本發(fā)明實施例涉及一種手指機構(gòu)，尤其涉及一種機械手。

背景技術(shù)：

機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門。此外，許多機械手也是針對殘疾人設(shè)計，來充當(dāng)殘疾人的假肢，從而讓殘疾人具有一定的抓取物體的能力。在機械手的機構(gòu)中，需要通過驅(qū)動機構(gòu)來驅(qū)動手臂或手指，使得手臂或者手指能夠沿著關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對物體的抓取。現(xiàn)有技術(shù)中一般通過電機驅(qū)動來完成，而電機通過輸出軸轉(zhuǎn)動的方式輸出動力，需要經(jīng)過傳動機構(gòu)設(shè)計才能輸出到手臂或手指上來帶動其轉(zhuǎn)動。現(xiàn)有技術(shù)的傳動機構(gòu)設(shè)計占用空間較大，或者對關(guān)節(jié)部分影響較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種機械手，以節(jié)省手指機構(gòu)的驅(qū)動機構(gòu)所占用的空間。

本發(fā)明實施例提供了一種機械手，其包括手掌機架，所述手掌機架上設(shè)置有至少一個基指節(jié)安裝耳板，所述基指節(jié)安裝耳板上設(shè)置有手指機構(gòu)，所述手指機構(gòu)包括：手指機架、齒輪傳動組、電機、螺桿以及與螺桿配合的螺母、手指本體以及復(fù)位機構(gòu)，所述手指本體包括基指節(jié)和近指節(jié)，所述基指節(jié)通過第一轉(zhuǎn)軸與所述基指節(jié)安裝耳板的一端可轉(zhuǎn)動連接，所述基指節(jié)和近指節(jié)通過第二轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接，在所述近指節(jié)和所述手指機架之間設(shè)置有第一拉桿，所述第一拉桿的一端通過第三轉(zhuǎn)軸與所述基指節(jié)安裝耳板的一端可轉(zhuǎn)動連接，所述第一拉桿的另一端通過第四轉(zhuǎn)軸與所述近指節(jié)可轉(zhuǎn)動連接，所述第三轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述第一轉(zhuǎn)軸的上方，所述第四轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述第二轉(zhuǎn)軸的下方，所述第一拉桿與所述基指節(jié)形成交叉結(jié)構(gòu)；所述電機的一端固定在所述手指機架上，并通過輸出軸與齒輪傳動組的第一齒輪連接；所述螺桿和螺母設(shè)置于所述電機的下方，所述螺桿的一端與所述齒輪傳動組的第二齒輪連接，所述第一齒輪和第二齒輪之間傳動連接，所述螺母設(shè)置在所述電機下部，所述螺母在徑向方向上相對于所述電機固定，并能夠相對所述電機在軸向方向上運動，所述螺母與所述電機位于所述齒輪傳動組的同側(cè)，所述螺桿的軸向方向固定，當(dāng)所述螺桿轉(zhuǎn)動時，帶動所述螺母在軸向方向運動，所述螺母通過柔性連接部件或者可彎折連接部件與所述基指節(jié)連接，用于通過所述螺母在軸向方向的運動驅(qū)動所述基指節(jié)相對于所述手指機架轉(zhuǎn)動；所述復(fù)位機構(gòu)設(shè)置在所述近指節(jié)與所述基指節(jié)連接處，用于向所述近指節(jié)施加復(fù)位力；所述電機遠(yuǎn)離所述第一齒輪的另一端與所述基指節(jié)安裝耳板的另一端連接；所述基指節(jié)安裝耳板與所述基指節(jié)適配，用于將所述手指機構(gòu)安裝在所述手掌機架上。

本發(fā)明實施例提供的機械手，通過采用雙層折回傳動結(jié)構(gòu)，配合螺桿和螺母的特殊設(shè)計，使得動力源的原始輸出和對手指本體的驅(qū)動輸出分別位于兩層，并且通過層間傳動機構(gòu)實現(xiàn)了折回，從而節(jié)省軸向傳動輸出所占用的空間。此外，通過將雙層折回傳動結(jié)構(gòu)設(shè)置于機械手手掌中，使得基指節(jié)可以根據(jù)實際需要靈活確定長度，簡化機械手結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖2為本發(fā)明實施例一的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖3為本發(fā)明實施例一的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之三。

圖4為本發(fā)明實施例一的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之四。

圖5為本發(fā)明實施例一的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之五。

圖6為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖7為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖8為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之三。

圖9為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之四。

圖10為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之五。

圖11為本發(fā)明實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之六。

圖12為本發(fā)明實施例四的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖13為本發(fā)明實施例四的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖14為本發(fā)明實施例四的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之三。

圖15為本發(fā)明實施例四的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之四。

圖16為本發(fā)明實施例五的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖17為本發(fā)明實施例五的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖18為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖19為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖20為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之三。

圖21為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之四。

圖22為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之五。

圖23為本發(fā)明實施例六的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之六。

圖24為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之一。

圖25為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之二。

圖26為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之三。

圖27為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之四。

圖28為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之五。

圖29為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之六。

圖30為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖之七。

附圖標(biāo)號說明：31-手指機架；32-齒輪傳動組；311-電機；33-手掌機架；34-螺桿；35-螺母；321-第一齒輪；322-第二齒輪；323-上層軸承；324-下層軸承；38-手指本體；40-第一轉(zhuǎn)軸；42-基指節(jié)；43-近指節(jié)；44-第二轉(zhuǎn)軸；45-第一拉桿；46-第三轉(zhuǎn)軸；47-第四轉(zhuǎn)軸；48-第一扭簧；49-第二扭簧；50-第一銅套；52-擋環(huán)；53-手指機架安裝槽；54-基指節(jié)安裝耳板；55-遠(yuǎn)指節(jié)；56-第五轉(zhuǎn)軸；57-第二拉桿；58-第六轉(zhuǎn)軸；59-第七轉(zhuǎn)軸；60-第三扭簧；61-第四扭簧；62-滑槽；63-銷軸；64-阻擋機構(gòu)；65-第五扭簧；66-第六扭簧。

具體實施方式

實施例一

如圖1至圖5所示，其為本發(fā)明實施例的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖，本發(fā)明實施例的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)包括手指機架、齒輪傳動組、電機、螺桿以及與螺桿配合的螺母以及手指本體。其中，齒輪傳動組包括相互嚙合的第一齒輪和第二齒輪，手指本體與手指機架通過第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接。

電機311固定在手指機架31內(nèi)，并通過輸出軸與齒輪傳動組32的第一齒輪321連接。在實際應(yīng)用中，由于電機311輸出的轉(zhuǎn)速可能和實際需要的轉(zhuǎn)速有所差別，因此，還可以包括減速組件，用以對電機輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，電機311和減速組件以螺紋固定方式固定于手指機架31內(nèi)，減速組件設(shè)置在電機311的輸出端，輸出軸通過減速組件與電機311的輸出端連接。螺桿34和螺母35設(shè)置于手指機架31的下方，螺桿34的一端與齒輪傳動組32的第二齒輪322連接，螺母35設(shè)置在手指機架31下部，螺母35在徑向方向上相對于手指機架31固定，并能夠相對手指機架31在軸向方向上運動，螺母35與電機311位于齒輪傳動組32的同側(cè)，螺桿34的軸向方向固定，當(dāng)螺桿34轉(zhuǎn)動時，帶動螺母35在軸向方向運動，螺母34通過柔性連接部件或者可彎折連接部件與手指本體38連接，用于通過螺母在軸向方向的運動驅(qū)動手指本體相對于手指機架轉(zhuǎn)動。這里所說的螺母35在徑向方向上相對于手指機架31固定是指，螺母35在徑向方向上被束縛，而軸向方向上放開，從而當(dāng)螺桿34轉(zhuǎn)動時，螺母35能夠在徑向上運動。例如，螺母35與手指機架31可以在徑向上通過銷釘固定連接，而銷釘可以通過設(shè)置在手指機架31上的滑槽在軸向方向運動。再例如，還可以通過手指機架31和螺母35的形狀設(shè)計來實現(xiàn)徑向方向的固定，手指機架31和螺母35的形狀設(shè)計為在徑向方向上彼此貼合并且轉(zhuǎn)動互斥，螺母35能夠在手指機架31的下表面滑動，例如手指機架31和螺母35均設(shè)計為方形，并且彼此貼合，在螺母35與手指機架31的下表面貼合的情況下，螺母35無法在徑向方向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)在徑向上的相對固定，通過這樣的結(jié)構(gòu)可以在機械手指結(jié)構(gòu)復(fù)雜度很低的情況下實現(xiàn)徑向固定軸向滑動的設(shè)計，并且使得機械手指結(jié)構(gòu)緊密，節(jié)省空間。

上述結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，還可以包括固定于手指機架上的雙層軸承(彼此固定連接的上層軸承和下層軸承)，輸出軸穿過雙層軸承的上層軸承323與第一齒輪321連接，螺桿34穿過雙層軸承的下層軸承324與第二齒輪322連接。通過雙層軸承能夠?qū)⑾聦勇輻U34以及螺母35等下層部件在徑向方向上固定于手指機架31上，起到一定的固定和承載作用，彼此固定連接的上層軸承323和下層軸承324能夠使得上下層驅(qū)動機構(gòu)緊密固定在一起，提高整體機構(gòu)的穩(wěn)定性。螺母35設(shè)置在手指機架31下部，并能夠相對手指機架31滑動，(圖1中螺母下方的雙向箭頭代表螺母的滑動方向)螺母35與電機311位于齒輪傳動組32的同側(cè)。優(yōu)選地，螺母35的遠(yuǎn)離齒輪傳動組32的一側(cè)為封閉結(jié)構(gòu)，柔性連接部件或者可彎折連接部件連接于封閉結(jié)構(gòu)一側(cè)的端面上。

