本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種由扭力彈簧和舵機控制運動的機械手。

背景技術(shù)：

隨著人工智能逐漸走進(jìn)大眾的視野，類人型機器人的呼聲也越來越大，而機械手便屬于其中之一。機械手能模仿人手的某些動作功能，并以固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。

但現(xiàn)市面上可以控制運動的機械手大多只能都待在實驗室中，且這些機械手成本十分高昂，控制原理繁雜，機械手上布滿了各種控制線，并且裸露在外，使得機械手外觀與人手差距甚遠(yuǎn)。高昂的成本和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使其難以量產(chǎn)，不能更好地廣泛利用。而外觀較好的機械手其靈活性和控制性卻難以實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種由扭力彈簧和舵機控制運動的機械手，為了降低機械手的成本，簡化其基本控制結(jié)構(gòu)并保持其靈活性和控制協(xié)調(diào)性，提高仿真性使得機械手能夠廣泛應(yīng)用，該機械手與傳統(tǒng)的機械手相比其結(jié)構(gòu)更加靈活輕便，控制更加簡單精確，成本更加低廉，外觀更加簡單美觀。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：

一種由扭力彈簧和舵機控制運動的機械手，包括手掌、大拇指、食指、中指、無名指、小拇指，其中大拇指由3節(jié)手指組成，食指、中指、無名指與小拇指由4節(jié)手指組成；手掌外部部分包括手背擋塊、手背塊、手心塊、手心擋塊和拇指壓塊，拇指壓塊斜插入手背塊上大拇指位置的凹槽中，手心塊與手背塊和拇指壓塊通過一圈限位結(jié)構(gòu)緊密合并，并通過中間的中心螺栓、中心螺母鎖死，手心擋塊和手背擋塊分別卡入手心塊和手背塊的凹槽中，蓋住中心螺栓和中心螺母；手掌內(nèi)部部分包括舵機支架、五個舵機、五個盤線舵盤、拇指導(dǎo)向架和四指導(dǎo)向架，其中五個盤線舵盤通過螺絲鎖在五個舵機的輸出軸上。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：舵機通過舵機固定螺絲鎖在舵機支架上，其中驅(qū)動大拇指的舵機橫向排列在舵機支架后部，其它四個舵機分別縱向排列在其對應(yīng)的四指導(dǎo)向架的線槽孔前，與線槽孔軸錯開一定距離排列，使盤線舵盤的盤線圓與對應(yīng)的四指導(dǎo)向架、拇指導(dǎo)向架的線槽孔軸相切。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：舵機支架被拇指導(dǎo)向架、四指導(dǎo)向架壓在手背塊上，四指導(dǎo)向架、拇指導(dǎo)向架、舵機支架均由手心塊和手背塊卡住。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：所有手指的每節(jié)手指均由左右兩塊膠件組成，大拇指的指根節(jié)被手背塊和拇指壓塊卡住，食指、中指、無名指與小拇指的指根節(jié)被手心塊和手背塊卡住，食指、中指、無名指與小拇指的指根節(jié)同時卡入四指導(dǎo)向架。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：所述的各節(jié)手指的橫截面從指根節(jié)到指尖節(jié)大小依次遞減，兩節(jié)手指之間的連結(jié)以橫截面大的手指節(jié)伸出的圓柱插入橫截面小的手指節(jié)的圓形側(cè)孔中以構(gòu)成單自由度的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：手指內(nèi)部各個關(guān)節(jié)處均置入一個雙扭彈簧，通過選用扭力的大小和初始角度不同的扭力彈簧，控制各個關(guān)節(jié)處回復(fù)扭力的大小變化，從而控制各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：手指內(nèi)部貫穿一根牽引線，牽引線一端與手指的指尖節(jié)內(nèi)部相連接，另一端穿過整個手指，通過手掌內(nèi)部的拇指導(dǎo)向架、四指導(dǎo)向架與舵機上的盤線舵盤相連接。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：手指彎曲內(nèi)側(cè)面為內(nèi)凹曲面。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：手指的每個關(guān)節(jié)極限轉(zhuǎn)動角度為80°。

作為本實用新型進(jìn)一步的方案：除五個舵機外的所有零件由塑膠件構(gòu)成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供一種由扭力彈簧、舵機和細(xì)線控制的仿真機械手，由手掌和五個手指組成。其中大拇指由三節(jié)手指和兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)組成，而其他四個手指由四節(jié)手指和三個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)組成。五個手指的各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處內(nèi)嵌扭力彈簧，每個手指分別由舵機牽引的牽引線單獨扯動，牽引線的一端固定在手指的指尖節(jié)內(nèi)部，隨后牽引線貫穿整個手指，最終通過手掌中的限位支架連接到對應(yīng)的盤線舵盤上，并由對應(yīng)的舵機控制。該機械手的五個手指可以單獨控制運動，并可以在其行程范圍內(nèi)的任意位置上停止。整個機械手除五個舵機外，所有零件由塑膠件構(gòu)成，各零件之間相互卡位，且螺絲螺栓螺母的使用較少，使得整體的重量輕。除指尖節(jié)外的各節(jié)手指的彎曲內(nèi)側(cè)面均由內(nèi)凹面組成，當(dāng)手指彎曲的時候更加方便抓取物體。

