有的采用联动方式驱动多个指节，但用于连接指节的零件较多，装配困难较大。

技术实现要素：

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种仿生手指及机械手，能够模拟人手的动作，且具有零件数少、安装简易的优势。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种仿生手指，包括：至少两个指节，相邻两个所述指节中的一个设置有第一关节部，另一个设置有第二关节部，所述第二关节部可拆卸地转动设置于所述第一关节部中，所述第一关节部设置有第一卡接面；牵引绳，依次连接每个所述指节，用于驱动相邻两个所述指节沿牵引方向转动；扭簧，可拆卸地设置于所述第二关节部中，用于驱动相邻两个所述指节沿复位方向转动，所述复位方向与所述牵引方向相反，所述扭簧包括第一扭臂和第二扭臂；及转轴，沿轴向开设有固定槽，且一端设置有第二卡接面，所述转轴被配置为穿过所述第一关节部、所述第二关节部和所述扭簧，以使所述第二扭臂卡入所述固定槽，所述第一扭臂与所述第二关节部的侧壁抵接，且所述第二卡接面与所述第一卡接面卡接。

作为一种仿生手指的优选方案，所述第一关节部设置有腔体，所述第二关节部可拆卸地转动设置于所述腔体中；所述第二关节部设置有放置槽，所述扭簧可拆卸地设置于所述放置槽中。

作为一种仿生手指的优选方案，所述第一关节部或所述第二关节部上沿所述牵引绳的延伸方向设置有凹槽，所述凹槽被配置为容纳所述牵引绳。

作为一种仿生手指的优选方案，位于所述仿生手指一端的所述指节上开设有通孔，所述牵引绳的一端设置有绳体固定件，所述绳体固定件与所述通孔的一端抵接，所述牵引绳由所述通孔的另一端穿出。

作为一种仿生手指的优选方案，所述第一关节部和所述第二关节部中的一个设置有第一限位结构，另一个设置有第二限位结构，所述第一限位结构被配置为限制相邻两个所述指节沿所述牵引方向的旋转范围，所述第二限位结构被配置为限制相邻两个所述指节沿所述复位方向的旋转范围。

作为一种仿生手指的优选方案，所述仿生手指上设置有多个连接部，所述牵引绳被配置为依次连接多个所述连接部。

作为一种仿生手指的优选方案，多个所述连接部均位于所述仿生手指的内侧。

作为一种仿生手指的优选方案，所述连接部包括圆柱销和相对设置的两个销座，两个所述销座中穿设有所述圆柱销。

作为一种仿生手指的优选方案，所述指节还包括指节本体，所述指节本体上设置有所述第一关节部和/或所述第二关节部，多个所述连接部包括设置于所述指节本体上的第一连接部和设置于所述第一关节部或所述第二关节部上的第二连接部。

一种机械手，包括：手掌；以上任一方案所述的仿生手指，所述仿生手指设置在所述手掌上；及驱动件，所述驱动件与牵引绳传动连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种仿生手指，包括至少两个指节，通过设置牵引绳依次连接每个指节，驱动相邻两个指节沿牵引方向转动，以使仿生手指动作，通过设置扭簧，驱动相邻两个指节沿复位方向转动，以使仿生手指复位；相邻两个指节中的一个设置有第一关节部，另一个设置有第二关节部，第二关节部可拆卸地转动设置于第一关节部中，扭簧可拆卸地设置于第二关节部中，方便第一关节部、第二关节部和扭簧的拆装；第一关节部设置有第一卡接面，转轴沿轴向开设有固定槽，且转轴一端设置有第二卡接面，转轴能够穿过第一关节部、第二关节部和扭簧，将扭簧的第二扭臂卡入固定槽后，转动转轴以使扭簧的第一扭臂与第二关节部的侧壁抵接，并使第二卡接面与第一卡接面卡接，实现仿生手指快速安装，仿生手指结构简单、零件少；

通过提供一种机械手，包括仿生手指、手掌和驱动件，驱动件与牵引绳传动连接以驱动手掌上的仿生手指运动，机械手结构简单，能够模拟人手的动作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的仿生手指的分解示意图；