進(jìn)一步地，由于手指本體38的運動軌跡和螺母35不同，并且運動軌跡也不是平行或者在一條直線上，因此，手指本體38與螺母35之間優(yōu)選采用柔性連接部件或者可彎折連接部件，以避免鎖死，連接部件可以連接在螺母35上。具體地，手指本體38與螺母35之間可以通過繩體(如圖3和圖4)或者連桿機構(gòu)(如圖1和圖2)連接，其中，連桿機構(gòu)可以采用兩節(jié)或者兩節(jié)以上的連桿均可。通過上述結(jié)構(gòu)，在螺母35進(jìn)行直線運動的過程中，繩體或者連桿機構(gòu)拉動手指本體38，繩體或者連桿機構(gòu)在手指本體38上的固定點與第一轉(zhuǎn)軸40之間形成力矩，從而使得手指本體38以第一轉(zhuǎn)軸40為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

此外，設(shè)置于手指機架31下方的螺桿34在軸向方向(圖中的水平方向)固定，當(dāng)螺桿34轉(zhuǎn)動時，帶動螺母35在軸向方向運動。手指本體38通過第一轉(zhuǎn)軸40與手指機架31可轉(zhuǎn)動連接，在螺母35的驅(qū)動下(圖3至圖4中螺母下方的雙向箭頭代表螺母的滑動方向)，手指本體38能夠相對于手指機架31轉(zhuǎn)動(圖3中手指本體末端的箭頭代表手指本體的轉(zhuǎn)動方向)。

另外，在手指機架31還可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與螺母35對手指本體38的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得手指本體38始終受到兩個方向的作用力，即來自螺母35的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得手指本體38在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得手指本體38向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得手指本體38向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得該手指本體38向上轉(zhuǎn)動。該復(fù)位機構(gòu)可以設(shè)置在手指本體38與手指機架31的連接處。具體地，該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸40上的第一扭簧48，也可以是提供與手指本體38的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在手指機架31上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與手指本體38之間通過柔性部件連接，在手指本體38向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力，或者叫復(fù)位力。再例如，如圖5所示，復(fù)位機構(gòu)也可以是連接在機架和手指本體之間的彈性體41，該彈性體41在手指本體38向下轉(zhuǎn)動時，提供與轉(zhuǎn)動方向相反的拉力，從而在電機反向轉(zhuǎn)動時，通過彈性體41的拉力能夠使得手指本體38向上轉(zhuǎn)動。

上述螺桿和螺母結(jié)構(gòu)中，螺桿34和螺母35機構(gòu)具有自鎖功能，當(dāng)電機311停止輸出扭矩時，螺母35的位置會保持不動，從而具有一定的位置記憶功能，也使得在電機311輸出停止的情況下，手指本體38不會向反方向運動，在此基礎(chǔ)上，如果還存在復(fù)位力，則會使得手指本體38保持在當(dāng)前位置不動，從而具有對手指本體38的位置鎖定功能。

需要說明的是，上述的復(fù)位機構(gòu)只是一種優(yōu)選方式，在需要復(fù)位場景下，也可以不用設(shè)置專門的復(fù)位機構(gòu)，而是借助外部力量進(jìn)行復(fù)位，例如，當(dāng)雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)中的螺桿和螺母垂直向下設(shè)置時(將附圖順時針轉(zhuǎn)動90度)，手指本體可以依靠自身的重力在垂直于螺桿方向的分力提供復(fù)位力。

本實施例的機構(gòu)，通過將電機輸出的動力以折回的方式從上層引導(dǎo)到下層，并且改變了電機的動力輸出方向，從而回避將電機的動力輸出直接經(jīng)過手指本體與手指機架的連接部分，從而不需要對手指本體與手指機架的連接部分進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計，從而降低了這部分的復(fù)雜度。需要說明的是，在機械手領(lǐng)域中，手指本體與手指機架的連接部分可以視為是關(guān)節(jié)部分，本實施例的機構(gòu)設(shè)計，充分降低了關(guān)節(jié)部分的復(fù)雜度。例如，上述的手指本體可以是機械手的手指，而雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)可以設(shè)置于手掌中。此外，還需要說明的是，本實施例的驅(qū)動機構(gòu)不只是能夠應(yīng)用于機械手的領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于其他具有關(guān)節(jié)的仿生機械結(jié)構(gòu)部分，例如，模擬大腿和小腿的機械結(jié)構(gòu)，手指機架和螺桿螺母結(jié)構(gòu)位于大腿上，手指本體可以為小腿。

需要說明的是，本實施例中的所說的“上”、“下”等方位是指部件中的相對位置，當(dāng)然在上述雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)沿著垂直方向設(shè)置時，“上”、“下”即指相對于地面的上下，上述的導(dǎo)軌以及雙層軸承將會提供相對于重力而言的承載力。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)上述雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)沿著其他方向設(shè)置時，例如水平放置，上述的導(dǎo)軌以及雙層軸承也會提供抵御來自水平方向的其他拉力等，從而使得上下層的驅(qū)動部件緊密連接在一起。此外，作為一種變形結(jié)構(gòu)，上述的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)可以設(shè)置于腔體中，通過腔體將上下層的驅(qū)動結(jié)構(gòu)在徑向方向上彼此緊密固定在一起，該腔體可以預(yù)留出與手指本體連接開口。

實施例二

與實施例一相比，本實施例提供了一個實施例一中關(guān)于螺母35在徑向方向上相對于手指機架31固定的實現(xiàn)方式的可替代方案。螺母35在徑向方向上相對于手指機架31固定是指，螺母35在徑向方向上被束縛，而軸向方向上放開，當(dāng)螺桿34轉(zhuǎn)動時，螺母35能夠在徑向上運動。手指機架31的下部設(shè)置有滑動導(dǎo)軌，螺母35通過滑動導(dǎo)軌與手指機架31連接，使得該螺母35在徑向方向上與手指機架31固定連接，在軸向方向上能夠滑動。該滑動導(dǎo)軌也可以不具有承載作用，僅僅提供徑向上的束縛作用，較為優(yōu)選地，螺母35卡接于滑動導(dǎo)軌上，使得該滑動導(dǎo)軌起到一定的承載作用，即螺母35在除了軸向方向可以運動外，其他方向的自由度被滑動導(dǎo)軌固定，這樣，螺母35通過滑動導(dǎo)軌與手指機架31連接可以將手指機架31作為下層螺桿34和螺母35機構(gòu)的承載體，即滑動導(dǎo)軌除了起到對螺母35的水平運動的導(dǎo)向作用以外，還起到了的一定的承重的作用，從而可以一定程度上減少下層機構(gòu)中的承重結(jié)構(gòu)，我們可以將這種雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)稱作為滑軌式雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)。

實施例三

如圖6至圖11所示，其為實施例三的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖。本實施例與實施例二不同之處在于，本實施例的手指本體包括基指節(jié)和近指節(jié)，相應(yīng)地，螺母對其驅(qū)動的方式也有所不同。

上述基指節(jié)42通過第一轉(zhuǎn)軸40與手指機架31可轉(zhuǎn)動連接，基指節(jié)42和近指節(jié)43通過第二轉(zhuǎn)軸44可轉(zhuǎn)動連接，在近指節(jié)43和手指機架31之間設(shè)置有第一拉桿45，第一拉桿45的一端通過第三轉(zhuǎn)軸46與手指機架31可轉(zhuǎn)動連接，第一拉桿45的另一端通過第四轉(zhuǎn)軸47與近指節(jié)43可轉(zhuǎn)動連接，第三轉(zhuǎn)軸46設(shè)置于第一轉(zhuǎn)軸40的上方，第四轉(zhuǎn)軸47設(shè)置于第二轉(zhuǎn)軸44的下方，第一拉桿45與基指節(jié)42形成交叉結(jié)構(gòu)。此外，一般情況下，第一齒輪321和第二齒輪322在徑向方向上可以處于同一平面內(nèi)。進(jìn)一步地，由于第一拉桿45的運動軌跡和基指節(jié)42不同，并且運動軌跡也不是平行或者在一條直線上，因此，基指節(jié)42可以設(shè)置有中空區(qū)域，第一拉桿45穿過該中空區(qū)域與基指節(jié)42形成交叉結(jié)構(gòu)。此外，由于基指節(jié)42的運動軌跡和螺母35不同，并且運動軌跡也不是平行或者在一條直線上，因此，基指節(jié)42可以通過柔性連接部件或者可彎折連接部件作為連接部件，以避免鎖死狀態(tài)的出現(xiàn)，連接部件可以連接在螺母35上，用于通過螺母在軸向方向的運動驅(qū)動基指節(jié)相對于手指機架轉(zhuǎn)動。具體地，基指節(jié)42與螺母35之間可以通過繩體或者連桿機構(gòu)(如圖6所示)連接，其中，連桿機構(gòu)可以采用兩節(jié)或者兩節(jié)以上的連桿均可。

通過上述結(jié)構(gòu)，在螺母35進(jìn)行直線運動的過程中，繩體或者連桿機構(gòu)拉動基指節(jié)42，繩體或者連桿機構(gòu)在基指節(jié)42上的固定點與第一轉(zhuǎn)軸40之間形成力矩，從而使得基指節(jié)42以第一轉(zhuǎn)軸40為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在基指節(jié)42進(jìn)行運動的過程中，第一拉桿45在第四轉(zhuǎn)軸47與第二轉(zhuǎn)軸44之間形成力矩，從而使得近指節(jié)43以第二轉(zhuǎn)軸44為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)在近端施加驅(qū)動力，能夠同時使遠(yuǎn)端動作。如圖6所示，在圖6的狀態(tài)下，基指節(jié)42和近指節(jié)43處于水平狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向左運動時，基指節(jié)42和近指節(jié)43發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)螺母35的形成設(shè)計以及螺母與基指節(jié)42之間的連接部件的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和近指節(jié)43的轉(zhuǎn)動范圍，如圖7所示，基指節(jié)42和近指節(jié)43可以在螺母35的帶動下從圖6的狀態(tài)變化為圖7所示的狀態(tài)。

由于在上述機構(gòu)中，增加了基指節(jié)和近指節(jié)，并且基指節(jié)和近指節(jié)是以可轉(zhuǎn)動的方式順次連接在手指機架上的，因此，上述機構(gòu)也可以稱作雙層折回驅(qū)動的兩級回轉(zhuǎn)的手指機構(gòu)。

