一种具有限力装置的机械手指、机械手和机器人的制作方法

1.本实用新型属于机械手技术领域，尤其涉及一种具有限力装置的机械手指。


背景技术：

2.机械手用于模仿人手，在当代生产生活中发挥着重要作用。然而，现有技术中的机械手及机械手指仍然存在一些缺陷，比如，在抓拿工件时，由于工件形状各有不同，机械手指只能跟预定形状的工件匹配，而对于其它工件，机械手指不能实现所有指节完全接触工件，导致机械手指抓拿的成功率低，并降低了机械手指的实用性。


技术实现要素：

3.本实用新型的技术目的在于提供一种具有限力装置的机械手指，旨在使机械手指在任意一个指节触碰工件而停止运动后，该指节对应的关节仍然能够继续向其它关节传动，使其它关节继续动作，直至机械手指的所有指节均接触工件，将工件抓牢。
4.为解决上述技术问题，作为本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种具有限力装置的机械手指，包括第一指节、第二指节、连接于第一指节和第二指节之间的转动关节，以及与所述转动关节相连以驱动所述转动关节转动的驱动机构，所述转动关节与所述第一指节可转动连接，所述转动关节与所述第二指节之间连接有限力装置，当所述第二指节所受来自外部的力小于或等于限值时，限力装置不动作，所述第二指节与所述转动关节在转动关节的转动方向上相对固定，使所述第二指节随所述转动关节相对于所述第一指节转动，当所述第二指节所受来自外部的力大于限值时，限力装置动作，所述转动关节相对于所述第二指节转动，使所述第二指节相对于所述第一指节停止转动。
5.进一步地，所述转动关节包括转动件以及与所述转动件同轴并可转动连接的转动轴，所述转动轴与所述第一指节和第二指节均可转动连接，以使所述第一指节和第二指节均能够绕所述转动轴的轴线转动，所述限力装置连接于所述转动件和所述第二指节之间，所述驱动机构与所述转动件相连以驱动所述转动件转动。
6.进一步地，所述限力装置包括转动销和套设于所述转动销外侧的限力环，所述转动销与所述转动件同轴相连，且所述转动销的一端伸入所述转动件内，所述转动件内部开设有用于容置所述转动销的容置槽，所述限力环套设于所述转动销的该端，并位于所述容置槽的槽壁和所述转动销之间，所述转动销的另一端与所述第二指节卡接，以使所述第二指节与所述转动销在所述转动销的转动方向上相对固定。
7.进一步地，所述限力环朝向所述容置槽的槽壁形成多个第一凸起部，所述容置槽的槽壁对应地开设有与每个所述第一凸起部匹配的第一凹槽。
8.进一步地，所述限力环朝向所述转动销的外壁形成多个第二凸起部，所述转动销的外壁对应地开设有与每个所述多个第二凸起部匹配的第二凹槽。
9.进一步地，所述第一凸起部的表面圆滑过渡。
10.进一步地，所述机械手指还包括第三指节，所述第三指节和所述第二指节之间也
连接有所述转动关节。
11.作为本实用新型的另一个方面，提出了一种机械手，所述机械手包括若干个本实用新型的机械手指。
12.进一步地，所述机械手还包括手掌骨架，所述手掌骨架与所述若干个机械手指均相连。
13.作为本实用新型的又一个方面，提出了一种机器人，所述机器人包括本实用新型的机械手。
14.本实用新型的机械手指与现有技术相比，有益效果在于：在机械手指的任意一个指节触碰工件后，该指节受力停止运动，而该指节对应的关节仍然能够继续传动，使机械手指的其它关节继续动作，直至机械手指的所有指节均与工件接触，从而将工件抓牢，该种机械手指能够与各种形状的工件相匹配，其准确度和实用性大大提高。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例中机械手指的整体结构示意图；
16.图2是本实用新型实施例中机械手指的爆炸图；
17.图3是图2中的第一转动关节处的爆炸图；
18.图4是本实用新型的机械手指工作状态的示意图；
19.图5是具有四个指节的机械手指工作状态的示意图。
20.在附图中，各附图标记表示：
21.2-驱动组件，3-第一转动关节，4-第一传动机构，5-第二转动关节，11-第一指节，12-第二指节，13-第三指节，14-第四指节，15-工件，21-电机，22-主动锥齿轮，23-从动锥齿轮，24-从动直齿轮，25-同步销轴，31-第一主动直齿轮， 32-第一副动直齿轮，33-第一从动直齿轮，34-第一转动销，35-第一转动轴，36
