本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種由扭力彈簧和舵機(jī)控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(jī)器人的呼聲也越來越大，而機(jī)械手便屬于其中之一。機(jī)械手能模仿人手的某些動(dòng)作功能，并以固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。

但現(xiàn)市面上可以控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手大多只能都待在實(shí)驗(yàn)室中，且這些機(jī)械手成本十分高昂，控制原理繁雜，機(jī)械手上布滿了各種控制線，并且裸露在外，使得機(jī)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(jī)械手其靈活性和控制性卻難以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種由扭力彈簧和舵機(jī)控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手，為了降低機(jī)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(jī)械手能夠廣泛應(yīng)用，該機(jī)械手與傳統(tǒng)的機(jī)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種由扭力彈簧和舵機(jī)控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(jī)支架、五個(gè)舵機(jī)、五個(gè)盤線舵盤、拇指導(dǎo)向架和四指導(dǎo)向架，其中五個(gè)盤線舵盤通過螺絲鎖在五個(gè)舵機(jī)的輸出軸上。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：舵機(jī)通過舵機(jī)固定螺絲鎖在舵機(jī)支架上，其中驅(qū)動(dòng)大拇指的舵機(jī)橫向排列在舵機(jī)支架后部，其它四個(gè)舵機(jī)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(cuò)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(shí)用新型進(jìn)一步的方案：舵機(jī)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(jī)支架均由手心塊和手背塊卡住。

作為本實(shí)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(shí)卡入四指導(dǎo)向架。

作為本實(shí)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(dòng)關(guān)節(jié)。

作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案：手指內(nèi)部各個(gè)關(guān)節(jié)處均置入一個(gè)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(gè)關(guān)節(jié)處回復(fù)扭力的大小變化，從而控制各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為本實(shí)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(gè)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(jī)上的盤線舵盤相連接。

作為本實(shí)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(shí)用新型進(jìn)一步的方案：手指的每個(gè)關(guān)節(jié)極限轉(zhuǎn)動(dòng)角度為80°。

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型提供一種由扭力彈簧、舵機(jī)和細(xì)線控制的仿真機(jī)械手，由手掌和五個(gè)手指組成。其中大拇指由三節(jié)手指和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成，而其他四個(gè)手指由四節(jié)手指和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)組成。五個(gè)手指的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處內(nèi)嵌扭力彈簧，每個(gè)手指分別由舵機(jī)牽引的牽引線單獨(dú)扯動(dòng)，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(gè)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(jī)控制。該機(jī)械手的五個(gè)手指可以單獨(dú)控制運(yùn)動(dòng)，并可以在其行程范圍內(nèi)的任意位置上停止。整個(gè)機(jī)械手除五個(gè)舵機(jī)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(shí)候更加方便抓取物體。

本實(shí)用新型的機(jī)械手除五個(gè)舵機(jī)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(gè)手指可以單獨(dú)控制運(yùn)動(dòng)，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(jī)械手左手的整體圖

圖2為機(jī)械手左手的整體背面

圖3為機(jī)械手左手的爆炸圖；

圖4為機(jī)械手內(nèi)部圖；

圖5為機(jī)械手左手中指的爆炸圖；

圖6為機(jī)械手手指的內(nèi)部側(cè)視圖；

圖7為機(jī)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(jī)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(jī)固定螺絲、18-舵機(jī)、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(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例，對本實(shí)用新型實(shí)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(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

請參閱圖1-圖7，本實(shí)用新型實(shí)施例中，一種由扭力彈簧和舵機(jī)控制運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(jī)支架10、五個(gè)舵機(jī)18、五個(gè)盤線舵盤16、拇指導(dǎo)向架15和四指導(dǎo)向架11，其中五個(gè)盤線舵盤16通過螺絲鎖在五個(gè)舵機(jī)18的輸出軸上。

舵機(jī)18通過舵機(jī)固定螺絲17鎖在舵機(jī)支架10上，其中驅(qū)動(dòng)大拇指2的舵機(jī)18橫向排列在舵機(jī)支架10后部，其它四個(gè)舵機(jī)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(cuò)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(jī)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(jī)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(gè)手指的指根節(jié)被手心塊12和手背塊9卡住，四個(gè)手指的指根節(jié)同時(shí)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(dòng)關(guān)節(jié)。手指內(nèi)部各個(gè)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(gè)關(guān)節(jié)處回復(fù)扭力的大小變化，從而控制各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(gè)手指，通過手掌1內(nèi)部的導(dǎo)向架與舵機(jī)18上的盤線舵盤16相連接。

以機(jī)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(shí)用新型機(jī)械手的五個(gè)手指（大拇指2、食指3、中指4、無名指5、小拇指6）的運(yùn)動(dòng)分別由其所對應(yīng)的舵機(jī)18驅(qū)動(dòng)，舵機(jī)18由單片機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)18可以較為精確控制其自身轉(zhuǎn)動(dòng)到最終角度位置，且由舵機(jī)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(jī)18的轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)極限角度位置分別對應(yīng)手指完全伸直和完全彎曲兩個(gè)極限狀態(tài)。

機(jī)械手手指的運(yùn)動(dòng)控制如下：單片機(jī)給某個(gè)舵機(jī)18輸入供給電源和控制信號，隨后舵機(jī)18轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)盤線舵盤16轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)之間錯(cuò)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(gè)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(dòng)的時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)候均帶有一定的預(yù)緊力。當(dāng)手指處于伸直狀態(tài)時(shí)，牽引線31對手指沒有拉力，手指各個(gè)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(shí)，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(gè)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(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)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(shí)用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)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(gè)整體，各實(shí)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(shí)施方式。