此外，在基指節(jié)42與手指機架31連接處還可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一連桿以及第二連桿對基指節(jié)42的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得基指節(jié)42始終受到兩個方向的作用力，即來自第一連桿以及第二連桿的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得基指節(jié)42在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42以及近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動。該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸40上的第一扭簧48，也可以是提供與基指節(jié)42的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在手指機架31上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與基指節(jié)42之間通過柔性部件連接，在基指節(jié)42向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力，或者叫復(fù)位力。例如，如圖8和圖9所示，第一扭簧48具有兩個延伸部，分別向手指機架31和基指節(jié)42方向延展，并向手指機架31和基指節(jié)42施加使手指機架31和基指節(jié)42恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，從而在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第一扭簧48的彈力能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動(圖9中分別垂直于基指節(jié)和手指機架的箭頭代表復(fù)位力的方向)。

如圖9所示，在圖9的狀態(tài)下，基指節(jié)42和手指機架31處于垂直狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和手指機架31發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第一扭簧48的形成設(shè)計以及基指節(jié)42與手指機架31之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和手指機架31的轉(zhuǎn)動范圍，如圖8所示，基指節(jié)42和手指機架31可以在第一扭簧48的帶動下從圖9的狀態(tài)變化為圖8所示的狀態(tài)。

作為上述復(fù)位機構(gòu)的一種可替代方案，在近指節(jié)43與基指節(jié)42連接處可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一拉桿45對近指節(jié)43的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于使得近指節(jié)43始終受到兩個方向的作用力，即來自第一拉桿45的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得近指節(jié)43在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42以及近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動。該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸44上的第二扭簧49，也可以是提供與近指節(jié)43的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在基指節(jié)42上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與近指節(jié)43之間通過柔性部件連接，在近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力或者叫復(fù)位力。例如，如圖10和圖11所示，第二扭簧49具有兩個延伸部，分別向基指節(jié)42和近指節(jié)43方向延展，并向基指節(jié)42和近指節(jié)43施加使基指節(jié)42和近指節(jié)43恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第二扭簧49的彈力能夠使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動(圖11中分別垂直于基指節(jié)和近指節(jié)的箭頭代表復(fù)位力的方向)。如圖11所示，在圖11的狀態(tài)下，基指節(jié)42和近指節(jié)43處于垂直狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和近指節(jié)43發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第二扭簧49的形成設(shè)計以及第一拉桿45與基指節(jié)42以及近指節(jié)43之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和近指節(jié)43的轉(zhuǎn)動范圍，如圖10所示，基指節(jié)42和近指節(jié)43可以在第二扭簧49的帶動下從圖11的狀態(tài)變化為圖10所示的狀態(tài)。

如實施例一所說，螺桿34和螺母35機構(gòu)具有自鎖功能，當(dāng)電機311停止輸出扭矩時，螺母35的位置會保持不動，具有一定的位置記憶功能，也使得在電機311輸出停止的情況下，近指節(jié)43不會向反方向運動，在此基礎(chǔ)上，如果還存在復(fù)位力，則會使得近指節(jié)43保持在當(dāng)前位置不動，從而具有對近指節(jié)43的位置鎖定功能。由于在上述機構(gòu)中，增加了兩級手指指節(jié)和復(fù)位機構(gòu)，因此，也可稱作雙層折回驅(qū)動的兩級回轉(zhuǎn)的手指機構(gòu)。上述復(fù)位機構(gòu)只是一種優(yōu)選方式，在需要復(fù)位場景下，也可不用設(shè)置專門的復(fù)位機構(gòu)，而是借助外力復(fù)位，例如，當(dāng)雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)中的螺桿和螺母垂直向下設(shè)置時(將附圖順時針轉(zhuǎn)動90度)，近指節(jié)可以依靠重力在垂直于螺桿方向的分力提供復(fù)位力。

本實施例的機構(gòu)，通過將電機輸出的動力以折回的方式從上層引導(dǎo)到下層，并且改變了電機的動力輸出方向，不必將電機的動力輸出直接經(jīng)過基指節(jié)、近指節(jié)以及手指機架的連接部分，從而不需要對基指節(jié)、近指節(jié)以及手指機架的連接部分進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計，降低了這部分的復(fù)雜度。其中，基指節(jié)、近指節(jié)以及手指機架的連接部分可視為是關(guān)節(jié)部分，本實施例的機構(gòu)設(shè)計，充分降低了關(guān)節(jié)部分的復(fù)雜度。本實施例的驅(qū)動機構(gòu)不止能應(yīng)用于機械手的領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于其他具有關(guān)節(jié)的仿生機械結(jié)構(gòu)部分，例如，模擬大腿和小腿的機械結(jié)構(gòu)，手指機架和螺桿螺母結(jié)構(gòu)位于大腿上，基指節(jié)可以為小腿，近指節(jié)可以為腳。

實施例四

本實施例結(jié)合附圖對機械手、機械手手指及其各部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。本實施例將多個實施例三中的手指機構(gòu)設(shè)置在手掌機架上，形成機械手。如圖12至圖15所示，圖12和13中是將該機械手的手掌向下、手背向上并伸展放置的示意圖，圖14中是機械手的俯視圖，圖15是機械手的組裝示意圖，該機械手的整體形狀與人手外形相似，可穿戴于人體手臂上，能夠完成人手的基本動作。

本實施例的機械手包括：手掌機架33，手掌機架33上設(shè)置有至少一個手指機架安裝槽53，基指節(jié)安裝耳板手指機架安裝槽53中嵌入有手指機構(gòu)，手指機架安裝槽53與手指機架31適配，用于將基指節(jié)安裝耳板手指機構(gòu)安裝在基指節(jié)安裝耳板手掌機架上。這里所說的手指機構(gòu)可以與實施例三中的手指機構(gòu)相同。上述手掌機架33為手指機構(gòu)的安裝支架，手掌機架33的外形可與人體手掌相似，手掌機架33的形狀可以大致呈長方形，如圖13所示，圖13中用虛線a所圍成范圍大致為手掌機架包含的范圍，手掌機架33的內(nèi)部為空腔，機械手組裝完成之后，手指機架31、齒輪傳動組32、電機311、螺桿34以及與螺桿34配合的螺母35可以均位于手掌機架33的空腔內(nèi)。上述手掌機架上可以設(shè)置有五個手指機架安裝槽，五個手指機架安裝槽中分別嵌入有手指機構(gòu)，即一個手掌機架上可以設(shè)置有五個手指機構(gòu)，每個手指機構(gòu)各自具有一個獨立的手指機架31，在機械手的整體組裝過程中，可以將五個手指機構(gòu)分別通過各自的手指機架31卡接固定手指機架安裝槽53上，形成機械手。這里所說的五個手指機構(gòu)可以分別對人體的五個手指，例如分別為大拇指、食指、中指、無名指以及小拇指。本發(fā)明實施例的機械手中拇指、食指、中指、無名指以及小拇指五個手指的尺寸以及外形相同。

需要說明的是，鑒于大拇指以外的其他手指(也稱作一般手指)的運動方式較為接近，因此，也可以將本發(fā)明實施例的手指機構(gòu)僅應(yīng)用于一般手指，而大拇指的結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的結(jié)構(gòu)或者其他可行的結(jié)構(gòu)等，因此，圖15中，大拇指的部分未示出具體結(jié)構(gòu)，而是只畫出示意性的用于固定大拇指機構(gòu)的安裝槽。此外，也可以將本發(fā)明實施例的手指機構(gòu)僅應(yīng)用于一個或者幾個一般手指，而大拇指以及其余一般手指的結(jié)構(gòu)可以采用其他結(jié)構(gòu)等。

上述手指機架結(jié)構(gòu)中，如圖13所示，用虛線b所圍成范圍大致為手指機架31包含的范圍，作為一種示例性結(jié)構(gòu)，手指機架31大致呈l形，手指機架31內(nèi)部為空腔，手指機架31的空腔內(nèi)設(shè)置有電機311，圖中的實線部分僅示出了手指機架31上主要功能部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在所圈出的范圍中，可以靈活設(shè)置各種結(jié)構(gòu)，以使該手指機架31形成必要的封閉或者半封閉的結(jié)構(gòu)。

從圖中的視角來看，手指機架31的平面視圖中，實線部分包括了左右兩部分用來連接電機和基指節(jié)的部分，其中圖中手指機架31的左側(cè)部分(靠近第二齒輪322的部分)的外壁可以卡接在手掌機架33的手指機架安裝槽53上，該左側(cè)部分的內(nèi)壁可以與電機311的一端連接，手指機架31的右側(cè)部分(靠近基指節(jié)的部分)的內(nèi)壁與電機311的另一端連接，右側(cè)部分的外壁部分與基指節(jié)42的一端可轉(zhuǎn)動連接，基指節(jié)42的另一端與近指節(jié)43的一端可轉(zhuǎn)動連接。

上述機械手結(jié)構(gòu)中，手指機架31的左側(cè)部分的內(nèi)壁上可以設(shè)置有第一安裝孔，電機311為圓柱形結(jié)構(gòu)，電機311的一端插接在手指機架31的第一安裝孔中，手指機架31的右側(cè)部分的內(nèi)壁上可以設(shè)置有第二安裝孔，電機311的另一端插接在手指機架31的第二安裝孔中。手指機架31的右側(cè)部分的外壁上可以設(shè)置有用于連接基指節(jié)42的手指機架耳板，手指機架耳板的中部設(shè)置有第一手指機架銷軸孔，基指節(jié)42可以由兩個平行設(shè)置的側(cè)板組成，兩側(cè)板的一側(cè)分別設(shè)置有第一基指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)42的兩側(cè)板將手指機架耳板夾持在中間，通過銷軸貫穿第一基指節(jié)銷軸孔以及第一手指機架銷軸孔，使得手指機架31的右側(cè)部分的外壁與基指節(jié)42的一側(cè)可轉(zhuǎn)動連接。近指節(jié)43可以為圓柱形結(jié)構(gòu)，近指節(jié)43的一側(cè)部設(shè)置有第一近指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)兩側(cè)板的另一側(cè)中部設(shè)置有第二基指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)42的兩側(cè)板將近指節(jié)43的一側(cè)夾持在中間，通過銷軸貫穿第二基指節(jié)銷軸孔以及第一近指節(jié)銷軸孔，使得基指節(jié)42的另一側(cè)與近指節(jié)43的一側(cè)可轉(zhuǎn)動連接。