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第一限力环，41-第一传动轮，51-第二主动直齿轮，52-第二副动直齿轮，53
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第二从动直齿轮，54-第二转动销，55-第二转动轴，56-第二限力环，57-第三从动直齿轮，111-第一上夹板，112-第一下夹板，121-第二上夹板，122-第二下夹板，131-第三上夹板，132-第三下夹板，133-连接件，331-容置槽，341-凸起， 342-第二凹槽，361-第一凸起部，362-第二凸起部，1211-卡槽，3311-第一凹槽。
具体实施方式
22.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”、“轴向”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。
24.实施例：
25.在本实施例中，如图1和图2中所示，机械手指包括依次布置的第一指节 11、第二指节12和第三指节13，还包括将第一指节11、第二指节12和第三指节13依次可转动连接的
转动关节，转动关节包括:
26.第一转动关节3，用于使第二指节12与第一指节11可转动连接；
27.第二转动关节5，用于使第三指节13与第二指节12可转动连接；
28.机械手指还包括驱动机构，用于与转动关节相连，以驱动转动关节转动，驱动机构包括：
29.驱动组件2，与第一转动关节3相连，用于驱动第二指节12相对于第一指节11转动；
30.第一传动机构4，连接第一转动关节3和第二转动关节5并传动，用于在第二指节12相对于第一指节11转动时驱动第三指节13相对于第二指节12转动；
31.工作时，驱动组件2提供动力，驱动第一转动关节3运动，从而使第二指节12相对于第一指节11转动；同时，第一传动机构4在第一转动关节3和第二转动关节5之间传动，驱动第二转动关节5运动，进而使第三指节13相对于第二指节12转动。通过上述方案，只需一个动力源即可实现三个关节弯曲。
32.下面对各个部件进行详细说明。
33.如图1和图2中所示，驱动组件2包括：电机21、主动锥齿轮22、从动锥齿轮23和从动直齿轮24；其中，电机21的输出轴与主动锥齿轮22同轴相连，从动锥齿轮23与主动锥齿轮22啮合；从动直齿轮24与从动锥齿轮23同轴相连；通过该方案，主动锥齿轮22随电机21转动，从动锥齿轮23与主动锥齿轮 22啮合，改变了转动的方向，从动直齿轮24随从动锥齿轮23转动，再进一步将动力传递给机械手指的各个指节。
34.具体地，主动锥齿轮22和电机21的输出轴可以固定连接，比如焊接，也可以通过销或键连接实现同步转动。从动直齿轮24和从动锥齿轮23通过同步销轴25相连，并且，如图2中所示，同步销轴25的截面为割圆，从动直齿轮 24和从动锥齿轮23上对应地开设割圆孔以使同步销轴25穿过，从动锥齿轮23 转动时，同步销轴25和从动直齿轮24随从动锥齿轮23同步转动。
35.第一指节11包括第一上夹板111和第一下夹板112，如图1和图2中所示，第一上夹板111位于从动锥齿轮23和从动直齿轮24之间，第一下夹板112位于从动直齿轮24下方，且第一上夹板111和第一下夹板112均与同步销轴25 可转动连接，在同步销轴25转动时，第一上夹板111和第一下夹板112保持不动。具体地，第一上夹板111和第一下夹板112在同步销轴25穿过处开设圆孔，使同步销轴25能够平滑地在圆孔中转动。
36.第二指节12包括第二上夹板121和第二下夹板122。如图1～图3中所示，第二上夹板121和第二下夹板122均与第一上夹板111和第一下夹板112平行，且第二上夹板121和第一上夹板111相互靠近的一端重叠，第二下夹板122和第一下夹板112相互靠近的一端重叠。
