一种仿人手的机械手的制作方法

1.本发明属于机器人领域，更具体地，涉及一种仿人手的机械手。


背景技术：

2.机器人设备对环境适应性高，且效率可靠，可以代替人类完成繁重的劳动，因此，越来越多的行业采用机器人设备代替人类工作，经过科学技术的发展，机器人设备的种类越来越多，而机器人上的机械臂和机械手是帮助机器人发挥功能的重要组成部分。
3.通常，机器人或机械臂通过末端执行器进行操作，在装配，移动等方面，机械手是应用最多的末端执行器，而现有的机械手多为气动，且以二指夹或三指夹为多，抓取大型夹具工装很方便，但在抓取精密零件时无法及时控制，且不够美观方便，不能成为仿人手。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种仿人手的机械手，其指节之间可以相对转动，运动灵活，不但能抓取任意形状和大小的物品。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种仿人手的机械手，包括手掌和安装在所述手掌上的五根手指，每根所述手指分别具有多根指节，其特征在于，还包括多个指节驱动机构；
6.对于每个所述指节驱动机构而言，其包括电机、蜗杆副和铰轴，所述蜗杆副包括蜗杆和齿轮，所述电机的转轴连接所述蜗杆，所述齿轮穿装在所述铰轴上并且与所述蜗杆啮合；
7.对于每根手指而言，任意相邻的两根指节分别通过一指节驱动机构连接并且两者通过指节驱动机构的铰轴铰接，离手掌最近的指节与手掌分别通过一指节驱动机构连接并且两者通过指节驱动机构的铰轴铰接；
8.对于每个连接相邻的两根指节的所述指节驱动机构而言，其电机固定安装在离手掌较近的指节上，以通过蜗杆副驱动离手掌较远的指节绕铰轴的中心线转动；
9.对于每个连接手掌和指节的所述指节驱动机构而言，其电机固定安装在手掌上，以通过蜗杆副驱动指节绕铰轴的中心线转动。
10.优选地，所述手掌包括掌体和中指连接杆，所述掌体在对应于中指这根手指的位置设置所述中指连接杆，所述中指连接杆插入掌体内并且与所述掌体固定连接，中指的离手掌最近的指节与所述中指连接杆通过铰轴铰接。
11.优选地，所述手掌包括掌体和无名指连接杆，所述掌体在对应于无名指这根手指的位置安装所述无名指连接杆，所述无名指连接杆插入掌体内并且与所述掌体固定连接，无名指的离手掌最近的指节与所述无名指连接杆通过第四铰轴铰接。
12.优选地，每根所述指节均由多片外壳组装而成。
13.优选地，所述齿轮为斜齿轮。
14.优选地，对于任意相邻的两根指节以及连接两根指节的指节驱动机构而言，所述
齿轮和离手掌较远的指节分别可转动穿装在所述铰轴上，所述齿轮的侧面设置有凸台，所述凸台上设置有扁位a，离手掌较远的指节上设置有连接孔并且所述连接孔具有与所述扁位a配合的扁位b，所述扁位a伸入所述扁位b处，以便齿轮带动离手掌较远的指节绕所述铰轴的中心线转动，所述铰轴固定安装在离手掌较近的指节上。
15.优选地，对于手掌与大拇指这根手指离手掌最近的指节以及连接它们的指节驱动机构而言，所述电机固定安装在手掌上，铰轴上设置有扁位c，所述齿轮上设置有第一贯穿孔并且所述第一贯穿孔具有与所述扁位c配合的扁位d，所述指节上设置有第二贯穿孔并且所述第二贯穿孔具有与所述扁位c配合的扁位e，以便齿轮带动铰轴和指节转动，所述铰轴通过轴承安装在所述手掌上。
16.优选地，所述手掌的掌面在对应于大拇指的位置设置有大拇指安装孔，连接手掌和指节的所述指节驱动机构的电机从该大拇指安装孔伸入手掌内并与手掌固定连接。
17.优选地，连接手掌和指节的所述指节驱动机构的齿轮为扇形齿轮。
18.优选地，还包括保护套，所述保护套具有皱褶，以便于手指弯曲。
19.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
20.1)本发明的仿人掌设计的机械手，其手指的指节采用指节驱动机构来驱动转动，从而可以使得手指弯曲，使得本仿人掌设计的机械手可以像人手一样来抓取物件，尤其是对于外形复杂的物件的抓取更有优势，本发明仿照人类手掌设计，驱动精密，适用于仿人机器人。
21.2)本发明的仿人掌设计的机械手，其指节驱动机构采用电机配合蜗杆副驱动，配合精密，而且蜗杆副可实现自锁功能，夹取物品更加牢固，且能保护电机，提高本发明的使用寿命。
22.3)本发明的仿人掌设计的机械手，采用电机驱动替换传统的气缸驱动模式，不需要额外带空气压缩器，可以应用于任何有电的场所；且相比气缸驱动，电机驱动噪音小，更加符合环保要求，机械手开合平稳，响应迅速。
23.4)本发明使用应用范围广，可以广泛应用于各行业的机器人手臂，根据所需要的环境和工作精度的不同，结合制造成本要求，可以采用有刷电机、空心杯电机、步进电机、无刷电机和伺服电机等不同种类的电机作为动力源，选择更加广泛。