(1)手指機架31

手指機架31的第一安裝孔中設(shè)置有內(nèi)螺紋孔，電機311的一端外壁上設(shè)置有外螺紋，電機311的一端通過其一端外壁的外螺紋插接在手指機架31的內(nèi)螺紋孔中。電機311的輸出端可以設(shè)置有減速器，為了兼顧電機外形尺寸及輸出扭矩的要求，電機可以采用微型直流電機。在控制系統(tǒng)方面，機械手中可以設(shè)置電機電流在線檢測回路，使得能夠感知機械手手指的兩個運動極限和對被抓取物體的夾持力。電機以及減速器組件設(shè)置于手掌機架的內(nèi)部，即設(shè)置在手掌部分，而不是設(shè)置在基指節(jié)中，使得基指節(jié)可以根據(jù)實際需要靈活確定長度。

電機311的輸出軸貫穿手指機架31的第一安裝孔，電機311的輸出軸露出手指機架31并向左側(cè)伸出，在電機輸出軸的一側(cè)設(shè)置有第一齒輪321，第一齒輪321中設(shè)置有d形截面軸孔，電機輸出軸上設(shè)置有d形截面軸頸，d形截面軸孔與d形截面軸頸適配，第一齒輪321通過d形截面軸孔的約束聯(lián)接于電機輸出軸的d形截面軸頸上，第一齒輪321位于手指機架31靠近電機311輸出軸露出手指機架31的一側(cè)。第一齒輪321與手指機架31第一端之間套設(shè)有第一銅套50，第一銅套用于軸向定位第一齒輪321。

在手指機架31的下方設(shè)置有螺桿34，手指機架31上設(shè)置有螺桿安裝孔，螺桿安裝孔內(nèi)設(shè)置有第二銅套，螺桿34貫穿第二銅套的通孔，螺桿34能夠在第二銅套的通孔中回轉(zhuǎn)，通過第二銅套能夠?qū)⑾聦勇輻U34以及螺母35等下層部件在徑向方向上固定于手指機架31上，起到一定的固定和承載作用，提高整體機構(gòu)的穩(wěn)定性，同時，第二銅套相當(dāng)于螺桿安裝孔內(nèi)壁的保護(hù)層，第二銅套能夠防止螺桿34轉(zhuǎn)動時對螺桿安裝孔的內(nèi)壁造成磨損。此外，第二銅套的凸緣的一端卡接在手指機架31第一端的下部，螺桿34位于第二齒輪322與第二銅套之間的軸徑大于螺桿34其他位置處的軸徑，可以將螺桿34位于第二齒輪322與第二銅套之間的軸徑稱為第一軸徑，可以將螺桿34其他位置處的軸徑稱為第二軸徑，螺桿34的第一軸徑與第二軸徑的交接階梯端面與第二銅套凸緣的另一端抵接，防止螺桿34在軸向上朝向螺母35方向運動，實現(xiàn)螺桿34在朝向螺母35方向上的軸向定位。螺桿34的一端露出手指機架31左側(cè)部分。在第一齒輪321的下方設(shè)置有第二齒輪322，第二齒輪322與第一齒輪321相嚙合，第二齒輪322設(shè)置在螺桿34的一端，為了使得第二齒輪322能夠帶動螺桿34轉(zhuǎn)動，并防止螺桿34在第二齒輪322的齒輪孔中發(fā)生打滑現(xiàn)象，可以采用機械傳動結(jié)構(gòu)中的鍵槽配合方式連接，也可以采用d形截面軸徑與d形截面軸孔配合方式連接，本發(fā)明實施例中采用的是后者，第二齒輪322中設(shè)置有d形截面軸孔，螺桿34的一端設(shè)置有d形截面軸頸，第二齒輪322通過d形截面軸孔的約束聯(lián)接于螺桿34的一端d形截面軸頸上，d形截面軸徑與d形截面軸孔配合方式的優(yōu)點在于，將軸徑與軸孔的截面形狀設(shè)計成d形，d形截面軸徑的直線邊界與d形截面軸孔的直線邊界抵接并相互卡接，便于軸徑與軸孔的安裝，并能夠有效防止螺桿34在第二齒輪322的齒輪孔中發(fā)生打滑現(xiàn)象。在這里，手指機架31提供的第一安裝孔和第二安裝孔起到了上面實施例中的雙層軸承的作用。

位于電機311下方的螺桿34上套設(shè)有一個擋環(huán)52，擋環(huán)52的一端抵接在手指機架31的右側(cè)部分的下部，擋環(huán)52以及螺桿34上分別設(shè)置有定位通孔，擋環(huán)52以及螺桿34上的定位通孔通過銷釘貫穿，使得擋環(huán)52在螺桿34的軸向方向上不會發(fā)生移動錯位，防止螺桿34在軸向上朝向第二齒輪322方向運動，實現(xiàn)螺桿34在朝向第二齒輪322方向上的軸向定位。

在螺桿34的另一端套設(shè)有螺母35，螺桿34的外壁上設(shè)置有外螺紋，螺母35的螺紋孔中設(shè)置有內(nèi)螺紋，螺母35與螺桿34通過螺紋旋合。螺母35靠近電機311的一側(cè)設(shè)置有圓弧狀凹槽，圓弧狀凹槽能夠與電機311圓柱形外壁形成滑動配合。當(dāng)螺桿34回轉(zhuǎn)時，螺母35沿著電機311的外壁作平行的軸向運動。

螺母35的另一端具有開口槽，開口槽的兩側(cè)對稱設(shè)置有一對耳板，一對耳板上分別設(shè)置有同軸的耳板銷軸孔，耳板銷軸孔的軸線垂直于螺母35的軸線。耳板另一端依次設(shè)置有第一連桿以及第二連桿，第一連桿以及第二連桿的兩端分別設(shè)置有第一連桿銷軸孔以及第二連桿銷軸孔，第一連桿一端的第一連桿銷軸孔通過銷軸與螺母35的耳板銷軸孔聯(lián)接，第一連桿另一端的第一連桿銷軸孔通過銷軸與第二連桿的一端的第二連桿銷軸孔聯(lián)接。

本發(fā)明實施例的機械手將機械傳動鏈為兩層折回式結(jié)構(gòu)，使得機械手內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，縮減了機械傳動結(jié)構(gòu)的整體長度，從而縮減了機械手的整體長度。

(2)基指節(jié)以及近指節(jié)

基指節(jié)42的一端設(shè)置有圓弧形滑槽，第二連桿另一端的第二連桿銷軸孔通過銷軸與基指節(jié)42的滑槽聯(lián)接，銷軸能夠沿著基指節(jié)42的滑槽滑動。近指節(jié)43通過銷軸與基指節(jié)42轉(zhuǎn)動連接，近指節(jié)43可繞銷軸的軸線做回轉(zhuǎn)運動。基指節(jié)42一端上側(cè)以及基指節(jié)42另一端下側(cè)分別設(shè)置有開孔，在基指節(jié)42的空腔內(nèi)傾斜設(shè)置有第一拉桿45，第一拉桿45的兩端分別在基指節(jié)42一端上側(cè)以及基指節(jié)42另一端下側(cè)的開孔處露出。在手指機架31右側(cè)外壁的上部設(shè)置有第二手指機架銷軸孔，第一拉桿45的兩端分別設(shè)置有連桿銷軸孔，第一拉桿45一端的銷軸孔通過銷軸與手指機架31的第二手指機架銷軸孔轉(zhuǎn)動連接；在近指節(jié)43一端的下部設(shè)置有第二近指節(jié)銷軸孔，第一拉桿45另一端的銷軸孔通過銷軸與近指節(jié)43的第二近指節(jié)銷軸孔轉(zhuǎn)動連接。在基指節(jié)42與近指節(jié)43之間的銷軸上套設(shè)有第二扭簧49，第二扭簧49一端的延伸部抵接基指節(jié)42空腔的上側(cè)內(nèi)壁，第二扭簧49另一端的延伸部抵接近指節(jié)43空腔的上側(cè)內(nèi)壁。

下面對機械手的運動軌跡進(jìn)行以及各部件的運動關(guān)系詳細(xì)介紹：在機械手伸展?fàn)顟B(tài)下，若需機械手作屈指運動時，控制電機311正向運轉(zhuǎn)，電機輸出軸帶動減速器的輸入軸運轉(zhuǎn)，通過減速器減速，減速器的輸出軸帶動第一齒輪321運轉(zhuǎn)，第一齒輪321帶動第二齒輪322運轉(zhuǎn)，第二齒輪322帶動螺桿34運轉(zhuǎn)，螺桿34的運轉(zhuǎn)，使得螺母35沿著螺桿34的軸線向手掌一側(cè)移動，螺母35通過第一連桿以及第二連桿拉動基指節(jié)42，使基指節(jié)42向下作屈指轉(zhuǎn)動，隨著基指節(jié)42向下屈指轉(zhuǎn)動，第一拉桿45向斜向上方拉動近指節(jié)43，近指節(jié)43向下作屈指運動，同時近指節(jié)43的內(nèi)壁壓縮第二扭簧49，使得第二扭簧49處于壓縮狀態(tài)。在機械手屈指狀態(tài)下，若需機械手作伸展運動時，控制電機311反向運轉(zhuǎn)，電機輸出軸帶動減速器的輸入軸運轉(zhuǎn)，通過減速器減速，減速器的輸出軸帶動第一齒輪321運轉(zhuǎn)，第一齒輪321帶動第二齒輪322運轉(zhuǎn)，第二齒輪322帶動螺桿34運轉(zhuǎn)，螺桿34的運轉(zhuǎn)，使得螺母35沿著螺桿34的軸線向手指一側(cè)移動，由于第二扭簧49處于壓縮狀態(tài)，螺桿34通過螺母35、第一連桿以及第二連桿釋放基指節(jié)42；并且在第二扭簧49的彈力作用下，第二扭簧49為近指節(jié)43的上側(cè)內(nèi)壁提供一個斜向上的彈力，近指節(jié)43向上作伸展運動，近指節(jié)43為第一拉桿45提供一個斜向上的拉力，通過基指節(jié)42和近指節(jié)43的連接部分推動基指節(jié)42向上作伸展轉(zhuǎn)動。

