本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械手，尤其是一種繩驅(qū)四指機(jī)械手。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，本著提高勞動(dòng)效率、節(jié)約時(shí)間和人力的目的，我們漸漸走進(jìn)了機(jī)械化的時(shí)代。

20世紀(jì)中期，隨著隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，并向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，隨著大批生產(chǎn)的迫切需求，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。由于核心技術(shù)的研究需要某些操作機(jī)械代替人來處理，因此，在這一背景下，機(jī)械手的設(shè)計(jì)與開發(fā)開始逐步走入我們的世界。

機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的，1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手，它的結(jié)構(gòu)是；機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)入高度自動(dòng)化和智能化時(shí)期，機(jī)械手機(jī)器人的應(yīng)用可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,改善勞動(dòng)條件，解決勞動(dòng)力不足等問題構(gòu)成。

如今，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械領(lǐng)域中，能適應(yīng)各種復(fù)雜的工作任務(wù)及惡劣的工作環(huán)境。無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，多指機(jī)械手的應(yīng)用前景非常廣闊，對(duì)機(jī)械手使用性能的要求越來越高，面對(duì)越來越多樣的產(chǎn)品需求，設(shè)計(jì)具有高度的靈活性、高度的識(shí)別能力和高度適應(yīng)能力的多指機(jī)械手，使其能像人手一樣靈活地完成各種精細(xì)和復(fù)雜的操作任務(wù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

現(xiàn)有的機(jī)械手大多靈敏度不高，靈活性差，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手指在任意方向上側(cè)擺困難，獨(dú)立性和同步性能較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型設(shè)計(jì)開發(fā)了一種繩驅(qū)四指機(jī)械手，能夠克服現(xiàn)有機(jī)械手指同步性、獨(dú)立性和靈活性差的問題。

本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：

一種繩驅(qū)四指機(jī)械手，包括：

手掌，其由內(nèi)側(cè)構(gòu)件和外側(cè)構(gòu)件組成；

三個(gè)相同的第一手指，其通過設(shè)置在手掌內(nèi)部的第一內(nèi)座與所述手掌可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

第二手指，其設(shè)置在所述手掌的外部，并通過球鉸鏈與所述內(nèi)側(cè)構(gòu)件連接，保證所述第二手指的靈活性。

第一驅(qū)動(dòng)裝置，其設(shè)置在所述手掌內(nèi)，與所述第一內(nèi)座中連接，能夠驅(qū)動(dòng)第一手指彎曲和側(cè)擺；

同步機(jī)構(gòu)，其一端連接所述第一驅(qū)動(dòng)裝置，另一端連接第一手指和第二手指的各個(gè)指節(jié)，將動(dòng)力傳遞給所述各個(gè)指節(jié)，實(shí)現(xiàn)指節(jié)的彎曲和運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選的是，所述第一手指包括：第一遠(yuǎn)指節(jié)、第一中指節(jié)、第一近指節(jié)以及第一內(nèi)座，第一遠(yuǎn)指節(jié)通過第一遠(yuǎn)中軸與第一中指節(jié)連接，第一中指節(jié)通過第一中近軸與第一近指節(jié)連接，第一近指節(jié)通過第一近內(nèi)軸與第一內(nèi)座連接。

優(yōu)選的是，所述第二手指包括：第二遠(yuǎn)指節(jié)和第二中指節(jié)，第二遠(yuǎn)指節(jié)通過第二遠(yuǎn)中軸與第二中指節(jié)連接，第二中指節(jié)通過第二中內(nèi)軸與第二內(nèi)座連接。

優(yōu)選的是，所述第一驅(qū)動(dòng)裝置包括對(duì)稱設(shè)置的第一電機(jī)和第二電機(jī)，其中所述第一電機(jī)與第一輪連接，所述第一輪通過第一同步繩與固定在所述第一中近軸上的第一中近輪連接，并通過第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一中指節(jié)與所述第一近指節(jié)彎曲。

