仿人手機械手爪的制作方法

本實用新型涉及機器人技術領域，具體涉及一種仿人手機械手爪。

背景技術：

模仿人手的機械手爪是近年來機械研究的重要方向，由于人的手掌關節構造及肌肉組織復雜，因此人的四指及大拇指能夠在空間內做多種彎曲、擺動動作，人的手掌較為靈活，能夠適應不同抓取或者其他動作的需要，同時在假肢、功能性恢復等方面對于人體結構仿生的設計要求高，綜合各個領域來看，仿人手機械手的設計研究一直仿生機械制造和康復醫療研究的重點。

對此，中國專利申請(ZL:2014205579340)公開了一種仿人手機械手爪，該機械手爪中公開的四指及大拇指機械手指依次排列在掌部上，四指及大拇指的各個關節之間鉸接連接，上述四指及大拇指通過拉伸連接，拉伸與各自的電機連接，通過控制電機的正反轉，從而達到模仿手指彎折的效果，上述仿人手機械手爪雖然能夠在一定程度上模仿自然人的手指彎折動作，但是上述機械手爪的運動自由度很低，無法模仿人手很多較為復雜的擺動動作，不具備在產業上應用的前景。

技術實現要素：

本實用新型的目的是：提供一種仿人手機械手爪，能夠模仿自然人手指的自然彎折及擺動，提高機械手爪的靈活度。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種仿人手機械手爪，包括機械四指及機械拇指，機械四指及機械拇指的關節之間分別鉸接，機械四指的各個關節分別與第一連桿機構連接，機械拇指的各個關節分別與第二連桿機構連接，所述機械四指一端鉸接設置在機架板上，所述機架板上移動式設置有導向滑板，導向滑板內設置有傳力滑塊，所述第一連桿機構與傳力滑塊球鉸接，第一連桿機構還與機架板上的轉動連接桿一端鉸接，轉動連接桿的另一端轉動式設置在機架板上，轉動連接桿的兩端鉸接軸垂直，驅動機構驅動傳力滑塊位于導向滑板內移動，并連動機械四指呈現擺動動作，所述機械拇指一端鉸接設置在延伸支架上，所述延伸支架上移動式設置有過渡連桿單元，過渡連桿單元上設置有動力滑塊，所述第二連桿機構通過過渡連桿單元與驅動機構連接，驅動機構驅動動力滑塊并連動機械拇指呈現擺動動作。

本實用新型還存在下列技術特征：

所述機械四指包括遠、中、近指關節，遠、中、近指關節順序鉸接，所述近指關節與機架板的邊緣球鉸接，所述機械拇指包括遠、中、近拇指關節,遠、中、近拇指關節順序鉸接，近拇指關節與過渡連桿單元鉸接，近拇指關節還與延伸支架形成球鉸接。

所述機架板設置有導向滑板，所述導向滑板上設置有導向滑孔，所述導向滑孔為圓弧形，傳力滑塊位于導向滑孔內滑動，所述驅動機構與導向滑板連接并驅動導向滑板沿著條形滑孔長度方向往復移動，所述傳力滑塊與導向滑板之間設置有彈簧及阻尼器并構成柔性連接。

第一連桿機構包括與遠指關節及中指關節外壁連接的遠指滑塊及中指滑塊，遠指滑塊及中指滑塊分別與遠指關節及中指關節構成長度方向的滑動配合，第一傳力桿的一端鉸接設置在遠指滑塊上，遠指滑塊及中指滑塊分別與遠指關節及中指關節之間設置有彈簧及阻尼器并且構成柔性連接，第一傳力桿的另一端與中指關節鉸接且兩端的鉸接軸與遠指關節及中指關節之間的鉸接軸平行，中指滑塊上鉸接設置有第二傳力桿，第二傳力桿的另一端與近指關節鉸接且兩端的鉸接軸與第一傳力桿兩端的鉸接軸平行，第一傳力桿與第二傳力桿之間設置有第三傳力桿，所述第三傳力桿的兩端通過鉸接軸分別與第一傳力桿與第二傳力桿連接且鉸接軸與遠指關節及中指關節之間的鉸接軸平行，所述第二傳力桿上還設置有第四傳力桿，所述第四傳力桿的兩端分別與第二傳力桿及機架板鉸接且鉸接軸與機架板遠指關節及中指關節之間的鉸接軸平行，所述轉動連接桿與第四傳力桿的一端鉸接，轉動連接桿的轉動軸芯線與機架板板面垂直。

