一种手指转动机构及仿人手

本发明涉及仿人机械手，具体而言，涉及一种手指转动机构及仿人手。

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，在医疗、化工、农业机械等领域具有广阔的应用前景。

2、相关技术中，常通过内置驱动器的方式实现仿人手的手指的多自由度转动，驱动器及对应的传动结构均设于仿人手的基关节内。该方式受限于内置传动机构的体积约束，仿人手的基关节尺寸一般设计得较大，导致对应的仿人手整体尺寸偏大，无法保持在手指具有多方向自由度的同时尺寸仍能接近人手，对于真实环境中根据人手尺寸设计的物品的使用及操作不便；同时由于驱动器及对应的传动结构设计紧凑，无法实现手指机构的大角度转动、高承载能力的需求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是现有仿人手掌指关节实现多自由度运动的机构设计存在局限性，导致空间利用不充分，整体尺寸较大，承载能力较弱的问题。

2、为解决上述问题，一方面，本发明提供一种手指转动机构，包括基关节、近指节和两个连接于所述基关节与所述近指节之间的驱动组件，两个所述驱动组件用于驱使所述近指节相对所述基关节绕第一轴线或第二轴线转动，所述第一轴线与所述第二轴线相交；每个所述驱动组件均包括电机、滚珠丝杠副和万向联轴器，电机设于所述基关节内；滚珠丝杠副设于所述近指节内，包括螺纹配合的丝杠和螺母，所述螺母与所述近指节固定连接；万向联轴器的一端与所述电机的输出轴连接，另一端与所述丝杠靠近所述电机的一端连接。

3、可选地，所述第一轴线与所述第二轴线垂直。

4、可选地，两个所述驱动组件沿所述第二轴线的延伸方向相对设置，两个所述驱动组件的所述电机同向转动以驱使所述近指节相对所述基关节绕所述第二轴线转动，两个所述驱动组件的所述电机异向或差速转动以驱使所述近指节相对所述基关节绕所述第一轴线转动。

5、可选地，还包括连接件，所述连接件包括垂直连接的第一连接轴和第二连接轴，所述第一连接轴的延伸方向与所述第一轴线平行，所述第二连接轴的延伸方向与所述第二轴线平行；所述第一连接轴与所述基关节铰接，以使所述基关节可绕所述第一连接轴转动，所述第二连接轴与所述近指节铰接，以使所述近指节可绕所述第二连接轴转动。

6、可选地，所述第一连接轴设于两个所述驱动组件之间。

7、可选地，所述丝杠的延伸方向与所述近指节的轴向一致。

8、可选地，所述基关节与所述近指节之间设有可供所述近指节转动的间隙。

9、可选地，所述基关节远离所述近指节的一端设有快接插头。

10、可选地，还包括角度传感器，所述角度传感器包括霍尔芯片和磁钢，所述霍尔芯片设于所述基关节，所述磁钢设于所述近指节，所述霍尔芯片通过检测所述磁钢相对所述霍尔芯片的倾角以对所述近指节相对所述基关节的转动方向及角度进行测量。

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转动机构。

12、本发明的手指转动机构及仿人手，通过两个驱动组件相配合可实现近指节相对基关节的多自由度转动；通过仅将两个驱动组件的电机设于基关节，基关节的尺寸可设计得较短，有利于仿人手的手掌的灵活度设计，且近指节相对基关节的转动由两个电机同时提供动力，相较于用两个电机分别驱动近指节两个方向自由度转动的方式，本发明可以用相同尺寸的电机和传动机构提供二倍的输出力，手指的承载能力更强；通过将滚珠丝杠副设于近指节，滚珠丝杠副细长的结构不会增加近指节的宽度和厚度，充分利用了近指节内细长的空间，同时滚珠丝杠机构较锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构等其它传动机构的传动效率更高，相同体积下手指的承载能力更强。该手指转动机构及仿人手，合理充分地利用手指的内部空间，在实现仿人手的手指多自由度转动的同时可以使得仿人手的尺寸更小、承载能力更强。

技术特征：

1.一种手指转动机构，其特征在于，包括基关节(10)、近指节(20)和两个连接于所述基关节(10)与所述近指节(20)之间的驱动组件，两个所述驱动组件用于驱使所述近指节(20)相对所述基关节(10)绕第一轴线或第二轴线转动，所述第一轴线与所述第二轴线相交；每个所述驱动组件均包括：

2.根据权利要求1所述的手指转动机构，其特征在于，所述第一轴线与所述第二轴线垂直。

3.根据权利要求2所述的手指转动机构，其特征在于，两个所述驱动组件沿所述第二轴线的延伸方向相对设置，两个所述驱动组件的所述电机(31)同向转动以驱使所述近指节(20)相对所述基关节(10)绕所述第二轴线转动，两个所述驱动组件的所述电机(31)异向或差速转动以驱使所述近指节(20)相对所述基关节(10)绕所述第一轴线转动。

4.根据权利要求3所述的手指转动机构，其特征在于，还包括连接件(40)，所述连接件(40)包括垂直连接的第一连接轴(41)和第二连接轴(42)，所述第一连接轴(41)的延伸方向与所述第一轴线平行，所述第二连接轴(42)的延伸方向与所述第二轴线平行；

5.根据权利要求4所述的手指转动机构，其特征在于，所述第一连接轴(41)设于两个所述驱动组件之间。

6.根据权利要求1所述的手指转动机构，其特征在于，所述丝杠(33)的延伸方向与所述近指节(20)的轴向一致。

7.根据权利要求1所述的手指转动机构，其特征在于，所述基关节(10)与所述近指节(20)之间设有可供所述近指节(20)转动的间隙。

8.根据权利要求1所述的手指转动机构，其特征在于，所述基关节(10)远离所述近指节(20)的一端设有快接插头(11)。

9.根据权利要求1所述的手指转动机构，其特征在于，还包括角度传感器，所述角度传感器包括霍尔芯片(51)和磁钢(52)，所述霍尔芯片(51)设于所述基关节(10)，所述磁钢(52)设于所述近指节(20)，所述霍尔芯片(51)通过检测所述磁钢(52)相对所述霍尔芯片(51)的倾角以对所述近指节(20)相对所述基关节(10)的转动方向及角度进行测量。

10.一种仿人手，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的手指转动机构。

技术总结本发明提供了一种手指转动机构及仿人手，涉及仿人机械手技术领域，该手指转动机构包括基关节、近指节和两个驱动组件，两个驱动组件用于驱使近指节相对基关节绕第一轴线或第二轴线转动，第一轴线与第二轴线相交；每个驱动组件均包括电机、滚珠丝杠副和万向联轴器，电机设于基关节内；滚珠丝杠副设于近指节内，包括螺纹配合的丝杠和螺母，螺母与近指节固定连接；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。本发明的手指转动机构及仿人手通过将驱动组件的电机及传动部分分别设于基关节和近指节内，合理充分地利用手指的内部空间，在实现仿人手的手指多自由度转动的同时可以使得仿人手的尺寸更小、承载能力更强。技术研发人员：刘宏,张家豪,樊绍巍,李汪洋,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