机械手及其机械手指的制作方法

本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种机械手及其机械手指。

背景技术：

随着科学技术的进步和发展，各式各样的仿生设备被应用到多种场景下。如机器人和机械手等，以机械手为例，为了提升机械手的性能，通常以人手为例，为机械手的手指设计至少两个指节，这导致机械手的自由度较多，为了保证多个指节均能运动，通常采用独立驱动的方式驱动各手指的多个指节，这导致驱动系统过于复杂，控制难度较大。

技术实现要素：

本发明公开一种机械手及其机械手指，以解决目前机械手采用独立驱动的方式驱动各手指的多个指节，驱动系统过于复杂，控制难度大的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本申请公开一种机械手指，应用于机械手，所述机械手包括机械手掌，所述机械手指包括：

驱动部，所述驱动部包括相互连接的驱动座和驱动头，所述驱动座安装于所述机械手掌；

第一指节，所述第一指节设有活动腔，所述第一指节通过第一转轴转动连接于所述机械手掌；

第二指节，所述第二指节通过第二转轴转动连接于所述第一指节背离所述机械手掌的一端；

驱动绳，所述驱动绳的一端与所述第二指节连接，所述驱动绳绕过所述第一转轴，且与所述驱动头连接，以拉动所述第二指节转动；

弹性伸缩组件，所述弹性伸缩组件活动设置于所述活动腔内，所述弹性伸缩组件包括壳体、弹性件和活动件，所述弹性件和所述活动件均安装于所述壳体内，所述弹性件的一端抵接于所述壳体背离所述第二指节的一端，所述弹性件的另一端抵接于所述活动件，所述弹性件驱动所述活动件抵靠于所述壳体靠近所述第二指节的一端；

第一联动绳，所述第一联动绳的一端固定连接于所述第二指节中位于内侧的部分上，所述第一联动绳的另一端绕过所述第二转轴与所述壳体固定连接；

第二联动绳，所述第二联动绳的一端与所述活动件固定，所述第二联动绳的另一端与所述驱动座固定。

第二方面，本申请公开一种机械手，其包括机械手掌和多个上述机械手指，多个所述机械手指均连接于所述机械手掌。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例公开一种机械手指，其包括转动连接的第一指节和第二指节，第一指节还可以与机械手的机械手掌转动连接。第一指节和第二指节通过驱动绳、第一联动绳和第二联动绳与驱动部连接，驱动部通过驱动绳可以驱动第二指节转动，随着第二指节相对第一指节向机械手指的内侧转动，可以拉动第一联动绳，使弹性伸缩组件在活动腔内向靠近第二指节的方向移动，弹性件具有一定的压缩弹力，从而在无其他外力干扰的情况下，第二指节相对第一指节转动的过程中，第二指节还可以拉动第二联动绳，使第一指节亦可以相对机械手掌转动。

综上，上述技术方案公开的机械手指中第一指节和第二指节均通过同一驱动部驱动，可以减少机械手指及整个机械手中所需配设的驱动件的数量，能够简化驱动系统的整体结构，进而降低机械手指及机械手的复杂程度和控制难度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请公开的机械手指的结构示意图；

图2是本申请公开的机械手指在另一方向上的结构示意图；

图3是本申请公开的机械手指的剖面示意图；

图4是本申请公开的机械手指的另一剖面示意图；

图5是本申请公开的机械手指的再一剖面示意图；

图6是本申请公开的机械手指中弹性伸缩组件的剖面示意图；

图7是本申请公开的机械手指抓取物品的示意图；

图8是本申请公开的机械手指抓取物品的另一示意图；

图9是本申请公开的机械手的结构示意图。

附图标记说明：

110-驱动部、111-驱动座、112-驱动头、120-基座、130-第一转轴、140-动滑轮、

210-第一指节、211-活动腔、220-第二指节、230-第二转轴、

310-驱动绳、320-第一联动绳、330-第二联动绳、

400-弹性伸缩组件、410-壳体、411-筒体、412-端盖、420-弹性件、430-活动件、431-本体、432-限位柱、433-限位空间、

500-弹性复位件、

600-机械手掌、

700-物品。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

如图1-图9所示，本发明实施例公开一种机械手指，机械手指能够应用在机械手上，机械手包括机械手掌600，机械手指与机械手掌600连接。机械手指包括驱动部110、第一指节210、第二指节220、驱动绳310、弹性伸缩组件400、第一联动绳320和第二联动绳330。

