一种仿生机械手

1.本实用新型涉及机械手技术领域，具体涉及一种仿生机械手。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.仿生机械手是模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械手，发明人发现，能够实现一定距离动作输出的仿生机械手一般在关节处设置电机等驱动元件和复杂的传动机构，而且一般在人手掌上安装各种传感器来实现仿生机械手的同步运动，能够实现仿生机械手精确的模拟使用人员手部的运动，但是这样成本过高而且加入控制电路会导致仿生机械手结构的复杂化，成本较高，不适合于日常生活对模仿精度要求不高的场合的使用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种仿生机械手，结构简单，成本低，适合于家庭使用。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型的实施例提供了一种仿生机械手，包括手掌平台，手掌平台转动连接有手指组件，手指组件与拉线连接，手掌平台固定在连接体的一端，连接体的另一端设有佩戴体，佩戴体转动连接有驱动组件，拉线与连接件的一端连接，连接件的另一端穿过连接体后与驱动组件连接，驱动组件能够随使用人员手指的弯曲进行转动并通过连接件带动拉线运动，使得拉线带动手指组件进行模拟手指弯曲的运动。
7.可选的，所述手掌平台固定有基座，基座和手指组件一端转动连接且基座和手指组件之间设有扭簧。
8.可选的，所述手指组件由多个指节依次转动连接构成，所述拉线的一端依次穿过手指组件的多个指节并与手指组件末端的指节固定连接，拉线的另一端与连接件的一端连接。
9.可选的，相邻两个指节中，其中一个指节的一端与销轴转动连接，另一个指节的一端与销轴转动连接，销轴上固定有绕线轮，拉线通过多个绕线轮的同一侧绕过绕线轮后与位于末端的指节固定。
10.可选的，所述指节内部设置有张紧轮，用于对拉线进行张紧。
11.可选的，相邻两个指节通过扭簧转动连接，扭簧用于对相邻两个指节进行复位。
12.可选的，所述连接件包括金属条，所述金属条的一端与拉线连接，另一端穿过连接体上设置的导向部后与柔性件的一端连接，柔性件的另一端与连接体或佩戴体固定。
13.可选的，所述驱动组件包括连杆，连杆一端与佩戴主体转动连接，连杆与拉杆的一端固定，拉杆的另一端与柔性件连接，连杆的转动能够通过拉杆和柔性件带动金属条沿其自身轴线方向运动。
14.可选的，所述连杆一端与佩戴主体转动连接，另一端设有手指套环。
15.可选的，所述佩戴体用于与使用人员手部接触的端面为弧形面。
16.本实用新型的有益效果：
17.1.本实用新型的仿生机械手，具有驱动组件、连接件和拉线，使用人员通过驱动机构和拉线即可控制手指组件的弯曲，以实现模拟使用人员手部动作，相对于传统的仿生机械手，无需设置传感器和驱动电机，结构简单，制作成本低，适合于日常生活等对模拟精度要求不高的场合使用。
18.4.本实用新型的仿生机械手，通过设置绕线轮，且拉线在绕线轮的同一侧绕过绕线轮，能够使得手指组件向一个方向弯曲，并且能够通过扭簧进行复位，方便对手指组件弯曲的控制。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
20.图1为本实用新型实施例1整体结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例1手掌平台与手指组件装配示意图；
22.图3为本实用新型实施例1手指组件结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例1食指组件中拉线与绕线轮和张紧轮绕接示意图；
24.图5为本实用新型实施例1拇指组件中拉线与绕线轮和张紧轮绕接示意图；
25.图6为本实用新型实施例1连接件结构示意图；
26.图7为本实用新型实施例1驱动组件结构示意图一；
27.图8为本实用新型实施例1驱动组件结构示意图二；
28.其中，1.连接体，1
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1.连接板，1