所述遠指關節與中指關節之間通過第一、第二連接桿鉸接連接且鉸接軸與第一傳力桿桿端的鉸接軸平行，所述中指關節與近指關節之間通過第三、第四連接桿鉸接連接且鉸接軸與第二傳力桿桿端的鉸接軸平行，所述第三傳力桿及第四傳力桿的桿長可調，位于近指關節上還設置有第一施力桿，所述第一施力桿的一端與近指關節鉸接且鉸接軸與第二傳力桿桿端的鉸接軸平行，所述第一施力桿的另一端與傳力滑塊球鉸接，第一施力桿的長度可調。

所述第二連桿機構包括與遠拇指關節與中拇指關節外壁連接的第一滑塊及第二滑塊，第一滑塊及第二滑塊分別與遠拇指關節與中拇指關節構成長度方向的滑動配合，一滑塊及第二滑塊與遠拇指關節與中拇指關節之間分別設置有彈簧及阻尼器且構成柔性連接，第一滑塊及第二滑塊與遠拇指關節與中拇指關節之間分別設置有彈簧及阻尼器且構成柔性連接，第一連動桿的一端鉸接設置在遠拇指關節上，第一連動桿的另一端與中拇指關節鉸接且兩端的鉸接軸與遠拇指關節與中拇指關節之間的鉸接軸平行，第二滑塊上鉸接設置有第二連動桿，第二連動桿的另一端與近拇指關節鉸接且兩端的鉸接軸與第一連動桿兩端的鉸接軸平行，第一連動桿與第二連動桿之間設置有第三連動桿，所述第三連動桿的兩端通過鉸接軸分別與第一連動桿與第二連動桿連接且鉸接軸與遠拇指關節與中拇指關節之間的鉸接軸平行，所述第二連動桿上還設置有第四連動桿，所述第四連動桿的兩端分別與第二連動桿及過渡連桿單元鉸接且鉸接軸與遠拇指關節與中拇指關節之間的鉸接軸平行，所述過渡連桿單元上設置連接桿，所述連接桿與第四連動桿的一端鉸接，連接桿轉動式設置在過渡連桿單元上且轉動軸心線與機架板板面平行。

所述遠拇指關節與中拇指關節之間通過第一、第二鉸接桿鉸接連接且鉸接軸與第一連動桿桿端的鉸接軸平行，所述中拇指關節與近拇指關節之間通過第三、第四鉸接桿鉸接連接且鉸接軸與第二連動桿桿端的鉸接軸平行，所述第三連動桿及第四連動桿的桿長可調，位于近拇指關節上還設置有第二施力桿，所述第二施力桿的一端與近拇指關節鉸接且鉸接軸與第二連動桿桿端的鉸接軸平行，所述第二施力桿的另一端與過渡連桿單元的動力滑塊球鉸接。

所述過渡連桿單元包括驅動板，所述驅動板的延伸端設置有條形滑孔，所述條形滑孔孔長方向豎直布設，所述動力滑塊滑動設置在條形滑孔內，所述連接桿轉動式設置在延伸支架上，延伸支架設置在機架板上。

所述驅動機構包括設置在機架板上的絲桿，絲桿與驅動螺母構成絲桿螺母機構，絲桿的一端設置有驅動電機，所述導向滑板及驅動板設置在驅動螺母上，驅動電機驅動絲桿轉動，所述機架板上延伸設置有調節板，所述調節板的板面設置有調節螺母，調節螺母內設置調節絲杠，調節絲杠的桿長方向豎直且下端與手部支撐面固連。

