機器人靈巧手及機器人的製作方法

2023-12-01 23:05:07 2

本發明涉及機器人技術領域，尤其是涉及一種機器人靈巧手及機器人。

背景技術：

隨著科技技術的發展，機器人製造技術越來越成熟。並且，隨著人類生活水平的提高，越來越多的工作由機器人來完成，為了讓人們有較好的體驗，在餐飲行業、禮儀服務業等領域，類人型機器人受到了廣泛歡迎。

類人型機器人的靈巧手作為機器人活動肢體的有效延伸，近幾十年來作為機器人領域的熱門研究方向之一，被各國的科研人員所研究，我們期望靈巧手能夠通過準確且穩定的動作來完成靈活、精細的抓取動作。現有技術中的機器人靈巧手的種類層出不窮，然而手指結構相對複雜，大部分具有三個或更多指節，並且手指活動靠較多的零件之間的傳動來實現，從而每次手指活動需要多個零件動作的相互傳動和協作，任何一個零件動作的誤差將會導致手指動作的誤差，手指動作受控制的準確性較差，且手指活動過程中的穩定性能也無法得到良好的保證。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種機器人靈巧手及機器人，以緩解傳統的機器人靈巧手活動精確性和穩定性較差的技術問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種機器人靈巧手，包括：手掌、手指、腱繩和彈簧，其中，

所述手掌包括基座，所述手指包括指根和指稍，其中，所述指根可旋轉地與所述基座連接，所述指稍可旋轉地與所述指根連接；

所述腱繩的一端與所述指稍連接，以便通過拉動所述腱繩的另一端而使所述手指向所述手掌的掌心方向彎曲；

所述彈簧的兩端分別連接在所述指根和所述指稍上，和/或，分別連接在所述手掌和所述指根上，以便使所述手指在所述彈簧的回覆力的作用下伸直。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述基座設有第一凹槽，所述第一凹槽的槽壁上設有第一插孔，所述指根根部設有第二插孔，所述指根嵌設在所述第一凹槽內，且所述第一插孔和所述第二插孔內穿插有第一轉軸，以使所述指根可旋轉地與所述基座連接；

所述指根頂部設有第二凹槽，所述第二凹槽的槽壁上設有第三插孔，所述指稍根部設有第四插孔，所述指稍嵌設在所述第二凹槽內，且所述第三插孔和所述第四插孔內穿插有第二轉軸，以使所述指稍可旋轉地與所述指根連接。

結合第一方面的第一種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第二插孔設於靠近第一目標側的所述指根根部，所述第四插孔設於靠近所述第一目標側的所述指稍根部，其中，所述第一目標側為所述靈巧手的手背的一側；

所述手指為中空狀，所述指稍的第二目標側設有固定點，所述指根內的頂部靠近所述第二目標側設有第一限位孔，所述指根內的根部靠近所述第二目標側設有第二限位孔，其中，所述第二目標側為所述靈巧手的手心的一側；

所述腱繩在所述手指內依次穿過所述第二限位孔、所述第一限位孔後與所述固定點固定連接，以使通過拉動所述腱繩而使所述指稍繞所述第二轉軸轉動，和/或，所述指根繞所述第一轉軸轉動。

結合第一方面的第二種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述手掌的所述第一目標側設有第一掛鈎，所述指根的所述第一目標側設有第二掛鈎，所述指根的所述第一目標側設有第三掛鈎，所述指稍的所述第一目標側設有第四掛鈎；

所述彈簧包括第一彈簧和第二彈簧，其中，

所述第一彈簧的兩端分別掛設在所述第一掛鈎和所述第二掛鈎上，以使所述第一彈簧的回覆力作用於所述指根而使所述指根相對於所述手掌伸直；

所述第二彈簧的兩端分別掛設在所述第三掛鈎和所述第四掛鈎上，以使所述第二彈簧的回覆力作用於所述指稍而使所述指稍相對於所述指根伸直。

結合第一方面的第三種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述指根頂部的末端設有第一斜面，所述指稍根部的末端設有第二斜面，以便在所述指稍相對於所述指根而向所述手掌的掌心方向彎曲時，限制所述彎曲動作的彎曲程度。

