仿人机器人手掌结构的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，特指一种仿人机器人手掌结构。


背景技术：

2.在机器人领域，仿人机器人在快速的发展，仿人手掌也在快速迭代，变得更加灵活；根据现有的产品技术分析，其控制手指运动的方式有三种，一种是通过连杆传动，第二种是通过拉绳传动，第三种是使用小的关节电机，动力源主要有舵机和直线电机两种。其中拉绳配合直线电机或舵机的控制方式，其稳定性较差，且不能被动弯曲手指，直线电机与连杆组合的控制方式由于直线电机尺寸原因导致手掌较长，舵机与连杆的组合控制方式，由于电机排布问题导致手掌较厚，这两种方案相较于普通人手尺寸都偏大不少，使用关节电机的方案会导致手掌的控制相当复杂，且手掌的尺寸偏大。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种仿人机器人手掌结构，解决现有的机器人控制手指运动方式存在的手掌尺寸偏长、偏厚以及偏大的问题。
4.实现上述目的的技术方案是：
5.本发明提供了一种仿人机器人手掌结构，包括：
6.手掌骨架，具有相对设置的手心侧和手背侧；
7.可转动的安装于所述手掌骨架上的大拇指连杆机构；
8.设于所述手掌骨架的手心侧的大拇指驱动电机，所述大拇指驱动电机通过大拇指球幅连杆与所述大拇指连杆机构驱动连接；
9.可转动的安装于所述手掌骨架上的食指连杆机构；
10.设于所述手掌骨架的手背侧的食指驱动电机，所述食指驱动电机靠近所述手掌骨架的底部设置，且所述食指驱动机构通过食指球幅连杆与所述食指连杆机构驱动连接；
11.可转动的安装于所述手掌骨架上的中指连杆机构；
12.设于所述手掌骨架的手背侧的中指驱动电机，所述中指驱动电机靠近所述手掌骨架的顶部设置并所述食指驱动电机相对，且所述中指驱动电机通过中指球幅连杆与所述中指连杆机构驱动连接；
13.可转动的安装于所述手掌骨架上的无名指连杆机构；
14.设于所述手掌骨架的手背侧的无名指驱动电机，所述无名指驱动电机靠近所述手掌骨架的顶部设置并与所述中指驱动电机相靠近，且所述无名指驱动电机通过无名指球幅连杆与所述无名指连杆机构驱动连接；
15.可转动的安装于所述手掌骨架上的小拇指连杆机构；以及
16.设于所述手掌骨架的手背侧的小拇指驱动电机，所述小拇指驱动电机靠近所述手掌骨架的底部设置并与所述食指驱动机构相靠近，且所述小拇指驱动电机通过小拇指球幅连杆与所述小拇指连杆机构驱动连接。
17.本发明的仿人机器人手掌结构通过对各手指的驱动电机进行合理布局以减小手掌的宽度、长度以及高度方向的尺寸，使得手掌的尺寸更符合真人的手掌尺寸。且驱动电机通过球幅连杆来驱动对应的连杆机构进行动作，使得驱动电机的电机轴与连杆机构的转动轴不在同一平面上，可解决驱动电机布局的空间问题，从而有效减小手掌尺寸。
18.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述大拇指球幅连杆包括大拇指传力杆、设于所述大拇指传力杆端部的第一大拇指连接球以及设于所述大拇指传力杆另一端部的第二大拇指连接球；
19.所述第一大拇指连接球可自由转动的安装于所述大拇指连杆机构上；
20.所述大拇指驱动电机的电机轴上连接有一大拇指摆动杆；
21.所述第二大拇指连接球可自由转动的安装于所述大拇指摆动杆上。
22.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述大拇指摆动杆设于所述手掌骨架的边缘处。
23.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述中指驱动电机和所述无名指驱动电机之间设有间隙；
24.所述中指驱动电机的电机轴上连接有一中指摆动杆；
25.所述无名指驱动电机的电机轴上连接有一无名指摆动杆；
