一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，該機(jī)械手末端結(jié)構(gòu)除了能夠完成一般夾持型機(jī)械手的抓握動(dòng)作，還能夠完成拾取紙張操作按鍵、抓取小藥片等細(xì)微動(dòng)作，并配合機(jī)械手的手臂完成其他的像開(kāi)關(guān)門等生活操作。本發(fā)明手指的所有動(dòng)作僅需要一個(gè)電機(jī)完成，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)減少了機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)個(gè)數(shù)，能有效地減輕機(jī)械手的重量，減少不必要的能源損耗，并且在保持簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的前提下，完成多種操作功能。
【專利說(shuō)明】一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于智能輪椅系統(tǒng)，涉及機(jī)器人技術(shù)，屬于醫(yī)療機(jī)械應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]人口老齡化已成為世界范圍的重大社會(huì)問(wèn)題。我國(guó)目前的老齡人口已經(jīng)超過(guò)總?cè)丝诘?0%，預(yù)計(jì)未來(lái)20年，我國(guó)老年人口規(guī)模將會(huì)翻一番。社會(huì)老齡化進(jìn)程的加速，使醫(yī)療和社會(huì)保險(xiǎn)系統(tǒng)面臨前所未有的壓力。
[0003]老齡化進(jìn)程與家庭小型化、空巢化相伴隨，老年人獨(dú)居形式愈加普遍，“空巢老人家庭”的日常生活照料問(wèn)題將尤為突出。護(hù)理人員的缺乏、養(yǎng)老設(shè)施的不足，使家庭養(yǎng)老將成為我國(guó)主要的養(yǎng)老形式。幫助老年人及殘障人士生活上自立，是實(shí)現(xiàn)家庭養(yǎng)老的重要保證。
[0004]近年來(lái)，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)老年和殘障人的重視程度越來(lái)越高，很多國(guó)家都致力于利用先進(jìn)技術(shù)提升殘障人士的自理能力，這既是符合社會(huì)發(fā)展的要求，也是人類在科技領(lǐng)域不斷前進(jìn)的需要。在這種背景下，各種有助于老年人和殘障人生活自理的醫(yī)療器械也在各個(gè)領(lǐng)域不斷發(fā)展成熟，尤其是智能輪椅的問(wèn)世，其中，帶作業(yè)臂的智能輪椅系統(tǒng)由于能代替人手執(zhí)行簡(jiǎn)單的日常生活操作，為殘障人士的生活帶來(lái)了極大的方便。目前，世界上已經(jīng)有了比較成熟的輪椅機(jī)械手產(chǎn)品，在國(guó)外有ExactDynamics公司開(kāi)發(fā)的Manus、iARM系列，布萊梅大學(xué)的FRIENDS 1、II系列，南佛羅里達(dá)大學(xué)的WMRA系列等。我國(guó)在輪椅機(jī)械手方面的研究起步較晚，但也取得了很大的成績(jī)。上海電氣集團(tuán)股份有限公司的助殘輪椅機(jī)械臂(專利號(hào):ZL200720077281.6)，華南理工大學(xué)的助殘/助老用繩驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂(專利號(hào)申請(qǐng)公布號(hào):CN102672715A)等。但是無(wú)論是國(guó)內(nèi)的還是國(guó)外的輪椅機(jī)械手產(chǎn)品，其研究的重點(diǎn)往往放在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和控制上，而其末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)多為簡(jiǎn)單的夾持型機(jī)械手，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，但是其功能也往往十分單調(diào)，僅能夠?qū)嵤┖?jiǎn)單的抓握類操作，而不能夠?qū)嵤└?xì)微、多樣化的生活操作，越來(lái)越難以滿足使用人群的需求。
[0005]輪椅機(jī)械臂安裝于智能輪椅系統(tǒng)上，使用者通過(guò)輪椅的面板操作完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作，幫助身體不自由的老年人和殘疾人完成日常生活的一些基本操作。作為智能輪椅上保障老年、傷殘人士日常生活自理需要的關(guān)鍵部分-機(jī)械手末端，在其結(jié)構(gòu)上應(yīng)能配合機(jī)械臂完成日常生活動(dòng)作，例如能握起杯子、飲料瓶，能按電梯，能撿起藥片、紙張等。雖然仿人型機(jī)械手目前在世界范圍內(nèi)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，最前沿的仿人型手，例如Rich Walker等開(kāi)發(fā)的Shadow Hand系列，Lotti等研發(fā)的UBH3系列，日本岐阜大學(xué)的Kawasaki的GifuHand系列等，都能夠很靈活的模仿人類的許多動(dòng)作，但是其結(jié)構(gòu)和控制往往非常復(fù)雜，成本很高，還無(wú)法真正進(jìn)入人們的生活中。因此，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于智能輪椅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能豐富、控制方便的機(jī)械人靈巧手，對(duì)改進(jìn)智能輪椅產(chǎn)品，促進(jìn)其在生活中的應(yīng)用推廣，幫助老年人和殘疾人的生活自理有著重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、功能豐富、控制方便的多用型機(jī)械手，解決目前輪椅機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單調(diào)以及普及性不高的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，包括包括夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)、末端指節(jié)凸臺(tái)、末端指節(jié)鉤狀末端、自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)、前臂、機(jī)械手腕和末端指節(jié)凹槽。