與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在：該機械手爪模仿人手掌設計機械四指及機械拇指，機械四指及機械拇指鉸接設置，并通過第一、第二連桿機構連接，機械四指及機械拇指設置在機架板上，從而模仿自然人手掌的形狀，連動機械四指的第一連桿機構與傳力滑塊連接，在驅動機構的作用下，驅動第一連桿機構動作，第一連桿位于機架板上呈現擺動及彎折的動作，從而模仿自然人手掌四指的實際動作，連動機械拇指的第二連桿機構通過過渡連桿單元與驅動機構連接，并在驅動機構的作用下，從而連動機械拇指呈現擺動的動作，該機械手爪的運動自由度高，能夠模仿自然人手掌的實際動作，并在驅動五指活動時，五指的擺動不影響整體運動情況，不影響機械手指屈伸的幅度，靈活度極高。

附圖說明

圖1是仿人手機械手爪的結構示意圖；

圖2是仿人手機械手爪的機械四指的結構示意圖；

圖3是仿人手機械手爪的機械拇指的結構示意圖。

具體實施方式

結合圖1至圖3，對本實用新型作進一步地說明：

一種仿人手機械手爪，包括機械四指及機械拇指，機械四指及機械拇指的關節之間分別鉸接，機械四指的各個關節分別與第一連桿機構連接，機械拇指的各個關節分別與第二連桿機構連接，所述機械四指一端鉸接設置在機架板10上，所述機架板10上移動式設置有導向滑板12，導向滑板12內設置有傳力滑塊30，所述第一連桿機構與傳力滑塊30球鉸接，第一連桿機構還與機架板10上的轉動連接桿2231一端鉸接，轉動連接桿2231的另一端轉動式設置在機架板10上，轉動連接桿2231的兩端鉸接軸垂直，驅動機構驅動傳力滑塊30位于導向滑板12內移動，并連動機械四指呈現擺動動作，所述機械拇指一端鉸接設置在延伸支架11上，所述延伸支架11上移動式設置有過渡連桿單元，過渡連桿單元上設置有動力滑塊51，所述第二連桿機構通過過渡連桿單元與驅動機構連接，驅動機構驅動動力滑塊51并連動機械拇指呈現擺動動作。

該機械手爪模仿人手掌設計機械四指及機械拇指，機械四指及機械拇指鉸接設置，并通過第一、第二連桿機構連接，機械四指及機械拇指設置在機架板10上，從而模仿自然人手掌的形狀，連動機械四指的第一連桿機構與傳力滑30塊連接，在驅動機構的作用下，使得第一連桿機構位于機架板10上呈現擺動的動作，并且連動機械四指呈現相對擺動及彎折動作，從而模仿自然人手掌四指的實際動作，連動機械拇指的第二連桿機構通過過渡連桿單元與驅動機構連接，并在驅動機構的作用下，從而連動機械拇指呈現擺動的動作，該機械手爪的運動自由度高，能夠模仿自然人手掌的實際動作，并在驅動五指活動時，五指的擺動不影響整體運動情況，不影響機械手指屈伸的幅度，靈活度極高。

本實用新型的機械手爪由于具有較高的靈活性，可應用在工業、醫療等對精準度要求較高的領域內。

優選地方案，為進一步提高機械手爪與自然人手掌的相似度，所述機械四指包括遠、中、近指關節21、22、23，遠、中、近指關節21、22、23順序鉸接，所述近指關節23與機架板10的邊緣球鉸接，所述機械拇指包括遠、中、近拇指關節41、42、43,遠、中、近拇指關節41、42、43順序鉸接，近拇指關節43與過渡連桿單元鉸接，近拇指關節43還與延伸支架11形成球鉸接，上述的近指關節23與機架板10的邊緣球鉸接，以及近拇指關節43還與延伸支架11形成球鉸接，可以使得機械四指及機械拇指具有多個自由度，能夠在空間內多維度的擺動，進一步提高機械手爪的靈活度。

