一种具有锁止功能的多自由度仿生手的制作方法

1.本实用新型涉及仿生手的开发领域，具体的说是一种具有锁止功能的多自由度仿生手。


背景技术：

2.近年来对仿生手的研究越来越多，也取得了显著成效，一般每个仿生手有2-5个手指，每个手指关节数不尽相同。手指的驱动方式分全驱动和欠驱动，全驱动就是驱动数等于关节数，每个关节对应一个驱动装置，驱动装置越多仿生手体积和重量就越大，控制难度增加、故障率高。欠驱动就是驱动装置的数量少于关节数,一个驱动装置可驱动两个以上的关节。因此欠驱动的驱动方式更受欢迎。
3.人手在活动的时候,每个手指都有多个自由度,均可独立活动,而多数仿生手指只有一个自由度,致使仿生手指的活动不够灵活,多数功能无法实现。
4.申请公布号cn10528815a的发明专利申请公布了一种多自由度欠驱动机械手，其驱动原件少，自由度多，然而其只能实现五指的同时抓握，没有手指的锁止功能和拇指的内外摆动，无法单独控制一个手指或两个手指的协调动作，而且动作过程的灵活性有待改进。


技术实现要素：

5.本实用新型需要解决的技术问题是提供一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其只有一个驱动装置，手指的自由度多，灵活度高，除实现五指抓握的功能外还能顺利实现三指自锁状态下拇指、食指的单独动作，还能实现拇指与食指协调动作，且动作过程柔性好、自适应性高。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
7.本实用新型包括手掌、与所述手掌通过定轴活动连接的手指、驱动五指动作的驱动轴和设置在手掌的背面与手指连接处指根上的限位轴，所述手掌与指根连接处活动设有锁止单元,所述驱动轴包括设置在手掌内的第一驱动轴和设置在手指根部驱动四指的第二驱动轴，与动力装置连接的主驱动线绕过第二驱动轴与第一驱动轴连接，所述第二驱动轴带动手指沿定轴转动驱动五指动作。
8.进一步的,所述第二驱动轴设置在食指上与中指根部的连接, 所述中指上开设有供第二驱动轴活动的弧形轨道，所述中指、无名指和小指连接处设有三指同步轴，所述锁止单元包括设置在无名指根部的挂钩和与所述挂钩对应的卡销，所述卡销活动设置在三指同步轴下方手掌与指根连接处的卡销滑道内。
9.进一步的,所述卡销上设有操作端和与所述挂钩对应的卡槽，所述操作端与手掌连接处设有回位弹簧，与所述卡槽对应的卡销上设有通过定位丝与卡销固定的限位块。
10.进一步的,所述驱动轴还包括设置在手掌背面与食指、中指、无名指和小指根部连接处的四指驱动轴和设置在食指根部的固定轴, 所述食指、中指、无名指和小指内均设有远指节驱动线，所述远指节驱动线的一端与四指驱动轴固定，另一端依次经近指节、远指节
上开设的过线孔与远指节内的压块固定，所述固定轴与设置在拇指内的拇指远指节驱动线的一端固定，另一端依次经开设在拇指近指节、拇指远指节上的过线孔与拇指远指节内的压块固定。
11.进一步的,所述压块通过固定丝与设置在远端指节内的缓冲弹簧固定，所述缓冲弹簧的另一端卡置在远端指节的沉孔内。
12.进一步的,所述拇指近指节与手掌连接处设有供拇指定位摆动的支点和设置在所述手掌上与所述支点对应的支槽。
13.进一步的,所述拇指近指节内设有上固定杆，与所述上固定杆对应的手掌内设有下固定杆，所述上固定杆和下固定杆之间设有定位拉力弹簧。
14.进一步的,所述限位轴包括三指限位轴和食指限位轴，所述三指限位轴设置在三指同步轴下方中指、无名指、小指与手掌连接处的指根上，所述食指限位轴设置在食指与手掌连接处的指根上。
15.进一步的,所述手指上均设有与手掌连接的近指节和与所述近指节通过复位弹簧连接的远指节，所述复位弹簧的两端均通过复位固定丝连接。
16.进一步的,所述复位弹簧对称设置在活动节的两侧，所述活动节设置在远指节的根部与近指节配合连接处。