所述夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)固連于機(jī)械手腕，手指由電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副直接控制其運(yùn)動(dòng)。所述末端指節(jié)凸臺(tái)衍生于末端指節(jié)，相當(dāng)于機(jī)械手的附加小手指。所述末端指節(jié)鉤狀末端衍生于末端指節(jié)，所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌于夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)的手指中，其中近端指節(jié)和遠(yuǎn)端指節(jié)通過(guò)輪齒嚙合完成耦合運(yùn)動(dòng)，所述前臂和機(jī)械手腕通過(guò)前臂內(nèi)相對(duì)放置的兩個(gè)圓錐滾子軸承連接，所述末端指節(jié)凹槽包含于末端指節(jié)。
[0007]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述機(jī)械手末端結(jié)構(gòu)的基本架構(gòu)采用平行四邊形連 桿機(jī)構(gòu)的夾持型機(jī)械手，用滾珠絲杠副將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成機(jī)械手推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而控制手指的開(kāi)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，而且抓握力增大，提高了機(jī)械手對(duì)物體抓握的可靠性。
[0008]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述所述末端指節(jié)凸臺(tái)包括長(zhǎng)指凸臺(tái)和短指凸臺(tái)，所述長(zhǎng)指凸臺(tái)衍生于第一末端指節(jié)；所述短指凸臺(tái)衍生于第二末端指節(jié)。所述末端指節(jié)凸臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的按按鈕功能和抓捏小物體功能，長(zhǎng)指凸臺(tái)保證當(dāng)機(jī)械手指合攏的時(shí)候機(jī)械手最前端也能有突出的凸臺(tái)，使其能夠完成按按鈕及其他電器操作面板的操作。兩個(gè)凸臺(tái)相當(dāng)于機(jī)械手的兩個(gè)小手指，可以用于完成細(xì)小的抓捏工作。
[0009]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述末端指節(jié)鉤狀末端組合為仿造人類指甲的形式加以改進(jìn)后的形狀，用于拾取紙片，包括末端指節(jié)鉤狀末端和末端指節(jié)曲面末端，所述末端指節(jié)鉤狀末端衍生于第一末端指節(jié)；所述末端指節(jié)曲面末端衍生于弟 末端指節(jié)；所述末端指節(jié)鉤狀末端和末端指節(jié)曲面末端基本可以貼合。所述長(zhǎng)指的末端指節(jié)鉤狀末端用于貼著紙張的支撐面刮起紙張，其內(nèi)曲面與短指的內(nèi)曲面貼合后夾緊紙張完成抓取動(dòng)作。
[0010]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)包括第一近端活動(dòng)指節(jié)、第一末端活動(dòng)指節(jié)、第二近端活動(dòng)指節(jié)、第二末端活動(dòng)指節(jié)、第三近端活動(dòng)指節(jié)、第三末端活動(dòng)指節(jié)、第四近端活動(dòng)指節(jié)、第四末端活動(dòng)指節(jié)、第一復(fù)位彈簧、第二復(fù)位彈簧、第三復(fù)位彈簧、第四復(fù)位彈簧；所述第一近端活動(dòng)指節(jié)與第二近端活動(dòng)指節(jié)內(nèi)嵌于第一特殊平行條，繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)與第三近端活動(dòng)指節(jié)內(nèi)嵌于第二特殊平行條，繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一末端活動(dòng)指節(jié)和第二末端活動(dòng)指節(jié)內(nèi)嵌于第一末端指節(jié)，繞著可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三末端活動(dòng)指節(jié)和第四末端活動(dòng)指節(jié)內(nèi)嵌于第二末端指節(jié)，繞著可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一近端活動(dòng)指節(jié)與第一末端活動(dòng)指節(jié)通過(guò)輪齒嚙合；所述第二近端活動(dòng)指節(jié)與第二末端活動(dòng)指節(jié)通過(guò)輪齒嚙合；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)與第三末端活動(dòng)指節(jié)通過(guò)輪齒嚙合；所述第四近端活動(dòng)指節(jié)與第四末端活動(dòng)指節(jié)通過(guò)輪齒嚙合；所述第一復(fù)位彈簧、第二復(fù)位彈簧、第三復(fù)位彈簧、第四復(fù)位彈簧各位于第一近端活動(dòng)指節(jié)、第二近端活動(dòng)指節(jié)、第三近端活動(dòng)指節(jié)、第四近端活動(dòng)指節(jié)與特殊平行條嵌入空間相對(duì)的位置，用于四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)閑時(shí)的定位和復(fù)位，四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)用圓頭沉孔螺栓限制于特殊平行條上對(duì)應(yīng)的軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。上述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)因?yàn)楦鱾€(gè)近端活動(dòng)指節(jié)和末端活動(dòng)指節(jié)之間有輪齒嚙合，當(dāng)近端活動(dòng)指節(jié)受到壓迫力的時(shí)候，指節(jié)向外側(cè)彎曲，同時(shí)末端指節(jié)向手紙內(nèi)側(cè)彎曲，兩邊的活動(dòng)指節(jié)均執(zhí)行所述操作從而對(duì)物體形成包絡(luò)，增加抓取的