26.所述中指摆动杆和所述无名指摆动杆均位于所述间隙内；
27.所述中指球幅连杆包括中指传力杆、设于所述中指传力杆端部的第一中指连接球以及设于所述中指传力杆另一端部的第二中指连接球；
28.所述第一中指连接球可自由转动的安装于所述中指连杆机构上；
29.所述第二中指连接球可自由转动的安装于所述中指摆动杆上；
30.所述无名指球幅连杆包括无名指传力杆、设于所述无名指传力杆端部的第一无名指连接球以及设于所述无名指传力杆另一端部的第二无名指连接球；
31.所述第一无名指连接球可自由转动的安装于所述无名指连杆机构上；
32.所述第二无名指连接球可自由转动的安装于所述无名指摆动杆上。
33.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述食指驱动电机的电机轴上连接有一食指摆动杆，所述食指摆动杆设于所述手掌骨架的边缘处；
34.所述食指球幅连杆包括食指传力杆、设于所述食指传力杆端部的第一食指连接球以及设于所述食指传力杆另一端部的第二食指连接球；
35.所述第一食指连接球可自由转动的安装于所述食指连杆机构上；
36.所述第二食指连接球可自由转动的安装于所述食指摆动杆上。
37.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述小拇指驱动电机的电机轴上连接有一小拇指摆动杆，所述小拇指摆动杆设于所述手掌骨架的边缘处；
38.所述小拇指球幅连杆包括小拇指传力杆、设于所述小拇指传力杆端部的第一小拇指连接球以及设于所述小拇指传力杆另一端部的第二小拇指连接球；
39.所述第一小拇指连接球可自由转动的安装于所述小拇指连杆机构上；
40.所述第二小拇指连接球可自由转动的安装于所述小拇指摆动杆上。
41.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述手掌骨架上设有与所述大拇指驱动电机对应的第一安装槽、与所述食指驱动电机对应的第二安装槽、与所述中指驱动
电机对应的第三安装槽、与所述无名指驱动电机对应的第四安装槽以及与所述小拇指驱动电机对应的第五安装槽。
42.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述无名指驱动电机与所述小拇指驱动电机有部分重合设置，且所述无名指驱动电机的外侧相对于所述小拇指驱动电机的外侧更靠近所述手掌骨架的边缘设置。
43.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述中指驱动电机与所述食指驱动电机有部分重合设置，且所述中指驱动电机的外侧相对于所述食指驱动电机的外侧更靠近所述手掌骨架的边缘设置。
44.本发明仿人机器人手掌结构的进一步改进在于，所述手掌骨架对应所述大拇指连杆机构、所述食指连杆机构、所述中指连杆机构、所述无名指连杆机构以及所述小拇指连杆机构对应设置连接耳座。
附图说明
45.图1为本发明仿人机器人手掌结构的立体结构示意图。
46.图2为本发明仿人机器人手掌结构的侧视图。
47.图3为本发明仿人机器人手掌结构的手心侧的正视图。
48.图4为本发明仿人机器人手掌结构的手背侧的正视图。
具体实施方式
49.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
50.参阅图1，本发明提供了一种仿人机器人手掌结构，用于解决现有的舵机配合连杆驱动手指进行伸张弯曲因垂直于手掌且平行于手指的排布方式，导致手掌的厚度相较于正常人的手掌厚度较厚，看起来比较肥大，与仿人机器人手臂不相协调的问题；还用于解决电机配合连杆的手掌驱动结构，因电机的输出方向与手指的方向平行，由于手指成不同角度的张开，其电机分布也随之调整方向，导致手掌尺寸较大的问题。本发明的手掌结构对驱动电机进行合理布局以减小手掌的宽度、长度以及高度方向的尺寸，使手掌的尺寸更符合真人的手掌尺寸。本发明通过球幅连杆连接驱动电机和连杆机构，可以使得驱动电机的输出方向不与手指的运动方向一致亦可驱动手指连杆机构，进而有效减小手掌尺寸。本发明的连杆机构增加物理限位，使得手指关节运动过程中有更小的游隙，提高手指的运动精度。下面结合附图对本发明仿人机器人手掌结构进行说明。
