申请/专利权人：贾岳杭

申请日：2017-11-08

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN107639643B

主分类号：B25J15/00

分类号：B25J15/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.02.27#实质审查的生效;2018.01.30#公开

摘要：本发明涉及一种机械手指，其包括手指本体、球头关节和驱动所述手指本体弯曲和摆动的驱动机构；所述球头关节包括座体和设置在其内的球体，所述手指本体的末端指节与所述球头关节的球体固定连接；所述球体上设置有三条以上的手指摆动牵引线，所述手指摆动牵引线均匀分布于球体圆周，其一端固定在所述球体上，另一端与所述驱动机构连接。本发明通过在手指本体的末端设置球头关节，实现了手指根部关节的自由运动，使手指本体既能够弯曲，也能够在一定角度内摆动，该机械手指动作灵活度高，结构简单巧妙，高效的利用了手指内部空间。

主权项：1.一种机械手指，其特征在于：其包括手指本体、球头关节和驱动所述手指本体弯曲和摆动的驱动机构；所述球头关节包括座体和设置在其内的球体，所述手指本体的末端指节与所述球头关节的球体固定连接；所述球体上设置有三条以上的手指摆动牵引线，所述手指摆动牵引线均匀分布于球体圆周，其一端固定在所述球体上，另一端与所述驱动机构连接；所述座体包括底座和罩体，所述底座上设置有球形凹槽，所述球体设置在所述球形凹槽内，所述罩体由上部扣置于所述底座上，底座和罩体将所述球体限制在两者之间的空腔内；所述底座上设置有信号线管径、手指摆动牵引线管径和手指弯曲牵引线管径，所述球体上设置有信号线出入孔，所述球体上设置有上下贯通的中心孔，所述信号线出入孔与所述中心孔相通；所述球形凹槽底部设置有梨形凹陷部；所述手指本体包括两节以上顺序铰连的指节，所述指节上设置有牵引线管径，所述牵引线管径靠近手心一侧，所述指节的牵引线管径内设置有一条连续的手指弯曲牵引线，所述手指弯曲牵引线一端固定设置在尖端指节的牵引线管径内，另一端穿过其他指节的牵引线管径与所述驱动机构连接；所述指节之间设置有弹性复位机构，所述弹性复位机构为设置于所述指节间的回弹线或弹簧；所述手指本体上设置有传感器；所述指节包括柱状的指节本体和板片状背板，所述板片状背板固定设置在所述指节本体手背一侧，相邻的指节的背板相互邻接；所述指节内设置有信号线管径；信号线由所述底座上的底座信号线管径进入到所述座体内的梨形凹陷部内，然后经过所述信号线出入孔再由所述中心孔向上穿出，后经所述指节信号线管径与布置在手指本体上的传感器连接。

全文数据：一种机械手指技术领域[0001]本发明涉及机械手，尤其涉及一种机械手指。背景技术[0002]手是人类赖以生存和发展的重要肢体，人类的生产，生活行为离不开手部运动与其产生的效果。机械手作为机器人的组成部分，是机器模仿人类行为的重要媒介。人类的许多生活生产道具，例如笔，杯子，收纳盒等，都充分考虑了用手操作的便捷性，而非考虑了除手之外的异形操作器在操作实现上的可能性。手指作为手的组成部分，需要单独运动与协同运动达到有效的操作目的。[0003]目前，现有技术中的机械手，往往忽略了手指根部自由运动的必要性，手指根部关节可以在有效范围内任意转动，可使两根或多根手指间产生夹取，拿捏等特征功能。另外，现有技术中机械手手指的结构比较粗犷，其整体结构与人体手指的结构和形状差异较大，一方面很难精确的模仿人类手指的各个动作和行为，适用范围比较窄，另一方面，其整体造形不够美观。[0004]人体手指具有指肚，即手指掌面各指节间肌肉略突起的部分。目前已有的机械手，也忽略了人类手指表面具备一定弹性与防滑的必要性，人类的手指指肚突起，使手在抓取物体后向内挤压，致使被抓取的物体不致滑落。发明内容[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构稳定、动作灵活、外观整洁的机械手指。