可靠性。
[0011]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述機(jī)械手腕與夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)通過(guò)沉頭螺釘固連，所述機(jī)械手腕與前臂通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接；所述機(jī)械手腕包括第一手腕外殼、第二手腕外殼、滾珠絲杠副、L型板a、第一電機(jī)；所述第一電機(jī)由L型板固定于第一手腕外殼內(nèi)；所述滾珠絲杠副連接第一電機(jī)和推桿將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的推力；所述第一手腕外殼與第二手腕外殼閉合構(gòu)成機(jī)械手腕外形；所述前臂包括第一前臂蓋、第二前臂蓋、第一圓錐滾子軸承、套筒、第二圓錐滾子軸承、端蓋、聯(lián)軸器、第二 L型板、第二電機(jī)；所述第一圓錐滾子軸承和第二圓錐滾子軸承反向相對(duì)裝在前臂，中間用套筒隔開(kāi)，手腕端部穿過(guò)前臂的端面孔、第一圓錐滾子軸承、套筒和第二圓錐滾子軸承，端面用端蓋加螺絲固定在第二圓錐滾子軸承的內(nèi)環(huán)，消除軸向自由度，使其固定在前臂上繞著前臂轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)脫離；聯(lián)軸器一端用螺絲穿過(guò)端蓋連接在機(jī)械手腕的端面，另一端連接電機(jī)，由電機(jī)控制手腕轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二電機(jī)由第二 L型板固定于第一前臂蓋內(nèi)部；所述第一前臂蓋和第二前臂蓋閉合構(gòu)成前臂外形。
[0012]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述末端指節(jié)凹槽組合用于機(jī)械手拾取小藥片的操作，所述凹槽位于第二末端指節(jié)；所述第一末端指節(jié)與第二末端指節(jié)的凹槽對(duì)應(yīng)的面為平面；手指合攏時(shí)第一末端指節(jié)的內(nèi)平面將小藥片推掃進(jìn)入第一末端指節(jié)的凹槽中，然后兩個(gè)手指合著將小藥片包裝在凹槽的小空間里面。
[0013]上述一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)的更優(yōu)方案是，所述多用型機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)，手腕轉(zhuǎn)動(dòng)也需要一個(gè)電機(jī)，因此，本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手供需兩個(gè)電機(jī)完成基本的動(dòng)作，從而有效減輕了機(jī)械手的重量，提高其控制響應(yīng)性和安全性。所述機(jī)械手的手指合攏時(shí)末端結(jié)構(gòu)的總長(zhǎng)度為192mm,寬度為92mm,機(jī)械手腕長(zhǎng)度為150mm,前臂長(zhǎng)度為250mm,機(jī)械手的高度為50mm,手指張開(kāi)內(nèi)表面最大距離為120mm。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果:
使用夾持型機(jī)械手作為整個(gè)末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)的基架，可以發(fā)揮夾持型機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又抓握穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，從根本上簡(jiǎn)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，也可以很好地為其他的附加機(jī)構(gòu)提供一個(gè)附著的基礎(chǔ)。夾持型機(jī)械手采用平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)的形式，可以使控制變得簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)靈活。在機(jī)械手中加入了前驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)，可以提高輪椅機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的抓取有效度，尤其是對(duì)于柱狀物體能夠形成包絡(luò)，而該機(jī)構(gòu)近端指節(jié)和末端指節(jié)兩個(gè)指節(jié)之間采用輪齒嚙合的形式，利用抓取物對(duì)近端指節(jié)的壓力驅(qū)動(dòng)末端指節(jié)，減少了驅(qū)動(dòng)源，也有助于簡(jiǎn)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和重量。在原來(lái)面積較大的兩個(gè)末端指節(jié)前端各自增加一個(gè)凸臺(tái)，相當(dāng)于為機(jī)械手增加了兩個(gè)小手指，這樣既提高了機(jī)械手的功能，又提高了機(jī)械手的抓取操作性能。