图2是本实用新型提供的仿生手指的立体图；

图3是本实用新型提供的扭簧的立体图；

图4是本实用新型提供的转轴的立体图；

图5是本实用新型提供的指节的立体图；

图6是本实用新型图2中a处的局部放大图；

图7是本实用新型提供的仿生手指的剖视图。

图中：

1-指节，11-第一关节部，111-腔体，112-第一卡接面，12-第二关节部，121-放置槽，122-销座，123-圆柱销，124-凹槽，13-指节本体，131-通孔；

2-转轴，21-第二卡接面，22-固定槽；

3-螺钉；

4-牵引绳，41-绳体固定件；

5-扭簧，51-第一扭臂，52-第二扭臂；

h1-第一连接部的高度，h2-第二连接部的高度。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供了一种机械手，能够应用于机器人或其他自动化装置中，以执行抓取、手势展示以及交互活动等作业。机械手可以包括手掌和多个仿生手指，多个仿生手指均设置在手掌上。仿生手指外侧可以设置有保护套，保护套的外形可以仿照人的手指造型设计，保护套能够保护仿生手指，且能够增加真实感。类似地，手掌的外形也可以仿照人的手掌造型设计，进一步增加机械手的真实感。机械手还包括驱动件，以驱动仿生手指的完成特定动作。

如图1-图2所示，每个仿生手指均包括至少两个指节1，相邻两个指节1转动时，仿生手指弯曲或伸直，以完成特定动作。为了实现相邻两个指节1的转动连接，相邻两个指节1中的一个设置有第一关节部11，另一个设置有第二关节部12，第一关节部11与第二关节部12转动连接形成关节。可选地，第二关节部12可拆卸地转动设置于所述第一关节部11中，以方便第一关节部11和第二关节部12的拆装。具体而言，第一关节部11可以包括腔体111，第二关节部12可拆卸地转动设置于腔体111中。

为了贴合人手的构造，机械手可以设置有五个仿生手指，其中四个仿生手指共设置四个指节1并形成三个关节，以模拟人手的食指、中指、无名指和小指，另外一个仿生手指设置三个指节1并形成两个关节，以模拟人手的拇指。为简化描述，下文及附图中均以拇指的结构为例，即仿生手指共设置三个指节1为例，具体阐述仿生手指的结构。三个指节1中，远离驱动件的为第一指节，位于中间的为第二指节，靠近驱动件的为第三指节。

指节1可以包括指节本体13，指节本体13上设置有第一关节部11和/或第二关节部12。示例性地，第一指节的指节本体13靠近驱动件的一端设置有第一关节部11；第二指节远离驱动件的一端设置有第二关节部12，靠近驱动件的一端设置有第一关节部11；第三指节远离驱动件的一端设置有第二关节部12。当然，在其他实施例中，能够实现相邻两个指节1转动连接的指节本体13、第一关节部11和第二关节部12的设置方式均可以被采用。

部分现有技术选择在相邻两个指节1间设置转动驱动件，例如在相邻两个指节1间设置转动电机或连杆传动机构，虽然能精确控制仿生手指的运动，但仿生手指结构复杂，造价成本高。

为了解决这一问题，仿生手指还可以包括牵引绳4，牵引绳4依次连接三个指节1，用于驱动任意两个相邻指节1间的转动，进而实现通过一个牵引绳4控制仿生手指中三个指节1的联动。牵引绳4与驱动件传动连接，驱动件能够驱动牵引绳4，进而牵动相邻两个指节1沿牵引方向转动，以使仿生手指动作。其中牵引方向可以为仿生手指的弯曲方向或伸直方向。每个仿生手指均包括一个牵引绳4，每个牵引绳4可以被驱动件单独控制，以使机械手的动作更加灵活。牵引绳4可以选择钨丝，钨丝具有刚度好，柔软性好、耐摩性好等优势。驱动件可以选用舵机，舵机具有控制精确等优势。具体而言，舵机包括舵盘、电机、控制电路、减速齿轮、电位计等，电机能够接受控制电路的信号而转动，并通过减速齿轮将转动传递至舵盘，并由舵盘输出，同时电位计能够检测并给控制电路反馈，实现闭环控制，以精准控制舵盘输出的转速。当然，在其他实施例中，牵引绳4也可以采用其他的柔性材料，驱动件也可以采用电机、油缸等其他能够输出牵引力的装置。