[0006]为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种机械手指，其关键技术在于:其包括手指本体、球头关节和驱动所述手指本体弯曲和摆动的驱动机构;所述球头关节包括座体和设置在其内的球体，所述手指本体的末端指节与所述球头关节的球体固定连接;所述球体上设置有三条以上的手指摆动牵引线，所述手指摆动牵引线均匀分布于球体圆周，其一端固定在所述球体上，另一端与所述驱动机构连接。[0007]作为本发明的进一步改进，所述座体包括底座和罩体，所述底座上设置有球形凹槽，所述球体设置在所述球形凹槽内，所述罩体由上部扣置于所述底座上，底座和罩体将所述球体限制在两者之间的空腔内；所述底座上设置有信号线管径、手指摆动牵引线管径和手指弯曲牵引线管径，所述球体上设置有信号线出入孔，所述球体上设置有上下贯通的中心孔，所述信号线出入孔与所述中心孔相通;所述球形凹槽底部设置有梨形凹陷部。[0008]作为本发明的进一步改进，所述球形凹槽内壁上和所述罩体内壁均设置有三个以上均匀分布的支撑滚珠槽，所述支撑滚珠槽内设置有滚珠;每个支撑滚珠槽中设置有三个滚珠，三个滚珠呈“品”字形布置。[0009]作为本发明的进一步改进，所述手指本体外套置有防滑外套。[0010]作为本发明的进一步改进，所述防滑外套的手心一侧根据所述手指本体的指节连接处设置有凹槽，其手背一侧设置有与所述手指本体指节连接处相对应的鼓包状的凸起。[0011]作为本发明的进一步改进，所述手指本体包括两节以上顺序铰连的指节，所述指节上设置有牵引线管径，所述牵引线管径靠近手心一侧，所述指节的牵引线管径内设置有一条连续的手指弯曲牵引线，所述手指弯曲牵引线一端固定设置在尖端指节的牵引线管径内，另一端穿过其他指节的牵引线管径与所述驱动机构连接;所述指节之间设置有弹性复位机构，所述弹性复位机构为设置于所述指节间的回弹线或弹簧;所述手指本体上设置有传感器。[0012]作为本发明的进一步改进，所述指节的连接处设置有斜面，所述斜面上设置有连接耳板，相邻指节上的连接耳板错位设置并通过旋转轴穿设在连接耳板上使指节铰连。[0013]作为本发明的进一步改进，所述指节包括柱状的指节本体和板片状背板，所述板片状背板固定设置在所述指节本体手背一侧，相邻的指节的背板相互邻接;所述指节内设置有信号线管径。[0014]作为本发明的进一步改进，所述手指弯曲牵引线和手指摆动牵引线外设置有硬质的导管，所述导管一端与所述座体固定连接，另一端与所述驱动机构连接。[0015]作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括动力装置和由其驱动的旋转部件，所述手指弯曲牵引线和所述手指摆动牵引线分别和相应的旋转部件连接。[0016]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过在手指本体的末端设置球头关节，实现了手指根部关节的自由运动，使手指本体既能够弯曲，也能够在一定角度内摆动，该机械手指动作灵活度高，结构简单巧妙，使手指运动牵引线与信号线布设在手指内部，高效的利用了手指内部空间。[0017]本发明在手指本体外套装防滑外套，能够使传感器可以在手指本体上布设，不影响手指的整体美观，也使传感器不易损坏。防滑外套具备一定弹性，使机械手的手指表面在抓取物体后向内挤压，致使被抓取的物体不致滑落，也使压力与手指表面形变信号通过外套传导至设置于手指本体上的传感器，使机械手控制器得到手指受压与形变的数据信号；设置于防滑外套上的凹槽和凸起，使手指在弯曲与伸展时可以获得足够的运动余量，不至被防滑外套的表面面积所限制。附图说明[0018]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。[0019]图1是本发明的整体结构示意图。[0020]图2是本发明手指本体的爆炸结构示意图。[0021]图3是本发明球头关节的爆炸结构示意图。[0022]图4是本发明球头关节内信号线与手指摆动牵引线的布置结构示意图。[0023]图5是本发明驱动机构与牵引线的结构示意图。[0024]图6是本发明牵引线引导槽的结构示意图。[0025]图7是本发明底座的结构示意图。