優(yōu)選的是，所述第二電機(jī)與第二輪連接，其通過第二同步繩與設(shè)置在所述第一近內(nèi)軸上的第一近內(nèi)輪連接，并通過所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述第一近指節(jié)與第一內(nèi)座彎曲。

優(yōu)選的是，所述第一中近軸上還設(shè)置有第二中近輪，其能夠接收所述第一同步繩傳遞的動(dòng)力，并通過第三同步繩帶動(dòng)第一齒輪機(jī)構(gòu)嚙合，進(jìn)而帶動(dòng)第一遠(yuǎn)指節(jié)與第一中指節(jié)彎曲。

優(yōu)選的是，所述手掌內(nèi)部設(shè)置有三個(gè)第一側(cè)擺電機(jī)，其與所述第一內(nèi)座連接，能夠帶動(dòng)所述第一手指?jìng)?cè)擺。

優(yōu)選的是，所述第二內(nèi)座與第二驅(qū)動(dòng)裝置連接，其與設(shè)置在所述第二內(nèi)座內(nèi)側(cè)的第三輪連接，所述第三輪通過第四同步繩與設(shè)置在第二中內(nèi)軸上的第二中內(nèi)輪連接，并通過所述第二驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述第二中指節(jié)與所述第二內(nèi)座彎曲。

優(yōu)選的是，所述第二中內(nèi)軸上還設(shè)置有第一中內(nèi)輪，其能夠接收來自所述第四同步繩傳遞的動(dòng)力，通過第五同步繩帶動(dòng)第二齒輪機(jī)構(gòu)嚙合，進(jìn)而帶動(dòng)第二遠(yuǎn)指節(jié)與第二中指節(jié)彎曲。

優(yōu)選的是，所述第二內(nèi)座連接有三個(gè)第二側(cè)擺電機(jī)，能夠驅(qū)動(dòng)第二手指向任意方向側(cè)擺。

本實(shí)用新型所述的有益效果：

1、模仿人手研究具有多指，多關(guān)節(jié)的多指機(jī)械手，設(shè)計(jì)一種由電機(jī)和繩索共同驅(qū)動(dòng)的多指機(jī)械手的結(jié)構(gòu)。

2、該機(jī)械手從仿生學(xué)的角度出發(fā)，具有高度的靈活性和高度適應(yīng)的能力，能像人手一樣靈活地完成各種精細(xì)和復(fù)雜的操作任務(wù)。

3、本實(shí)用新型用繩作為主要傳動(dòng)方式，減輕手指重量。耦合連接部位借助輪和繩傳動(dòng)，雙齒輪轉(zhuǎn)向的原理設(shè)計(jì)。該機(jī)械手通過穩(wěn)定簡(jiǎn)便的傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物體的抓取和操控。更模仿人手通過不同姿勢(shì)對(duì)同一物體進(jìn)行抓取和操控。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作組的獨(dú)立性，手指一、手指二、手指三通過兩個(gè)限位輪限制繩的位置狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手的總裝配圖。

圖2為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第一手指的局部剖視圖

圖3為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第一手指伸直姿態(tài)圖。

圖4為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第一手指全指節(jié)彎曲姿態(tài)圖。

圖5為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第一手指部分指節(jié)彎曲姿態(tài)圖。

圖6為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第一手指的立體圖。

圖7為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第二手指伸直姿態(tài)圖。

圖8為本實(shí)用新型所述的繩驅(qū)動(dòng)式多指機(jī)械手第二手指的局部剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

如圖1-8所示，本實(shí)用新型提供了一種繩驅(qū)四指機(jī)械手，包括三個(gè)相同的第一手指，即第一手指1、第一手指2和第一手指3，一個(gè)第二手指4。

三個(gè)相同的第一手指從左向右依次設(shè)置在手掌上，手掌包括結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)側(cè)構(gòu)件5和外側(cè)構(gòu)件6。以第一手指1為例進(jìn)行說明。