由于牵引绳4为柔性材料制成，通常只能控制仿生手指沿弯曲或伸直中一个方向的运动，因此仿生手指还包括弹性件，弹性件设置于相邻两个指节1之间，能够驱动相邻两个指节1沿复位方向转动，复位方向与牵引绳4的牵引方向相反，以使仿生手指复位。

如图3所示，弹性件可以为扭簧5，包括第一扭臂51和第二扭臂52，扭簧5能够可靠的积蓄并释放扭力。扭簧5可拆卸地设置于第二关节部12中，以方便扭簧5和第二关节部12的拆装。具体而言，继续参照图1，第二关节部12设置有放置槽121，扭簧5可拆卸地设置于放置槽121中。为了防止扭簧5脱出放置槽121，同时防止第二关节部12脱出腔体111，仿生手指还可以包括转轴2，转轴2穿过第一关节部11、第二关节部12和扭簧5。

扭簧5在安装时通常需要预紧，即对扭簧5预先扭曲，使扭簧5蓄力。现有技术中，通常使第一扭臂51与一个指节1抵接，并使第二扭臂52与另一个指节1抵接，安装、预紧过程复杂。为了解决这一问题，如图3-图6所示，转轴2沿轴向开设有固定槽22，固定槽22的内径略大于第二扭臂52的外径。转轴2穿过第一关节部11、第二关节部12和扭簧5时，第二扭臂52能够卡入固定槽22，随后转动转轴2，以使第一扭臂51与第二关节部12的侧壁抵接，继续转动转轴2，使扭簧5预紧，最后将转轴2固定于第一关节部11，以使扭簧5能够驱动相邻的两个指节1沿复位方向转动。

为了方便且可靠的将转轴2固定于第一关节部11，第一关节部11设置有第一卡接面112，转轴2的一端设置有第二卡接面21。转动转轴2使扭簧5预紧后，将第一卡接面112对齐第二卡接面21，使第一卡接面112卡接至第二卡接面21，以将转轴2固定于第一关节部11，组装简单、零件少。此外，仿生手指还可以包括螺钉3，螺钉3可以由另一个方向穿过第一关节部11、第二关节部12和扭簧5，并与转轴2螺纹连接，二者配合安装，避免转轴2松动、脱出，提高仿生手指的可靠性。

不同第二关节部12中扭簧5的弹力可以不同，以进一步根据预期的相邻两个指节1的转动程度，合理地选择扭簧5的弹力。在牵引绳4的牵引力一定时，扭簧5的弹力越大，牵引绳4克服扭簧5弹力并驱动相邻两个指节1沿牵引方向转动的难度越大，相邻两个指节1沿牵引方向转动的幅度越小；类似地，扭簧5的弹力越小，牵引绳4克服扭簧5弹力并驱动相邻两个指节1沿牵引方向转动的难度越小，相邻两个指节1沿牵引方向转动的幅度越大。示例性地，若希望第一指节相对第二指节的转动幅度大于第二指节相对第三指节的转动幅度，可以使第二指节的第二关节部12中的扭簧5的弹力大于第三指节的第二关节部12中的扭簧5的弹力。

扭簧5的设置方式不唯一，当驱动件被配置为拉紧牵引绳4，驱动相邻两个指节1沿牵引方向转动，以使仿生手指弯曲时，扭簧5被配置为当驱动件放松牵引绳4时，驱动相邻两个指节1沿复位方向转动，以使仿生手指伸直；类似地，当驱动件被配置为拉紧牵引绳4，驱动相邻两个指节1沿牵引方向转动，以使仿生手指伸直时，扭簧5被配置为当驱动件放松牵引绳4时，驱动相邻两个指节1沿复位方向转动，以使仿生手指弯曲。

为了避免牵引绳4与其他结构干扰，避免牵引绳4妨碍仿生手指运动，同时避免牵引绳4的磨损，需要仿生手指在伸直状态和弯曲状态下，牵引绳4均能贴合指节1。因此，仿生手指上可以设置有多个连接部，牵引绳4被配置为依次连接多个连接部。其中，多个连接部可以进一步包括设置于指节本体13上的第一连接部和设置于第一关节部11或第二关节部12上的第二连接部。

第一连接部和第二连接部可以位于仿生手指的内侧，以使驱动件拉紧牵引绳4时，能够驱动仿生手指弯曲。此时，第二连接部可以进一步设置于第二关节部12。当然，在其他实施例中，也可以将第一连接部和第二连接部设置于仿生手指的外侧，驱动件拉紧牵引绳4时，能够驱动仿生手指伸直。为简化描述，下文中均以牵引方向为仿生手指的弯曲方向为例，进行阐述。

