一种手指组件及仿人手

本发明涉及仿人机械手，具体而言，涉及一种手指组件及仿人手。

背景技术：

1、仿人手常用于代替人手实现抓取、操作等作业，具有精准、灵活的特点，其手指组件作为仿人手的重要组成部分，可实现与人手指类似的屈张功能。

2、相关技术中，手指组件的弯曲及自锁一般通过内置式电机配合传动机构实现，受限于手指组件的尺寸，电机无法安装抱闸机构实现自锁，因此传动机构常选用蜗轮蜗杆等单向传递动力的机构进行自锁。但是，这类传动机构的传动效率低下，对电机的荷载要求高，为实现自锁功能导致能量浪费过多，不利于仿人手的续航操作。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是现有手指关节无法兼具自锁特性和高传动效率，为了获得自锁特性而导致的传动效率低，能量浪费严重的问题。

2、为解决上述问题，一方面，本发明提供一种手指组件，包括近指节、中指节、指尖节、驱动机构以及连杆机构，所述近指节、所述中指节以及所述指尖节顺次设置，所述近指节与所述中指节铰接；所述驱动机构包括电机、万向联轴器、丝杠以及螺母，所述电机固设于所述近指节，所述螺母固设于所述中指节，所述丝杠位于所述中指节内且与所述螺母螺纹连接，所述万向联轴器的一端与所述电机的输出轴连接，另一端与所述丝杠连接，所述驱动机构用于驱使所述中指节相对所述近指节转动；所述连杆机构设于所述中指节内且连接所述近指节和所述指尖节，用于当所述中指节相对所述近指节转动时带动所述指尖节相对所述中指节转动。

3、可选地，所述中指节相对所述近指节在初始位置与终止位置之间转动；所述中指节位于所述初始位置时，所述螺母位于所述丝杠的一端，所述中指节位于所述终止位置时，所述螺母位于所述丝杠的另一端。

4、可选地，所述中指节位于所述初始位置时，所述电机的输出轴和所述万向联轴器二者的轴线夹角与所述万向联轴器和所述丝杠二者的轴线夹角之和在0-30°之间。

5、可选地，所述中指节位于所述终止位置时，所述电机的输出轴与所述万向联轴器的轴线夹角在0-45°之间，且，所述万向联轴器与所述丝杠的轴线夹角在0-45°之间。

6、可选地，所述中指节相对所述近指节自所述初始位置至所述终止位置的转动角度在0-90°之间。

7、可选地，所述近指节和所述中指节二者的其中之一固设有第一转轴，其中另一铰接于所述第一转轴。

8、可选地，所述电机的输出轴、所述万向联轴器以及所述丝杠三者的轴线位于同一平面内且均与所述第一转轴的轴线垂直设置。

9、可选地，所述连杆机构包括第二转轴、第三转轴、第一连杆以及第二连杆；第二转轴固设于所述近指节；第三转轴固设于所述中指节；所述第一连杆的第一端铰接于所述第二转轴；第二连杆包括相连接的第一杆段和第二杆段，所述第一杆段与所述第二杆段之间形成一预设夹角，所述第一杆段与所述第二杆段的连接处铰接于所述第三转轴，所述第一杆段远离所述第三转轴的一端与所述第一连杆的第二端铰接，所述第二杆段远离所述第三转轴的一端与所述近指节固定连接。

10、可选地，所述万向联轴器为十字轴式万向联轴器；和/或，所述螺母和所述丝杠为行星滚柱丝杠。

11、另一方面，本发明还提供一种仿人手，包括上述任一项所述的手指组件。

12、本发明的手指组件及仿人手，通过设置万向联轴器和丝杠螺母机构进行传动，可实现手指小角度弯曲时的高效传动以及大角度弯曲的自锁，具有承载能力强、能量利用率高，续航能力强的特点。当中指节相对近指节在小角度范围转动时，万向联轴器和电机的输出轴以及其和丝杠的夹角角度较小，万向联轴器的传动效率较高，电机可驱动中指节灵巧转动，相较于现有的仅采用涡轮蜗杆传动的方案，丝杠螺母机构的传动效率更高，在采用同功率电机的条件下本发明的手指组件的承载能力更强；当中指节相对近指节在大角度范围转动以进行提拉、按压等大荷载操作时，万向联轴器的传动效率较低，手指组件可实现自锁功能，手指组件承受的荷载可被万向联轴器自身结构被动承载，电机无需承受较大的负荷，同时电机可主动输出进一步提高手指组件的承载能力；通过设置连杆机构，可实现指尖节与中指节的同步弯曲运动，提高手指组件的整体屈伸幅度以及与人手指的运动相似度，手指组件的承载及抓取能力更强。

技术特征：

1.一种手指组件，其特征在于，包括近指节(10)、中指节(20)、指尖节(30)、驱动机构以及连杆机构，所述近指节(10)、所述中指节(20)以及所述指尖节(30)顺次设置，所述近指节(10)与所述中指节(20)铰接；

2.根据权利要求1所述的手指组件，其特征在于，所述中指节(20)相对所述近指节(10)在初始位置与终止位置之间转动；

3.根据权利要求2所述的手指组件，其特征在于，所述中指节(20)位于所述初始位置时，所述电机(41)的输出轴和所述万向联轴器(42)二者的轴线夹角与所述万向联轴器(42)和所述丝杠(43)二者的轴线夹角之和在0-30°之间。

4.根据权利要求2所述的手指组件，其特征在于，所述中指节(20)位于所述终止位置时，所述电机(41)的输出轴与所述万向联轴器(42)的轴线夹角在0-45°之间，且，所述万向联轴器(42)与所述丝杠(43)的轴线夹角在0-45°之间。

5.根据权利要求2所述的手指组件，其特征在于，所述中指节(20)相对所述近指节(10)自所述初始位置至所述终止位置的转动角度在0-90°之间。

6.根据权利要求1所述的手指组件，其特征在于，所述近指节(10)和所述中指节(20)二者的其中之一固设有第一转轴(11)，其中另一铰接于所述第一转轴(11)。

7.根据权利要求6所述的手指组件，其特征在于，所述电机(41)的输出轴、所述万向联轴器(42)以及所述丝杠(43)三者的轴线位于同一平面内且均与所述第一转轴(11)的轴线垂直设置。

8.根据权利要求1所述的手指组件，其特征在于，所述连杆机构包括：

9.根据权利要求1所述的手指组件，其特征在于，所述万向联轴器(42)为十字轴式万向联轴器(42)；和/或，所述螺母(44)和所述丝杠(43)为行星滚柱丝杠(43)。

10.一种仿人手，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的手指组件。

技术总结本发明提供了一种手指组件及仿人手，涉及仿人机械手技术领域，该手指组件包括近指节、中指节、指尖节、驱动机构以及连杆机构，近指节与中指节铰接，驱动机构包括电机、万向联轴器、丝杠以及螺母，电机固设于近指节，螺母固设于中指节，丝杠与螺母螺纹连接，万向联轴器的一端与电机的输出轴连接，另一端与丝杠连接，驱动机构用于驱使中指节相对近指节转动，连杆机构设于中指节内且连接近指节和指尖节，用于实现指尖节与中指节的同步弯曲运动。本发明的手指组件及仿人手通过设置万向联轴器和丝杠螺母机构进行传动，可实现手指小角度弯曲时的高效传动以及大角度弯曲的自锁，具有承载能力强、能量利用率高，续航能力强的特点。技术研发人员：刘宏,李汪洋,樊绍巍,张家豪,孙殿博,倪风雷,曹宝石,姜力受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2