第一手指1包括第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1、第一中指節(jié)1-3、第一近指節(jié)1-8以及第一內(nèi)座1-13。第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1的一端通過第一遠(yuǎn)中軸1-2與第一中指節(jié)1-3的一端連接，第一中指節(jié)1-3的另一端通過第一中近軸1-6與第一近指節(jié)1-8的一端連接，第一近指節(jié)1-8的另一端通過第一近內(nèi)軸1-12與第一內(nèi)座1-13連接

第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1、第二齒輪1-7與第一遠(yuǎn)中軸1-2固定在一起；第一中指節(jié)1-3的與第一中近輪1-5固定在一起；第一齒輪1-25與第一遠(yuǎn)中輪1-21固定在一起；第一中近軸1-6、第一近指節(jié)1-8、第二中近輪1-22與第一近內(nèi)輪1-11固定在一起；第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1與第一中指節(jié)1-3之間銷連接，第一遠(yuǎn)中軸1-2為銷軸；第二齒輪1-7與第一齒輪1-25構(gòu)成齒輪機(jī)構(gòu)；第一齒輪1-25、第一遠(yuǎn)中輪1-21與第一中指節(jié)1-3之間為銷連接，銷軸為第一定位軸1-4；第一中指節(jié)1-3與第一近指節(jié)1-8銷軸連接，銷軸為第一中近軸1-6；第一近指節(jié)1-8與第一內(nèi)座1-13銷連接，銷軸為第一近內(nèi)軸1-12；第一內(nèi)座1-13與手掌外側(cè)構(gòu)件5銷連接；第一內(nèi)座1-13與手掌內(nèi)側(cè)構(gòu)件6銷連接；第二近內(nèi)輪1-10與第一近內(nèi)軸1-12銷連接。

第二手指4包括第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1、第二中指節(jié)4-3以及第二內(nèi)座4-13，第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1的一端通過第二遠(yuǎn)中軸4-2與第二中指節(jié)的一端4-3連接，第二中指節(jié)4-3的另一端通過第二中內(nèi)軸4-6與第二內(nèi)座4-13的一端連接。

第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1、第三齒輪4-7與第二遠(yuǎn)中軸4-2固定在一起；第二中指節(jié)4-3與第二中內(nèi)輪4-5固定在一起；第二中內(nèi)軸4-6、第一中內(nèi)輪4-10與第二內(nèi)座4-13固定在一起；第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1與第二中指節(jié)4-3之間銷連接，第二遠(yuǎn)中軸4-2為銷軸；第二中指節(jié)4-3與第二內(nèi)座4-13銷連接，銷軸為第二中內(nèi)軸4-6。

第一手指1具有兩個(gè)彎曲自由度，分別為第一中指節(jié)1-3與第一近指節(jié)1-8之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)、第一指節(jié)1-8與第一內(nèi)座1-13之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍都為固定范圍，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角度都為預(yù)設(shè)值。第一中指節(jié)1-3與第一近指節(jié)1-8之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1與第一中指節(jié)1-3之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其采用耦合鏈接方式，耦合比例為固定值。

第二手指2具有一個(gè)彎曲自由度，為第二中指節(jié)4-3與第二內(nèi)座4-13之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍都為固定范圍，轉(zhuǎn)動(dòng)角度都為預(yù)設(shè)值。第二中指節(jié)4-3與第二內(nèi)座4-13之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1與第二中指節(jié)4-3之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，其采用耦合方式連接，耦合比例為固定值。

第一手指1中的第一側(cè)擺電機(jī)1-23與手掌銷連接，能夠控制第一手指1的左右側(cè)擺。第一同步繩1-17和第二同步繩1-18表面粗糙，橫截面為橢圓，第一手指1中的輪和齒輪均做表面粗糙處理，增大摩擦力，使繩圈保持緊繃，能夠?qū)崿F(xiàn)輪繩承受大扭矩而不發(fā)生相對(duì)位移。