17.由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的有益效果是：
18.本实用新型结构合理，设计新颖，只有一个驱动装置能实现对整个仿生手的操控，其重量轻，像人手一样灵活方便，能实现人手的多种功能:五指的抓握、五指的弯曲或伸直，还能实现拇指或食指的单独操作，比如拇指的外摆、内摆，食指的单指点，拇指与食指的对指、侧捏，在中指、无名指和小指自锁状态下拇指与食指的协调动作，以及解锁后五指的协调动作。
19.缓冲弹簧的设置使抓握过程有一个缓冲力和保持力，方便手指的柔性抓取，不仅能将被抓物牢牢抓稳而不被滑落，还有效避免了因用力过猛将被抓物夹碎或捏坏现象的发生，自适应性大大增强。
20.拇指摆动机构定位拉力弹簧的设置使拇指在外摆的时候像人手放松状态一样美观自然，拇指和手掌无轴连接且不会脱落，也实现了手指的侧捏，灵活实现了生活过程接卡片、夹扑克牌等小物件物品，还可灵活实现接书、夹书等动作。
附图说明
21.图1是本实用新型仿生手的主视结构示意图；
22.图2是本实用新型仿生手不带手掌的主视结构示意图；
23.图3是本实用新型仿生手的后视结构示意图；
24.图4是本实用新型仿生手的左视结构示意图；
25.图5是本实用新型仿生手的右视结构示意图；
26.图6是本实用新型仿生手中指的右视结构示意图；
27.图7是本实用新型拇指的结构示意图;
28.图8是本实用新型远指节的内部结构示意图。
29.其中，1、第二驱动轴；2、固定轴；3、固定丝； 4、活动节；5、过线孔； 6、三指同步轴；
6-1、三指限位轴；7、挂钩；8、卡销；8-1、操作端；8-2、回位弹簧；8-3、卡槽；8-4、限位块；8-5、定位丝；9、四指驱动轴；10手掌； 11、定轴；12、第一驱动轴；13、食指限位轴；14、下固定杆；15、复位固定丝；16、弧形轨道；17、上固定杆；18、支点；19、定位拉力弹簧；20、压块；21、缓冲弹簧。
实施方式
30.下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明：
31.一种具有锁止功能的多自由度仿生手，如图1-8所示，其包括手掌10、与所述手掌10通过定轴11活动连接的手指、驱动五指动作的驱动轴和设置在手掌10的背面与手指连接处指根上的限位轴，所述驱动轴包括设置在手掌10内的第一驱动轴12和设置在手指根部驱动四指的第二驱动轴1，第二驱动轴1设置在食指上与中指的弧形轨道16连接，所述第二驱动轴1驱动食指动作的时候中指也动作，所述三指同步轴6将中指、无名指和小指连接成一个整体，中指动作的同时无名指和小指也同时动作，食指动作固定轴2驱动拇指一起动作，与动力装置连接的主驱动线绕过第二驱动轴1与第一驱动轴12连接，所述第二驱动轴1带动四指沿定轴11转动的同时拇指随之动作，实现了驱动五指的动作。
32.如图1-3和图5所示，所述手掌10与指根连接处活动设有锁止单元,锁止单元的设置可根据动作需要将中指、无名指和小指锁死，使其一直处于弯曲的状态。所述第二驱动轴1设置在食指上与中指的弧形轨道16连接, 所述中指上开设有供第二驱动轴1活动的弧形轨道16，当中指、无名指和小指处于锁死状态的时候，主驱动线通过第一驱动轴12带动第二驱动轴1动作，第一驱动轴1在弧形轨道16内活动，实现拇指与食指的对指、侧捏，夹取小件物品等动作；可见，弧形轨道16的设置可满足在三指锁死状态下不影响食指与拇指的动作，拓宽了仿生手的功能。在三指解锁的状态下，第二驱动轴1会带动食指、中指、无名指和小指一同沿定轴11转动，所述中指、无名指和小指连接处设置的三指同步轴6在第二驱动轴1的作用下与食指同步转动，与此同时拇指也随之动作，实现五指的抓握动作。所述三指同步轴6的设置可使中指、无名指和小指同步动作。