本實施例的手指機構(gòu)，其包括了承載于手指機架上的電機、齒輪傳送組、螺桿及螺母機構(gòu)、連接于手指機架上的基指節(jié)以及近指節(jié)，這些部分構(gòu)成一個完整的單元，通過將這樣的模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)制造，也便于安裝，通過設(shè)置有安裝槽的手掌機架，方便的進(jìn)行組裝，出現(xiàn)故障時，也便于整體更換等。

實施例五

與實施例四相比，本發(fā)明實施例提供了一個實施例四中關(guān)于手指本體與手指機架通過第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接的實現(xiàn)方式的可替代方案。如圖16和圖17所示，圖17為機械手的組裝示意圖，本發(fā)明實施例的機械手包括手掌機架，手掌機架上設(shè)置有至少一個基指節(jié)安裝耳板，基指節(jié)安裝耳板上設(shè)置有手指機構(gòu)。

上述手指機構(gòu)包括：手指機架、齒輪傳動組、電機、螺桿以及與螺桿配合的螺母、手指本體以及復(fù)位機構(gòu)。手指本體包括基指節(jié)和近指節(jié)，基指節(jié)通過第一轉(zhuǎn)軸與基指節(jié)安裝耳板的一端可轉(zhuǎn)動連接，基指節(jié)和近指節(jié)通過第二轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動連接，在近指節(jié)和手指機架之間設(shè)置有第一拉桿，第一拉桿的一端通過第三轉(zhuǎn)軸與基指節(jié)安裝耳板的一端可轉(zhuǎn)動連接，第一拉桿的另一端通過第四轉(zhuǎn)軸與近指節(jié)可轉(zhuǎn)動連接，第三轉(zhuǎn)軸設(shè)置于第一轉(zhuǎn)軸的上方，第四轉(zhuǎn)軸設(shè)置于第二轉(zhuǎn)軸的下方，第一拉桿與基指節(jié)形成交叉結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，電機的一端固定在手指機架上，并通過輸出軸與齒輪傳動組的第一齒輪連接；螺桿和螺母設(shè)置于電機的下方，螺桿的一端與齒輪傳動組的第二齒輪連接，第一齒輪和第二齒輪之間傳動連接，螺母設(shè)置在電機下部，螺母在徑向方向上相對于電機固定，并能夠相對電機在軸向方向上運動，螺母與電機位于齒輪傳動組的同側(cè)，螺桿的軸向方向固定，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，帶動螺母在軸向方向運動，螺母通過柔性連接部件或者可彎折連接部件與基指節(jié)連接，用于通過螺母在軸向方向的運動驅(qū)動基指節(jié)相對于手指機架轉(zhuǎn)動；復(fù)位機構(gòu)設(shè)置在近指節(jié)與基指節(jié)連接處，用于向近指節(jié)施加復(fù)位力；電機遠(yuǎn)離第一齒輪的另一端與基指節(jié)安裝耳板的另一端連接；基指節(jié)安裝耳板與基指節(jié)適配，用于將手指機構(gòu)安裝在手掌機架上。

上述手掌機架33為機械手整體的安裝支架，手掌機架33的外形與人體手掌相似，手掌機架33的形狀可以大致呈長方形，如圖16所示，用虛線c所圍成范圍大致為手掌機架33包含的范圍，手掌機架33的內(nèi)部為空腔，機械手組裝完成之后，手指機架31、齒輪傳動組32、電機311、螺桿34以及與螺桿34配合的螺母35可以均位于手掌機架33的空腔內(nèi)。如圖17所示，手指機架31在手掌機架33中處于懸空狀態(tài)，位于手掌機架內(nèi)部的手指機構(gòu)的平穩(wěn)工作，主要是依靠電機與基指節(jié)安裝耳板之間的固定來實現(xiàn)。需要說明的是，手指機架在手掌機架內(nèi)部的結(jié)構(gòu)方式不限于上述懸空方式。例如，手指機架31可以與手掌機架33一體成型，手指機架31可以為手掌機架33的一個分支延伸架。

上述手掌機架33上可以設(shè)置有五個用于安裝基指節(jié)42的基指節(jié)安裝耳板54，五個手指機架安裝槽中分別嵌入有手指機構(gòu)，也就是說，一個手掌機架上可以設(shè)置有五個手指機構(gòu)，每個手指機構(gòu)各自具有獨立的電機311以及基指節(jié)42，在機械手的整體組裝過程中，可以將五個手指機構(gòu)分別通過各自的電機311以及基指節(jié)42連接固定到手掌機架33的基指節(jié)安裝耳板上，形成機械手。

進(jìn)一步地，基指節(jié)安裝耳板54可以與基指節(jié)42的兩個側(cè)板適配，基指節(jié)能夠安裝在基指節(jié)安裝耳板54中，機械手分為五個手指，每個手指各自具有一個獨立的基指節(jié)42，在機械手的整體組裝時，可以將五個基指節(jié)分別通過各自的兩個側(cè)板夾接固定到手掌機架33的基指節(jié)安裝耳板54上，形成機械手。

與前面實施例情況類似，鑒于除了大拇指以外的其他手指(也稱作一般手指)的運動方式較為接近，作為一種可選擇的方案，可以將本發(fā)明實施例的手指機構(gòu)僅應(yīng)用于一般手指，而大拇指的結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的結(jié)構(gòu)或者其他可行的結(jié)構(gòu)等，因此，在圖17中，大拇指的部分未示出具體結(jié)構(gòu)，而是只畫出示意性的用于固定大拇指機構(gòu)的安裝耳板。此外，也可以將本發(fā)明實施例的手指機構(gòu)僅應(yīng)用于一個或幾個一般手指，而大拇指以及其余一般手指的結(jié)構(gòu)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的結(jié)構(gòu)或者其他可行的結(jié)構(gòu)等。

上述手指機架結(jié)構(gòu)中，如圖16所示，圖16中用虛線c所圍成范圍大致為手掌機架33包含的范圍，用虛線d所圍成范圍大致為手指機架31包含的范圍，作為一種示例性結(jié)構(gòu)，手掌機架33大致呈長方形，手掌機架33的空腔內(nèi)可以設(shè)置有電機311，手指機架31的第一端與電機311的一端連接，電機311的另一端與手掌機架33的第一端連接，手掌機架33的第二端與基指節(jié)42的一端可轉(zhuǎn)動連接，基指節(jié)42的另一端與近指節(jié)43的一端可轉(zhuǎn)動連接。圖中的實線部分僅示出了手掌機架33上主要功能部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在需要所圈出的范圍中，可以靈活設(shè)置各種結(jié)構(gòu)，以使該手掌機架33形成必要的封閉或者半封閉的結(jié)構(gòu)。上述機械手結(jié)構(gòu)中，手指機架31的第一端位置處設(shè)置有第一安裝孔，電機311為圓柱形結(jié)構(gòu)，電機311的一端插接在手指機架31的第一安裝孔中，手掌機架33的第一端位置處設(shè)置有第二安裝孔，電機311的另一端插接在手掌機架33的第二安裝孔中。手掌機架33的第二端設(shè)置有用于連接基指節(jié)42的基指節(jié)安裝耳板，基指節(jié)安裝耳板的中部設(shè)置有第一手掌機架銷軸孔，基指節(jié)42由兩個平行設(shè)置的側(cè)板組成，兩側(cè)板的一端分別設(shè)置有第一基指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)42的兩側(cè)板將手掌機架33的第二端夾持在中間，通過銷軸貫穿第一基指節(jié)銷軸孔以及第一手掌機架銷軸孔，使得手掌機架的第二端與基指節(jié)42的一端可轉(zhuǎn)動連接。近指節(jié)43可以為圓柱形結(jié)構(gòu)，近指節(jié)43的一端中部設(shè)置有第一近指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)兩側(cè)板的另一端中部設(shè)置有第二基指節(jié)銷軸孔，基指節(jié)42的兩側(cè)板將近指節(jié)43的一端夾持在中間，通過銷軸貫穿第二基指節(jié)銷軸孔以及第一近指節(jié)銷軸孔，使得基指節(jié)42的另一端與近指節(jié)43的一端可轉(zhuǎn)動連接。

(1)手指機架31

手指機架31的第一安裝孔中設(shè)置有內(nèi)螺紋孔，電機311的一端外壁上設(shè)置有外螺紋，電機311的一端通過其一端外壁的外螺紋插接在手指機架31的內(nèi)螺紋孔中。其中，電機311的輸出端可以設(shè)置有減速器，為了兼顧電機外形尺寸及輸出扭矩的兩方面要求，電機可以采用微型直流電機。在控制系統(tǒng)方面，機械手中可以設(shè)置電機電流在線檢測回路，使得本發(fā)明實施例的機械手能夠感知機械手手指的兩個運動極限和對被抓取物體的夾持力。本發(fā)明實施例將電機以及減速器組件設(shè)置于手掌機架的內(nèi)部，即設(shè)置在機械手的手掌部分，而不是設(shè)置在基指節(jié)中，使得基指節(jié)可以根據(jù)實際需要靈活確定長度。

電機311的輸出軸貫穿手指機架31的第一安裝孔，電機311的輸出軸露出手指機架31的第二端，在電機輸出軸的一側(cè)設(shè)置有第一齒輪321，第一齒輪321中設(shè)置有d形截面軸孔，電機輸出軸上設(shè)置有d形截面軸頸，d形截面軸孔與d形截面軸頸適配，第一齒輪321通過d形截面軸孔的約束聯(lián)接于電機輸出軸的d形截面軸頸上，第一齒輪321位于手指機架31靠近電機311輸出軸露出手指機架31第二端的軸徑的一側(cè)。第一齒輪321與手指機架31第二端之間套設(shè)有第一銅套50，第一銅套用于軸向定位第一齒輪321。