在機(jī)械手的末端指節(jié)模仿人類指甲的形式，加入鉤狀末端組合，可以使機(jī)械手完成拾取紙張的操作；同時(shí)在機(jī)械手的末端指節(jié)上增加凹槽組合來(lái)包取藥片，也是以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)完成既定的操作。上述的兩種結(jié)構(gòu)形式既不會(huì)顯得累贅，功能上又有其實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)的多用型機(jī)械手在手腕部分增加的旋轉(zhuǎn)自由度，很好的彌補(bǔ)了機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)靈活性上的缺陷，使機(jī)械手的抓握功能更加豐富，并能夠完成其他的一些擰轉(zhuǎn)類的操作。整個(gè)機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)電機(jī)完成其所有的抓握操作，而加上手腕部分的電機(jī)，直接安裝于機(jī)械手上的電機(jī)只有兩個(gè)，使機(jī)械手的重量得到較好的控制，不僅提高了機(jī)械手的控制性和響應(yīng)性，而且使機(jī)械手的手臂不必承受太大的轉(zhuǎn)矩，能有助于延長(zhǎng)機(jī)械手手臂的壽命，也能夠提高機(jī)械手的安全性?？v觀整個(gè)機(jī)械手，其機(jī)械結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，重量較輕，控制方便，而且功能豐富實(shí)用，生活應(yīng)用范圍廣，相信在市場(chǎng)方面也會(huì)有很好的潛力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的前視示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的俯視示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的仰視示意圖；
圖5為圖2中A-A處劑視不意圖 圖6為圖2中B-B處劑視不意圖 圖7為圖4中C-C處的剖視示意圖；
圖8為圖7中F處的局部放大示意圖；
圖9為第一末端指節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為第二末端指節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為第二特殊平行條結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0016]圖中所示為:
1、第一末端指節(jié)
101、長(zhǎng)指凸臺(tái)
102、第一末端指節(jié)鉤狀末端
2、第一特殊平行條
3、第一三角平行條
4、第一近端活動(dòng)指節(jié)
5、基架
6、第一手腕外殼
7、第一前臂蓋
8、第一連接片
9、第三近端活動(dòng)指節(jié)
10、第三三角平行條
11、第二特殊平行條
12、第二末端指節(jié)
121、短指凸臺(tái)
122、凹槽
123、第二末端指節(jié)曲面末端
13、第四三角平行條 14、第二長(zhǎng)平行條
15、第二連接片
16、第二手腕外殼
17、第二前臂蓋
18、第一長(zhǎng)平行條
19、第二三角平行條
20、第一末端活動(dòng)指節(jié)
21、第一復(fù)位彈簧
22、第三復(fù)位彈簧
23、第三末端活動(dòng)指節(jié)
24、第二末端活動(dòng)指節(jié)
25、第二復(fù)位彈簧
26、第二近端活動(dòng)指節(jié)
27、第一連桿
28、推桿
29、絲杠
30、第二連桿
31、第四近端活動(dòng)指節(jié)
32、第四復(fù)位彈簧
33、第四末端活動(dòng)指節(jié)
34、第一 L形版
35、第一電機(jī)
36、第一圓錐滾子軸承
37、第二圓錐滾子軸承
38、套筒
39、端蓋
40、聯(lián)軸器
41、第二 L形版
42、第二電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限與此。
[0018]如圖1，本發(fā)明是一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，包括夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)43、末端指節(jié)凸臺(tái)44、末端指節(jié)鉤狀末端45、自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)46、前臂47、機(jī)械手腕(48)和末端指節(jié)凹槽49，所述夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)43用90 °沉頭螺釘固定于機(jī)械手腕48，長(zhǎng)指和短指的驅(qū)動(dòng)由電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副控制，所述末端指節(jié)凸臺(tái)44衍生于第一末端指節(jié)1、第二末端指節(jié)12，所述末端指節(jié)鉤狀末端45衍生于第一末端指節(jié)1、第二末端指節(jié)12，所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)46內(nèi)嵌于夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)43的手指中，其中第一近端活動(dòng)指節(jié)4、第二近端活動(dòng)指節(jié)9、第三近端活動(dòng)指節(jié)26、第四近端活動(dòng)指節(jié)31和第一末端活動(dòng)指節(jié)20、第二末端活動(dòng)指節(jié)23、第三末端活動(dòng)指節(jié)24、第四末端活動(dòng)指節(jié)33通過(guò)輪齒嚙合以實(shí)施耦合運(yùn)動(dòng)，所述前臂47和機(jī)械手腕(48)通過(guò)前臂47內(nèi)相對(duì)放置的第一圓錐滾子軸承36、第二圓錐滾子軸承38連接，所述末端指節(jié)凹槽49設(shè)置于第一末端指節(jié)1、第二末端指節(jié)12。