51.参阅图1，显示了本发明仿人机器人手掌结构的立体结构示意图。参阅图2，显示了本发明仿人机器人手掌结构的侧视图。下面结合图1和图2，对本发明仿人机器人手掌结构进行说明。
52.如图1和图2所示，本发明的仿人机器人手掌结构包括手掌骨架26、大拇指连杆机构211、大拇指驱动电机212、食指连杆机构221、食指驱动电机222、中指连杆机构231、中指驱动电机232、无名指连杆机构241、无名指驱动电机242、小拇指连杆机构251以及小拇指驱动电机252，其中的大拇指连杆机构211、食指连杆机构221、中指连杆机构231、无名指连杆机构241以及小拇指连杆机构251用于模拟正常人的手指。手掌骨架26具有相对设置的手心侧261和手背侧262；大拇指连杆机构211可转动的安装于手掌骨架26上；结合图3所示，大拇
指驱动电机212设于手掌骨架26的手心侧261，该大拇指驱动电机212通过大拇指球幅连杆213与大拇指连杆机构211驱动连接，大拇指驱动电机212能够通过大拇指球幅连杆213驱动大拇指连杆机构211进行活动。食指连杆机构221可转动的安装于手掌骨架26上；结合图4所示，食指驱动电机222设于手掌骨架26的手背侧262，该食指驱动电机222靠近手掌骨架26的底部设置，且该食指驱动电机222通过食指球幅连杆223与食指连杆机构221驱动连接，以驱动食指连杆机构221进行活动。中指连杆机构231可转动的安装于手掌骨架26上；中指驱动电机232设于手掌骨架26的手背侧262，该中指驱动电机232靠近手掌骨架26的顶部设置并与食指驱动电机222相对设置，该中指驱动电机232与食指驱动电机222较佳呈上下相对设置，且中指驱动电机232通过中指球幅连杆233与中指连杆机构231驱动连接，以驱动中指连杆机构231进行活动。无名指连杆机构241可转动的安装于手掌骨架26上；无名指驱动电机242设于手掌骨架26的手背侧262，该无名指驱动电机242靠近手掌骨架26的顶部设置并与中指驱动电机232向靠近，且无名指驱动电机242通过无名指球幅连杆243与无名指连杆机构241驱动连接，以驱动无名指连杆机构241进行活动。小拇指连杆机构251可转动的安装于手掌骨架26上；小拇指驱动电机252设于手掌骨架26的手背侧262，该小拇指驱动电机252靠近手掌骨架26的底部设置并与食指驱动电机222相靠近，且小拇指驱动电机252通过小拇指球幅连杆253与小拇指连杆机构251驱动连接，以驱动小拇指连杆机构251进行活动。小拇指驱动电机252与无名指驱动电机242较佳呈上下相对设置。
53.本发明的手掌结构将大拇指驱动电机212设于手掌骨架26的手心侧261，且靠近大拇指连杆机构211设置，该大拇指驱动电机212的设置位置类似于人体手掌的大拇指内侧肌肉位置。食指驱动电机222设于手掌骨架26的手背侧262，并与大拇指驱动电机212相对应，该食指驱动电机与大拇指驱动电机重叠放置在对应的大拇指内侧肌肉位置，该位置在人体手掌上呈膨大状且较厚，所以食指驱动电机与大拇指驱动电机的布置对手掌厚度尺寸的影响不大。食指驱动电机222、中指驱动电机232、无名指驱动电机242以及小拇指驱动电机252布设在手掌骨架26的手背侧262，上述的四个电机呈两两一排的方式并列设置，且两两上下相对设置，能够实现合理紧凑的布置效果，且驱动电机与连杆机构之间通过球幅连杆实现驱动连接，使得驱动电机的输出端与连杆机构的输入端不在同一个平面上，可以解决驱动电机布局的空间问题，解决了机器人手掌臃肿肥大的问题，本发明的手掌结构更符合仿人机器人的身体比例，使得手掌与手臂及身体看起来更加协调美观。
