[发明专利]一种仿人手家庭服务用机器手

摘要

本发明公开了一种仿人手家庭服务机器手，主要包括手腕、手掌和与之机械连接的手指机构，手掌上的一侧并列安装小指、中指、食指通过销钉机械连接并与安装轴线重合，每个手指通过一个直线电机驱动并安装在手掌里面的支撑架上；手掌上的另一侧安装有相互连接的拇指、拇指传动机构和拇指位置调整机构，拇指上安装拇指电机构成拇指驱动机构用于驱动拇指，拇指位置调整机构通过拇指位置调整电机带动拇指旋转，连续调节拇指的角度，使得拇指面和其余三个手指面所成的角度能够在0到90度之间变化，增加了一种仿人手家庭服务用机器手的抓取模式，扩大了抓取适应性。该发明体积小、重量轻，可代替宇航员在恶劣危险的太空环境中进行一些复杂的作业。

主权项

1、一种仿人手家庭服务用机器手，包括手掌(2)和与其动配合连接的手腕(1)、手指机构(3)、拇指位置调整机构(4)和手指驱动传动机构(5)；所述的手指机构(3)包括机械结构相同的小指(3A)和中指(3B)，所述的中指(3B)的关节比小指(3A)、食指(3C)的关节长，所述的小指(3A)和中指(3B)上均置有一套用来实现包络抓取的欠驱动包络抓取机构，其中：所述的小指(3A)在手掌(2)上面依次置有小指第一关节(3A1)、小指第二关节(3A2)、小指第三关节(3A3)，所述的小指第一关节(3A1)、小指第二关节(3A2)、小指第三关节(3A 3)上面依次置有的小指包络推杆(3A4)、小指包络横杆(3A5)、小指包络弯杆(3A6)分别经端部的轴套孔与销钉动配合连接，所述的小指包络推杆(3A4)下面的轴套孔通过销钉与小指传动推杆(4A3)、小指电机(4A1)依次动配合连接；所述的中指(3B)在手掌(2)上依次置有中指第一关节(3B1)、中指第二关节(3B2)、中指第三关节(3B3)，所述的中指第一关节(3B1)、中指第二关节(3B2)、中指第三关节(3B3)上面依次置有的中指包络推杆(3B4)、中指包络横杆(3B5)、中指包络弯杆(3B6)分别经端部的轴套孔与销钉动配合连接，所述的中指包络推杆(3B4)下面的轴套孔通过销钉依次与中指传动推杆(4B3)、中指电机(4B1)动配合连接；所述的手指机构(3)还包括机械结构相同、各个零件的尺寸也相同的食指(3C)和拇指(3D)，所述的食指(3C)和拇指(3D)上都集成置有欠驱动包络抓取机构和平行四边形精确捏取机构，拇指(3D)和食指(3C)具有实现包络抓取的功能和实现精确捏取的功能，其中：所述的食指(3C)在手掌(2)上依次置有食指第一关节(3C1)、食指第二关节(3C2)、食指第三关节(3C3)，所述的食指第一关节(3C1)、食指第二关节(3C2)、食指第三关节(3C3)上面依次置有食指包络推杆(3C4)、食指捏取机构抵杆(3C5)、食指包络横杆(3C6)、食指捏取机构横杆(3C7)、食指包络弯杆(3C8)、食指捏取机构竖杆(3C9)，所述的食指第一关节(3C1)、食指第二关节(3C2)、食指第三关节(3C3)分别经端部的轴套孔与销钉、食指捏取机构小板(3C12)动配合连接、与食指弹簧安装挂件(3C13)静配合连接，所述的食指包络推杆(3C4)下面的轴套孔通过销钉依次与食指传动推杆(4C3)、食指电机(4C1)动配合连接；所述的拇指(3D)上依次置有拇指第一关节(3D1)、拇指第二关节(3D2)、拇指第三关节(3D3)，所述的拇指第一关节(3D1)、拇指第二关节(3D2)和拇指第三关节(3D3)上面依次置有拇指包络推杆(3D4)、拇指捏取机构抵杆(3D5)、拇指包络横杆(3D6)、拇指捏取机构横杆(3D7)、拇指包络弯杆(3D8)、拇指捏取机构竖杆(3D9)，所述的拇指第一关节(3D1)、拇指第二关节(3D2)和拇指第三关节(3D3)分别经端部的轴套与销钉、拇指捏取机构小板(3D12)和拇指动配合连接、与弹簧安装挂件(3D13)静配合连接，所述的拇指包络推杆(3D4)下面的轴套孔通过销钉依次与拇指传动推杆(4D3)、拇指电机(4D1)动配合连接；所述的销钉包括小指短销钉(3A7)、小指长销钉(3A8)、中指短销钉(3B7)和中指长销钉(3B8)、食指短