[0019]所述夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)43包括基架5、長(zhǎng)指、短指、第一連桿27、第二連桿30、第一連接片8、第二連接片15、推桿28 ;所述長(zhǎng)指包括第一特殊平行條2、第一長(zhǎng)平行條18、第一三角平行條3、第二三角平行條19、第一末端指節(jié)I ;所述短指包括第二特殊平行條11、第二長(zhǎng)平行條14、第三三角平行條10、第四三角平行條13、第二末端指節(jié)12 ;所述第一特殊平行條2的中間長(zhǎng)條和第一長(zhǎng)平行條18平行對(duì)齊，兩頭用螺栓鉸接連接基架5和第一末端指節(jié)I ;所述第一三角平行條3和第二三角平行條19平行對(duì)齊，其中兩個(gè)角用螺栓鉸接連接基架5和第一末端指節(jié)1，與上述第一特殊平行條2和第一長(zhǎng)平行條18與基架5和末端指節(jié)的連接一起構(gòu)成雙層平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)；所述第一連桿27 —頭與第一三角平行條
3、第二三角平行條19的角孔用圓頭沉頭螺栓鉸接，另一頭與第一連接片8、第二連接片15鉸接；所述第二特殊平行條11的中間長(zhǎng)條和第二長(zhǎng)平行條14平行對(duì)齊，兩頭用螺栓鉸接連接基架5和第二末端指節(jié)12 ;所述第三三角平行條10和第四三角平行條13平行對(duì)齊，其中兩個(gè)角用螺栓鉸接連接基架5和第二末端指節(jié)12，與上述第二特殊平行條11和第二長(zhǎng)平行條14與基架和末端指節(jié)的連接一起構(gòu)成雙層平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)；所述第二連桿30 —頭與第三三角平行條10、第四三角平行條13的角孔用圓頭沉頭螺栓鉸接，另一頭與第一連接片8、第二連接片15鉸接；所述第一連接片8和第二連接片15平行對(duì)齊，分別固定在推桿28的上下兩個(gè)平行面上；所述推桿28前后移動(dòng)時(shí)，通過(guò)第一連桿27和第二連桿30造成上述的兩個(gè)平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)變性從而形成機(jī)械手兩個(gè)手指的張合。
[0020]所述末端指節(jié)凸臺(tái)(44)包括長(zhǎng)指凸臺(tái)和短指凸臺(tái)，所述長(zhǎng)指凸臺(tái)設(shè)置于第一末端指節(jié)I ;所述短指凸臺(tái)設(shè)置于第二末端指節(jié)12。
[0021]所述末端指節(jié)鉤狀末端45包括弟一末端指節(jié)鉤狀末端102和第二末端指節(jié)曲面末端123，所述第一末端指節(jié)鉤狀末端102設(shè)置于第一末端指節(jié)I ;所述第二末端指節(jié)曲面末端123衍生于第二末端指節(jié)12 ;所述弟一末端指節(jié)鉤狀末端102和第二末端指節(jié)曲面末端123基本可以貼合。
[0022]所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)46包括第一近端活動(dòng)指節(jié)4、第一末端活動(dòng)指節(jié)20、第二近端活動(dòng)指節(jié)26、第二末端活動(dòng)指節(jié)24、第三近端活動(dòng)指節(jié)9、第三末端活動(dòng)指節(jié)23、第四近端活動(dòng)指節(jié)31、第四末端活動(dòng)指節(jié)33、第一復(fù)位彈簧21、第二復(fù)位彈簧25、第三復(fù)位彈簧
22、第四復(fù)位彈簧32 ;所述第一近端活動(dòng)指節(jié)4與第二近端活動(dòng)指節(jié)26內(nèi)嵌于第一特殊平行條2，繞著長(zhǎng)螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)9與第四近端活動(dòng)指節(jié)31內(nèi)嵌于第二特殊平行條11，繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一末端活動(dòng)指節(jié)I和第二末端活動(dòng)指節(jié)12內(nèi)嵌于第一末端指節(jié)，可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三末端活動(dòng)指節(jié)23和第四末端活動(dòng)指節(jié)33內(nèi)嵌于第二末端指節(jié)，繞著可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一近端活動(dòng)指節(jié)4與第一末端活動(dòng)指節(jié)I通過(guò)輪齒嚙合；所述第二近端活動(dòng)指節(jié)26與第二末端活動(dòng)指節(jié)24通過(guò)輪齒嚙合；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)9與第三末端活動(dòng)指節(jié)23通過(guò)輪齒嚙合；所述第四近端活動(dòng)指節(jié)31與第四末端活動(dòng)指節(jié)33通過(guò)輪齒嚙合；所述第一復(fù)位彈簧21、第二復(fù)位彈簧25、第三復(fù)位彈簧22、第四復(fù)位彈簧32各位于第一近端活動(dòng)指節(jié)4、第二近端活動(dòng)指節(jié)26、第三近端活動(dòng)指節(jié)9、第四近端活動(dòng)指節(jié)31與特殊平行條嵌入空間相對(duì)的位置，用于四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)閑時(shí)的定位和復(fù)位，四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)用圓頭沉孔螺栓限制于特殊平行條上對(duì)應(yīng)的軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
[0023]所述機(jī)械手腕48與夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)43通過(guò)沉頭螺釘固連，所述機(jī)械手腕48與前臂47通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接；所述機(jī)械手腕48包括第一手腕外殼6、第二手腕外殼