在手掌機架33的下部設(shè)置有螺桿34，手指機架31上設(shè)置有螺桿安裝孔，螺桿安裝孔內(nèi)設(shè)置有第二銅套，螺桿34貫穿第二銅套的通孔，螺桿34能夠在第二銅套的通孔中回轉(zhuǎn)，通過第二銅套能夠?qū)⑾聦勇輻U34以及螺母35等下層部件在徑向方向上固定于手指機架31上，起到一定的固定和承載作用，提高整體機構(gòu)的穩(wěn)定性，同時，第二銅套相當(dāng)于螺桿安裝孔內(nèi)壁的保護(hù)層，第二銅套能夠防止螺桿34轉(zhuǎn)動時對螺桿安裝孔的內(nèi)壁造成磨損。此外，第二銅套的凸緣的一端卡接在手指機架31第二端的下部，螺桿34位于第二齒輪322與第二銅套之間的軸徑大于螺桿34其他位置處的軸徑，可以將螺桿34位于第二齒輪322與第二銅套之間的軸徑稱為第一軸徑，可以將螺桿34其他位置處的軸徑稱為第二軸徑，螺桿34的第一軸徑與第二軸徑的交接階梯端面與第二銅套凸緣的另一端抵接，防止螺桿34在軸向上朝向螺母35方向運動，實現(xiàn)螺桿34在朝向螺母35方向上的軸向定位。螺桿34的一端露出手指機架31的第二端。在第一齒輪321的下方設(shè)置有第二齒輪322，第二齒輪322與第一齒輪321相嚙合，為了使得第二齒輪322能夠帶動螺桿34轉(zhuǎn)動，并防止螺桿34在第二齒輪322的齒輪孔中發(fā)生打滑現(xiàn)象，可以采用機械傳動結(jié)構(gòu)中的鍵槽配合方式連接，也可以采用d形截面軸徑與d形截面軸孔配合方式連接，本發(fā)明實施例中采用的是后者，第二齒輪322中設(shè)置有d形截面軸孔，螺桿34的一端設(shè)置有d形截面軸頸，第二齒輪322通過d形截面軸孔的約束聯(lián)接于螺桿34的一端d形截面軸頸上，d形截面軸徑與d形截面軸孔配合方式的優(yōu)點在于，將軸徑與軸孔的截面形狀設(shè)計成d形，d形截面軸徑的直線邊界與d形截面軸孔的直線邊界抵接并相互卡接，一方面便于軸徑與軸孔的安裝，另一方面，能夠有效防止螺桿34在第二齒輪322的齒輪孔中發(fā)生打滑現(xiàn)象。手指機架31提供的第一安裝孔和第二安裝孔實際上起到了上面實施例中的雙層軸承的作用。位于電機311下方的螺桿34上套設(shè)有一個擋環(huán)52，擋環(huán)52的一端抵接在手指機架31的第一端下部，擋環(huán)52以及螺桿34上分別設(shè)置有定位通孔，擋環(huán)52以及螺桿34上的定位通孔通過銷釘貫穿，使得擋環(huán)52在螺桿34的軸向方向上不會發(fā)生移動錯位，擋環(huán)52的一端抵接在手指機架31的第一端下部，防止螺桿34在軸向上朝向第二齒輪322方向運動，實現(xiàn)螺桿34在朝向第二齒輪322方向上的軸向定位。

在螺桿34的另一端套設(shè)有螺母35，螺桿34的外壁上設(shè)置有外螺紋，螺母35的螺紋孔中設(shè)置有內(nèi)螺紋，螺母35與螺桿34通過螺紋旋合。螺母35靠近電機311的一側(cè)設(shè)置有圓弧狀凹槽，圓弧狀凹槽能夠與電機311圓柱形外壁形成滑動配合。當(dāng)螺桿34回轉(zhuǎn)時，螺母35沿著電機311的外壁作平行的軸向運動。

螺母35的另一端具有開口槽，開口槽的兩側(cè)對稱設(shè)置有一對耳板，一對耳板上分別設(shè)置有同軸的耳板銷軸孔，耳板銷軸孔的軸線垂直于螺母35的軸線。耳板另一端依次設(shè)置有第一連桿以及第二連桿，第一連桿以及第二連桿的兩端分別設(shè)置有第一連桿銷軸孔以及第二連桿銷軸孔，第一連桿一端的連桿銷軸孔通過銷軸與螺母35的耳板銷軸孔聯(lián)接，第一連桿另一端的連桿銷軸孔通過銷軸與第二連桿的一端的連桿銷軸孔聯(lián)接。

本發(fā)明實施例的機械手將機械傳動鏈設(shè)置為兩層折回式結(jié)構(gòu)，使得機械手內(nèi)部的結(jié)構(gòu)緊湊，縮減了機械傳動結(jié)構(gòu)的長度，也縮減了機械手的整體長度。

(2)基指節(jié)以及近指節(jié)

基指節(jié)42的一端設(shè)置有圓弧形滑槽62，第二連桿另一端的連桿銷軸孔通過銷軸63與基指節(jié)42的滑槽62滑動接，銷軸63能夠沿著基指節(jié)42的滑槽62滑動。近指節(jié)43通過銷軸63與基指節(jié)42轉(zhuǎn)動連接，近指節(jié)43可繞銷軸63的軸線做回轉(zhuǎn)運動?；腹?jié)42一端上側(cè)以及基指節(jié)42另一端下側(cè)分別設(shè)置有開孔，在基指節(jié)42的空腔內(nèi)傾斜設(shè)置有第一拉桿45，第一拉桿45的兩端分別在基指節(jié)42一端上側(cè)以及基指節(jié)42另一端下側(cè)的開孔處露出。在手掌機架33第二端的上部設(shè)置有第二手掌機架銷軸孔，第一拉桿45的兩端分別設(shè)置有連桿銷軸孔，第一拉桿45一端的銷軸孔通過銷軸與手掌機架33的第二手掌機架銷軸孔轉(zhuǎn)動連接；在近指節(jié)43一端的下部設(shè)置有第二近指節(jié)銷軸孔，第一拉桿45另一端的銷軸孔通過銷軸與近指節(jié)43的第二近指節(jié)銷軸孔轉(zhuǎn)動連接。在基指節(jié)42與近指節(jié)43之間的銷軸上套設(shè)有第二扭簧49，第二扭簧49一端的延伸部抵接基指節(jié)42空腔的上側(cè)內(nèi)壁，另一端的延伸部抵接近指節(jié)43空腔的上側(cè)內(nèi)壁。

實施例六

如圖18至23所示，其為實施例六的雙層折回驅(qū)動機構(gòu)的原理示意圖。與實施例三不同之處在于，本實施例手指本體包括基指節(jié)、近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，相應(yīng)地，螺母對其驅(qū)動方式也有所不同。上述遠(yuǎn)指節(jié)55和近指節(jié)43通過第五轉(zhuǎn)軸56可轉(zhuǎn)動連接，基指節(jié)42和遠(yuǎn)指節(jié)55之間設(shè)置有第二拉桿57，第二拉桿57的一端通過第六轉(zhuǎn)軸58與基指節(jié)42可轉(zhuǎn)動連接，第二拉桿57的另一端通過第七轉(zhuǎn)軸59與遠(yuǎn)指節(jié)55可轉(zhuǎn)動連接，第六轉(zhuǎn)軸58設(shè)置于第二轉(zhuǎn)軸44的上方，第七轉(zhuǎn)軸59設(shè)置于第五轉(zhuǎn)軸56的下方。進(jìn)一步地，由于第二拉桿57的運動軌跡和近指節(jié)不同，并且運動軌跡也不是平行或在一條直線上，因此，近指節(jié)43可以設(shè)置有中空區(qū)域，第二拉桿57穿過該中空區(qū)域與近指節(jié)形成交叉結(jié)構(gòu)。

通過上述結(jié)構(gòu)，在螺母35進(jìn)行直線運動的過程中，繩體或者連桿機構(gòu)拉動基指節(jié)42，繩體或者連桿機構(gòu)在基指節(jié)42上的固定點與第一轉(zhuǎn)軸40之間形成力矩，從而使得基指節(jié)42以第一轉(zhuǎn)軸40為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動。在基指節(jié)42進(jìn)行運動的過程中，第一拉桿45在第四轉(zhuǎn)軸47與第二轉(zhuǎn)軸44之間形成力矩，從而使得近指節(jié)43以第二轉(zhuǎn)軸44為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，在近指節(jié)43進(jìn)行運動的過程中，第二拉桿57在第七轉(zhuǎn)軸59與第五轉(zhuǎn)軸56之間形成力矩，從而使得近指節(jié)43以第五轉(zhuǎn)軸56為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)在近端施加驅(qū)動力，能夠同時使遠(yuǎn)端動作。如圖18所示，在圖18的狀態(tài)下，基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55處于水平狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向左運動時，基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)螺母35的形成設(shè)計以及螺母與基指節(jié)42之間的連接部件的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55的轉(zhuǎn)動范圍，如圖19所示，基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55可以在螺母35的帶動下從圖18的狀態(tài)變化為圖19所示的狀態(tài)。

由于在上述機構(gòu)中，增加了基指節(jié)、近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)，并且基指節(jié)、近指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)是以可轉(zhuǎn)動的方式順次連接在手指機架上的，因此，上述機構(gòu)也可以稱作雙層折回驅(qū)動的三級回轉(zhuǎn)的手指機構(gòu)。

此外，在基指節(jié)42與手指機架31連接處還可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一連桿和第二連桿對基指節(jié)42的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使基指節(jié)42始終受到兩個方向的作用力，即來自第一連桿及第二連桿的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得基指節(jié)42在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動。該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸40上的第三扭簧60，也可以是提供與基指節(jié)42的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在手指機架31上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與基指節(jié)42之間通過柔性部件連接，在基指節(jié)42向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力或者叫復(fù)位力。例如，如圖20和21所示，第三扭簧60具有兩個延伸部，分別向手指機架31和基指節(jié)42方向延展，并向手指機架31和基指節(jié)42施加使手指機架31和基指節(jié)42恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第三扭簧60的彈力能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動(圖21中分別垂直于基指節(jié)和手指機架的箭頭代表復(fù)位力的方向)。