附图说明
24.图1为本发明的示意图；
25.图2为本发明撤去保护套后的示意图；
26.图3为本发明中手掌的结构示意图；
27.图4为本发明中除大拇指外的四根手指的示意图；
28.图5为本发明中撤去密封板的示意图；
29.图6为本发明中大拇指撤去外壳后的示意图；
30.图7为本发明中大指指的一个指节撤去外壳后的示意图；
31.图8为本发明中大拇指上连接指节驱动机构的示意图；
32.图9为指节驱动机构的齿轮安装在大拇指上的示意图；
33.图10为除大拇指以外的任意一根手指撤去外壳后的内部示意图；
34.图11为指节驱动机构安装在除大拇指以外的任意一根手指上的示意图；
35.图12为除大拇指以外的任意一根手指的示意图；
36.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-手掌，11-掌体，111-大拇指安装孔，112-食指安装孔，113-中指凹槽，114-无名指凹槽，115-小指安装孔，12-中指连接杆，13-无名指连接杆，14-密封板，2-手指，201-外壳，202-固定台，21-指节，211-扁位b，3-指节驱动机构，31-电机，310-电机安装台，311-接线端子，32-蜗杆，33-齿轮，331-凸台，332-扁位a，34-铰轴，340-螺纹孔，341-扁位c，35-齿轮箱，4-保护套，41-皱褶，5-轴承。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.参照图1～图12，一种仿人手的机械手，包括手掌1和安装在所述手掌1上的五根手指2，五根手指2分别为大拇指、食指、中指、无名指和小指，每根所述手指2分别具有多根指节21，大拇指的离手掌1最近的指节21为一体成型，除大拇指的离手掌1最近的指节21外，每根所述指节21均为由多个外壳201组装而成，大拇指、食指、中指、无名指和小指优选分别具有三根指节21，除大拇指外，其它的四根手指2在形状上相似，只是尺寸不同，本机械手还包括多个指节驱动机构3。
39.对于每个所述指节驱动机构3而言，其包括电机31、蜗杆32副和铰轴34，所述蜗杆32副包括蜗杆32和齿轮33，所述电机31连接所述电机安装台310，所述电机31的转轴连接所述蜗杆32，所述齿轮33穿装在所述铰轴34上并且与所述蜗杆32啮合；电机31的转轴驱动蜗杆32转动，蜗杆32又驱动齿轮33转动，本发明的齿轮33优选采用斜齿轮33，使得安装方便快捷，而且蜗杆32与斜齿轮33能很好地啮合。电机31前端带有齿轮箱35，后端带有编码器和接线端，齿轮箱35的出轴连接螺杆，螺杆与齿轮33互相啮合，通过外接电源或信号发生器使电机31带动螺杆旋转，进而带动与螺杆啮合的齿轮33围绕铰轴34的中心线转动，更进一步的带动指节21转动。电机31上设置有接线端子311，以用于对电机31供电。
40.对于每根手指2而言，任意相邻的两根指节21分别通过一指节驱动机构3连接并且两者通过指节驱动机构3的铰轴34铰接，使得指节21之间连接在一起，但又有相对运动，能像人的手指2一样活动。每个指节21均有一个单独的电机31控制，铰轴34可以与其中一个指节21固定连接而与另一个指节21可转动连接，譬如，电机31要驱动离手掌1较远的指节21转动，则离手掌1较远的指节21可以相对铰轴34转动，譬如可固定连接在齿轮33上，齿轮33相对铰轴34可转动，然后铰轴34与离手掌1较近的指节21固定连接；或者，离手掌1较远的指节21可以通过齿轮33与铰轴34固定在一起，而铰轴34与离手掌1较近的指节21可转动连接。总之，铰轴34的作用就是要实现相邻的两根指节21的可转动连接，至于每根指节21与铰轴34的具体连接方式，则可视情况而定，总之，其中一根指节21与铰轴34可转动连接则另一根指节21就要与铰轴34固定连接，铰轴34与指节21的可转动连接，可以是间隙配合，也可以是通
过轴承连接来实现。
41.离手掌1最近的指节21与手掌1分别通过一指节驱动机构3连接并且两者通过指节驱动机构3的铰轴34铰接；指节21、手掌1与铰轴34的连接方式可参考两根指节21与铰轴34的连接方式，其中一个固定连接，则另一个就要可转动连接，总之要让指节21可相对手掌1转动。所述手掌1的掌面在对应于大拇指的位置设置有大拇指安装孔111，连接手掌1和指节21的所述指节驱动机构3的电机31从该大拇指安装孔111伸入手掌1内并与手掌1固定连接，并通过密封板14密封；连接手掌1和指节21的所述指节驱动机构3的齿轮33为扇形齿轮33。