16、推桿28、絲杠29、第一 L型板34、第一電機(jī)35 ;所述第一電機(jī)35由第一 L型板34固定于第一手腕外殼6內(nèi)；所述絲杠連接第一電機(jī)35和推桿28,將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的推力；所述第一手腕外殼6與第二手腕外殼16閉合構(gòu)成機(jī)械手腕外形；所述前臂47包括第一前臂蓋7、第二前臂蓋17、第一圓錐滾子軸承36、套筒38、第二圓錐滾子軸承37、端蓋39、聯(lián)軸器40、第二 L型板41、第二電機(jī)42 ;所述第一圓錐滾子軸承36和第二圓錐滾子軸承37反向相對(duì)裝在前臂，中間用套筒38隔開(kāi)，手腕端部穿過(guò)前臂的端面孔、第一圓錐滾子軸承36、套筒38和第二圓錐滾子軸承37，端面用端蓋加螺絲固定消除軸向自由度，使其固定在前臂上繞著前臂轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)脫離；聯(lián)軸器40—端用螺絲穿過(guò)端蓋39連接在機(jī)械手腕的端面，另一端連接第二電機(jī)42，由電機(jī)控制手腕轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二電機(jī)42由第二 L型板41固定于第一前臂蓋7內(nèi)部；所述第一前臂蓋7和第二前臂蓋17閉合構(gòu)成前臂外形。
[0024]所述末端指節(jié)凹槽49設(shè)置于第一末端指節(jié)I和第二末端指節(jié)12，所述第一末端指節(jié)鉤狀末端102的內(nèi)曲面和第二末端指節(jié)曲面末端123的內(nèi)曲面在兩指合攏時(shí)相貼合。
[0025]所述前臂47跟機(jī)械手腕48軸向相連，機(jī)械手腕48可繞著前臂47轉(zhuǎn)動(dòng)；手指的張合由推桿28前后移動(dòng)，由第一連桿27和第二連桿30傳遞其變化造成兩個(gè)平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)的變形來(lái)完成；所述第一末端指節(jié)I和第二末端指節(jié)12的張開(kāi)跟合攏時(shí)兩個(gè)內(nèi)表面平行；所述第一末端指節(jié)I和第二末端指節(jié)12的兩個(gè)凸臺(tái)高度不同，使機(jī)械手手指合攏的時(shí)候能有最頂尖突出的手指完成按按鈕的操作。
[0026]多用型機(jī)械手的工作過(guò)程敘述如下:
第一電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)矩通過(guò)滾珠絲杠副轉(zhuǎn)變成為推桿的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，然后通過(guò)第一連桿和第二連桿，帶動(dòng)機(jī)械手的兩個(gè)手指中的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)變形，于是機(jī)械手的手指得以張開(kāi)跟合攏。
[0027]當(dāng)機(jī)械手抓握柱狀物體時(shí)，手指合攏的過(guò)程中，機(jī)械手的近端活動(dòng)指節(jié)在柱狀物體的反作用力下向外轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與末端活動(dòng)指節(jié)嚙合的輪齒帶動(dòng)末端活動(dòng)指節(jié)向機(jī)械手指內(nèi)側(cè)彎曲，從而對(duì)抓取物形成包絡(luò)，提高抓取的有效性。
[0028]拾取紙張時(shí)，機(jī)械手的鉤狀末端組合位于下方，機(jī)械手下降調(diào)整使機(jī)械手的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)貼近紙張的支撐面，機(jī)械手的短指壓緊紙張，長(zhǎng)指不與紙張接觸，然后，機(jī)械手的手指慢慢合攏。機(jī)械手的長(zhǎng)指和短指合攏的過(guò)程中，長(zhǎng)指的第一末端指節(jié)的鉤狀末端刮著支撐面慢慢進(jìn)入紙張的下方，將紙張的一角刮進(jìn)鉤狀末端的內(nèi)曲面，接著手指合攏后將彎起的紙張夾緊，保持手指夾緊的姿勢(shì)，通過(guò)調(diào)整手臂的夾角和高度，完成拾取紙張的操作。
[0029]拾取藥片時(shí)，與拾取紙張的過(guò)程相仿。機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊貼著藥片的支撐面，藥片位于兩個(gè)手指末端之間對(duì)著第二末端指節(jié)的凹槽的位置，然后手指合攏，第一末端指節(jié)的平面將小藥片推入第二末端指節(jié)的凹槽中，然后保持手指的合攏姿勢(shì)，將小藥片包裝于機(jī)械手的凹槽中，調(diào)成機(jī)械手手臂的角度和姿勢(shì)，完成小藥片的拾取操作。
[0030]機(jī)械手末端指節(jié)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)等同于機(jī)械手的兩個(gè)小手指。在按操作面板的按鈕或者開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)調(diào)整機(jī)械手手臂的角度和高度，便可利用手指的凸臺(tái)完成此類操作。對(duì)于比較細(xì)微的物體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手腕與前臂連接處的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，將機(jī)械手的凸臺(tái)旋轉(zhuǎn)至末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的下方，手指實(shí)施正常張合動(dòng)作，完成使用末端指節(jié)凸臺(tái)對(duì)細(xì)微物體的抓捏操作。