[0026]其中：1指节、101尖端指节、102中间指节、103末端指节、1-1指节本体、1—2背板、1-3牵引线管径、1-4回弹线管径、1-5斜面、1-6连接耳板、1_7旋转轴、1-8间隙、1-9支撑面、1-10指节信号线管径、2手指弯曲牵引线、3回弹线、4座体、4-1底座、4-2罩体、4-3球形凹槽、4-4底座信号线管径、4-5信号线出入孔、4-6中心孔、4-7支撑滚珠槽、4-8导管卡子、4-9滚珠、4-10手指摆动牵引线管径、4-11梨形凹陷部、4-12手指摆动牵引线固定孔、4-13手指弯曲牵弓丨线管径、5球体、6防滑外套、6-1凹槽、6-2凸起、7手指摆动牵引线、8信号线、9导管、10固定架、11舵机装置、11-1控制舵机、11-2舵机旋臂、11-3牵引线引导外壳、11-4牵引线引导槽、12连接座、13传感器、14控制器。具体实施方式[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。[0028]如图1所示的一种机械手指，其包括手指本体、球头关节和驱动所述手指本体弯曲和摆动的驱动机构。[0029]所述手指本体包括两节以上顺序较连的指节1，如图1和2所示，本实施了中所述指节1为三节，分别为尖端指节101、中间指节102和末端指节103。所述指节1包括柱状的指节本体1-1和板片状背板1-2,所述板片状背板1-2固定设置在所述指节本体1-1手背一侧，相邻的指节1的背板1-2相互邻接，其对接面为平面，当手指本体处于伸直状态时，所述背板1-2的平面相互接触，起到支撑作用，使手指本体结构稳定，防止其向后弯曲。[0030]所述指节1的连接处设置有斜面1-5,所述斜面1-5上设置有连接耳板1-6,相邻指节1上的连接耳板1-5错位设置并通过旋转轴1-7穿设在连接耳板1-6上使指节1铰连。所述旋转轴1-7采用金属材质，其结构稳定耐磨，使用寿命长。通过设置所述斜面1-5能够使指节1在弯曲动作时自由度高，互相不受阻碍。所述手指本体外套置有防滑外套6,所述防滑外套6采用具有良好回弹性能的橡胶或硅胶材质，由于设置有斜面1-5,手指弯曲的时候能够容纳防滑外套6的折叠部分，保证了手指本体的灵活度。[0031]如图2所示，所述防滑外套6的手心一侧根据所述手指本体的关节位置设置有凹槽6-1，其对应的手背一侧设置有鼓包状的凸起6-2,将所述防滑外套6套装在所述手指本体上时，所述凹槽6-1位于两个指节的连接处，所述凸起6-2也位于两个指节的连接处，背板1-2的中部与所述防滑外套6固定，而所述凸起6-2则保持松动状态。所述指节1上的指节本体1-1与防滑外套6之间留有一定的间隙1-8,当手指弯曲时，凹槽6-1自动折叠并且缩回到两个指节1的斜面1-5形成的空间内，而防滑外套6在手背一侧的手指指节连接处则被迫拉伸，由于设置有凸起6-2,其形变能够补充防滑外套6所产生的拉伸量，使手指能够轻易弯曲，当手指弯曲或当机械手拿取物体时，防滑外套受压变形，且把压力传导至布设在指节本体1-1上的压力传感器13,使机械手控制器14得到手指受压的数据信号。[0032]所述指节1的牵引线管径1-3内设置有一条连续的手指弯曲牵引线2,所述手指弯曲牵引线2—端固定设置在尖端指节101的牵引线管径1-3内，另一端穿过其他指节1的牵引线管径1-3与所述驱动机构连接;所述牵引线管径1-3设置在所述指节本体1-1上，且位于靠近手心的一侧。[0033]所述指节1之间设置有弹性复位机构，在所述手指弯曲牵引线2的作用下手指能够被动弯曲，当手指弯曲牵引线2松弛时，在弹性复位机构的作用下手指本体自动复位伸直。如图1和2所示，所述弹性复位机构设置在所述背板1-2上。本实施例中，所述指节1上设置有一个以上并列的回弹线管径1-4,所述弹性复位机构为设置于所述回弹线管径1-4内的回弹线3。本实施例中所述回弹线管径1-4并列设置两个，两个回弹线管径1-4中间设置有指节信号线管径1-10,每一个回弹线管径1-4内设置一条回弹线3。通过改变回弹线3的型号和数量可以调整弹性复位机构的回弹力度。所述弹性复位机构还可以采用弹簧，具体的，所述弹性复位机构可以为设置在所述旋转轴1-7上的扭簧等弹簧机构。[0034]如图1、2、3所示，所述球头关节包括座体4和设置在其内的球体5，所述手指本体的末端指节103通过连接座12与所述球头关节的球体5固定连接，所述球体5能够在所述座体4内转动，从而带动末端指节103,使手指本体能够在一定角度内摆动，提高手指动作的灵活度。