一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 207930684 U(45)授权公告日 2018.10.02

(21)申请号 2018203620.9(22)申请日 2018.03.15

(73)专利权人 深圳勇艺达机器人有限公司

地址 518100 广东省深圳市宝安区航城街

道固戍开发区泰华梧桐工业园2A号建筑4层、2B号建筑4层(72)发明人 刘甫壮　张凤洲　吴龙飞　(74)专利代理机构 北京金蓄专利代理有限公司

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代理人 马贺(51)Int.Cl.

B25J 15/00(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书2页 说明书5页 附图3页

()实用新型名称

一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂(57)摘要

一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，包括机械手臂及与其固定连接的筋式仿生手指装置，所述筋式仿生手指装置包括基座，大拇指装置和四指装置；大拇指装置包括大拇指指节、大拇指直线驱动元件和由大拇指第一连杆和大拇指第二连杆组成的大拇指连杆机构，大拇指直线驱动元件与大拇指连杆机构连接驱动大拇指指节运动；四指装置包括四指指节、四指直线驱动元件和由四指第一连杆、四指第二连杆、四指第三连杆组成的四指连杆机构，四指直线驱动元件与四指连杆机构连接驱动四指指节运动。本实用新型的手臂具有六自由度，手指装置通过各指节与连杆机构连接，在驱动机构作用下实现手指的伸直和弯曲，控制简单，动作稳定，成本低，容易实现批量生产。

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1.一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，包括第一支架，第二支架，第三支架，第四支架，第五支架，第六支架，第七支架，1号旋转驱动元件，2号旋转驱动元件，3号旋转驱动元件，4号旋转驱动元件，5号旋转驱动元件，6号旋转驱动元件以及筋式仿生手指装置；

所述第一支架近躯壳面与机器人躯壳固定连接，第七支架与筋式仿生手指装置固定连接；

所述第二支架通过1号旋转驱动元件与第一支架远躯壳面相连接，通过1号旋转驱动元件往复旋转运动；

第三支架通过2号旋转驱动元件与第二支架相连接，在2号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；

第四支架通过3号旋转驱动元件与第三支架相连接，在3号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；

第五支架通过4号旋转驱动元件与第四支架相连接，在4号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；

第六支架通过5号旋转驱动元件与第五支架相连接，通过5号旋转驱动元件进行正反旋转；

第七支架通过6号旋转驱动元件与第六支架相连接，在6号旋转驱动元件的驱动下正反摆动。

2.如权利要求1所述的一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，其特征在于：所述1号旋转驱动元件非驱动面与第一支架的远躯壳面固定连接，1号旋转驱动元件驱动面的动力输出轴与第二支架的近躯壳面固定，所述动力输出轴通过往复旋转运动实现机械手臂的前后摆动；

所述2号旋转驱动元件的近躯壳端面与第二支架的远躯壳面固定连接，2号旋转驱动元件为两侧同轴双轴动力输出，两输出轴分别与第三支架的两个侧面固定连接，2号旋转驱动元件输出轴进行正反方向转动实现机械手臂类人手臂的侧向摆动功能；

所述3号旋转驱动元件为单轴动力输出，非动力输出面与第三支架远躯壳面固定连接，动力输出轴与第四支架近躯壳面固定，动力输出轴的正反转动可以实现机械手臂肩部以下部分的正反方向转动；

所述4号旋转驱动元件为双动力轴输出，双动力轴分别与第四支架两侧面固定，4号旋转驱动元件的下侧面与第五支架两侧面固定，4号旋转驱动元件壳体与4号驱动元件以下手臂部分一起绕其输出轴做正反旋转运动，实现类似人类肘部关节的弯曲和伸直功能；

所述5号旋转驱动元件为单动力轴输出，非驱动面与第五支架远躯壳面固定，旋转输出轴与第六支架的近躯壳面固定，5号旋转驱动元件以下的手臂部分可以绕输出轴做正反旋转运动，实现类人手臂的小臂正反旋转功能；

所述6号旋转驱动元件为双动力轴输出，双轴与第六支架两侧面固定，壳体与第七支架固定，动力轴以下的手腕带动筋式仿生手指装置可以绕旋转轴做正反旋转运动，实现类人手腕关节的正反摆动功能。

3.如权利要求1或2所述的一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，其特征在于：所述筋式仿生手指装置，包括基座，大拇指装置和四指装置；

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所述大拇指装置包括大拇指指节、大拇指直线驱动元件和大拇指连杆机构，所述大拇指直线驱动元件位于基座的一侧，大拇指指节位于基座的另一侧，所述大拇指直线驱动元件与大拇指连杆机构连接驱动大拇指指节运动；