54.在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图3所示，大拇指球幅连杆213包括大拇指传力杆2131、设于大拇指传力杆2131端部的第一大拇指连接球以及设于大拇指传力杆2131另一端部的第二大拇指连接球；第一大拇指连接球可自由转动的安装于大拇指连杆机构211上；大拇指驱动电机212的电机轴上连接有一大拇指摆动杆214；第二大拇指连接球可自由转动的安装于大拇指摆动杆214上。
55.第一大拇指连接球和第二大拇指连接球的设置，使得大拇指传力杆2131的两端形成球铰连接，能够允许驱动电机的输出端(也即电机轴)与连杆机构的输入端有一定的角度偏差，使得驱动电机驱动连杆机构的活动更加顺畅，也更利于驱动电机的布局。
56.具体地，在大拇指连杆机构211上设有与第一大拇指连接球相适配的第一球形槽，第一大拇指连接球嵌设在该第一球形槽内，并可在第一球形槽内自由转动。大拇指摆动杆214上设有与第二大拇指连接器相适配的第二球形槽，第二大拇指连接器嵌设在该第二球
形槽内，并可在该第二球形槽内自由转动。
57.进一步地，大拇指摆动杆214设于手掌骨架26的边缘处。该大拇指摆动杆214的一端部套设固定在大拇指驱动电机212的电机轴上，另一端部与第二大拇指连接球连接，大拇指驱动电机212驱动电机轴进行转动，从而电机轴带着大拇指摆动杆214进行转动，使得大拇指摆动杆214与第二大拇指连接球连接的端部绕着电机轴进行摆动，进而大拇指摆动杆214拉动或者推动大拇指传力杆2131，大拇指传力杆2131驱动大拇指连杆机构211进行活动。大拇指驱动电机通过控制大拇指摆动杆的摆动角度来实现控制连杆机构的活动。
58.在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图4所示，中指驱动电机232和无名指驱动电机242之间设有间隙；中指驱动电机232的电机轴上连接有一中指摆动杆234；无名指驱动电机242的电机轴上连接有一无名指摆动杆244；中指摆动杆234和无名指摆动杆244均位于间隙内；中指球幅连杆233包括中指传力杆2331、设于中指传力杆2331端部的第一中指连接球以及设于中指连杆2331另一端部的第二中指连接球；第一中指连接球可自由转动的安装在中指连杆机构231上，第二中指连接球可自由转动的安装在中指摆动杆234上；无名指球幅连杆243包括无名指传力杆2431、设于无名指传力杆2431端部的第一无名指连接球以及设于无名指传力杆2431另一端部的第二无名指连接球；第一无名指连接球可自由转动的安装于无名指连杆机构241上，第二无名指连接球可自由转动的安装于无名指摆动杆244上。
59.其中第一中指连接球和第二中指连接球的设置，使得中指传力杆的两端形成球铰连接，第一无名指连接球和第二无名指连接球的设置，使得无名指传力杆的两端形成球铰连接。中指摆动杆和无名指摆动杆位于中指驱动电机和无名指驱动电机之间的间隙内，使得中指传力杆和无名指传力杆也设于中指驱动电机和无名指驱动电机之间的间隙处，如此能够减小手掌结构的厚度。
60.在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图4所示，食指驱动电机222的电机轴上连接有一食指摆动杆224，该食指摆动杆224设于手掌骨架26的边缘处，食指球幅连杆223包括食指传力杆2231、设于食指传力杆2231端部的第一食指连接球以及设于食指传力杆2231另一端部的第二食指连接球；第一食指连接球可自由转动的安装于食指连杆机构221上，第二食指连接球可自由转动的安装于食指摆动杆224上。