37.第一转动关节3包括转动件，本实施例中第一转动关节3的转动件为第一从动直齿轮33，第一转动关节3还包括与第一从动直齿轮33同轴并可转动连接的第一转动轴35，此外还包括用于使第一从动直齿轮33与驱动组件2相连的第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32。其中，第一主动直齿轮31与驱动组件2的从动直齿轮24啮合，第一副动直齿轮32与第一主动直齿轮31同轴相连并同步转动，且二者均与第一指节11可转动连接；第一从动直齿轮33与第一副动直齿轮32啮合，从而使第一从动直齿轮33在驱动组件2的驱动下转动。
38.具体地，如图1和图2中所示，第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32 通过圆柱销相连，且该圆柱销穿过第一上夹板111和第一下夹板112，第一上夹板111和第一下夹板112
上分别开设有用于使该圆柱销穿过的圆孔，从而实现第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32与第一指节11的可转动连接，在第一主动直齿轮31和第一副动直齿轮32转动时，第一指节11保持不动。进一步的，第一副动直齿轮32的尺寸小于第一主动直齿轮31的尺寸，第一副动直齿轮32的下部嵌入第一主动直齿轮31中，第一主动直齿轮31对应地开设有齿槽以容置第一副动直齿轮32的下部，通过该方案，实现第一副动直齿轮32随第一主动直齿轮31转动。
39.进一步地，如图1和图2中所示，第一副动直齿轮32的上部与第一从动直齿轮33啮合，第一副动直齿轮32转动时，驱动第一从动直齿轮33转动。
40.图3中示出了第一从动直齿轮33和第一转动轴35与第一上夹板111、第一下夹板112、第二上夹板121和第二下夹板122的连接。如图3中所示，第一上夹板111、第二上夹板121、第二下夹板122和第一下夹板112由上至下依次布置，第一从动直齿轮33位于第二上夹板121和第二下夹板122之间。第一转动轴35穿过第二上夹板121和第一上夹板111的重叠部分，以及第二下夹板 122和第一下夹板112的重叠部分，将第二指节12和第一指节11相连。第一转动轴35为圆柱销，第一上夹板111和第一下夹板112在第一转动轴35穿过处开设圆孔，可以理解，第一转动轴35与第一上夹板111和第一下夹板112 均可转动连接，因此使第一转动轴35与第一指节11可转动连接，在第一转动轴35转动时，第一上夹板111和第一下夹板112保持不动。同样的，第二下夹板122在第一转动轴35穿过处开设圆孔，第一转动轴35与第二下夹板122可转动连接。
41.第一转动关节3与第二指节12之间连接有限力装置。如图2和图3中所示，第一转动关节3与第二指节12之间的限力装置包括第一转动销34和套设于第一转动销34外侧的第一限力环36。
42.本实施例中，第一转动销34为环柱形，套设于第一转动轴35的外侧并能够相对于第一转动轴35转动。
43.第一转动销34的上部与第二上夹板121卡接，以使第二上夹板121与第一转动销34在第一转动销34的转动方向上相对固定，第二上夹板121能够随第一转动销34转动；具体地，如图3中所示，第一转动销34的上部设有两个凸起341，第二上夹板121上开设有容置第一转动销34上部(含两个凸起341) 的卡槽1211，卡槽1211的形状与第一转动销34上部(含两个凸起341)的形状相匹配，以将第一转动销34的上部卡入该卡槽1211中，且通过卡槽1211 与凸起341配合，使第二上夹板121与第一转动销34在第一转动销34的转动方向上相对固定。
44.第一转动销34的下部伸入从第一动直齿轮33中，第一从动直齿轮33内部开设有用于容置第一转动销34的容置槽331。第一限力环36套设于第一转动销34的伸入第一从动直齿轮33的一端，并位于容置槽331的槽壁和第一转动销34之间。第一限力环36朝向容置槽331的槽壁形成多个第一凸起部361，容置槽331的槽壁对应地开设有与每个第一凸起部361匹配的第一凹槽3311，通过该方案，使第一限力环36和第一从动直齿轮33相连。