所述四指装置包括四指指节、四指直线驱动元件和四指连杆机构，所述四指直线驱动元件位于基座的一侧，四指指节位于基座的另一侧，所述四指直线驱动元件与四指连杆机构连接驱动四指指节运动。

4.如权利要求3所述的一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，其特征在于：所述大拇指指节由顺序铰接的基节、首指节和尾指节组成，基节与基座固定连接，基座上与基节连接处开设有基座孔，大拇指连杆机构穿过基座孔与大拇指直线驱动元件相连接；

所述四指指节由顺序铰接的基节、首指节、中指节和尾指节组成，基节与基座固定连接，基座上与基节连接处开设有基座孔，四指连杆机构穿过基座孔与四指直线驱动元件相连接。

5.如权利要求4所述的一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，其特征在于：所述大拇指指节的基节上相对基座的距离远近开设有近基座孔和远基座孔，大拇指连杆机构由大拇指第一连杆和大拇指第二连杆组成，大拇指第一连杆的一端铰接大拇指首指节的近基座端下部，另一端穿过基座孔与大拇指的直线驱动元件的轴端铰接，大拇指首指节近基座端上部与基节的近基座孔铰接，大拇指第二连杆一端铰接尾指节的近基座端下部，另一端与基节的远基座孔铰接，尾指节的近基座端上部与首指节远基座端的上部铰接；

所述四指指节的基节和首指节上部相对基座的距离远近均开设有近基座孔和远基座孔，四指连杆机构由四指第一连杆、四指第二连杆和四指第三连杆组成，四指第一连杆的一端铰接四指的首指节的近基座端下部，另一端穿过基座孔与四指直线驱动元件的轴端铰接，四指的首指节近基座端上部与其基节的近基座孔铰接，四指第二连杆一端铰接其中指节的近基座端下部，另一端与基节的远基座孔铰接，其中指节的近基座端上部与其首指节上部的近基座孔铰接，四指第三连杆一端铰接其尾指节的近基座端下部，另一端与其首指节上部的远基座孔铰接，其尾指节近基座端上部与其中指节远基座端上部铰接。

6.如权利要求4或5所述的一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，其特征在于：所述四指装置有四个，分别是食指装置、中指装置、无名指装置和小指装置。

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一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂

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技术领域

[0001]本实用新型涉及一种机器人机械手臂，特别涉及一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂。

背景技术

[0002]机器人是一种高技术产品，具有广阔的应用前景。在机器人手指及机械手臂方面，已有多种专利，但都存在着共同的问题：结构复杂，控制复杂，不利于机器人的量化生产，特别不利于消费型机器人的大众化消费。

实用新型内容

[0003]本实用新型的目的是提供一种带有筋式仿生手指装置的具有六自由度自由旋转的机械手臂。该筋式仿生手指装置及六自由度机械手臂结构简单，动作稳定，手指及手臂仿人动作程度高，控制简单，容易实现批量生产，降低成本。[0004]一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，包括第一支架，第二支架，第三支架，第四支架，第五支架，第六支架，第七支架，1号旋转驱动元件，2号旋转驱动元件，3号旋转驱动元件，4号旋转驱动元件，5号旋转驱动元件，6号旋转驱动元件以及筋式仿生手指装置；

[0005]所述第一支架近躯壳面与机器人躯壳固定连接，第七支架与筋式仿生手指装置固定连接；

[0006]所述第二支架远躯壳面通过1号旋转驱动元件与第一支架相连接，通过1号旋转驱动元件往复旋转运动；[0007]第三支架I通过2号旋转驱动元件与第二支架H相连接，在2号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；

[0008]第四支架通过3号旋转驱动元件与第三支架相连接，在3号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；[0009]第五支架通过4号旋转驱动元件与第四支架相连接，在4号旋转驱动元件输出轴的带动下正反方向转动；

[0010]第六支架通过5号旋转驱动元件与第五支架相连接，通过5号旋转驱动元件进行正反旋转；

[0011]第七支架通过6号旋转驱动元件与第六支架相连接，在6号旋转驱动元件的驱动下正反摆动。

[0012]所述1号旋转驱动元件非驱动面与第一支架的远躯壳面固定连接，1号旋转驱动元件驱动面的动力输出轴与第二支架的近躯壳面固定，所述动力输出轴通过往复旋转运动实现机械手臂的前后摆动；

[0013]所述2号旋转驱动元件的近躯壳端面与第二支架的远躯壳面固定连接，2号旋转驱动元件为两侧同轴双轴动力输出，两输出轴分别与第三支架的两个侧面固定连接，2号旋转

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驱动元件输出轴进行正反方向转动实现机械手臂类人手臂的侧向摆动功能；[0014]所述3号旋转驱动元件为单轴动力输出，非动力输出面与第三支架远躯壳面固定连接，动力输出轴与第四支架上面固定，动力输出轴的正反转动可以实现机械手臂肩部以下部分的正反方向转动；