第一同步繩1-17、第一中近輪1-5、第二近內(nèi)輪1-10、第一電機(jī)1-14、第一輪1-19共同組成的系統(tǒng)中，第一電機(jī)1-14為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，第一同步繩1-17為傳動(dòng)構(gòu)件，第一輪1-19為主動(dòng)輪，第一中近輪1-5為從動(dòng)輪，第二近內(nèi)輪1-10與第一限位輪1-24限制第一手指1的第一同步繩1-17的位置。由于第一近指節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)改變從動(dòng)件第一中近輪1-5與主動(dòng)件第一輪1-19之間的距離，為了防止此狀態(tài)下第一同步繩1-17的松動(dòng)，增加第二近內(nèi)輪1-10與限位輪1-24兩個(gè)構(gòu)件。

在第一近內(nèi)輪1-11、第二輪1-20、第二電機(jī)1-15、第二同步繩1-18組成的系統(tǒng)中，第二電機(jī)1-15為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，第二同步繩1-18為傳動(dòng)構(gòu)件，第二輪1-20為主動(dòng)輪，第一近內(nèi)輪1-11為從動(dòng)輪；在第一齒輪1-7、第二齒輪1-25、第一遠(yuǎn)中輪1-21、第二中近輪1-22、第三同步繩1-26組成的系統(tǒng)中，第一遠(yuǎn)指節(jié)1-1與第一齒輪1-7固定連接，同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第二中近輪1-22與第一近指節(jié)1-8固定連接，同步轉(zhuǎn)動(dòng)。保持第一近指節(jié)1-8不動(dòng)，進(jìn)而第二中近輪1-22不動(dòng)，那么當(dāng)固定連接的第一中近輪1-5、第一中指節(jié)1-3同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在一起的第二齒輪1-25和第一遠(yuǎn)中輪1-21在繩的作用下反向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而第一齒輪1-7和第一近指節(jié)1-1在齒輪副的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，方向與第一中指節(jié)1-3旋轉(zhuǎn)方向相同，實(shí)現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)。

其中，第一電機(jī)1-14和第二電機(jī)1-15構(gòu)成第一驅(qū)動(dòng)裝置，第一齒輪1-7和第二齒輪1-25構(gòu)成齒輪機(jī)構(gòu)。

在第二中內(nèi)輪4-5、第三輪4-15、第二驅(qū)動(dòng)裝置4-14、第四同步繩4-12組成的系統(tǒng)中，第二驅(qū)動(dòng)裝置4-14為驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，第四同步繩4-12為傳動(dòng)構(gòu)件，第三輪4-15為主動(dòng)輪，第二中內(nèi)輪4-5為從動(dòng)輪；在第三齒輪4-7、手第四4-8、第二遠(yuǎn)中輪4-9、第一中內(nèi)輪4-10、第五同步繩4-11組成的系統(tǒng)中，第二遠(yuǎn)指節(jié)4-1與第一齒輪4-7固定連接，同步轉(zhuǎn)動(dòng)；第一中內(nèi)輪4-10與第二內(nèi)座4-13固定連接，同步轉(zhuǎn)動(dòng)；保持第二內(nèi)座4-13不動(dòng)，進(jìn)而手第一中內(nèi)輪4-10不動(dòng)，那么當(dāng)固定連接的手指第二中內(nèi)輪4-5、第二中指節(jié)4-3同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在一起的第四齒輪4-8和第二遠(yuǎn)中輪4-9在同步繩的作用下反向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而第三齒輪4-7和第二近指節(jié)4-1在齒輪副的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，方向與第二中指節(jié)4-3旋轉(zhuǎn)方向相同，實(shí)現(xiàn)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，第三齒輪4-7和第四齒輪4-8構(gòu)成第二齒輪機(jī)構(gòu)。

第二手指與手掌通過球鉸鏈8連接；傳動(dòng)繩7一端與第二內(nèi)座4-13連接，另一端纏繞在三個(gè)第二側(cè)擺電機(jī)的輸出軸上。三個(gè)側(cè)擺電機(jī)驅(qū)動(dòng)三根傳動(dòng)繩7，共同控制第二的側(cè)擺方向，使第二手指能夠向任意方向側(cè)擺。

盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。