45.进一步地，第一限力环36朝向第一转动销34的外壁形成有多个第二凸起部362，第一转动销34的外壁对应地开设有与每个第二凸起部362匹配的第二凹槽342，通过该方案，使第一限力环36和第一转动销34固定连接。
46.第一限力环36可以由具有一定弹性的材料制成，比如塑胶、橡胶、硅胶等。
47.本实施例中，第一凸起部361和第二凸起部362各有六个，第一限力环36 形成类似
六角星的环状；第一凸起部361的表面圆滑过渡，第一凹槽3311的截面呈弧形，第一凸起部361卡入第一凹槽3311中，使第一限力环36能够随第一从动直齿轮33转动；当第一限力环36受到与第一从动直齿轮33的转动方向相反的力，且该力超过限值时，第一凸起部361从第一凹槽3311中滑脱，第一限力环36停止随第一从动直齿轮33转动。在另一些实施例中，第一凸起部361 和第二凸起部362的数量不做具体限定，可以少于六个，比如两个，也可以多于六个。
48.可以理解，使第一凸起部361从第一凹槽3311中滑脱的力的限值来自与第一凸起部361和第一凹槽3311的形状和第一限力环36的材料弹性，通过改变第一凸起部361和第一凹槽3311的数量和弧度、第一凸起部361卡入第一凹槽 3311的深度等能过够调整该力的限值。
49.结合上述方案可以理解，当第一从动直齿轮33转动时，第一上夹板111 和第一下夹板112不动，即第一指节11不动；对第二指节12而言，若第二指节12所受来自外部的力小于或等于限值，比如，第二指节12未触碰到需抓握的工件时，第一转动销34与第一从动直齿轮33通过第一凸起部361与第一凹槽3311之间的咬合力形成固定连接，第一转动销34随第一从动直齿轮33转动，同时带动第二上夹板121转动，即第二指节12绕第一从动直齿轮33转动；若第二指节12所受来自外部的力大于限值，比如，第二指节12触碰到需抓握的工件，此时，该工件对第二指节12形成反作用力，使第二指节12无法继续转动，第一转动销34随之停止转动，当该反作用力大于第一凸起部361与第一凹槽3311之间的咬合力时，第一凸起部361从第一凹槽3311中滑脱，第一转动销34与第一从动直齿轮33形成可转动连接，不对第一从动直齿轮33的转动产生影响，第一从动直齿轮33、第一副动直齿轮32和第一主动直齿轮31均继续随驱动组件2转动，并通过第一传动机构4向第二转动关节5传动。
50.第一传动机构4包括若干个沿第二指节12依次布置并均与第二指节12可转动连接的第一传动轮41，第一传动轮41为直齿轮，本实施例中，第一传动轮41的数量为三个。三个第一传动轮41依次啮合，靠近第一转动关节3的第一传动轮41与第一主动直齿轮31啮合，且该第一传动轮41与第一从动直齿轮 33同轴并可转动连接。如图2和图3中所示，靠近第一转动关节3的第一传动轮41位于第一从动直齿轮33下方，第一转动轴35从该第一传动轮41穿过，并与该第一传动轮41可转动连接。如图1和图2中所示，另外两个第一传动轮41通过销轴分别与第二上夹板121和第二下夹板122可转动连接。由此也可以理解，当第二上夹板121随第一从动直齿轮33转动，第二下夹板122也随之转动，因此，实现了第二指节12相对于第一指节11转动。
51.第二转动关节5与第一转动关节3结构类似，第二转动关节5包括第二从动直齿轮53作为转动件，还包括与第二从动直齿轮53同轴并可转动连接的第二转动轴55、以及用于使第二从动直齿轮53与第一传动机构4相连的第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52。第二主动直齿轮51与所靠近的第一传动轮 41啮合，第二副动直齿轮52与第二主动直齿轮51同轴相连并同步转动，且二者均与第二指节12可转动连接，第二从动直齿轮53与第二副动直齿轮52啮合，通过各部件之间的传动，使第二从动直齿轮53在驱动组件2的驱动下转动。
52.如图1和图2中所示，与第一转动关节3类似地，第二主动直齿轮51与第二副动直齿轮52通过齿槽以实现同步转动，第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52通过圆柱销与第二上夹板121和第二下夹板122可转动连接，从而实现第二主动直齿轮51和第二副动直齿轮52