[0015]所述4号旋转驱动元件为双动力轴输出，双动力轴分别与第四支架两侧面固定，4号旋转驱动元件的下侧面与第五支架两侧面固定，4号旋转驱动元件壳体与4号驱动元件一下手臂部分一起绕其输出轴做正反旋转运动，实现类似人类肘部关节的弯曲和伸直功能；[0016]所述5号旋转驱动元件为单动力轴输出，非驱动面与第五支架下面固定，旋转输出轴与第六支架的上面固定，5号旋转驱动元件以下的手臂部分可以绕输出轴做正反旋转运动，实现类人手臂的小臂正反旋转功能；

[0017]所述6号旋转驱动元件为双动力轴输出，双轴与第六支架两侧面固定，壳体与第七支架固定，动力轴以下的手腕及筋式仿生手指装置可以绕旋转轴做正反旋转运动，实现类人手腕关节的正反摆动功能。[0018]所述筋式仿生手指装置，包括基座，大拇指装置和四指装置；[0019]所述大拇指装置包括大拇指指节、大拇指直线驱动机构和大拇指连杆机构，所述大拇指直线驱动机构位于基座的一侧，大拇指指节位于基座的另一侧，所述大拇指连杆机构和大拇指直线驱动机构驱动大拇指指节运动；[0020]所述四指装置包括四指指节、四指直线驱动机构和四指连杆机构，所述四指直线驱动机构位于基座的一侧，四指指节位于基座的另一侧，所述四指连杆机构和四指直线驱动机构驱动四指指节运动。

[0021]所述大拇指指节由顺序铰接的基节、首指节和尾指节组成，其基节与基座固定连接，基座上与基节连接处开设有基座孔，大拇指连杆机构穿过基座孔与大拇指直线驱动元件相连；

[0022]所述四指指节由顺序铰接的基节、首指节、中指节和尾指节组成，其基节与基座固定连接，基座上与基节连接处开设有基座孔，四指连杆机构穿过基座孔与四指直线驱动元件相连。

[0023]所述大拇指装置的基节上相对基座的距离远近开设有近基座孔和远基座孔，大拇指连杆机构由大拇指第一连杆和大拇指第二连杆组成，大拇指第一连杆的一端铰接大拇指首指节的近基座端下部，另一端穿过基座孔与大拇指的直线驱动元件的轴端铰接，大拇指首指节近基座端上部与基节的近基座孔铰接，大拇指第二连杆一端铰接尾指节的近基座端下部，另一端与基节的远基座孔铰接，尾指节的近基座端上部与首指节远基座端的上部铰接；

[0024]所述四指指节的基节和首指节上部相对基座的距离远近均开设有近基座孔和远基座孔，四指连杆机构由四指第一连杆、四指第二连杆和四指第三连杆组成，四指第一连杆的一端铰接四指的首指节的近基座端下部，另一端穿过基座孔与四指直线驱动元件的轴端铰接，四指的首指节近基座端上部与其基节的近基座孔铰接，四指第二连杆一端铰接其中指节的近基座端下部，另一端与基节的远基座孔铰接，其中指节的近基座端上部与其首指节上部的近基座孔铰接，四指第三连杆一端铰接其尾指节的近基座端下部，另一端与其首指节上部的远基座孔铰接，其尾指节近基座端上部与其中指节远基座端上部铰接。

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所述四指装置有四个，分别是食指装置、中指装置、无名指装置和小指装置。

[0026]本实用新型的机械手臂具有手臂前后摆动、侧向摆动、大臂正反转动、肘关节转动、小臂正反转动、腕关节转动共六自由度，筋式仿生手指装置模仿人手指设计，通过各指节与连杆机构的连接，在驱动机构的作用下完成手指的伸直和弯曲动作，仿人程度高，各手指弯曲角度的大小与各铰接孔的相对位置、各连杆的长度尺寸有关，可根据需要自行调整，控制简单，动作稳定，容易实现批量生产，降低成本。附图说明

[0027]图1是本实用新型采用筋式仿生手指装置的机械手臂的结构图。[0028]图2本实用新型筋式仿生手指装置的结构图。[0029]图3是本实用新型大拇指装置的结构图。[0030]图4是本实用新型四指装置的弯曲状态图。[0031]图5是本实用新型四指装置伸直过程状态图。

具体实施方式

[0032]结合附图1-5，一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂，包括第一支架G，第二支架H，第三支架I，第四支架J，第五支架K，第六支架L，第七支架M，1号旋转驱动元件G1，2号旋转驱动元件H1，3号旋转驱动元件I1，4号旋转驱动元件J1，5号旋转驱动元件K1，6号旋转驱动元件L1以及筋式仿生手指装置F；第一支架G近躯壳面与机器人躯壳固定连接，第七支架M与筋式仿生手指装置F固定连接