本實用新型的機械手除五個舵機外，所有零件由塑膠件構(gòu)成，各零件之間相互卡位，且螺絲螺栓螺母的使用較少，使得整體的重量輕，五個手指可以單獨控制運動，也可在其行程范圍內(nèi)的任意位置上停止，并除指尖節(jié)外的各節(jié)手指的彎曲內(nèi)側(cè)面均由內(nèi)凹面組成。簡化了控制結(jié)構(gòu)的原理且成本低廉可量產(chǎn)，并使其外觀更加簡單美觀。

附圖說明

圖1為機械手左手的整體圖

圖2為機械手左手的整體背面

圖3為機械手左手的爆炸圖；

圖4為機械手內(nèi)部圖；

圖5為機械手左手中指的爆炸圖；

圖6為機械手手指的內(nèi)部側(cè)視圖；

圖7為機械手手指的外部彎曲側(cè)視圖；

圖中：1-手掌、2-大拇指、3-食指、4-中指、5-無名指、6-小拇指、7-手背擋塊、8-中心螺栓、9-手背塊、10-舵機支架、11-四指導(dǎo)向架、12-手心塊、13-中心螺母、14-手心擋塊、15-拇指導(dǎo)向架、16-盤線舵盤、17-舵機固定螺絲、18-舵機、19-拇指壓塊、20-中指指尖節(jié)左塊、21-中指第二節(jié)左塊、22-中指第三節(jié)左塊、23-中指指根節(jié)左塊、24-中指指尖節(jié)右塊、25-第一節(jié)雙扭彈簧、26-中指第二節(jié)右塊、27-第二節(jié)雙扭彈簧、28-中指第三節(jié)右塊、29-第三節(jié)雙扭彈簧、30-中指指根節(jié)右塊、31-牽引線。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

實施例1

請參閱圖1-圖7，本實用新型實施例中，一種由扭力彈簧和舵機控制運動的機械手，包括手掌1、大拇指2、食指3、中指4、無名指5、小拇指6，其中大拇指2由3節(jié)手指組成，食指3、中指4、無名指5與小拇指6由4節(jié)手指組成。

手掌1外部部分包括手背擋塊7、手背塊9、手心塊12、手心擋塊14和拇指壓塊19，拇指壓塊19斜插入手背塊9上大拇指2位置的凹槽中，手心塊12與手背塊9和拇指壓塊19通過一圈限位結(jié)構(gòu)緊密合并，并通過中間的中心螺栓8、中心螺母13鎖死，手心擋塊14和手背擋塊7分別卡入手心塊12和手背塊9的凹槽中，蓋住中心螺栓8和中心螺母13。

手掌1內(nèi)部部分包括舵機支架10、五個舵機18、五個盤線舵盤16、拇指導(dǎo)向架15和四指導(dǎo)向架11，其中五個盤線舵盤16通過螺絲鎖在五個舵機18的輸出軸上。

舵機18通過舵機固定螺絲17鎖在舵機支架10上，其中驅(qū)動大拇指2的舵機18橫向排列在舵機支架10后部，其它四個舵機18分別縱向排列在其對應(yīng)的四指導(dǎo)向架11的線槽孔前，與線槽孔軸錯開一定距離排列，使盤線舵盤16的盤線圓與對應(yīng)的四指導(dǎo)向架11、拇指導(dǎo)向架15的線槽孔軸相切。舵機支架10被拇指導(dǎo)向架15、四指導(dǎo)向架11壓在手背塊9上，而四指導(dǎo)向架11、拇指導(dǎo)向架15、舵機支架10均由手心塊12和手背塊9卡住。

所有手指的每節(jié)手指均由左右兩塊膠件組成，大拇指2的指根節(jié)被手背塊9和拇指壓塊19卡住，其他四個手指的指根節(jié)被手心塊12和手背塊9卡住，四個手指的指根節(jié)同時卡入四指導(dǎo)向架11。所述的各節(jié)手指的橫截面從指根節(jié)到指尖節(jié)大小依次遞減，兩節(jié)手指之間的連結(jié)以橫截面大的手指節(jié)伸出的圓柱插入橫截面小的手指節(jié)的圓形側(cè)孔中以構(gòu)成單自由度的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。手指內(nèi)部各個關(guān)節(jié)處均置入一雙扭彈簧，通過選用扭力的大小和初始角度不同的扭力彈簧，可以控制各個關(guān)節(jié)處回復(fù)扭力的大小變化，從而控制各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。手指內(nèi)部貫穿一根牽引線31，牽引線31一端與手指的指尖節(jié)內(nèi)部相連接，另一端穿過整個手指，通過手掌1內(nèi)部的導(dǎo)向架與舵機18上的盤線舵盤16相連接。