其中，驱动部110包括驱动座111和驱动头112，在组装机械手的过程中，可以使驱动座111安装在机械手掌600上，具体可以通过卡接或螺纹连接件连接等方式将驱动座111固定在机械手掌600上，从而保证驱动部110可以稳定地向第一指节210和第二指节220施加驱动作用力。驱动头112与驱动座111连接，驱动头112能够相对驱动座111运动，以驱动机械手指转动弯曲，进行抓取动作。具体地，驱动部110可以为旋转电机，驱动头112旋转可以收卷或放卷驱动绳310，以使第一指节210和第二指节220弯曲。或者，驱动部110还可以为直线液压缸、直线气缸或直线电机等，通过拉动或释放驱动绳310的方式，亦可以保证第一指节210和第二指节220能够产生对应的转动弯曲动作。

第一指节210可以为直线型结构件，当然，在相应的需求下，第一指节210也可以为弯曲状结构。第一指节210设有活动腔211，活动腔211的轴向可以与第一指节210的轴向相同，亦可以与第一指节210的轴向不同，第一指节210的轴向为第一指节210相背两端之间连线所在的方向。活动腔211用以容纳弹性伸缩组件400，活动腔211的横向尺寸可以根据弹性伸缩组件400中的壳体410的横向尺寸对应设计；活动腔211的纵向尺寸，也即，活动腔211沿自身轴向的尺寸需大于弹性伸缩组件400在对应方向上的尺寸，以保证弹性伸缩组件400能够在活动腔211内沿活动腔211的轴向活动。

在组装机械手的过程中，第一指节210通过第一转轴130转动连接在机械手掌600上，使第一指节210能够相对机械手掌600转动。具体地，第一指节210可以通过类似于轴承式样的零件作为第一转轴130转动安装在机械手掌600上，或者，第一指节210和机械手掌600之间还可以通过销轴等轴类零件作为第一转轴130形成转动连接关系。另外，为了保证第一联动绳320和第二联动绳330能够与位于活动腔211内的弹性伸缩组件400连接，活动腔211的相背两端均设置有延伸孔，且各延伸孔均与第二指节220之外连通。

第二指节220通过第二转轴230转动连接在第一指节210上，且第二指节220位于第一指节210背离机械手掌600的一端，使第二指节220与第一指节210稳定地连接在一起，且保证第二指节220亦可以相对机械手掌600转动。相似地，第二指节220与第一指节210之间可以通过轴承或销轴等零件作为第二转轴230形成转动连接关系，第一指节210和第二指节220的长度，即二者沿自身轴向的尺寸均可以根据实际需求灵活选定。

驱动绳310具体可以为钢丝绳等抗拉伸强度较大的绳索或链索，通过捆扎或连接件等可以使驱动绳310的一端与第二指节220形成可靠的连接关系，驱动绳310还与驱动头112连接，以在驱动动作的情况下，通过拉拽驱动绳310，使第二指节220能够以第二转轴230为轴转动，产生转动弯曲的动作。并且，驱动绳310还绕过第一转轴130，在这种情况下，第一转轴130可以产生近似定滑轮的作用，驱动绳310绕过第一转轴130，以在驱动部110动作的过程中，不会通过驱动绳310向第一指节210施加驱动作用力，实现在第一指节210处的运动解耦。需要说明的是，在驱动部110动作的情况下，第二指节220转动，在摩擦力的作用下可能会使第一指节210也产生些许转动的情况，亦属于本申请实施例的保护范围内。

另外，为了保证驱动绳310可以使第二指节220产生较大的转动角度，可选地，驱动绳310可以自第一指节210的内侧穿过第二指节220，且连接在第二指节220的外侧。其中，第一指节210的内侧指的是机械手指产生弯曲动作时转向的一侧，外侧则指的是机械手指产生弯曲动作时背离的一侧。