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2.侧板，1
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3.导向部，2.手掌平台，3.佩戴体，4.手指组件，4
‑
1.首端指节，4
‑1‑
1.壳体，4
‑1‑
2.盖板，4
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2.中间指节，4
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3.末端指节，4
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4.销轴，4
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5.扭簧，5.基座，6.拉线，7.绕线轮，8.张紧轮，9.固定轴，10.拉簧，11.连杆，12.连杆轴，13.套环，14.拉杆，15.拉杆基座，16.钢条。
具体实施方式
29.实施例1
30.本实施例公开了一种仿生机械手，如图1所示，包括连接体1，所述连接体一端固定有手掌平台2，另一端固定有佩戴体3，所述手掌平台连接有手指组件4，本实施例中，所述手指组件设置五组，分别为用于模拟拇指的拇指组件、用于模拟食指的食指组件、用于模拟中指的中指组件、用于模拟无名指的无名指组件及用于模拟小指的小指组件。所述食指组件、中指组件、无名指组件及小指组件的结构相同，所述佩戴体用于将整个仿生机械手佩戴到使用人员的手上。
31.本实施例中，所述连接体采用一块连接板1
‑
1，连接板的两个长边处固定有侧板1
‑
2，连接板的中部位置设置有导向部1
‑
3，所述导向部与连接板及两个侧板固定，导向部上开设有五个导向孔。
32.所述手掌平台采用两块平行设置的矩形板，其中一块矩形板与连接体端部一体式
连接，两个矩形板利用中间板连接为一个整体，为了防止对使用人员造成伤害，矩形板的四个角部位进行倒圆角处理。
33.两个矩形板的边缘之间固定有五个基座5，基座与矩形板通过螺栓固定连接，五个基座的位置与人体手部五个手指的位置相匹配，手掌平台通过基座连接手指组件。
34.在其他一些实施方式中，所述手掌平台也可采用实心立方体结构，其边缘处安装五个基座。
35.如图2
‑
5所示，所述食指组件、中指组件、无名指组件及小指组件的结构相同，以食指组件为例对手指组件的结构进行说明。
36.所述手指组件包括依次转动连接多个指节，所述指节为由壳体和盖板构成的空腔结构，壳体4
‑1‑
1和盖板4
‑1‑
2通过螺栓螺母固定，由于人手部手指由三个关节构成，因此所述手指组件由三个指节构成，依次为首端指节4
‑
1、中间指节4
‑
2和末端指节4
‑
3。
37.所述首端指节的一端与销轴4
‑
4转动连接，中间指节的一端与同一根销轴的转动连接，进而实现了首端指节和中间指节的转动连接，且首端指节通过扭簧4
‑
5与销轴转动连接，中间指节通过扭簧与销轴转动连接，当首端指节和中间指节发生相对转动后，能够利用扭簧进行复位。中间指节和末端指节采用相同的方式通过销轴和扭簧进行转动连接。
38.所述的首端指节通过销轴和扭簧与基座转动连接，实现了手指组件与基座的转动连接。
39.通过首端指节、中间指节和末端指节的相对转动连接，能够实现手指组件的弯曲。
40.进一步的，为了方便拉线6与末端指节固定，所述末端指节内部设有固定轴9，固定轴与拉线的一端固定，拉线的另一端穿过末端指节、中间指节和首端指节，拉动拉线，能够使得首端指节、中间指节和末端指节产生相对转动，进而实现手指组件的弯曲。
41.由于人体手指只能朝向一个方向弯曲，因此，首端指节与中间指节之间、中间指节与末端指节之间、末端指节与基座之间的销轴上转动连接有绕线轮7，绕线轮与销轴同轴设置，能够绕销轴转动。所述拉线通过绕线轮的同一侧绕过多个绕线轮。