33.抓握完成需要伸直的时候，主驱动线预松开手指在复位弹簧的作用下慢慢伸直，为防止四指的过渡伸直而向后弯，设置了限位轴。如图3所示，所述限位轴包括三指限位轴6-1和食指限位轴13，所述三指限位轴6-1设置在三指同步轴6的下方手掌10与中指、无名指、小指连接处的指根上，防止三指伸直过程中三指的过渡伸直而向后弯；所述食指限位轴13设置在食指与手掌10连接处的指根上，防止食指伸直过程中过渡伸直而向后弯。
34.所述锁止单元包括设置在无名指根部的挂钩7和与所述挂钩7对应的卡销8，所述卡销8活动设置在三指同步轴6下方手掌10与指根连接处的卡销滑道内。当锁止单元处于锁死状态的时候，挂钩7与卡销8上的卡槽8-3牢牢地配合在一起，三指同步轴6的设置中指、无名指和小指同时被锁死，不再与食指同步动作；只有锁止单元处于解锁状态的时候，三指与食指才能同步动作。
35.如图1和图2所示，所述卡销8上设有操作端8-1和与所述挂钩7对应的卡槽8-3，且卡槽8-3的宽度尺寸略大于挂钩7的宽度尺寸，确保挂钩7在卡槽8-3内有一个适度的活动空间，方便无名指上的挂钩7与卡槽8-3的配合状态的锁止和脱离状态的解锁，实现锁止单元的锁止和解锁。
36.所述操作端8-1与手掌10连接处设有回位弹簧8-2，所述回位弹簧8-2的一端固定在卡销滑道上方的手掌10上，另一端卡置在操作端8-1的沉孔内。当需要解锁的时候，只要向内摁压操作端8-1，使卡销8沿卡销滑道向内移动的同时卡槽8-3与挂钩7脱离而解锁。在回位弹簧8-2的作用下，卡销8被弹回复位。与所述卡槽8-3对应的卡销8上设有通过定位丝8-5与卡销8固定的限位块8-4。限位块8-4的设置使卡销8只能复位而不被弹出，可有效防止卡销8从卡销滑道内拔出。
37.综上，需要三指锁止的时候扳动三指，三指同步轴6的设置三指同时动作,挂钩7的斜面推动卡销8向里移动直至挂钩7与卡槽8-3完全配合，回位弹簧8-2推动卡销8外移使卡槽8-3挂住挂钩7，需要解锁的时候向内摁压操作端8-1使挂钩7与卡槽8-3脱离而解锁，在三指内复位弹簧的作用下三指反向转动逐渐复位伸直。在回位弹簧8-2的作用下卡销8复位。
38.所述驱动轴还包括设置在手掌10背面与食指、中指、无名指和小指指根连接处的四指驱动轴9和设置在食指根部的固定轴2, 所述食指、中指、无名指和小指内均设有远指节驱动线，所述远指节驱动线的一端与四指驱动轴9固定，另一端依次经近指节、远指节上开设的过线孔5与远指节内的压块20固定，所述拇指内设有拇指远指节驱动线，所述拇指远指节驱动线的一端与固定轴2固定，另一端依次经开设在拇指近指节、拇指远指节上的过线孔5与拇指远指节内的压块20固定。动力装置工作驱动主驱动线动作，在主驱动线的作用下第二驱动轴1动作带动食指动作，食指带动中指沿定轴11向手心方向转动的同时一端与四指驱动轴9固定的远指节驱动线沿指根外圆做卷绕动作，另一端会拉动远指节向手心方向弯曲，由于设置了三指连接的三指同步轴6，中指、无名指、小指会做同样的动作，第二驱动轴1的设置使食指与三指同步动作，直至四指弯曲到需要的弯曲度后动力装置停止对主驱动线的驱动，使手指保持在此弯曲的状态；在需要手指伸直的时候，反向驱动主驱动线主驱动线预松开，在复位弹簧的作用下慢慢将手指伸直。食指动作的同时固定轴2动作，拇指远指节驱动线驱动拇指远指节动作，完成五指的协调动作。
39.五指上远指节的内部结构是一样的，如图8所示，所述压块20通过固定丝3与设置在远端指节内的缓冲弹簧21固定，所述缓冲弹簧21的另一端卡置在远端指节的沉孔内，防止缓冲弹簧21从沉孔内脱落使抓握过程失去弹性。所述缓冲弹簧21的设置，使五指在抓握物体的时候，在物体与指节之间有一个柔和的保持力、缓冲力，保证抓握过程使用合适的力度将物体抓稳，抓牢，还不会用力过猛将物体抓碎而损坏物体，其自适应性大大增强。