進一步地，所述機架板10上設置有條形滑孔，傳力滑塊30上設置有導向滑板12，所述導向滑板12上設置有導向滑孔121，所述導向滑孔121為圓弧形，傳力滑塊30位于導向滑孔121內滑動，該處的導向滑孔121可以間斷式布置，也可以為整體孔，間斷式的導向滑孔121的圓形均處在近指關節23圓心位置處，導向滑板12滑動設置在條形滑孔上，所述驅動機構與導向滑板12連接并驅動導向滑板12沿著條形滑孔長度方向往復移動，從而連動傳力滑塊30位于導向滑孔121內滑動，該處的導向滑孔121為弧形孔，進而使得機械四指呈現彎折擺動的動作，提高靈活度。

由于本實用新型的機械手爪的自由度高，為避免機械手爪位于空間內隨意的擺動，所述傳力滑塊30與導向滑板12之間設置有彈簧及阻尼器并構成柔性連接。

為進一步提高該機械手爪的靈活度，能夠模仿自然人手掌的四指位于空間內擺動，四指具體呈現彎折及擺動的姿態，所示第一連桿機構包括與遠指關節21及中指關節22外壁連接的遠指滑塊211及中指滑塊221，遠指滑塊211及中指滑塊221分別與遠指關節21及中指關節22構成長度方向的滑動配合；

同理，由于本實用新型的機械手爪的自由度高，為避免機械手爪位于空間內隨意的擺動，遠指滑塊211及中指滑塊221分別與遠指關節21及中指關節22之間設置有彈簧及阻尼器并且構成柔性連接；

第一傳力桿212的一端鉸接設置在遠指滑塊211上，第一傳力桿212的另一端與中指關節22鉸接且兩端的鉸接軸與遠指關節21及中指關節22之間的鉸接軸平行，中指滑塊221上鉸接設置有第二傳力桿222，第二傳力桿222的另一端與近指關節23鉸接且兩端的鉸接軸與第一傳力桿212兩端的鉸接軸平行，第一傳力桿212與第二傳力桿222之間設置有第三傳力桿213，所述第三傳力桿213的兩端通過鉸接軸分別與第一傳力桿212與第二傳力桿222連接且鉸接軸與遠指關節21及中指關節22之間的鉸接軸平行，所述第二傳力桿222上還設置有第四傳力桿223，所述第四傳力桿223的兩端分別與第二傳力桿222及機架板10鉸接且鉸接軸與機架板10遠指關節21及中指關節22之間的鉸接軸平行，所述轉動連接桿2231與第四傳力桿223的一端鉸接，轉動連接桿2231的轉動軸芯線與機架板10板面垂直。

上述實施例中，為實現遠指關節21與中指關節22及中指關節22與近指關節23之間的鉸接連接，所述遠指關節21與中指關節22之間通過第一、第二連接桿21a、22a鉸接連接且鉸接軸與第一傳力桿212桿端的鉸接軸平行，所述中指關節22與近指關節23之間通過第三、第四連接桿22b、23a鉸接連接且鉸接軸與第二傳力桿222桿端的鉸接軸平行；

為實現對上述遠指關節21與中指關節22及中指關節22與近指關節23彎折及擺動幅度的微調，所述第三傳力桿213及第四傳力桿223的桿長可調，為實現機械四指的動力輸入，位于近指關節23上還設置有第一施力桿231，所述第一施力桿231的一端與近指關節23鉸接且鉸接軸與第二傳力桿222桿端的鉸接軸平行，由于機械四指能夠在空間內呈現擺動的姿態，所述第一施力桿231的另一端與傳力滑塊30球鉸接，第一施力桿231的長度可調，上述結構能夠進一步提高機械四指運動的靈活度。

機械拇指擺動的實施方式如下：

所述第二連桿機構包括與遠拇指關節41與中拇指關節42外壁連接的第一滑塊411及第二滑塊421，第一滑塊411及第二滑塊421分別與遠拇指關節41與中拇指關節42構成長度方向的滑動配合；