結合第一方面的第四種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述指根根部的所述第一目標側外端設有第一凸塊，在所述指根相對於所述基座伸直的情況下，所述第一凸塊的根部末端和所述基座的頂部末端卡緊，以限制所述指根向所述第一目標側的彎曲；

所述指稍根部的所述第一目標側外端設有第二凸塊，在所述指稍相對於所述指根伸直的情況下，所述第二凸塊的根部末端和所述指根的頂部末端卡緊，以限制所述指稍向所述第一目標側的彎曲。

結合第一方面的第五種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述手指包括大拇指、食指、中指、無名指和小拇指；

所述基座包括第一基座、第二基座、第三基座、第四基座、第五基座，所述大拇指的指根和所述第一基座連接，所述食指的指根和所述第二基座連接，所述中指的指根和所述第三基座連接，所述無名指的指根和所述第四基座連接，所述小拇指的指根和所述第五基座連接；

所述手掌的一側上設有第三凹槽，所述第一基座設於所述第三凹槽內，所述所述第二基座、所述第三基座、所述第四基座、所述第五基座設於所述手掌的頂部。

結合第一方面的第六種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述機器人靈巧手還包括承載座，其中，

所述承載座上固定所述第一基座；

所述承載座嵌設在所述第三凹槽內，所述承載座可旋轉地與所述第三凹槽連接，以便所述大拇指圍繞所述承載座轉動而靠近所述手掌心或遠離所述手掌心。

結合第一方面的第七種可能的實施方式，本發明實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述機器人靈巧手還包括驅動裝置，其中，

所述驅動裝置設置在所述手掌的外部，所述驅動裝置和所述腱繩的另一端連接，以便驅動所述腱繩的另一端被拉動；

所述驅動裝置還和所述承載座連接，以便驅動所述承載座轉動。

第二方面，本發明實施例還提供了一種機器人，包括：所述機器人的手臂末端安裝有第一方面所述的機器人靈巧手。

本發明實施例帶來了以下有益效果：機器人靈巧手包括手掌、手指、腱繩和彈簧，手掌包括基座，手指包括指根和指稍，指根可旋轉地與基座連接，指稍可旋轉地與指根連接，其中，腱繩的一端與指稍連接，從而通過拉動腱繩的另一端而使指根相對於基座旋轉、指稍相對於指根旋轉，最終手指向手掌的掌心方向彎曲來實現抓緊操作；此外，彈簧的兩端分別連接在指根和指稍上，和/或，分別連接在手掌和指根上，在手指彎曲後，彈簧變形，彈簧的回覆力作用於手指而使手指伸直。該機器人靈巧手通過腱繩和彈簧就可直接控制手指的兩個指節的屈伸，部件較少，腱繩對屈指動作的控制以及彈簧對伸直動作的控制直接、便捷，靈巧手抓握靈活且精細，從而緩解了傳統的機器人靈巧手活動準確性和穩定性較差的技術問題。

本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的一種機器人靈巧手的手背一側的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的一種機器人靈巧手的結構分解示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的一種機器人靈巧手的側視圖；

圖4為本發明實施例一提供的一種機器人靈巧手的手指部分的側視圖的結構放大圖；

圖5為本發明實施例一提供的一種機器人靈巧手在手指彎曲情況下的結構示意圖。

圖標：1-手掌；2-手指；3-腱繩；4-彈簧；5-基座；6-第一插孔；7-第二插孔；8-第一轉軸；9-第三插孔；10-第四插孔；11-第二轉軸；12-固定點；121-第一固定點；122-第二固定點；13-第一限位孔；14-第二限位孔；15-第一掛鈎；16-第二掛鈎；17-第三掛鈎；18-第四掛鈎；19-第一斜面；20-第二斜面；21-指根；22-指稍；23-第一凸塊；24-第二凸塊；25-大拇指；26-第一基座；27-承載座；271-通孔；272-第五插孔；28-第六插孔；29-第三轉軸；41-第一彈簧；42-第二彈簧。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