[0031]機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作和手指的張合動(dòng)作有電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成，欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)的手指動(dòng)作由抓取物對(duì)近端活動(dòng)指節(jié)的反作用力驅(qū)動(dòng)完成。
[0032]如上所述可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0033]上述實(shí)施例為本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)(43)、末端指節(jié)凸臺(tái)(44)、末端指節(jié)鉤狀末端(45)、自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)(46)、前臂(47)、機(jī)械手腕(48)和末端指節(jié)凹槽(49)，所述夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)(43)用90 °沉頭螺釘固定于機(jī)械手腕(48)，長(zhǎng)指和短指的驅(qū)動(dòng)由電機(jī)通過(guò)滾珠絲杠副控制，所述末端指節(jié)凸臺(tái)(44)衍生于第一末端指節(jié)(I)、弟_ 末端指節(jié)(12),所述末端指節(jié)鉤狀末端(45)衍生于弟一末端指節(jié)(I)、第二末端指節(jié)(12)，所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)(46)內(nèi)嵌于夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)(43)的手指中，其中第一近端活動(dòng)指節(jié)(4)、第二近端活動(dòng)指節(jié)(9)、第三近端活動(dòng)指節(jié)(26)、第四近端活動(dòng)指節(jié)(31)和第一末端活動(dòng)指節(jié)(20)、第二末端活動(dòng)指節(jié)(23、第三末端活動(dòng)指節(jié)(24)、第四末端活動(dòng)指節(jié)(33)通過(guò)輪齒嚙合以實(shí)施耦合運(yùn)動(dòng)，所述前臂(47)和機(jī)械手腕(48)通過(guò)前臂(47)內(nèi)相對(duì)放置的第一圓錐滾子軸承(36)、第二圓錐滾子軸承(38)連接，所述末端指節(jié)凹槽(49)設(shè)置于第一末端指節(jié)(I)、第二末端指節(jié)(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)(43)包括基架(5)、長(zhǎng)指、短指、第一連桿(27)、第二連桿(30)、第一連接片(8)、第二連接片(15)、推桿(28);所述長(zhǎng)指包括第一特殊平行條(2)、第一長(zhǎng)平行條(18)、第一三角平行條(3)、第二三角平行條(19)、第一末端指節(jié)(I);所述短指包括第二特殊平行條(11)、第二長(zhǎng)平行條(14)、第三三角平行條(10)、第四三角平行條(13)、第二末端指節(jié)(12);所述第一特殊平行條(2)的中間長(zhǎng)條和第一長(zhǎng)平行條(18平行對(duì)齊，兩頭用螺栓鉸接連接基架(5)和第一末端指節(jié)(I);所述第一三角平行條(3)和第二三角平行條(19)平行對(duì)齊，其中兩個(gè)角用螺栓鉸接連接基架(5)和第一末端指節(jié)(1)，與上述第一特殊平行條(2)和第一長(zhǎng)平行條(18)與基架(5)和末端指節(jié)的連接一起構(gòu)成雙層平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)；所述第一連桿(27) —頭與第一三角平行條(3)、第二三角平行條(19)的角孔用圓頭沉頭螺栓鉸接，另一頭與第一連接片(8)、第二連接片(15)鉸接；所述第二特殊平行條(11)的中間長(zhǎng)條和第二長(zhǎng)平行條(14)平行對(duì)齊，兩頭用螺栓鉸接連接基架(5)和第二末端指節(jié)(12);所述第三三角平行條(10)和第四三角平行條(13)平行對(duì)齊，其中兩個(gè)角用螺栓鉸接連接基架(5)和第二末端指節(jié)(12)，與上述第二特殊平行條(11)和第二長(zhǎng)平行條(14)與基架和末端指節(jié)的連接一起構(gòu)成雙層平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)；所述第二連桿(30) —頭與第三三角平行條(10)、第四三角平行條(13)的角孔用圓頭沉頭螺栓鉸接，另一頭與第一連接片(8))第二連接片(15)鉸接；所述第一連接片(8)和第二連接片(15)平行對(duì)齊，分別固定在推桿(28)的上下兩個(gè)平行面上；所述推桿(28前后移動(dòng)時(shí)，通過(guò)第一連桿(27)和第二連桿(30)造成上述的兩個(gè)平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)變性從而形成機(jī)械手兩個(gè)手指的張合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述末端指節(jié)凸臺(tái)(44)包括長(zhǎng)指凸臺(tái)和短指凸臺(tái)，所述長(zhǎng)指凸臺(tái)設(shè)置于第一末端指節(jié)(I);所述短指凸臺(tái)設(shè)置于第二末端指節(jié)(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述末端指節(jié)鉤狀末端(45)包括弟一末端指節(jié)鉤狀末端(102)和弟_ 末端指節(jié)曲面末端(123),所述弟一末端指節(jié)鉤狀末端(102)設(shè)置于第一末端指節(jié)(I);所述第二末端指節(jié)曲面末端(123)衍生于弟 末端指節(jié)(12);所述弟一末端指節(jié)鉤狀末端(102)和弟_ 