42.进一步的，为了实现对拉线的张紧，所述中间指节和首端指节内还设置有张紧轮8，所述张紧轮与设置在中间指节和首端指节内部的张紧轮轴转动连接。拉线通过绕线轮和张紧轮的不同侧绕过绕线轮和张紧轮，使得手指组件方便向一个方向进行弯曲，张紧轮对拉线进行张紧，使得拉线始终保持绷紧状态。
43.所述拇指组件也由首端指节、中间指节及末端指节依次通过销轴和扭簧转动连接构成，其销轴上也设置有绕线轮，拉线通过绕线轮的同侧绕过多个绕线轮，首端指节和中间指节内也设置有张紧轮，拇指组件与其他四个手指组件的区别仅在于首端关节与基座之间销轴的绕线轮的轴线垂直与拇指组件的其他指节之间销轴上绕线轮的轴线，用于对拉线进行换向，满足拇指组件的动作需求，而且只在中间指节上设置张紧轮。
44.本实施例中，所述扭簧的自然状态使得各个手指组件保持伸直状态。
45.所述拉线穿过手指组件后，拉线的端部与连接件的一端固定，连接件的另一端穿过连接体后与佩戴体上的驱动组件连接。
46.所述连接件通过连接体上导向部的导向孔穿过导向部，利用导向部对连接件的运动进行导向，使得连接件只能够做沿其自身轴线方向的运动，连接件沿其自身轴线方向运动，能够拉动拉线，使得拉线带动手指组件进行弯曲，模拟使用人员手指的弯曲动作。
47.本实施例中，所述拉线采用纤维线，具有强度高的特点，保证了仿生机械手的正常工作。
48.如图6所示，所述连接件包括金属条和柔性件，优选的，所述金属条采用钢条16，本领域技术人员可根据实际需要选择其他类型的金属条例如铝条等，所述金属条一端通过挂钩与拉线的端部固定，金属条的另一端与柔性件的一端固定，本实施例中，所述柔性件采用拉簧10，所述拉簧的一端与金属条固定，拉簧的另一端通过固定螺栓固定在连接体上，本实施例中，所述连接体用于与佩戴体固定的端部设有安装板，安装板与连接板垂直，固定螺栓固定在安装板上，拉簧与固定螺栓固定。
49.在其他一些实施方式中，所述拉簧的端部可直接与佩戴体进行固定，本领域技术人员根据实际需要进行选择。
50.由于具有五个手指组件，因此连接件配套设置五套，每个手指组件对应设置一个连接件。
51.所述拉簧与设置在佩戴体上的驱动组件连接，驱动组件能够通过拉簧带动金属条沿自身轴线方向运动。
52.所述佩戴体采用空腔结构，其用于与使用人员手部接触的面为弧形面，满足了使用人员佩戴的舒适度需求。
53.由于整个仿生机械手设置有五个手指组件，因此需要设置五套驱动组件，每个连接件对应一个驱动组件。
54.如图7
‑
图8所示，与食指组件、中指组件、无名指组件及小指组件配合的所述驱动组件包括连杆11，所述连杆一端与设置在佩戴体内部的连杆轴12转动连接，本实施例中，五根拉杆共同一个连杆轴，为了实现拉杆绕连杆轴转动，所述佩戴体的弧形面上开设有槽口，提供连杆转动的空间。所述连杆的另一端设有用于使用人员手指穿过的套环13。所述连杆与拉杆14的一端固定，拉杆的另一端与拉簧固定。
55.与拇指组件配合的驱动组件包括连杆，所述连杆一端与设置在佩戴体侧面的连杆基座15转动连接，所述连杆基座为一个弧形杆，弧形杆的两端与佩戴体的侧面固定。连杆的另一端设有用于拇指穿过的套环，所述连杆与拉杆的一端固定，拉杆的另一端连接至拇指组件对应的拉簧。
56.本实施例的仿生机械手的使用方法为：
57.使用人员的手背与佩戴体的弧形面贴合，五根手指分别穿过五个驱动组件的套环，当需要某个手指组件进行弯曲时，使用人员对应的手指进行弯曲运动，带动连杆绕连杆轴转动，连杆通过拉杆拉动拉簧，由于拉簧具有柔性，因此拉簧能够拉动金属条在导向部的作用下做沿其自身轴线方向的运动，金属条拉动拉线，从而带动对应的手指组件产生弯曲，模拟使用人员手指的弯曲运动。手指伸直后，拉杆复位，在扭簧的作用下，手指组件也回复至伸直的状态。
58.采用本实施例的仿生机械手，无需设置传感器和电机等驱动元件，制作成本低，适合于家庭用无需对精确仿生模拟的场合，同时由于连接体和连接件的存在，实现了使用人员手部运动的远距离传递，可以在水果采摘、辅助婴儿练习走路等场合使用，将会极大的降低使用人员的劳动强度。
59.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新
型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。