如上所述，第一指节210设有活动腔211，且活动腔211在自身轴向上的尺寸大于弹性伸缩组件400在对应方向上的尺寸，以保证弹性伸缩组件400能够沿活动腔211的轴向在活动腔211内活动。弹性伸缩组件400包括壳体410、弹性件420和活动件430，其中，壳体410的形状可以为方形柱状结构，优选地，壳体410为圆形柱状结构，壳体410为中空结构，从而保证弹性件420和活动件430均能够被安装在壳体410之内。更具体地，壳体410可以由至少两部分可拆卸地固定连接形成，以便于活动件430和弹性件420既可以安装在壳体410内，又可以保证活动件430和弹性件420均可以与壳体410形成稳定的限位配合关系。优选地，壳体410可以包括筒体411和端盖412，端盖412和筒体411可拆卸地固定连接。

弹性件420可以采用具有弹性能力的橡胶等材料制成，优选地，弹性件420为压缩弹簧，弹性件420的一端抵接在壳体410背离第二指节220的一端，弹性件420的另一端与活动件430抵接。在不受其他作用力的情况下，弹性件420处于被压缩状态，弹性件420具有恢复形变的趋势，在弹性件420提供的弹性作用力的作用下，活动件430被挤推至抵靠在壳体410靠近第二指节220的一端。具体地，活动件430可以为块状结构件，其安装在壳体410内，且一端与弹性件420抵接配合，另一端与壳体410的端壁限位配合。需要说明的是，虽然在活动件430抵靠于壳体410靠近第二指节220的一端的状态下，弹性件420已经处于被压缩状态，但是，如果活动件430受到外力作用时，当外力大于弹性件420的初始弹力时，仍可以驱动活动件430压缩弹性件420，且与壳体410靠近第二指节220的一端相互间隔。

第一联动绳320的一端固定在所述第二指节220中位于内侧的部分上，以在驱动部110带动驱动绳310驱动第二指节220向内侧弯曲时，保证第二指节220亦可以带动第一联动绳320动作。第一联动绳320的另一端绕过第二转轴230与壳体410固定连接，从而在第二指节220向内侧转动时，第二指节220可以通过第一联动绳320拉动壳体410(即弹性伸缩组件400)沿活动腔211的轴向在活动腔211内向靠近第二指节220的方向移动，随着弹性伸缩组件400在活动腔211内活动，弹性件420和活动件430亦可以在活动腔211内移动。

第二联动绳330的一端与活动件430固定，且第二联动绳330的另一端与驱动座111固定，从而在活动件430沿活动腔211的轴向向靠近第二指节220的方向移动的过程中，使活动件430亦可以拉伸第二联动绳330靠近第二指节220的一端向靠近第二指节220的方向移动。由于第二联动绳330的另一端与驱动座111相对固定，使得第二联动绳330可以驱动第一指节210以第一转轴130为轴相对驱动座111转动，进而使第一指节210弯曲且靠近机械手掌600。需要说明的是，在设计和生产机械手指的过程中，可以使弹性件420的初始弹力大于机械手指中部件间的摩擦力，从而在通过第二指节220带动第一指节210转动的过程中，防止因第一指节210与第二指节220间的摩擦力，以及第一指节210与机械手掌600等部件间的摩擦力较大，而出现第一指节210在未受到其他外力作用下，尚未转动而弹性件420已经被进一步压缩的情况，保证在无其他外力干预的情况下，第二指节220相对第一指节210转动的过程中可以一并带动第一指节210相对机械手掌600转动。

可选地，第二联动绳330背离活动件430的一端可以连接在驱动座111位于第一指节210内侧的一侧，在这种情况下，随着第一指节210相对驱动座111向内侧弯曲的进行，第二联动绳330相对两端之间的间距减小，从而弹性伸缩装置能够在活动腔211内向靠近第二指节220的方向运动，以通过第二指节220驱动第一指节210转动。

优选地，可以使第二联动绳330背离活动件430的一端自第一指节210的内侧绕过第一转轴130且与驱动座111固定，在这种情况下，可以增大第二联动绳330的长度，进而扩大弹性伸缩组件400的移动路径的长度，从而增大第一指节210的转动角度，提升机械手指的抓取能力和抓取效果。