如圖21所示，在圖21的狀態(tài)下，基指節(jié)42和手指機架31處于垂直狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和手指機架31發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第三扭簧60的形成設(shè)計以及基指節(jié)42與手指機架31之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和手指機架31的轉(zhuǎn)動范圍，如圖20所示，基指節(jié)42和手指機架31可以在第三扭簧60的帶動下從圖21的狀態(tài)變化為圖20所示的狀態(tài)。

作為上述復(fù)位機構(gòu)的另一種可替代方案，在近指節(jié)43與基指節(jié)42連接處可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一拉桿45對近指節(jié)43的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得近指節(jié)43始終受到兩個方向的作用力，即來自第一拉桿45的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得近指節(jié)43在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42以及近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步地，還可以在遠(yuǎn)指節(jié)與近指節(jié)43連接處可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第二拉桿對遠(yuǎn)指節(jié)的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得遠(yuǎn)指節(jié)始終受到兩個方向的作用力，即來自第二拉桿的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得遠(yuǎn)指節(jié)在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得遠(yuǎn)指節(jié)向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42、近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得遠(yuǎn)指節(jié)向上轉(zhuǎn)動。上述在近指節(jié)43與基指節(jié)42連接處設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)以及在遠(yuǎn)指節(jié)55與近指節(jié)43連接處設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)的兩個技術(shù)方案可以分別單獨使用，也可同時使用，本發(fā)明實施例選擇的是將兩個方案同時使用。

該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸44以及設(shè)置在第五轉(zhuǎn)軸56上的第四扭簧61，也可以是提供與近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在基指節(jié)42以及遠(yuǎn)指節(jié)55上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55之間通過柔性部件連接，在近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力，或者叫復(fù)位力。例如，如圖22和圖23所示，第四扭簧61具有兩個延伸部，左側(cè)第四扭簧61的兩個延伸部分別向基指節(jié)42和近指節(jié)43方向延展，右側(cè)第四扭簧61的兩個延伸部分別向近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)方向延展，并向基指節(jié)42和近指節(jié)43施加使基指節(jié)42和近指節(jié)43恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，以及向近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55施加使近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，從而在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第四扭簧61的彈力能夠使得遠(yuǎn)指節(jié)向上轉(zhuǎn)動(圖23中分別垂直于基指節(jié)和近指節(jié)的箭頭代表復(fù)位力的方向)。如圖23所示，在圖23的狀態(tài)下，基指節(jié)42和近指節(jié)43以及近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55處于垂直狀態(tài)，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和近指節(jié)43以及近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第四扭簧61的形成設(shè)計以及第一拉桿45以及第二拉桿與基指節(jié)42、近指節(jié)43以及近指節(jié)43之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55的轉(zhuǎn)動范圍，如圖22所示，基指節(jié)42、近指節(jié)43和遠(yuǎn)指節(jié)55可以在第四扭簧61的帶動下從圖23的狀態(tài)變化為圖22所示的狀態(tài)。

如實施例一所說明的，螺桿34和螺母35機構(gòu)具有自鎖功能，當(dāng)電機311停止輸出扭矩時，螺母35的位置會保持不動，從而具有一定的位置記憶功能，也使得在電機311輸出停止的情況下，近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55不會向反方向運動，在此基礎(chǔ)上，如果還存在復(fù)位力，則會使得近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55保持在當(dāng)前位置不動，從而具有對近指節(jié)43以及遠(yuǎn)指節(jié)55的位置鎖定功能。

由于在上述機構(gòu)中，增加了三級手指指節(jié)和復(fù)位機構(gòu)，因此，上述機構(gòu)也可以稱作雙層折回驅(qū)動的三級回轉(zhuǎn)的手指機構(gòu)。需要說明的是，上述的復(fù)位機構(gòu)只是本發(fā)明實施例的一種優(yōu)選方式，在需要復(fù)位場景下，也可以不用設(shè)置專門的復(fù)位機構(gòu)，而是借助外部力量進(jìn)行復(fù)位，例如，當(dāng)雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)中的螺桿和螺母垂直向下設(shè)置時(將附圖順時針轉(zhuǎn)動90度)，近指節(jié)以及遠(yuǎn)指節(jié)可以依靠自身的重力在垂直于螺桿方向的分力提供復(fù)位力。

本實施例的機構(gòu)，通過將電機輸出的動力以折回的方式從上層引導(dǎo)到下層，并且改變了電機的動力輸出方向，從而回避將電機的動力輸出直接經(jīng)過基指節(jié)、近指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)以及手指機架的連接部分，從而不需要對基指節(jié)、近指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)以及手指機架的連接部分進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計，從而降低了這部分的復(fù)雜度。需要說明的是，在機械手領(lǐng)域中，基指節(jié)、近指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)以及手指機架的連接部分可以視為是關(guān)節(jié)部分，本實施例的機構(gòu)設(shè)計，充分降低了關(guān)節(jié)部分的復(fù)雜度。此外，雙層折回驅(qū)動機構(gòu)可以設(shè)置于手掌中。此外，本實施例的驅(qū)動機構(gòu)不止是能夠應(yīng)用于機械手的領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于其他具有關(guān)節(jié)的仿生機械結(jié)構(gòu)部分，例如，模擬大腿和小腿的機械結(jié)構(gòu)，手指機架和螺桿螺母結(jié)構(gòu)位于大腿上，基指節(jié)可以為小腿，近指節(jié)可以為腳，遠(yuǎn)指節(jié)可以為腳趾。

實施例七

如圖24至圖30所示，其為本發(fā)明實施例七的雙層折回驅(qū)動的手指機構(gòu)的原理示意圖。本實施例與實施例六不同之處在于，本實施例的基指節(jié)上設(shè)置有滑槽，相應(yīng)地，螺母對其驅(qū)動的方式也有所不同。

如圖24和圖25所示，螺桿34的軸向方向固定，當(dāng)螺桿34轉(zhuǎn)動時，帶動螺母35在軸向方向運動。在實際應(yīng)用中，由于螺母軸向方向上的運動帶動基指節(jié)轉(zhuǎn)動的范圍可能和實際需要的基指節(jié)轉(zhuǎn)動的范圍有所差別，因此，在基指節(jié)42上設(shè)置有滑槽62，在滑槽62中設(shè)置有銷軸63，銷軸63能夠在滑槽62中滑動，螺母35通過柔性連接部件或者可彎折連接部件與銷軸63連接，用于通過螺母在軸向方向的運動驅(qū)動基指節(jié)相對于手指機架轉(zhuǎn)動。

這里所說的銷軸能夠在滑槽中滑動是指，銷軸63在軸向方向上被滑槽62束縛，而徑向方向上放開，從而當(dāng)基指節(jié)42在螺母35的拉動力以外的外力作用下轉(zhuǎn)動時，銷軸63能夠在沿著滑槽62在徑向上滑動。當(dāng)然，在一般情況下，基指節(jié)42的屈指或者展指的轉(zhuǎn)動運動都和螺母35有關(guān)，而螺母35通過連桿機構(gòu)與銷軸63連接，在這種情況下，銷軸63將會始終卡接于滑槽62的下部。

設(shè)計滑槽62一個主要用途在于，當(dāng)螺母35帶動基指節(jié)42進(jìn)行屈指到極限位置后，通過外力作用于基指節(jié)42仍能進(jìn)一步進(jìn)行屈指運動，從而能夠讓手指的狀態(tài)更接近于握拳，從而能夠減小機械手占用的空間，便于機械手的收納等。例如，滑槽62的軌道可以呈圓弧形，圓弧可以以第一轉(zhuǎn)軸40為圓心。以第一轉(zhuǎn)軸40為圓心的圓弧形滑槽62與基指節(jié)42的運動軌跡相似，在外力作用下，基指節(jié)能夠繞第一轉(zhuǎn)軸進(jìn)行與圓弧形滑槽角度相同的角度范圍的轉(zhuǎn)動。

上述結(jié)構(gòu)中，基指節(jié)42由兩個平行設(shè)置的側(cè)板組成，兩側(cè)板的形狀近似成三角形，基指節(jié)42的兩側(cè)板將第二連桿的另一端夾在中間，兩側(cè)板側(cè)端面的中部可以分別設(shè)置有圓弧形的滑槽62，銷軸63貫穿滑槽62以及第二連桿的另一端的第二連桿銷軸孔。其中，第二連桿的寬度可以與基指節(jié)兩側(cè)板之間的夾縫寬度適配，當(dāng)然也可以在銷軸63的兩端設(shè)置銷釘帽，防止銷軸在滑槽中抽出。

由于銷軸63的運動軌跡和螺母35不同，并且運動軌跡也不是平行或者在一條直線上，因此，銷軸63與螺母35之間優(yōu)選采用柔性連接部件或者可彎折連接部件作為連接部件，以避免鎖死狀態(tài)的出現(xiàn)，連接部件可以連接在螺母35上。具體地，銷軸63與螺母35之間可以通過繩體或者連桿機構(gòu)連接，其中，連桿機構(gòu)可以采用兩節(jié)或者兩節(jié)以上的連桿均可。

此外，還可以在滑槽62的軌道上設(shè)置有一個或多個銷軸限位機構(gòu)，銷軸限位機構(gòu)用于阻止銷軸向靠近螺母的一側(cè)運動。在機械手曲指狀態(tài)下，螺母35位于螺桿34的最左端，螺桿螺母機構(gòu)的行程達(dá)到極限，可以將銷軸63從滑槽62的最下端調(diào)節(jié)至銷軸限位機構(gòu)位置處，使得基指節(jié)42可以通過銷軸限位機構(gòu)的作用進(jìn)一步進(jìn)行彎曲，并保持基指節(jié)42最終的彎曲狀態(tài)。

通過設(shè)置一個或多個銷軸限位機構(gòu)能夠靈活地調(diào)節(jié)屈指和/或展指的作用范圍，將銷軸限定的在不同的銷軸限位機構(gòu)處，其屈指和/或展指的極限位置會有所不同，可以根據(jù)具體使用的需求而進(jìn)行靈活調(diào)整。