同理，由于本實用新型的機械手爪的自由度高，為避免機械手爪位于空間內隨意的擺動，第一滑塊411及第二滑塊421與遠拇指關節41與中拇指關節42之間分別設置有彈簧及阻尼器且構成柔性連接；

第一連動桿412的一端鉸接設置在遠拇指關節41上，第一連動桿412的另一端與中拇指關節42鉸接且兩端的鉸接軸與遠拇指關節41與中拇指關節42之間的鉸接軸平行，第二滑塊421上鉸接設置有第二連動桿422，第二連動桿422的另一端與近拇指關節43鉸接且兩端的鉸接軸與第一連動桿412兩端的鉸接軸平行，第一連動桿412與第二連動桿422之間設置有第三連動桿413，所述第三連動桿413的兩端通過鉸接軸分別與第一連動桿412與第二連動桿422連接且鉸接軸與遠拇指關節41與中拇指關節42之間的鉸接軸平行，所述第二連動桿422上還設置有第四連動桿423，所述第四連動桿423的兩端分別與第二連動桿422及過渡連桿單元鉸接且鉸接軸與遠拇指關節41與中拇指關節42之間的鉸接軸平行，所述過渡連桿單元上設置連接桿4231，所述連接桿4231與第四連動桿423的一端鉸接，連接桿4231轉動式設置在過渡連桿單元上且轉動軸心線與機架板10板面平行。

上述的機械拇指能夠在空間內呈現彎折擺動的姿態，由于自然人的四指與拇指的骨骼及肌肉存在較大的差異，因此拇指及四指的運動姿態存在較大的差別，對此，通過調整上述第二連桿機構的布置，模仿拇指在空間內擺動，從而提高機械手爪機械拇指運動的靈活度。

上述實施例中，為實現遠指關節21與中指關節22及中指關節22與近指關節23之間的鉸接連接，所述遠拇指關節41與中拇指關節42之間通過第一、第二鉸接桿41a、42a鉸接連接且鉸接軸與第一連動桿412桿端的鉸接軸平行，所述中拇指關節42與近拇指關節43之間通過第三、第四鉸接桿42b、43a鉸接連接且鉸接軸與第二連動桿422桿端的鉸接軸平行；

為實現遠拇指關節41與中拇指關節42以及中拇指關節42與近拇指關節43彎折及擺動的微調，所述第三連動桿413及第四連動桿423的桿長可調，位于近拇指關節43上還設置有第二施力桿431，所述第二施力桿431的一端與近拇指關節43鉸接且鉸接軸與第二連動桿422桿端的鉸接軸平行，由于機械拇指能夠在空間內呈現擺動的姿態，所述第二施力桿431的另一端與過渡連桿單元的動力滑塊51球鉸接。

所述過渡連桿單元包括驅動板52，所述驅動板52的延伸端設置有導向滑孔521，所述導向滑孔521孔長方向豎直布設，所述動力滑塊51滑動設置在導向滑孔521內，所述連接桿4231轉動式設置在延伸支架11上，延伸支架11設置在機架板10上由于機械拇指的擺動存在一定的偏角，所述延伸支架11與驅動機構之間的連接應當為柔性的連接，可以避免機械拇指無法擺動的狀況，上述柔性連接的方式，可采用在支架11的一端設置壓縮彈簧，當需要拇指擺動時，壓縮單元壓縮，從而實現機械拇指擺動的姿態。

所述驅動機構包括設置在機架板10上的絲桿61，絲桿61與驅動螺母構成絲桿螺母機構，絲桿61的一端設置有驅動電機62，所述導向滑板12及驅動板52設置在驅動螺母上，驅動電機62驅動絲桿61轉動，所述驅動支桿54上延伸設置有調節板541，所述調節板541的板面設置有調節螺母，調節螺母內設置調節絲杠，調節絲杠的桿長方向豎直且下端與手部支撐面固連。

對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。