61.其中第一食指连接球和第二食指连接球的设置，使得食指传力杆的两端形成球铰连接。
62.进一步地，小拇指驱动电机252的电机轴上连接有小拇指摆动杆254，该小拇指摆动杆254设于手掌骨架26的边缘处；小拇指球幅连杆253包括小拇指传力杆2531、设于小拇指传力杆2531端部的第一小拇指连接器以及设于小拇指传力杆2531另一端部的第二小拇指连接球；第一小拇指连接球可自由转动的安装于小拇指连杆机构251上，第二小拇指连接球可自由转动的安装于小拇指摆动杆254上。
63.其中第一小拇指连接球和第二小拇指连接球的设置，使得小拇指传力杆的两端形成球铰连接。
64.如图1所示，食指驱动电机和小拇指驱动电机设于手掌骨架的底部，且该食指驱动电机和小拇指驱动电机相靠近设置，中指驱动电机和无名指驱动电机设于手掌骨架的顶部，且该中指驱动电机和无名指驱动电机相远离设置，如此手掌骨架呈顶部宽度大于底部
宽度的形状，正好与人体的手掌形状相适配。中指驱动电机和无名指驱动电机之间的间隙能够容置中指摆动杆和无名指摆动杆，食指摆动杆和小拇指摆动杆设于手掌骨架的相对两侧，并位于边缘处，实现了合理的利用手掌骨架上的空间进行布局，能够使得手掌骨架的尺寸与人体的手掌尺寸相适配。
65.具体地，无名指驱动电机242与小拇指驱动电机252有部分重合设置，且无名指驱动电机242的外侧相对于小拇指驱动电机252的外侧更靠近手掌骨架26的边缘设置。进一步地，中指驱动电机232与食指驱动电机222有部分重合，且中指驱动电机232的外侧相对于食指驱动电机222的外侧更靠近手掌骨架26的边缘设置。
66.在本发明的一种具体实施方式中，如图1和图2所示，手掌骨架26上设有与大拇指驱动电机212对应的第一安装槽、与食指驱动电机222对应的第二安装槽、与中指驱动电机232对应的第三安装槽、与无名指驱动电机242对应的第四安装槽以及与小拇指驱动电机252对应的第五安装槽。利用在手掌骨架26上设置的五个安装槽来安装固定对应的驱动电机，驱动电机可有部分嵌入到对应的安装槽内，提高了驱动电机固定的牢固稳定性。由于安装槽的设置，使得驱动电机只需一颗固定螺钉就能够实现有效固定。
67.在本发明的一种具体实施方式中，如图1所示，手掌骨架26对应大拇指连杆机构211、食指连杆机构221、中指连杆机构231、无名指连杆机构241以及小拇指连杆机构251对应设置连接耳座263。
68.具体地，连接耳座263设有相对设置的一对耳板，连杆机构的末端插置于对应的一对耳板之间并通过转轴可转动的连接在一对耳板之间。连杆机构的末端可绕着转轴进行转动调节。在连接机构的末端处连接球幅连杆时，将球幅连杆上对应的连接球靠近转轴设置，让连接球与对应的转轴之间有一定的间距，较佳地，连接球与对应的转轴之间的连线为斜线，该斜线与水平面相交。球幅连杆拉动或推动连杆机构的末端以使得连杆机构能够绕着转轴进行转动，实现了连杆机构的活动。
69.进一步地，如图1所示，大拇指连杆机构211包括第一大拇指杆2111、第二大拇指杆2112以及第三大拇指杆2113，第一大拇指杆2111的末端通过转轴可转动的安装在对应的连接耳座263上，第一大拇指杆2111的另一端与第二大拇指杆2112通过轴可转动的连接，第二大拇指杆2112的端部与第三大拇指杆2113的端部可转动的连接。在第一大拇指杆2111和第二大拇指杆2112的连接处设有第一大拇指限位杆2114，该第一大拇指限位杆2114的一端与对应的连接耳座263可转动的连接，另一端与第二大拇指杆2112可转动的连接，通过第一大拇指限位杆2114限制第一大拇指杆2111和第二大拇指杆2112之间的转动角度。结合图3所示，在第二大拇指2112和第三大拇指杆2113的连接处设有第二大拇指限位杆2115，该第二大拇指限位杆2115的一端与第二大拇指杆2112可转动的连接，另一端与第三大拇指杆2113可转动的连接，通过第二大拇指限位杆2115限制第二大拇指杆2112和第三大拇指杆2113之间的转动角度。