如圖26所示，圖26為基指節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖，銷軸限位機構(gòu)可以為彈性可伸縮的阻擋機構(gòu)64，阻擋機構(gòu)64靠近螺母35的一側(cè)的面為第一側(cè)面，遠(yuǎn)離螺母的一側(cè)的面為第二側(cè)面，第二側(cè)面的形狀設(shè)置為阻擋銷軸63向靠近螺母35的一側(cè)運動，第一側(cè)面設(shè)置為傾斜向上的斜面或者弧面，當(dāng)銷軸63向遠(yuǎn)離螺母35的一側(cè)運動時，阻擋機構(gòu)64被壓下，(圖26中的箭頭代表阻擋機構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向)使銷軸63通過阻擋機構(gòu)64。

上述阻擋機構(gòu)中，基指節(jié)42的兩側(cè)板之間夾設(shè)有連接板，連接板的兩側(cè)分別與基指節(jié)42的兩個側(cè)板的內(nèi)壁固定連接，連接板環(huán)繞設(shè)置在滑槽62的邊緣處，靠近近指節(jié)43一側(cè)的連接板的端面上設(shè)置有多個阻擋機構(gòu)安裝孔，阻擋機構(gòu)64通過阻擋機構(gòu)銷軸以及套設(shè)在阻擋機構(gòu)銷軸上的阻擋機構(gòu)扭簧可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在連接板遠(yuǎn)離螺母35一側(cè)的端面上，阻擋機構(gòu)銷軸兩端固定在連接板上，阻擋機構(gòu)扭簧的兩個延伸部分別卡接在連接板以及阻擋機構(gòu)64上。阻擋機構(gòu)64近似呈三角形，阻擋機構(gòu)64的邊角通過阻擋機構(gòu)安裝孔露出滑槽62。在外力作用下，阻擋機構(gòu)64可以繞阻擋機構(gòu)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，阻擋機構(gòu)64的邊角能夠被壓入連接板內(nèi)部，當(dāng)外力減緩以及消失時，在阻擋機構(gòu)扭簧的作用下，阻擋機構(gòu)64的邊角能夠恢復(fù)露出滑槽62的狀態(tài)。阻擋機構(gòu)64的邊角包括第一側(cè)面以及第二側(cè)面，第一側(cè)面為斜面，第一側(cè)面在阻擋機構(gòu)扭簧的作用下卡接在阻擋機構(gòu)安裝孔的下邊框上，當(dāng)銷軸63向遠(yuǎn)離螺母35的一側(cè)運動時，阻擋機構(gòu)64的邊角被壓下，使銷軸63通過阻擋機構(gòu)64。第二側(cè)面可以為與滑槽圓弧邊界垂直的端面，也可以為l形的掛鉤，在銷軸63向靠近螺母35的一側(cè)運動時，第二側(cè)面提供一個相反作用力，或者叫阻力。

作為上述銷軸限位機構(gòu)的另一種可選方案，可以將阻擋機構(gòu)64設(shè)置在銷軸63中，在連接板靠近近指節(jié)42一側(cè)的端面上設(shè)置有多個用于卡接阻擋機構(gòu)邊角的限位孔。在這種方案中，銷軸63在滑槽62中只能滑動不能轉(zhuǎn)動，銷軸63遠(yuǎn)離螺母35的一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有用于安裝阻擋機構(gòu)64的阻擋機構(gòu)安裝孔，阻擋機構(gòu)64通過阻擋機構(gòu)安裝銷軸以及套設(shè)在阻擋機構(gòu)安裝銷軸上的阻擋機構(gòu)扭簧可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在銷軸63遠(yuǎn)離螺母35的一側(cè)的側(cè)壁上，阻擋機構(gòu)安裝銷軸的兩端固定在銷軸35上，阻擋機構(gòu)扭簧的兩個延伸部分別卡接在銷軸63以及阻擋機構(gòu)64上。阻擋機構(gòu)64近似呈三角形，阻擋機構(gòu)64的邊角通過阻擋機構(gòu)安裝孔露出滑槽62。在外力作用下，阻擋機構(gòu)62可以繞阻擋機構(gòu)銷軸旋轉(zhuǎn)，阻擋機構(gòu)64的邊角能夠被壓入銷軸63內(nèi)部，當(dāng)外力減緩以及消失時，在阻擋機構(gòu)扭簧的作用下，阻擋機構(gòu)64的邊角能夠恢復(fù)露出滑槽62的狀態(tài)。阻擋機構(gòu)64的邊角包括第一側(cè)面以及第二側(cè)面，第一側(cè)面為斜面，第一側(cè)面在阻擋機構(gòu)扭簧的作用下卡接在阻擋機構(gòu)安裝孔的上邊框上，當(dāng)銷軸向遠(yuǎn)離螺母35的一側(cè)運動時，阻擋機構(gòu)64的邊角被壓下，使銷軸63通過阻擋機構(gòu)64。第二側(cè)面可以為與滑槽圓弧邊界垂直的端面，也可以為l形的掛鉤，在銷軸63向靠近螺母35的一側(cè)運動時，第二側(cè)面提供一個相反作用力，或者叫阻力。

為了便于銷軸與銷軸限位機構(gòu)的使用以及配合，還可以包括銷軸限位機構(gòu)控制器，用于對銷軸限位機構(gòu)進(jìn)行開關(guān)控制，以控制銷軸限位機構(gòu)在阻止銷軸向靠近螺母的一側(cè)運動的第一狀態(tài)和允許銷軸向靠近螺母的一側(cè)運動的第二狀態(tài)之間進(jìn)行切換。其中，第一狀態(tài)為保持阻擋機構(gòu)的邊角露出滑槽，阻止銷軸向靠近螺母的一側(cè)運動。第二狀態(tài)為壓下阻擋機構(gòu)的邊角，允許銷軸向靠近螺母的一側(cè)運動。

此外，在基指節(jié)42與手指機架31連接處還可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一連桿以及第二連桿對基指節(jié)42的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得基指節(jié)42始終受到兩個方向的作用力，即來自第一連桿以及第二連桿的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得基指節(jié)42在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42以及近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動。

該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第一轉(zhuǎn)軸40上的第五扭簧65，也可以是提供與基指節(jié)42的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在手指機架31上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與基指節(jié)42之間通過柔性部件連接，在基指節(jié)42向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力，或者叫復(fù)位力。例如，如圖27和圖28所示，第五扭簧65具有兩個延伸部，分別向手指機架31和基指節(jié)42方向延展，并向手指機架31和基指節(jié)42施加使手指機架31和基指節(jié)42恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，從而在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第五扭簧65的彈力能夠使得基指節(jié)42向上轉(zhuǎn)動(圖28中分別垂直于基指節(jié)和近指節(jié)的箭頭代表復(fù)位力的方向)。如圖28所示，在圖28的狀態(tài)下，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和手指機架31發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第五扭簧65的形成設(shè)計以及基指節(jié)42與手指機架31之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和手指機架31的轉(zhuǎn)動范圍，如圖27所示，基指節(jié)42和手指機架31可以在第五扭簧65的帶動下從圖28的狀態(tài)變化為圖27所示的狀態(tài)。

作為上述復(fù)位機構(gòu)的另一種可替代方案，在近指節(jié)43與基指節(jié)42連接處可以設(shè)置有復(fù)位機構(gòu)，用于施加與第一拉桿45對近指節(jié)43的驅(qū)動力相反的復(fù)位力。該復(fù)位力的作用在于能夠使得近指節(jié)43始終受到兩個方向的作用力，即來自第一拉桿45的驅(qū)動力和來自復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位力，從而使得近指節(jié)43在運動過程中以及在停止在任意位置的狀態(tài)下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，另外，該復(fù)位機構(gòu)的作用還在于當(dāng)螺母35沿著圖中向右運動時，通過復(fù)位力的牽引能夠使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)復(fù)位，整體來說，螺母35施加的驅(qū)動力能夠使得基指節(jié)42以及近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動，而復(fù)位力使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動。

該復(fù)位機構(gòu)可以是設(shè)置在第二轉(zhuǎn)軸44上的第六扭簧66，也可以是提供與近指節(jié)43的轉(zhuǎn)動方向相反的驅(qū)動力的其他動力源，例如，可以在基指節(jié)42上設(shè)置一個彈性部件，并將該彈性部件與近指節(jié)43之間通過柔性部件連接，在近指節(jié)43向下轉(zhuǎn)動時，彈性部件被拉伸提供一個相反作用力，或者叫復(fù)位力。例如，如圖29和圖30所示，第六扭簧66具有兩個延伸部，分別向基指節(jié)42和近指節(jié)43方向延展，并向基指節(jié)42和近指節(jié)43施加使基指節(jié)42和近指節(jié)43恢復(fù)到預(yù)設(shè)角度的復(fù)位力，從而在電機311反向轉(zhuǎn)動時，通過第六扭簧66的彈力能夠使得近指節(jié)43向上轉(zhuǎn)動(圖30中分別垂直于基指節(jié)和近指節(jié)的箭頭代表復(fù)位力的方向)。

如圖30所示，在圖30的狀態(tài)下，當(dāng)螺母35在電機311的帶動下向右運動時，基指節(jié)42和近指節(jié)43發(fā)生轉(zhuǎn)動，根據(jù)第六扭簧66的形成設(shè)計以及第一拉桿45與基指節(jié)42以及近指節(jié)43之間的設(shè)計可以控制最終的基指節(jié)42和近指節(jié)43的轉(zhuǎn)動范圍，如圖29所示，基指節(jié)42和近指節(jié)43可以在第六扭簧66的帶動下從圖30的狀態(tài)變化為圖29所示的狀態(tài)。

本實施例的機構(gòu)，通過在基指節(jié)上設(shè)置有滑槽，使得本發(fā)明實施例的機械手在電機靜止時，借助外力，例如可以用手使機械手手指實現(xiàn)屈指狀態(tài)?；鄣脑O(shè)置，使得當(dāng)?shù)谝贿B桿和第二連桿折疊到極限位置時，基指節(jié)能夠在銷軸極限位置的基礎(chǔ)上，基指節(jié)的滑槽相對銷軸相對運動，再次繼續(xù)進(jìn)行屈指運動。若沒有這個滑槽，基指節(jié)只能做很小角度的屈指運動。其中，基指節(jié)在手的搬動作用下做屈指運動時，第一連桿則作用于近指節(jié)，使近指節(jié)相對于基指節(jié)也做屈指運動。