42.对于每个连接相邻的两根指节21的所述指节驱动机构3而言，其电机31固定安装在离手掌1较近的指节21上，以通过蜗杆32副驱动离手掌1较远的指节21绕铰轴34的中心线转动，则可实现手指2的弯曲。
43.对于每个连接手掌1和指节21的所述指节驱动机构3而言，其电机31固定安装在手掌1上，以通过蜗杆32副驱动指节21绕铰轴34的中心线转动，则可实现手指2的指根的弯曲。
44.本发明的大拇指的离手掌1最近的指节21上的电机31沿着手掌1的掌面插入手掌1并铰接在手掌1上；本发明的食指、中指、无名指和小指均安装在手掌1的顶部，食指和小指分别安装在手掌1的食指安装孔112和小指安装孔115内，食指和小指的离手掌1最近的指节21通过铰轴34直接安装在食指安装孔112和小指安装孔115内。
45.进一步，所述手掌1包括掌体11和中指连接杆12，所述掌体11在对应于中指这根手指2的位置设置所述中指连接杆12，所述中指连接杆12插入掌体11内并且与所述掌体11固定连接，中指的离手掌1最近的指节21与所述中指连接杆12通过铰轴34铰接。掌体11在对应于中指的位置设置有中指凹槽113，便于中指连接杆12伸入掌体11内进行固定，从而也便于连接中指。由于中指是在中间位置，中指的离手掌1最近的指节21通过第四铰轴34以及电机31上的第一铰轴34如果直接安装在手掌1上时安装会有不便，因此设置了中指连接杆12，可先将第四铰轴34和第一铰轴34安装在中指连接杆12上，然后再将中指连接杆12插入中指凹槽113内通过螺钉固定在掌体11上。
46.进一步，所述手掌1还包括无名指连接杆13，所述掌体11在对应于无名指这根手指2的位置安装所述无名指连接杆13，所述无名指连接杆13插入掌体11内并且与所述掌体11固定连接，无名指的离手掌1最近的指节21与所述无名指连接杆13通过第四铰轴34铰接。掌体11在对应于无名指的位置设置有无名指凹槽114，便于无名指连接杆13伸入掌体11内进行固定，从而也便于连接无名指。由于无名指是在中间位置，无名指的离手掌1最近的指节21通过第四铰轴34以及电机31上的第一铰轴34如果直接安装在手掌1上时安装会有不便，因此设置了无名指连接杆13，可先将第四铰轴34和第一铰轴34安装在无名指连接杆13上，然后再将无名指连接杆13插入无名指凹槽114内通过螺钉固定在掌体11上。
47.进一步，对于任意相邻的两根指节21以及连接两根指节21的指节驱动机构3而言，所述齿轮33和离手掌1较远的指节21分别可转动穿装在所述铰轴34上，所述齿轮33的侧面设置有凸台331，所述凸台331上设置有扁位a332，离手掌1较远的指节21上设置有连接孔并且所述连接孔具有与所述扁位a332配合的扁位b211，所述扁位a332伸入所述扁位b211处，以便齿轮33带动离手掌1较远的指节21绕所述铰轴34的中心线转动，所述铰轴34固定安装在离手掌1较近的指节21上，采用这样的结构，使得齿轮33上的凸台331可直接驱动离手掌1较远的指节21转动。齿轮33设置在指节21的内部，指节21的外壳201可以夹住齿轮33，使得
指节21与齿轮33的连接比较紧密，而且也便于壳体与齿轮33的安装。此外，在铰轴34的端部设置有螺纹孔340，螺栓伸入铰轴34的螺纹孔340内，将离手掌1较近的指节21固定在铰轴34上。
48.进一步，对于手掌1与大拇指这根手指2离手掌1最近的指节21以及连接它们的指节驱动机构3而言，所述电机31固定安装在手掌1上，优选通过电机安装台310安装在手掌1上，铰轴34上设置有扁位c341，所述齿轮33上设置有第一贯穿孔并且所述第一贯穿孔具有与所述扁位c341配合的扁位d，所述指节21上设置有第二贯穿孔并且所述第二贯穿孔具有与所述扁位c341配合的扁位e，以便齿轮33带动铰轴34和指节21转动，所述铰轴34通过轴承5安装在所述手掌1上。手掌1的强度和体积比较大，可以在手掌1上安装轴承5来支撑大拇指的指节21。扁位c341一直延伸至铰轴34的端部，但是不能影响铰轴34的端部的轴承5的安装，则齿轮33转动时，可通过这些扁位之间的配合来带动铰轴34和指节21转动。大拇指离手掌1最近的指节21上设置有两个固定台202，用于夹住齿轮33。
49.进一步，还包括保护套4，所述保护套4具有皱褶41，以便于手指2弯曲。保护套4套设在手掌1和除大拇指外的四根手指2上，根据需求不同，可以把四根手指2全部包裹，也可以只包裹一部分，主要用于保护内部机构，防止灰尘掉落，且整体设计美观。保护套4对应于手掌1的位置具有皱褶41，使得四根手指2在握紧或张开的时候，保护套4能留有余量，不至于拉扯保护套4。
50.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。