与第二指节12的可转动连接。
53.同样地，如图1和图2中所示，第二副动直齿轮52的上部与第二从动直齿轮53啮合，第二副动直齿轮52转动时，驱动第二从动直齿轮53转动。
54.第三指节13包括第三上夹板131和第三下夹板132。如图1和图2中所示，第三上夹板131和第三下夹板132均与第二上夹板121和第二下夹板122平行，且第三上夹板131和第二上夹板121相互靠近的一端重叠，第三下夹板132和第二下夹板122相互靠近的一端重叠。
55.如图1和图2中所示，第二从动直齿轮53和第二转动轴55的结构以及与其它部件的连接形式与图3中所示类似，在此不再赘述。
56.第二转动关节5与第三指节13之间也连接有限力装置。如图2中所示，第二转动关节5与第三指节13之间的限力装置包括第二转动销54和套设于第二转动销54外侧的第二限力环56。
57.同样，第二转动销54和第二限力环56的结构以及与其它各部件的连接形式也与图3中类似，在此不再赘述；需要说明的是，第二转动销54与第三上夹板131卡接，从而使第三指节13随第二从动直齿轮53同步转动，与第一转动销34的结构有所不同，第二转动销54上部用于与第三上夹板131卡接的凸起设置一个；并且，由于第三上夹板131位于第二上夹板121上方，第二上夹板 121上开设有用于使第二转动销54的上部穿过的通槽。
58.同样地，当第二从动直齿轮53转动时，第二上夹板121和第二下夹板122 并不随第二从动直齿轮53转动，即第二指节12不随第二从动直齿轮53转动；对第三指节13而言，若第三指节13所受来自外部的力小于或等于限值，比如，第二指节13未触碰到需抓握的工件时，第二转动销54与第二从动直齿轮53 通过第二限力环56形成固定连接，第二转动销54随第二从动直齿轮53转动，同时带动第三上夹板131转动,即第三指节13绕第二从动直齿轮53转动；若第三指节13所受来自外部的力大于限值，比如，第三指节13触碰到需抓握的工件，此时，第三指节13和第二转动销54无法继续转动，第二限力环56从第二从动直齿轮53滑脱，第二转动销54与第二从动直齿轮53形成可转动连接，不对第二从动直齿轮53的转动产生影响，第二从动直齿轮53、第二副动直齿轮 52和第二珠动直齿轮51均继续转动。
59.此外，第二从动直齿轮53下方还同轴连接有第三从动直齿轮57，该第三从动直齿轮57能够支撑第二从动直齿轮53，进一步地，第三上夹板131和第三下夹板132之间还通过连接件133相连，以使第三上夹板131和第三下夹板 141同步转动，该连接件可以为销轴。
60.综上，工作时，如图4中所示，使机械手指的第一指节11紧贴工件15，通过各个元件之间的传动，机械手指的第二指节12相对于第一指节11转动，同时第三指节13相对于第二指节12转动，使第一指节11、第二指节12和第三指节13环绕工件15，且第二指节12和第三指节13逐渐靠近工件15表面；当第二指节12和第三指节13中的任意一个接触工件15，该指节停止运动，而该指节对应的关节仍然能够继续动作并传动，机械手指的其它指节仍然能够继续动作，直至所有指节均与工件15接触，将工件15抓牢。
61.工作完成后，使电机21的转轴反向旋转，机械手指的各个指节反向动作并归位，机械手指在归位后能够保持直线状态。
62.在一些实施例中，机械手指指节的数量还可以为四个以上，图5中示出了当机械手指的指节为四个时的工作状态示意图。其中，第四指节14和第三指节 13也设置有同样结构的转动关节和限力装置。同样地，当第二指节12、第三指节13和第四指节14中的任意一个接
触工件15，该指节停止运动，而机械手指的其它指节仍然能够继续动作，直至所有指节均与工件15接触。
63.本实施例还公开了一种机械手，该机械手包括机械手指，还包括手掌骨架。手掌骨架设有手指固定槽，机械手指套接于手指固定槽。本实施例中，机械手包含五根机械手指。
64.本实施例还公开了一种机器人，该种机器人包括上述的机械手。
65.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。