40.如图7所示，所述拇指近指节与手掌10连接处设有供拇指定位摆动的支点18和设置在所述手掌10上与所述支点18对应的支槽，所述拇指近指节内设有上固定杆17，与所述上固定杆17对应的手掌10内设有下固定杆14，所述上固定杆17和下固定杆14之间设有定位拉力弹簧19。所述拇指采用弹簧自锁铰链的结构， 所述近指节沿支点18左右摆动，当拨动近指节超过临界点时，在定位拉力弹簧19的作用下实现自锁，可以向内拨动也可以向外拨动实现两档调节。
41.在拇指外摆时，可实现拇指与食指的侧捏动作，牢稳的将递过来的卡片、扑克牌等小物件捏紧，在侧捏过程中增大了被捏物件与食指、拇指的接触面积，被捏物件不容易滑落。拨动拇指的近指节，近指节带动远端指节即可实现拇指的外摆、内摆。在拇指内摆时，可实现拇指与食指的对指状态，方便夹取小物件物品。
42.另外，无论拇指外摆还是内摆状态，中指、无名指、小指处于锁止状态时，均可方便
的实现食指的单指点动作，方便操作开关、敲键盘等动作的实施，只是在拇指外摆状态单指点动作的角度更合适，方便动作的实施。
43.如图1-4所示，所述手指上均设有与手掌10连接的近指节和与所述近指节通过复位弹簧连接的远指节，所述复位弹簧的两端均通过复位固定丝15连接，所述复位弹簧对称设置在活动节4的两侧，所述活动节4设置在远指节的根部与近指节配合连接处。复位弹簧的设置使五指在伸直、弯曲的过程中有一个缓和的复位力，方便五指的柔性伸直、弯曲，使五指的动作过程更加柔和。
44.在五指的抓握过程中,首先需要克服复位弹簧的作用力实现远端指节和近指节同时向内靠拢接近,当与被抓物体的表面接触的时候,在缓冲弹簧21的作用下使远端指节与被抓物之间有一个柔和的保持力和缓冲力,五指慢慢的将物体包络,进而抓牢物体,实现对被抓物的自适应抓取，当然也适合不规则物的抓取。总之，整个抓握过程能根据被抓物的硬度、大小、形状实现柔和用力，抓握过程自适应性好。杜绝了由于抓握过程用力过大将被抓物抓碎、弄坏现象的发生。完成抓握后反向用力，反向驱动主驱动线，在缓冲弹簧21的反作用下手指缓慢放松被抓物，同时各指节在复位弹簧作用下复位。
45.最后应该说明的是：上述实施例只是为清楚说明本实用新型而做的举例，绝非对实施方式的限定。对所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在此无法对所有的实施方式进行穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围之中。

技术特征：
1.一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：包括手掌(10)、与所述手掌(10)通过定轴（11）活动连接的手指、驱动五指动作的驱动轴和设置在手掌（10）的背面与手指连接处指根上的限位轴，所述手掌(10)与指根连接处活动设有锁止单元,所述驱动轴包括设置在手掌（10）内的第一驱动轴（12）和设置在手指根部驱动四指的第二驱动轴（1），与动力装置连接的主驱动线绕过第二驱动轴（1）与第一驱动轴（12）连接，所述第二驱动轴(1)带动手指沿定轴（11）转动驱动五指动作。2.根据权利要求1所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述第二驱动轴(1)设置在食指上与中指根部的连接, 所述中指上开设有供第二驱动轴（1）活动的弧形轨道（16），所述中指、无名指和小指连接处设有三指同步轴（6），所述锁止单元包括设置在无名指根部的挂钩（7）和与所述挂钩（7）对应的卡销（8），所述卡销（8）活动设置在三指同步轴（6）下方手掌（10）与指根连接处的卡销滑道内。3.