继续参照如图1-图2，连接部可以包括圆柱销123和相对设置的两个销座122，两个销座122中穿设有圆柱销123。具体而言，指节本体13表面上可以设置有相对设置的两个销座122，两个销座122中穿设有圆柱销123，牵引绳4能够穿过圆柱销123与指节本体13表面的间隙，以连接指节1。类似地，第二关节部12的外周面上可以设置有相对设置的两个销座122，两个销座122中穿设有圆柱销123，牵引绳4能够穿过圆柱销123与第二关节部12外周面的间隙，以连接指节1。

第一连接部和第二连接部的数量可以根据产品合理地选择，对于长度较大的指节1，可以在一个指节1上设置多个第一连接部，对于长度较短的指节1，也可以不设置第一连接部。示例性地，牵引绳4的一端固定于第一指节的指节本体13上，另一端依次穿过位于第二指节的第二连接部、位于第二指节的第一连接部和位于第三指节的第二连接部，伸出后连接至驱动件的输出端。

第一指节的指节本体13上可以开设有通孔131，牵引绳4的一端可以设置有绳体固定件41，绳体固定件41与通孔131的一端抵接，牵引绳4由通孔131的另一端穿出，并依次连接至多个连接部，以驱动多个指节1。绳体固定件41可以固定于仿生手指背离连接部的一侧，提高连接的可靠性。

参照图5，通孔131的位置和形状可以根据需要选择。通孔131可以为直孔，贯穿第一指节的指节本体13；或第一指节的指节本体13可以设置为阶梯状，通孔131可以为l型孔，通孔131一端可以设置于阶梯的侧面，另一端设置于指节本体13背离连接部的一侧。

参照图2、图6，仿生手指上沿牵引绳4的延伸方向还可以设置有凹槽124，以减少牵引绳4的窜动和转动。关节处的牵引绳4容易脱离仿生手指，因此可以将凹槽124设置于第二关节部12上。进一步地，凹槽124可以位于相邻两个销座122之间，牵引绳4由凹槽124于圆柱销123的间隙穿过。

关节上还可以设置有限位结构，以限制相邻两个指节1的旋转范围。限位结构可以包括第一限位结构和第二限位结构，第一限位结构被配置为限制相邻两个指节1沿牵引方向的旋转范围，第二限位结构被配置为限制相邻两个指节1沿复位方向的旋转范围。具体而言，一个指节1的第一关节部11的侧壁的顶部可以形成第一限位结构，第一限位结构能够与相邻指节1的指节本体13抵接，限制相邻两个指节1沿机械手伸直方向的旋转范围。一个指节1的第二关节部12外周面上设置的销座122可以形成第二限位结构，第二限位结构能够与相邻指节1的指节本体13抵接，限制相邻两个指节1沿机械手弯曲方向的旋转范围。

如图7所示，牵引绳4驱动相邻两个指节1转动时，若牵引绳4与两个指节本体13的长度方向均共线，牵引绳4的拉力容易造成相邻两个指节1卡死。为了解决这一问题，相邻两个指节1的指节本体13的夹角可以小于180°，即在仿生手指的伸直状态下，仿生手指相邻两个指节本体13的夹角为钝角，避免卡死现象发生，仿生手指活动顺畅。

由于牵引绳4对于指节1的牵引力可以沿平行于指节本体13的方向和垂直指节本体13的方向分解，垂直指节本体13的方向的分力能够驱动指节本体13绕关节转动。牵引绳4未驱动相邻两个指节1转动时，若第二连接部的高度h2大于第一连接部的高度h1，牵引绳4能够为指节本体13提供垂直指节本体13的分力，以驱动指节本体13绕靠近驱动件一侧的转轴2转动，进一步避免仿生手指卡死，提高仿生手指运动的灵活性。第一连接部和第二连接部位于仿生手指弯曲方向的一侧时，仿生手指在伸直状态下，第二连接部的高度h2大于第一连接部的高度h1。类似地，第一连接部和第二连接部位于背离仿生手指弯曲方向的一侧时，仿生手指在弯曲状态下，第二连接部的高度h2大于第一连接部的高度h1。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。