[0035]如图3、4、5所示，所述球体4上设置有三条以上的手指摆动牵引线7,所述手指摆动牵引线7均匀分布于球体5圆周，其一端通过手指摆动牵引线固定孔4-12固定在所述球体5上，另一端与所述驱动机构连接。本实施例中，所述手指摆动牵引线7为三条，所述手指摆动牵引线固定孔4-12设置于所述球体5接近于球体与连接座12相接一侧的半球上，这样设置能够增加球体转动的幅度，使手指的摆动幅度大，灵活度高。[0036]如图1-4和7所示，所述座体4包括底座4-1和罩体4-2,所述底座4-1上设置有球形凹槽4-3,所述球形凹槽4-3底部设置有梨形凹陷部4-11，所述梨形凹陷部4-11用于堆放信号线8,避免其影响球体5的转动。所述球体5设置在所述球形凹槽4-3内，所述罩体4-2由上部扣置于所述底座4-1上，罩体4-2顶部开口，使球体5顶部外露，与所述手指本体的末端指节103固定连接。本实施例中，所述末端指节103底部固定设置有圆锥台形的连接座I2,所述连接座I2与所述末端指节1〇3的连接面直径大于其与球体5连接面的直径，其多出末端指节103的圆环形平面形成了支撑面1_9,当所述防滑外套6套置于手指本体上时，所述支撑面与所述防滑外套6底端对接，形成支撑固定作用。所述连接座12底部与所述球体5固定连接，其四周形成锥形斜面，一方面能够确保手指摆动的幅度，另一方面可通过连接座12的尺寸和斜面角度限制手指摆动的幅度，起到限位的作用。[0037]所述座体4-1底部设置有底座信号线管径4-4,所述球体5上设置有信号线出入孔4-5，所述球体中心设置有上下贯通的中心孔4-6，所述信号线出入孔4-5与所述中心孔4-6相通，信号线8由所述底座4-1上的底座信号线管径4-4进入到所述座体4-1内的梨形凹陷部4-11内，然后经过所述信号线出入孔4-5再由所述中心孔4-6向上穿出，后经所述指节信号线管径1-10与布置在手指本体上的传感器13连接。所述传感器13可以为光电传感器和压力传感器。所述座体4-1的四周还设置有三个上下贯通的手指摆动牵引线管径4-10,所述手指摆动牵引线7经过所述手指摆动牵引线管径4-10后与所述球体5的手指摆动牵引线固定孔4-12固定连接。所述梨形凹陷部4-11中心设置有通孔，所述手指弯曲牵引线2通过该通孔和所述的中心孔4-6后进入到指节1上的牵引线管径1-3。由于所述中心孔4-6的直径不能过大，过大则使所述球体5的转动角度受到严重的限制，因此其直径应当足够小，由于所述中心孔4-6直径较小，所以信号线8不能通过该中心孔4-6走线，所以在所述球体5上设置有信号线出入孔4-5。[0038]所述球形凹槽4-3内壁上和所述罩体4-2内壁均设置有三个以上均匀分布的支撑滚珠槽4-7，所述支撑滚珠槽4-7内设置有滚珠4-9。本实施例中，所述球形凹槽4-3内壁上和所述罩体4_2内壁上均设置有三个支撑滚珠槽4-7,所述支撑滚珠槽4-7用于限制滚珠4一9的位置，滚珠4_9与所述球体5接触。每个支撑滚珠槽4_7中设置有三个滚珠4-9，三个滚珠4-9呈“品”字形布置。所述底座4-1和所述罩体4-2将所述球体5夹持限制在两者之间的空腔内，并且通过设置滚珠4-9减小球体5与罩体4-2和底座4-1之间的摩擦阻力，使球体5能够顺畅的转动。[0039]如图3和4所示，所述信号线出入孔4-5呈圆弧形，其弧口朝上，所述手指摆动牵引线固定孔4-12位于所述信号线出入孔4-5的弧口上方。[0040]如图1、图3和图5所示，所述手指弯曲牵引线2和手指摆动牵引线7外设置有硬质的导管9,所述导管9一端与所述座体4固定连接，另一端与所述驱动机构连接。具体的，所述座体4的底座4-1底部设置有导管卡子4-8,所述导管卡子4-8呈圆弧形，其内侧设置有与所述导管9相适配的圆弧形的卡槽，导管卡子4-8通过螺丝钉或胶连固定在所述底座4-1上，将导管9的上端固定。[0041]如图1和图5所示，所述驱动机构包括固定架10,所述固定架10上设置有四个以上的动力装置，其中一个动力装置与所述手指弯曲牵引线2连接，其他的动力装置与所述手指摆动牵引线7连接。所述动力装置的数量与所述手指弯曲牵引线2和所述手指摆动牵引线7的总数相同。