根据权利要求2所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述卡销（8）上设有操作端（8-1）和与所述挂钩（7）对应的卡槽（8-3），所述操作端（8-1）与手掌（10）连接处设有回位弹簧（8-2），与所述卡槽（8-3）对应的卡销（8）上设有通过定位丝（8-5）与卡销（8）固定的限位块（8-4）。4.根据权利要求1所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述驱动轴还包括设置在手掌(10)背面与食指、中指、无名指和小指根部连接处的四指驱动轴（9）和设置在食指根部的固定轴（2）, 所述食指、中指、无名指和小指内均设有远指节驱动线，所述远指节驱动线的一端与四指驱动轴（9）固定，另一端依次经近指节、远指节上开设的过线孔（5）与远指节内的压块（20）固定，所述固定轴（2）与设置在拇指内的拇指远指节驱动线的一端固定，另一端依次经开设在拇指近指节、拇指远指节上的过线孔（5）与拇指远指节内的压块（20）固定。5.根据权利要求4所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述压块（20）通过固定丝（3）与设置在远端指节内的缓冲弹簧（21）固定，所述缓冲弹簧（21）的另一端卡置在远端指节的沉孔内。6.根据权利要求4所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述拇指近指节与手掌（10）连接处设有供拇指定位摆动的支点（18）和设置在所述手掌（10）上与所述支点（18）对应的支槽。7.根据权利要求6所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述拇指近指节内设有上固定杆（17），与所述上固定杆（17）对应的手掌（10）内设有下固定杆（14），所述上固定杆（17）和下固定杆（14）之间设有定位拉力弹簧（19）。8.根据权利要求1所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于： 所述限位轴包括三指限位轴（6-1）和食指限位轴（13），所述三指限位轴（6-1）设置在三指同步轴（6）下方中指、无名指、小指与手掌（10）连接处的指根上，所述食指限位轴（13）设置在食指与手掌（10）连接处的指根上。9.根据权利要求1-8任一项所述的具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述手指上均设有与手掌（10）连接的近指节和与所述近指节通过复位弹簧连接的远指节，所述复位弹簧的两端均通过复位固定丝（15）连接。10.根据权利要求9所述的一种具有锁止功能的多自由度仿生手，其特征在于：所述复
位弹簧对称设置在活动节（4）的两侧，所述活动节（4）设置在远指节的根部与近指节配合连接处。

技术总结
本实用新型公开了一种具有锁止功能的多自由度仿生手，用于仿生手的开发领域，其包括手掌、与所述手掌通过定轴活动连接的手指、驱动五指动作的驱动轴和设置在手掌的背面与手指连接处指根上的限位轴，所述手掌与指根连接处活动设有锁止单元,所述驱动轴包括设置在手掌内的第一驱动轴和设置在手指根部驱动四指的第二驱动轴，与动力装置连接的主驱动线绕过第二驱动轴与第一驱动轴连接，所述第二驱动轴带动手指沿定轴转动驱动五指动作；本实用新型只有一个驱动装置能实现对整个仿生手的操控，其重量轻，像人手一样灵活，能实现人手的多种功能，还能实现手指的单独操作，在中指、无名指和小指自锁状态下拇指与食指的协调动作，以及解锁后五指的协调动作。解锁后五指的协调动作。解锁后五指的协调动作。


技术研发人员：米召礼 米梓一
受保护的技术使用者：米召礼
技术研发日：2023.03.05
技术公布日：2023/8/13