销钉(3C10)，食指长销钉(3C11)、拇指短销钉(3D10)、拇指长销钉(3D11)；所述的手指机构(3)为半主动柔顺指面是接触力传感器(10)，所述的手掌(2)上固定连接位置传感器(9)，所述的手指驱动传动机构用于完成机器手抓取的执行部分，通过手指机构(3)中的接触力传感器(10)获取信号，所述的手指机构(3)中置有多个驱动传动机构，当所述的手指机构(3)运动时，触发位置传感器(9)并发出脉冲信号通过采集卡输入计算机，计算机给出控制信号使得电机停止或转动，其特征在于：a、所述的手腕(1)置有法兰结构(1a)，用于将机器手和机器人的机械臂连结成一个整体，所述的手腕(1)的端部中心置有供布线用的孔(1b)，所述的手腕(1)与上面的手掌(2)用螺钉固定机械连接；b、所述的手掌(2)模仿人的手掌设计，形状是一个无盖中空的长方体盒子，所述的手掌(2)的上面安装着手指机构(3)，其中所述的手掌(2)上的一侧并列安装小指(3A)、中指(3B)、食指(3C)并通过多个销钉机械连接，所述的小指(3A)、中指(3B)、食指(3C)安装轴线重合，每个手指通过一个电机驱动并安装在手掌(2)里面的支撑架(8)上，所述的手掌(2)上的另一侧按安装有相互连接的拇指(3D)、拇指驱动机构(4D))和拇指位置调整机构(4)；c、所述的手指机构(3)包括特制螺母机械连接的小指(3A)、中指(3B)、食指(3C)和拇指(3D)、拇指位置调整机构(4)；所述的拇指(3D)上置有拇指电机(4D1)，通过拇指电机安装支撑架(7)与拇指架(6)经销钉动配合机械连接在手掌(2)上；所述的拇指(3D)包括动配合连接的拇指捏取机构抵杆(3D5)、食指捏取机构抵杆(3C5)的捏取机构，在捏取机构工作的时候，将拇指(3D)的第三个关节(3D3)的指面和食指(3C)的第三个关节(3C3)的指面均垂直于通过拇指(3D)和食指(3C)的两条安装轴线的平面，从而保证仿人手家庭服务用机器手精确捏取的实现；所述的小指(3A)、中指(3B)、食指(3C)和拇指(3D)分别在手掌(2)内部安装有四个电机，其中三个相同，分别为驱动小指(3A)、中指(3B)和食指(3C)的小指电机(4A1)、中指电机(4B1)和食指电机(4C1)，另外一个是用来调整拇指(3D)弯曲或伸开的拇指电机(4D1)，小指电机(4A1)、中指电机(4B1)和食指电机(4C1)构成小指驱动传动机构(4A)、中指驱动传动机构(4B)和食指驱动传动机构(4C)，它们分别用来驱动小指(3A)、中指(3B)和食指(3C)，拇指电机(4D1)构成拇指驱动机构(4D)用来驱动拇指(3D)，所述的小指电机(4A1)、中指电机(4B1)、食指电机(4C1)和拇指电机(4D1)工作后，通过各自的驱动传动机构，使各自的传动推杆和包络推杆转动并沿各自的导轨进行往复运动，此时手指机构(3)便处于不同的抓握、捏取或松开状态；所述的拇指位置调整机构(4)，用来调整拇指(3D)与手掌(2)面所成的角度，包括拇指位置调整步进电机(5h)、支撑轴(5a)、两个旋转支撑件、两个键、两个轴承、拇指整体机构(11)；所述的两个旋转支撑件包括第一旋转支撑件(5b)和第二旋转支撑件(5c)，所述的两个键包括第一键(5d)和第二键(5e)，所述的两个轴承包括第一轴承(5f)和第二轴承(5g)；所述的拇指位置调整电机(5h)与第二旋转支撑件(5c)通过第二键(5e)固定机械连接，所述的拇指位置调整电机(5h)与手掌(2)通过螺钉固定机械连接，所述的支撑轴(5a)两端通过微型轴承与手掌(2)内的电机安装支撑架(8)机械固定连接，所述的第一旋转支撑件(5b)与支撑轴(5a)通过第一键(5d)固定机械连接，所述的第一旋转支撑件(5b)、第二旋转支撑件(5c)与拇指架(6)通过螺钉固定机械连接；所述的拇指位置调整电机(5h)带电工作后，通过拇指传动机构(4C)、旋转支撑件(5c)带动拇指架(6)，拇指位置调整电机(5h)正反转带动拇指整体机构(11)正反向旋转，通过脉冲数控制拇指位置调整电机(5h)转动角度从而控制拇指(3D)和手掌(2)所成的角度以形成手指机构(3)不同的抓取模式。