本实施例中，由于设置了一条手指弯曲牵引线2和三条手指摆动牵引线7,因此所述动力装置共四个，其中一个动力装置控制所述手指本体的弯曲动作，其余三个用于控制所述球体5的转动，从而控制所述手指本体的摆动。[0042]本实施例中，所述动力装置为舵机装置11，所述舵机装置11包括控制舵机11-1和与之连接的舵机旋臂11-2,所述舵机旋臂11-2与所述手指弯曲牵引线2和手指摆动牵引线7连接，即用于控制所述手指本体弯曲的舵机旋臂11-2与所述手指弯曲牵引线2连接，用于控制所述手指本体摆动的舵机旋臂11-2与所述手指摆动牵引线7连接。所述舵机旋臂11-2外部设置有牵引线引导外壳11-3,所述牵引线引导外壳内设置有牵引线引导槽11-4。通过所述导管9和牵引线引导外壳11-3能够使牵引线（即手指弯曲牵引线2和手指摆动牵引线7的路径固定，防止其松动产生较大的偏差，保证机械手指动作的稳定性。所述动力装置还可以是液压驱动器和伺服电机等。[0043]如图6所示，所述牵引线引导槽11-4呈楔形，即该牵引线引导槽11-4的内侧底部为倾斜向外侧收紧的槽。当牵引线受力拉紧时，使牵引线陷在楔形的牵引线引导槽11一4内，不会脱出。[0044]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;^这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种机械手指，其特征在于:其包括手指本体、球头关节和驱动所述手指本体弯曲和摆动的驱动机构;所述球头关节包括座体和设置在其内的球体，所述手指本体的末端指节与所述球头关节的球体固定连接;所述球体上设置有三条以上的手指摆动牵引线，所述手指摆动牵引线均匀分布于球体圆周，其一端固定在所述球体上，另一端与所述驱动机构连接。2.根据权利要求1所述的一种机械手指，其特征在于:所述座体包括底座和罩体，所述底座上设置有球形凹槽，所述球体设置在所述球形凹槽内，所述罩体由上部扣置于所述底座上，底座和罩体将所述球体限制在两者之间的空腔内；所述底座上设置有信号线管径、手指摆动牵引线管径和手指弯曲牵引线管径，所述球体上设置有信号线出入孔，所述球体上设置有上下贯通的中心孔，所述信号线出入孔与所述中心孔相通;所述球形凹槽底部设置有梨形凹陷部。3.根据权利要求2所述的一种机械手指，其特征在于:所述球形凹槽内壁上和所述罩体内壁均设置有三个以上均匀分布的支撑滚珠槽，所述支撑滚珠槽内设置有滚珠;每个支撑滚珠槽中设置有三个滚珠，三个滚珠呈“品”字形布置。4.根据权利要求1所述的一种机械手指，其特征在于:所述手指本体外套置有防滑外套。5.根据权利要求4所述的一种机械手指，其特征在于:所述防滑外套的手心一侧根据所述手指本体的指节连接处设置有凹槽，其手背一侧设置有与所述手指本体指节连接处相对应的鼓包状的凸起。6.根据权利要求1所述的一种机械手指，其特征在于:所述手指本体包括两节以上顺序铰连的指节，所述指节上设置有牵引线管径，所述牵引线管径靠近手心一侧，所述指节的牵引线管径内设置有一条连续的手指弯曲牵引线，所述手指弯曲牵引线一端固定设置在尖端指节的牵引线管径内，另一端穿过其他指节的牵引线管径与所述驱动机构连接;所述指节之间设置有弹性复位机构，所述弹性复位机构为设置于所述指节间的回弹线或弹簧;所述手指本体上设置有传感器。7.根据权利要求6所述的一种机械手指，其特征在于:所述指节的连接处设置有斜面，所述斜面上设置有连接耳板，相邻指节上的连接耳板错位设置并通过旋转轴穿设在连接耳板上使指节铰连。8.根据权利要求6所述的一种机械手指，其特征在于:所述指节包括柱状的指节本体和板片状背板，所述板片状背板固定设置在所述指节本体手背一侧，相邻的指节的背板相互邻接;所述指节内设置有信号线管径。9.根据权利要求6所述的一种机械手指，其特征在于:所述手指弯曲牵引线和手指摆动牵引线外设置有硬质的导管，所述导管一端与所述座体固定连接，另一端与所述驱动机构连接。10.根据权利要求6所述的一种机械手指，其特征在于：所述驱动机构包括动力装置和由其驱动的旋转部件，所述手指弯曲牵引线和所述手指摆动牵引线分别和相应的旋转部件连接。

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