目前機器人靈巧手的手指活動靠較多的零件之間的傳動來實現，從而每次手指活動需要多個零件動作的相互傳動和協作，靈巧手活動的精確性和穩定性較差。基於此，本發明實施例提供的一種機器人靈巧手及機器人，可以緩解傳統的機器人靈巧手活動精確性和穩定性較差的技術問題。

實施例一

本發明實施例提供的一種機器人靈巧手，參照圖1，包括：手掌1、手指2、腱繩3和彈簧4，其中，

手掌1包括基座5，手指2包括指根21和指稍22，其中，指根21可旋轉地與基座5連接，指稍22可旋轉地與指根21連接；

腱繩3的一端與指稍22連接，以便通過拉動腱繩3的另一端而使手指2向手掌1的掌心方向彎曲；

彈簧4的兩端分別連接在指根21和指稍22上，和/或，分別連接在手掌1和指根21上，以便使手指2在彈簧4的回覆力的作用下伸直。

具體地，腱繩3可選用現有的機器人靈巧手所用的繩子，具有較好的強度。此外，拉動腱繩3的另一端而使手指2受力彎曲，減小拉腱繩3的拉力，在手指2受到腱繩3的拉力減小到小於彈簧4的回覆力的情況下，則手指2在彈簧4的回覆力的作用下伸直。

在本發明實施例中，腱繩3的一端與指稍22連接，從而通過拉動腱繩3的另一端而使指根21相對於基座5旋轉、指稍22相對於指根21旋轉，最終手指2向手掌1的掌心方向彎曲來實現抓緊操作；此外，彈簧4的兩端分別連接在指根21和指稍22上，和/或，分別連接在手掌1和指根21上，在手指2彎曲後，彈簧4變形，彈簧4的回覆力作用於手指2而使手指2伸直。該機器人靈巧手通過腱繩3和彈簧4就可直接控制手指2的兩個指節的屈伸，部件較少，腱繩3對屈指動作的控制以及彈簧4對伸直動作的控制直接、便捷，靈巧手抓握靈活且精細，從而緩解了傳統的機器人靈巧手活動準確性和穩定性較差的技術問題。

本發明實施例的一個可選實施方式中，參照圖2，基座5設有第一凹槽，第一凹槽的槽壁上設有第一插孔6，指根21根部設有第二插孔7，指根21嵌設在第一凹槽內，且第一插孔6和第二插孔7內穿插有第一轉軸8，以使指根21可旋轉地與基座5連接；

指根21頂部設有第二凹槽，第二凹槽的槽壁上設有第三插孔9，指稍22根部設有第四插孔10，指稍22嵌設在第二凹槽內，且第三插孔9和第四插孔10內穿插有第二轉軸11，以使指稍22可旋轉地與指根21連接。

具體地，基座5和手掌1之間可以通過螺紋連接，本發明實施例不作具體限制。

本發明實施例中，指根21與基座5之間可旋轉地連接通過轉軸實現，指稍22與指根21之間可旋轉地連接也通過轉軸實現，結構簡單實用。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，參照圖3，第二插孔7設於靠近第一目標側的指根21根部，第四插孔10設於靠近第二目標側的指稍22根部，其中，第一目標側為靈巧手的手背的一側(如圖3所示的機器人靈巧手的上側)；

手指2為中空狀，指稍22的第二目標側設有固定點12，指根21內的頂部靠近第二目標側設有第一限位孔13，指根21內的根部靠近第二目標側設有第二限位孔14，其中，第二目標側為靈巧手的手心的一側(如圖3所示的機器人靈巧手的下側)；

腱繩3在手指內依次穿過第二限位孔14、第一限位孔13後與固定點12固定連接，以使通過拉動腱繩3而使指稍22繞第二轉軸11轉動，和/或，指根21繞第一轉軸8轉動。

具體地，固定點12可以包括第一固定點121和第二固定點122，其中，關於第一固定點121和第二固定點122的具體設置位置，可以採用如下方式：第一固定點121設置在指稍22內的根部的第二目標側，第二固定點122設置在指稍22的頂部的第二目標側。關於第二固定點122的設置方式，還可以參照圖2所示。需要說明的是，固定點12的具體數量，本發明實施例並不作具體限制。