以機械手左手中指為例，介紹各手指的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，由中指指尖節(jié)左塊20、中指第二節(jié)左塊21、中指第三節(jié)左塊22、中指指根節(jié)左塊23、中指指尖節(jié)右塊24、第一節(jié)雙扭彈簧25、中指第二節(jié)右塊26、第二節(jié)雙扭彈簧27、中指第三節(jié)右塊28、第三節(jié)雙扭彈簧29、中指指根節(jié)右塊30組成，中指指尖節(jié)左塊20、中指第二節(jié)左塊21、中指第三節(jié)左塊22、中指指根節(jié)左塊23依次連接，中指指尖節(jié)右塊24、中指第二節(jié)右塊26、中指第三節(jié)右塊28、中指指根節(jié)右塊30依次連接，中指指尖節(jié)右塊24上安裝第一節(jié)雙扭彈簧25，中指第二節(jié)右塊26上安裝第二節(jié)雙扭彈簧27，中指第三節(jié)右塊28上安裝第三節(jié)雙扭彈簧29。中指指尖節(jié)左塊20與中指指尖節(jié)右塊24通過第一節(jié)雙扭彈簧25連接，中指第二節(jié)左塊21與中指第二節(jié)右塊26通過第二節(jié)雙扭彈簧27連接，中指第三節(jié)左塊22與中指第三節(jié)右塊28通過第三節(jié)雙扭彈簧29連接。

本實用新型機械手的五個手指（大拇指2、食指3、中指4、無名指5、小拇指6）的運動分別由其所對應(yīng)的舵機18驅(qū)動，舵機18由單片機控制轉(zhuǎn)動。舵機18可以較為精確控制其自身轉(zhuǎn)動到最終角度位置，且由舵機18控制的手指可以較為精確地控制牽引線31的拉扯量，不同的拉扯量對應(yīng)手指的不同位置，舵機18的轉(zhuǎn)動的兩個極限角度位置分別對應(yīng)手指完全伸直和完全彎曲兩個極限狀態(tài)。

機械手手指的運動控制如下：單片機給某個舵機18輸入供給電源和控制信號，隨后舵機18轉(zhuǎn)動，帶動盤線舵盤16轉(zhuǎn)動到控制信號對應(yīng)的最終角度，從而拉扯相對應(yīng)的牽引線31，手指內(nèi)的牽引線31收縮相應(yīng)的長度，拉扯手指指尖關(guān)節(jié)，由于牽引線31排布在手指內(nèi)側(cè)，與各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)之間錯開一定距離，手指指尖在受到牽引線31的拉力后自然彎曲，收縮后的牽引線31也自然彎曲，并抵住在各個關(guān)節(jié)的彎曲內(nèi)側(cè)，最終將手指各節(jié)拉扯成彎曲狀態(tài)。

為了保證盤線舵盤16在轉(zhuǎn)動的時候，牽引線31能夠均勻平穩(wěn)的纏繞在盤線舵盤16上，牽引線31在通過手掌內(nèi)部導(dǎo)向架時被限制了牽引線31軸線與盤線舵盤16的相對位置，使?fàn)恳€與盤線舵盤16高度始終保持一致，并與盤線舵盤16邊緣相切。

各個關(guān)節(jié)的扭力彈簧（第一節(jié)雙扭彈簧25、第二節(jié)雙扭彈簧27、第三節(jié)雙扭彈簧29）在初始置入的時候均帶有一定的預(yù)緊力。當(dāng)手指處于伸直狀態(tài)時，牽引線31對手指沒有拉力，手指各個關(guān)節(jié)的扭力彈簧（第一節(jié)雙扭彈簧25、第二節(jié)雙扭彈簧27、第三節(jié)雙扭彈簧29）的預(yù)緊力繃直。當(dāng)手指處于彎曲狀態(tài)時，牽引線31的張力和扭力彈簧（第一節(jié)雙扭彈簧25、第二節(jié)雙扭彈簧27、第三節(jié)雙扭彈簧29）的扭力共同作用在手指的各個彎曲位置上，使手指關(guān)節(jié)處雙向受力，并在達(dá)到力平衡狀態(tài)后保持對應(yīng)位置的彎曲狀態(tài)。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。