本申请实施例公开一种机械手指，其包括转动连接的第一指节210和第二指节220，第一指节210还可以与机械手的机械手掌600转动连接。第一指节210和第二指节220通过驱动绳310、第一联动绳320和第二联动绳330与驱动部110连接，驱动部110通过驱动绳310可以驱动第二指节220转动，随着第二指节220相对第一指节210向机械手指的内侧转动，可以拉动第一联动绳320，使弹性伸缩组件400在活动腔211内向靠近第二指节220的方向移动，弹性件420具有一定的压缩弹力，从而在无其他外力干扰的情况下，第二指节220相对第一指节210转动的过程中，第二指节220还可以拉动第二联动绳330，使第一指节210亦可以相对机械手掌600转动。

综上，上述技术方案公开的机械手指中第一指节210和第二指节220均通过同一驱动部110驱动，可以减少机械手指及整个机械手中所需配设的驱动件的数量，能够简化驱动系统的整体结构，进而降低机械手指及机械手的复杂程度和控制难度。

另外，在采用本申请实施例公开的上述机械手指抓握物品700的过程中，其具有多种抓握方式。举例来说，第一种，第二指节220与物品700接触，而第一指节210不与物品接触，第二种，第一指节210和第二指节220均与物体接触。其中，在第二种情况下，需要使物品先与第一指节210接触，此时第一指节210受物品限制无法继续转动，之后，在弹性伸缩结构的作用下，当驱动部110继续动作，可以使第二指节220继续相对第一指节210转动，保证第一指节210和第二指节220均可以与物品形成可靠的接触关系。

更详细地，在上述第一种情况下，因第一指节210的驱动力是第二指节220提供的，因此，在第二指节220相对第一指节210转动，且带动第一指节210一并转动的过程中，因第二指节220与物品接触而无法继续转动时，第一指节210亦无法继续转动。在这种情况下，第一指节210和第二指节220的联动比为1:1。

而在第二种情况下，当第二指节220相对第一指节210转动，且带动第一指节210一并转动的过程中，因第一指节210与物品接触而无法继续运动时，由于第二指节220尚未与物品接触，从而第二指节220仍可以在驱动部110的动作下继续转动。在这种情况下，第一指节210和第二指节220的联动比为0：1。进一步地，驱动部110动作，第二指节220能够继续转动，因第一指节210无法运动，且第一联动绳320无法被拉伸，因此，在驱动部110的作用下，与第一联动绳320固定连接的弹性伸缩组件400的壳体410能够沿活动腔211的轴向向靠近第二指节220的方向移动，在壳体410的移动过程中，由于第二联动绳330亦无法被拉长，从而第二联动绳330带动活动件430通过压缩弹性件420的方式保证第二联动绳330的位置保持不变，保证第一指节210仍可以稳定地与物体保持接触状态，且使第二指节220仍能够相对第一指节210转动，并最终与物品接触，最终达到第一指节210和第二指节220均与物品接触的目的。

基于上述内容，需要说明的是，在机械手指处于自然状态，或者说，机械手指处于伸直状态的情况下，需要使弹性伸缩组件400与活动腔211靠近第二指节220的端壁之间设有一定的间距，保证在第一指节210运动受限时，第二指节220仍能够相对第一指节210转动。

在完成物品的抓取放置工作之后，可以通过人工转动第一指节210和第二指节220的方式，使第一指节210和第二指节220在摩擦力的作用下恢复且保持于伸直状态，以便于下次抓取工作的进行。进一步地，机械手指还可以包括弹性复位件500，弹性复位件500可以为扭簧等器件，第一指节210和机械手掌600之间，以及第一指节210和第二指节220中的至少一者设置有弹性复位件500，以在完成抓取放置物品的工作之后，第一指节210和第二指节220中的至少一者可以在弹性复位件500的作用下自动复位至伸直状态。优选地，第一指节210和机械手掌600之间，以及第一指节210和第二指节220之间均可以设置有弹性复位件500，且可以通过增加所设置的弹性复位件500的数量，提升第一指节210和第二指节220的自动复位能力，保证在完成抓取放置工作之后，第一指节210和第二指节220均能够自动完成复位动作，便于下次抓取放置工作的进行。