腱繩3在手指內依次穿過第二限位孔14、第一限位孔13後與固定點12固定連接，從而腱繩3被拉動的情況下，指根21受到的拉力(以下記為f1)的方向為從第一限位孔13到第二限位孔14，指稍22受到的拉力(以下記為f2)的方向為從固定點12到第一限位孔13。

其中，由於第二插孔7設於指根21根部的第一目標側，而第一限位孔13設於指根21內的頂部的第二目標側，第二限位孔14設於指根21內的根部的第二目標側，故而，拉力f1對插在第二插孔7內的第一轉軸8的力矩不為零，從而指根21繞第一轉軸8轉動。

同理，第四插孔10設於指稍22根部的第一目標側，而第一限位孔13設於指根21內的頂部的第二目標側，固定點12設於指稍22的第二目標側，故而，拉力f2對插在第四插孔10內的第二轉軸11的力矩不為零，從而指稍22繞第二轉軸11轉動。需要說明的是，關於固定點12的位置，只要是最靠近指稍22根部的固定點12設置在指稍22的第二目標側即可，本發明實施例不作進一步限制。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，參照圖3，手掌1的第一目標側設有第一掛鈎15，指根21的第一目標側設有第二掛鈎16，指根21的第一目標側設有第三掛鈎17，指稍22的第一目標側設有第四掛鈎18；

彈簧包括第一彈簧41和第二彈簧42，其中，

第一彈簧41的兩端分別掛設在第一掛鈎15和第二掛鈎16上，以使第一彈簧41的回覆力作用於指根21而使指根21相對於手掌1伸直；

第二彈簧42的兩端分別掛設在第三掛鈎17和第四掛鈎18上，以使第二彈簧42的回覆力作用於指稍22而使指稍22相對於指根21伸直。

具體地，指根21相對於手掌1彎曲時，第一彈簧41被拉伸，第一彈簧41的回覆力使得第一彈簧41回復原狀，從而也拉動指根21相對於手掌1伸直。同理，指稍22相對於指根21彎曲時，第二彈簧42被拉伸，第二彈簧42的回覆力使得第二彈簧42回復原狀，從而也拉動指稍22相對於指根21伸直。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，參照圖2，指根21頂部的末端設有第一斜面19，指稍22根部的末端設有第二斜面20，以便在指稍22相對於指根21而向手掌1的掌心方向彎曲時，限制彎曲動作的彎曲程度。

具體地，第一斜面19和指根21頂部的第一目標側呈銳角，第二斜面20和指稍22根部的第一目標側呈銳角。其中，第一斜面19和指根21頂部的第一目標側呈銳角，指：第一斜面19和指根21頂部的第一目標側的側邊呈銳角；同理，第二斜面20和指稍22根部的第一目標側呈銳角，指：第二斜面20和指稍22根部的第一目標側的側邊呈銳角。

需要說明的是，指稍22相對於指根21彎曲時，在第一斜面19和第二斜面20重合相抵時，指稍22不再相對於指根21彎曲，因而，第一斜面19和第二斜面20的傾斜度確定了手指的彎曲程度。本發明實施例不對第一斜面19和第二斜面20的傾斜度做具體限制，具體視使用環境中需要機器人靈巧手握持的物品的大小而定，物品越小，手指需要越彎曲，第一斜面19和指根21頂部的第一目標側所成的銳角越小，第二斜面20和指稍22根部的第一目標側所成的銳角也越小。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，參照圖2和圖4，指根21根部的第一目標側外端設有第一凸塊23，在指根21相對於基座5伸直的情況下，第一凸塊23的根部末端和基座5的頂部末端卡緊，以限制所述指根向所述第一目標側的彎曲；

指稍22根部的第一目標側外端設有第二凸塊24，在指稍22相對於指根21伸直的情況下，第二凸塊24的根部末端和指根21的頂部末端卡緊，以限制所述指稍向所述第一目標側的彎曲。