末端指節(jié)曲面末端(123)基本可以貼合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述自適應(yīng)彎曲結(jié)構(gòu)(46)包括第一近端活動(dòng)指節(jié)(4)、第一末端活動(dòng)指節(jié)(20)、第二近端活動(dòng)指節(jié)(26)、第二末端活動(dòng)指節(jié)(24)、第三近端活動(dòng)指節(jié)(9)、第三末端活動(dòng)指節(jié)(23)、第四近端活動(dòng)指節(jié)(31)、第四末端活動(dòng)指節(jié)(33)、第一復(fù)位彈簧(21)、第二復(fù)位彈簧(25)、第三復(fù)位彈簧(22)、第四復(fù)位彈簧(32);所述第一近端活動(dòng)指節(jié)(4)與第二近端活動(dòng)指節(jié)(26)內(nèi)嵌于第一特殊平行條(2)，繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)(9與第四近端活動(dòng)指節(jié)(31)內(nèi)嵌于第二特殊平行條(11)，繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一末端活動(dòng)指節(jié)(I)和第二末端活動(dòng)指節(jié)(12)內(nèi)嵌于第一末端指節(jié)，繞著可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第三末端活動(dòng)指節(jié)(23)和第四末端活動(dòng)指節(jié)(33)內(nèi)嵌于第二末端指節(jié),繞著可以繞著螺栓旋轉(zhuǎn)；所述第一近端活動(dòng)指節(jié)(4)與第一末端活動(dòng)指節(jié)(I)通過(guò)輪齒嚙合；所述第二近端活動(dòng)指節(jié)(26)與第二末端活動(dòng)指節(jié)(24)通過(guò)輪齒嚙合；所述第三近端活動(dòng)指節(jié)(9)與第三末端活動(dòng)指節(jié)(23)通過(guò)輪齒嚙合；所述第四近端活動(dòng)指節(jié)(31)與第四末端活動(dòng)指節(jié)(33)通過(guò)輪齒嚙合；所述第一復(fù)位彈簧(21)、第二復(fù)位彈簧(25)、第三復(fù)位彈簧(22)、第四復(fù)位彈簧(32)各位于第一近端活動(dòng)指節(jié)(4)、第二近端活動(dòng)指節(jié)(26)、第三近端活動(dòng)指節(jié)(9)、第四近端活動(dòng)指節(jié)(31)與特殊平行條嵌入空間相對(duì)的位置，用于四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)閑時(shí)的定位和復(fù)位，四個(gè)近端活動(dòng)指節(jié)用圓頭沉孔螺栓限制于特殊平行條上對(duì)應(yīng)的軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述機(jī)械手腕(48)與夾持型機(jī)械手基本架構(gòu)(43)通過(guò)沉頭螺釘固連，所述機(jī)械手腕(48)與前臂(47)通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接；所述機(jī)械手腕(48)包括第一手腕外殼(6)、第二手腕外殼(16)、推桿(28)、絲杠(29)、第一 L型板(34)、第一電機(jī)(35);所述第一電機(jī)(35)由第一 L型板(34)固定于第一手腕外殼(6)內(nèi)；所述絲杠連接第一電機(jī)(35)和推桿(28),將電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的推力；所述第一手 腕外殼(6)與第二手腕外殼(16)閉合構(gòu)成機(jī)械手腕外形；所述前臂(47)包括第一前臂蓋(7)、第二前臂蓋(17)、第一圓錐滾子軸承(36)、套筒(38)、第二圓錐滾子軸承(37)、端蓋(39)、聯(lián)軸器(40、第二 L型板(41、第二電機(jī)(42);所述第一圓錐滾子軸承(36)和第二圓錐滾子軸承(37)反向相對(duì)裝在前臂，中間用套筒(38)隔開(kāi)，手腕端部穿過(guò)前臂的端面孔、第一圓錐滾子軸承(36)、套筒(38)和第二圓錐滾子軸承(37)，端面用端蓋加螺絲固定消除軸向自由度，使其固定在前臂上繞著前臂轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)脫離；聯(lián)軸器(40)一端用螺絲穿過(guò)端蓋(39)連接在機(jī)械手腕的端面，另一端連接第二電機(jī)(42)，由電機(jī)控制手腕轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第二電機(jī)(42)由第二 L型板(41)固定于第一前臂蓋(7)內(nèi)部；所述第一前臂蓋(7)和第二前臂蓋(17)閉合構(gòu)成前臂外形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述末端指節(jié)凹槽(49)設(shè)置于第一末端指節(jié)(I)和第二末端指節(jié)(12)，所述第一末端指節(jié)鉤狀末端(102)的內(nèi)曲面和第二末端指節(jié)曲面末端(123的內(nèi)曲面在兩指合攏時(shí)相貼合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的多用型機(jī)械手的末端結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述前臂(47)跟機(jī)械手腕(48)軸向相連，機(jī)械手腕(48)可繞著前臂(47)轉(zhuǎn)動(dòng)；手指的張合由推桿(28前后移動(dòng)，由第一連桿(27)和第二連桿(30)傳遞其變化造成兩個(gè)平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)的變形來(lái)完成；所述第一末端指節(jié)(I)和第二末端指節(jié)(12)的張開(kāi)跟合攏時(shí)兩個(gè)內(nèi)表面平行；所述第一末端指節(jié)(I)和第二末端指節(jié)(12)的兩個(gè)凸臺(tái)高度不同，使機(jī)械手手指合攏的時(shí)候能有最頂尖突出的手指完成按按鈕的操作。
【文檔編號(hào)】B25J15/08GK103448070SQ201310390609
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】張勤, 范長(zhǎng)湘 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)