进一步地，本申请实施例公开的机械手指还可以包括基座120，基座120可以采用与第一指节210和第二指节220相同或相似的材料制成，如塑料或金属等，当然也可以采用其他材料分别形成基座120、第一指节210和第二指节220。基座120固定在机械手掌600上，且为第一指节210和第二指节220提供安装基础作用，第一指节210可以通过第一转轴130转动连接在基座120上。在采用上述技术方案的情况下，可以先将第一指节210和第二指节220安装在基座120上，之后再将这一整体固定安装在机械手掌600上，以在一定程度上降低整个机械手的组装难度。另外，在设置有基座120的情况下，通过使基座120与第一指节210连接的部分伸出至机械手掌600之外，还可以使机械手掌600更不容易与第一指节210接触，从而提升第一指节210的最大转动范围，进而提升机械手指及机械手的抓取性能。

在机械手指设置有基座120的情况下，可选地，驱动绳310背离第二指节220的一端可以与基座120固定连接，为了保证驱动部110仍能够通过驱动绳310驱动第二指节220转动，可选地，驱动头112通过动滑轮140与驱动绳310连接，在这种情况下，可以使驱动部110更省力。在驱动部110为转动电机等旋转驱动部110的情况下，可以借助齿轮齿条等能够将旋转动作转换为直线动作的部件驱动动滑轮140运动，以通过驱动绳310带动第二指节220转动。或者，驱动部110可以为直线驱动部110，从而直接将驱动部110的驱动头112与动滑轮140连接，以带动驱动绳310动作。

如上所述，第二联动绳330背离活动件430的一端与驱动座111固定，在机械手指包括基座120的情况下，可以使第二联动绳330背离活动件430的一端固定连接在基座120上，以降低第二联动绳330的安装难度，且保证第二联动绳330背离活动件430的一端具有较高的稳定性。

进一步地，可以使活动腔211的轴向与第一指节210的轴向倾斜设置，也即，活动腔211的轴向既不与第一指节210的轴向平行，也不与第一指节210的轴向垂直。并且，可以使活动腔211靠近第二指节220的腔口朝向第二指节220的外侧，以在连接第一联动绳320时，可以使第一联动绳320自第一指节210的外侧伸出至活动腔211之外，从而无论第一指节210和第二指节220之间的相对位置关系如何，均不会对第一联动绳320的移动产生不利影响；另外，在采用上述技术方案的情况下，可以在一定程度上降低第一联动绳320和第二联动绳330的拉拽难度；同时，在第一指节210沿自身轴向的长度不变的情况下，通过采用上述技术方案，可以增大活动腔211的尺寸，从而增大第一指节210的转动角度。

为了进一步提升本申请实施例公开的机械手指的抓取性能，可选地，第二指节220向机械手指的内侧弯曲设置，在这种情况下，可以进一步增加第二指节220与物品之间的接触点位的数量，从而进一步提升机械手指与物品之间的配合稳定性，防止通过机械手指及机械手抓取物品的过程中，物品与机械手分离。具体地，第二指节220的弯曲程度可以根据实际情况确定，此处不作限定，但是，为了保证机械手具有较高的抓取性能，第二指节220的弯曲程度需大于90°。

如上所述，弹性件420可以为压缩弹簧，进一步地，活动件430可以包括本体431和限位柱432，本体431设有容纳槽，限位柱432固定在容纳槽内，且限位柱432与容纳槽的槽壁之间设有限位空间433，弹性件420的一端套设在限位柱432上，且容纳于限位空间433内，使得活动件430可以为弹性件420提供一定的限位作用，提升弹性件420与活动件430之间的连接可靠性，且可以在一定程度上防止弹性件420在被压缩的过程中产生弯曲变形。

基于上述任一实施例公开的机械手指，本申请实施例还公开一种机械手，其包括机械手掌600和多个上述机械手指，多个机械手指均连接在机械手掌600上。机械手指的数量可以根据实际情况选定。如机械手指可以为五个，其中，可以使四个机械手指并排设置在机械手掌600的一侧，另一机械手指则可以设置在机械手掌600的另一侧，形成仿人手状的机械手。并且，并排设置在机械手掌600一侧的四个机械手指的第一转轴130和第二转轴230的轴向均可以相互平行，且可以使单独设置在机械手掌600一侧的机械手指的第一转轴130和第二转轴230的轴向不平行，以进一步提升机械手与人手的拟合度，提升机械手的抓取性能。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。