具體地，在指根21圍繞第一轉軸8向手背一側旋轉時，直到指根21根部的第一凸塊23的根部末端抵住基座5的頂部末端，則指根21不再旋轉。其中，第一凸塊23的根部末端和基座5的頂部末端和第一目標側呈直角時，指根21停止旋轉時，指根21相對於基座5伸直。第二凸塊24的作用原理同第一凸塊23的作用原理相同，圖4中，第二凸塊24隻有部分顯現出來。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，如圖5所示，手指包括大拇指25、食指、中指、無名指和小拇指；

基座5包括第一基座26、第二基座、第三基座、第四基座、第五基座，大拇指25的指根21和第一基座26連接，食指的指根和第二基座連接，中指的指根和第三基座連接，無名指的指根和第四基座連接，小拇指的指根和第五基座連接；

手掌1的一側上設有第三凹槽，第一基座26設於第三凹槽內，第二基座、第三基座、第四基座、第五基座設於手掌1的頂部。

本發明實施例中，第一基座26設於手掌1的一側上的第三凹槽內，第二基座、第三基座、第四基座、第五基座設於手掌1的頂部，完全仿真人手設置，更加逼真。

關於第一基座26在第三凹槽內的具體固定方式，參照圖2和圖5，在本發明實施例的另一個可選實施方式中，機器人靈巧手還包括承載座27，其中，

承載座27上固定第一基座26；

承載座27嵌設在第三凹槽內，承載座27可旋轉地與第三凹槽連接，以便大拇指25圍繞承載座27轉動而靠近手掌心或遠離手掌心。

具體地，承載座27包括通孔271和第五插孔272，其中，腱繩3從通孔271穿進大拇指25。此外，第三凹槽的槽壁上設有第六插孔28，第五插孔272和第六插孔28內穿插有第三轉軸29，以使承載座27圍繞第三轉軸29可旋轉地與手掌1連接，從而第一基座26相對於手掌1轉動，大拇指25相對於手掌1轉動。

需要說明的是，大拇指25圍繞承載座27轉動而靠近手掌心或遠離手掌心，指：大拇指25通過整體轉動能夠使得大拇指25從其指背和手掌1的掌背相對轉到和手掌1的掌背在機器人靈巧手的同一側。需要強調的是，大拇指25圍繞承載座27轉動，指：大拇指25整體轉動，有別於大拇指25的指根21繞第一轉軸8的轉動或指稍22繞第二轉軸11的轉動。

本發明實施例的另一個可選實施方式中，機器人靈巧手還包括驅動裝置，其中，

驅動裝置設置在手掌的外部，驅動裝置和腱繩的另一端連接，以便驅動腱繩的另一端被拉動；

驅動裝置還和承載座連接，以便驅動承載座轉動。

實施例二

本發明實施例提供的一種機器人，機器人的手臂末端安裝有實施例一中的機器人靈巧手。

具體地，機器人內安裝有控制器和驅動裝置，控制器控制驅動裝置工作，驅動機器人靈巧手中的手指實施抓取和釋放的動作。

在本發明實施例中，機器人靈巧手包括手掌、手指、腱繩和彈簧，手掌包括基座，手指包括指根和指稍，指根可旋轉地與基座連接，指稍可旋轉地與指根連接，其中，腱繩的一端與指稍連接，從而通過拉動腱繩的另一端而使指根相對於基座旋轉、指稍相對於指根旋轉，最終手指向手掌的掌心方向彎曲來實現抓緊操作；此外，彈簧的兩端分別連接在指根和指稍上，和/或，分別連接在手掌和指根上，在手指彎曲後，彈簧變形，彈簧的回覆力作用於手指而使手指伸直。該機器人靈巧手通過腱繩和彈簧就可直接控制手指的兩個指節的屈伸，部件較少，腱繩對屈指動作的控制以及彈簧對伸直動作的控制直接、便捷，靈巧手抓握靈活且精細，從而緩解了傳統的機器人靈巧手活動準確性和穩定性較差的技術問題。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統和裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

另外，在本發明實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

最後應說明的是：以上所述實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護範圍並不局限於此，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和範圍，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。