70.通过设置的第一大拇指限位杆和第二大拇指限位杆起到限位作用，能够让大拇指关节在运动过程中有更小的游隙，提高大拇指的运动精度。
71.如图1所示，食指连杆机构221包括顺次铰接的第一食指杆2211、第二食指杆2212以及第三食指杆2213，第一食指杆2211的末端通过转轴可转动的连接在对应的连接耳座263上。该食指连杆机构221还包括第一食指限位杆2214和第二食指限位杆2215，第一食指
限位杆2214的一端可转动的连接在对应的连接耳座263上，另一端可转动的连接在第二食指杆2212上，通过第一食指限位杆2214限制第二食指杆2212和第一食指杆2211之间的转动角度。第二食指限位杆2215的一端可转动的连接在第二食指杆2212上，另一端可转动的连接在第三食指杆2213上，通过第二食指限位杆2215限制第三食指杆2213和第二食指杆2212之间的转动角度。第二食指限位杆与第三食指杆的连接处和第三食指杆与第二食指杆的连接处相错开设置。
72.中指连杆机构231包括顺次铰接的第一中指杆2311、第二中指杆2312以及第三中指杆2313，第一中指杆2311的末端通过转轴可转动的连接在对应的连接耳座263上。该中指连杆机构231还包括第一中指限位杆2314和第二中指限位杆2315，第一中指限位杆2314的一端可转动的连接在对应的连接耳座263上，另一端可转动的连接在第二中指杆2312上，通过第一中指限位杆2314限制第二中指杆2312和第一中指杆2311之间的转动角度。第二中指限位杆2315的一端可转动的连接在第二中指杆2312上，另一端可转动的连接在第三中指杆2313上，通过第二中指限位杆2315限制第三中指杆2313和第二中指杆2312之间的转动角度。第二中指限位杆与第三中指杆的连接处和第三中指杆与第二中指杆的连接处相错开设置。
73.无名指连杆机构241包括顺次铰接的第一无名指杆2411、第二无名指杆2412以及第三无名指杆2413，第一无名指杆2411的末端通过转轴可转动的连接在对应的连接耳座263上。该无名指连杆机构241还包括第一无名指限位杆2414和第二无名指限位杆2415，第一无名指限位杆2414的一端可转动的连接在对应的连接耳座263上，另一端可转动的连接在第二无名指杆2412上，通过第一无名指限位杆2414限制第二无名指杆2412和第一无名指杆2411之间的转动角度。第二无名指限位杆2415的一端可转动的连接在第二无名指杆2412上，另一端可转动的连接在第三无名指杆2413上，通过第二无名指限位杆2415限制第三无名指杆2413和第二无名指杆2412之间的转动角度。第二无名指限位杆与第三无名指杆的连接处和第三无名指杆与第二无名指杆的连接处相错开设置。
74.小拇指连杆机构251包括顺次铰接的第一小拇指杆2511、第二小拇指杆2512以及第三小拇指杆2513，第一小拇指杆2511的末端通过转轴可转动的连接在对应的连接耳座263上。该小拇指连杆机构251还包括第一小拇指限位杆2514和第二小拇指限位杆2515，第一小拇指限位杆2514的一端可转动的连接在对应的连接耳座263上，另一端可转动的连接在第二小拇指杆2512上，通过第一小拇指限位杆2514限制第二小拇指杆2512和第一小拇指杆2511之间的转动角度。第二小拇指限位杆2515的一端可转动的连接在第二小拇指杆2512上，另一端可转动的连接在第三小拇指杆2513上，通过第二小拇指限位杆2515限制第三小拇指杆2513和第二小拇指杆2512之间的转动角度。第二小拇指限位杆与第三小拇指杆的连接处和第三小拇指杆与第二小拇指杆的连接处相错开设置。
75.以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。