[发明专利]一种机械仿生手

摘要

本发明提出了一种机械仿生手，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指。本发明提出的手指防撞机构，增强了手指的安全稳定性；仿生手采用欠驱动设计，降低了传统仿生机械手的重量，摆脱了刚性机械手的笨重特点，给用户带来刚好的体验感。

主权项

1.一种机械仿生手，其特征在于，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构、大拇指机构、大拇指行星轮传动机构；所述第一模块化手指(1)包括一个模块化手指，所述第二模块化手指包括两个模块化手指；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指，大拇指机构用来仿生大拇指；各第一模块化手指驱动机构连接对应的第一模块化手指，驱动所述第一模块化手指动作；所述第二模块化手指驱动机构连接所述第二模块化手指，驱动所述第二模块化手指动作；所述大拇指驱动机构通过大拇指行星轮传动机构(5)连接大拇指机构(4)，驱动大拇指机构(4)动作；所述模块化手指包括手指远指节(11)、手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)、扭簧(14)、手指联动杆(15)、防撞机构(2)；所述防撞机构(2)包括手指拉力防撞杆21)；所述手指远指节(11)、手指连杆(12)与手指近指节外壳(13)用2mm螺栓通过过盈配合两两连接，防止产生轴向位移，以下2mm螺栓连接方式皆是如此；手指联动杆(15)与手指近指节外壳(13)通过2mm螺栓连接；手指联动杆(15)与手指拉力防撞杆(21)通过2mm螺栓连接；所述手指拉力防撞杆(21)的前端与手指联动杆(15)通过2mm螺栓连接；手指拉力防撞杆21)的后端则与直线电机(3)的输出轴通过2mm螺栓连接；所述第一模块化手指驱动机构包括第一直线电机(3)；所述第二模块化手指驱动机构包括第二直线电机；所述第一直线电机(3)、第二直线电机均包括直线电机本体和直线电机固定端；各第一直线电机(3)能驱动对应的一个模块化手指动作，第二直线电机连接所述第二模块化手指包括的两个模块化手指，能驱动两个模块化手指动作；所述直线电机本体(22)连接手指拉力防撞杆(21)，手指拉力防撞杆(21)连接手指联动杆(15)的一端，手指联动杆(15)分别与手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)使用2mm螺栓连接，手指连杆(12)的一端与手指远指节(11)的一端可转动连接；手指联动杆(15)能在直线电机本体(22)及手指拉力防撞杆(21)的驱动下带动手指近指节外壳(13)和手指连杆(12)做圆周运动，由于两者圆周运动存在速度差异，这种圆周运动的速度相对差异便会使得圆周速度较快的连杆(12)带动手指远指节(11)做弯曲运动；若将手指基指节的一螺栓固定点看作速度绝对瞬心，则手指的弯曲运动可以看作绕该瞬心的圆周运动，而手指连杆(12)和手指近指节外壳(13)分别与手指远指节(11)的第一固定点和第二固定点，距离该绝对瞬心的半径不同，故相同角速度下，圆周运动存在速度差异；通过添加扭簧(14)来使得手指进行还原，并添加一个预紧力，使得手指在自然状态下得以保持；扭簧(14)嵌于手指近指节(13)与手指远指节(11)的连接点处，扭簧的一端嵌于手指远指节(11)，另一端则嵌于手指连杆(12)的槽中,当手指弯曲时，给与手指一个相反的力矩以使得手指在电机不做功的情况下回复成伸展状态；当外力弯曲手指时，为防止过大的外力指节通过手指传递到电机的推杆，则添加防撞机构；当外力作用于手指时，手指弯曲带动手指连杆(12)向下运动，再通过联动杆(15)使得手指拉力防撞杆(21)继续向下移动，但是拉力防撞杆(21)由于上部设有滑槽，所以在限定范围内只能提供拉力而不能提供推力，如此外力便无法作用于电机推杆使得电机受损；当电机正常工作时，电机提供拉力，则通过拉杆带动手指拉力防撞杆(21)的下移，从而带动手指机构的弯曲；所述大拇指机构(4)包括大拇指远指节(41)、大拇指远关节(42)、大拇指旋转电机底座中部(43)、大拇指旋转电机底座侧板(44)、大拇指近指节外壳(45)、电机固定带(47)、第一锥齿轮(48)、传动片(49)；所述大拇指行星轮传动机构(5)包括第二锥齿轮(51)、第三锥齿轮(52)、第一轴承(53)、第二轴承(54)、行星齿轮机构的行星轮(55)、变直径轴(56)、旋转片(57)、轴向固定件(58)、行星齿轮机构的太阳轮(59)、轴向固定件(510)；所述大拇指驱动机构包括微型减速电机(46)；所述微型减速电机(46)通过电机固定带(47)固定于大拇指底座中部(43)上，微型减速电机(46)的一端连接有第一锥齿轮(48)，第一锥齿轮(48)与第二锥齿轮(55)啮合；锥齿轮(51)安装于第一D型轴上，并且与传动片贴合在一起；锥齿轮(51)的旋转能带动第一D型轴转动，进而带动传动片(49)转动；所述传动片(49)靠近大拇指近指节外壳(45)设置，传动片(49)的转动能推动大拇指近指节外壳(45)，从而推动大拇指远关节(42)的旋转，并带动与大拇指远关节(42)连接的大拇指远指节(41)旋转；所述第二锥齿轮(51)与第三锥齿轮(52)啮合，带动第三锥齿轮(52)旋转，而第三锥齿轮(52)安装于第二D型轴上，进而通过第二D型轴带动行星轮(55)的转动，在齿轮两边分别设有第一轴承(53)、第二轴承(54)，加强其运动的稳定性，且限制其轴向位移，且第二D型轴被设计成变直径类型，故限制其一端的轴向位移，而另一端则通过轴向固定件(57)来限制其位移；行星轮(55)与固定于手掌上的太阳轮(59)相啮合，不同于行星轮的是，太阳轮的第三D型轴被设计为不可旋转，其安装基座的轴孔同为D型，而行星轮的安装基座的轴孔为圆形；故太阳轮(59)不动，在旋转片(57)的限制下，绕着太阳轮(59)做圆周运动；大拇指机构的弯曲运动和旋转运动是联动的，其弯曲的程度与旋转的角度成设定比例，且当微型减速电机旋转时，大拇指机构的弯曲方向和拇指的旋转方向都为同正过程或同负过程；此处大拇指机构的自然伸展作为弯曲运动的初始状态，大拇指机构置于手侧边作为拇指旋转运动的初始状态，大拇指机构从伸展运动到完全弯曲的过程作为正方向，大拇指机构从手侧运动到垂直于手的过程作为旋转运动的正过程。