[0033]1号旋转驱动元件G1非驱动面与第一支架G的远躯壳面固定连接，1号旋转驱动元件驱动面的动力输出轴与第二支架H的近躯壳面固定，动力输出轴通过往复旋转运动带动整个机械手臂做前后摆动；

[0034]2号旋转驱动元件H1的近躯壳端面与第二支架H的远躯壳面固定连接，2号旋转驱动元件H1为两侧同轴双轴动力输出，两输出轴分别与第三支架I的两个侧面固定连接，2号旋转驱动元件H1输出轴进行正反方向转动，带动机械手臂侧向摆动；[0035]3号旋转驱动元件I2为单轴动力输出，非动力输出面与第三支架I远躯壳面固定连接，动力输出轴与第四支架J上面固定，动力输出轴的正反转动可以实现机械手臂肩部以下部分的正反方向转动；

[0036]4号旋转驱动元件J1为双动力轴输出，双动力轴分别与第四支架J两侧面固定，4号旋转驱动元件J1的下侧面与第五支架K两侧面固定，4号旋转驱动元件J1壳体与4号驱动元件J1以下手臂部分一起绕其输出轴做正反旋转运动，实现类似人类肘部关节的弯曲和伸直功能；

[0037]5号旋转驱动元件K1为单动力轴输出，非驱动面与第五支架K下面固定，旋转输出轴与第六支架L的上面固定，5号旋转驱动元件K1以下的手臂部分可以绕输出轴做正反旋转运动，实现类人手臂的小臂正反旋转功能；

[0038]6号旋转驱动元件L1为双动力轴输出，双轴与第六支架L两侧面固定，壳体与第七支架M固定，动力轴以下的手腕及筋式仿生手指装置F可以绕旋转轴做正反旋转运动，实现类似人手腕关节的正反摆动功能。

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所述筋式仿生手指装置F，包括基座1，大拇指装置2和四指装置3；所述四指装置3

有四个，分别是食指装置、中指装置、无名指装置和小指装置。[0040]所述大拇指装置2包括大拇指指节21、大拇指直线驱动元件22和大拇指连杆机构23，所述大拇指直线驱动元件22位于基座1的一侧，大拇指指节21位于基座1的另一侧，大拇指直线驱动元件22与大拇指连杆机构23连接驱动大拇指指节21运动；[0041]四指装置3包括四指指节31、四指直线驱动元件32和四指连杆机构33，所述四指直线驱动元件32位于基座1的一侧，四指指节31位于基座1的另一侧，所述四指直线驱动元件32与四指连杆机构33连接驱动四指指节31运动。[0042]所述大拇指指节21由顺序铰接的基节211、首指节212和尾指节213组成，基节211与基座1固定连接，基座1上与基节211连接处开设有基座孔201，大拇指连杆机构23穿过基座孔201与大拇指直线驱动元件22相连接；

[0043]所述四指指节31由顺序铰接的基节311、首指节312、中指节313和尾指节314组成，基节311与基座1固定连接，基座1上与基节311连接处开设有基座孔301，四指连杆机构33穿过基座孔301与四指直线驱动元件32相连接。

[0044]所述大拇指指节21的基节211上相对基座1的距离远近开设有近基座孔20和远基座孔200，大拇指连杆机构23由大拇指第一连杆231和大拇指第二连杆232组成，大拇指第一连杆231的一端铰接大拇指首指节212的近基座端下部，另一端穿过基座孔201与大拇指的直线驱动元件22的轴端铰接，大拇指首指节212近基座端上部与基节211的近基座孔20铰接，大拇指第二连杆232一端铰接尾指节213的近基座端下部，另一端与基节211的远基座孔200铰接，尾指节213的近基座端上部与首指节212远基座端的上部铰接；

[0045]所述四指指节31的基节311上相对基座1的距离远近开设有近基座孔30和远基座孔300，首指节远基座端上部也开设有近基座孔40和远基座孔400，近基座孔与基座之间的距离小于远基座孔与基座之间的距离。四指连杆机构33由四指第一连杆331、四指第二连杆332和四指第三连杆333组成，四指第一连杆331的一端铰接四指的首指节312的近基座端下部，另一端穿过基座孔301与四指直线驱动元件32的轴端铰接，四指的首指节312近基座端上部与其基节311的近基座孔30铰接，四指第二连杆332一端铰接其中指节313的近基座端下部，另一端与基节311的远基座孔300铰接，其中指节313的近基座端上部与其首指节312上部的近基座孔40铰接，四指第三连杆333一端铰接其尾指节314的近基座端下部，另一端与其首指节312上部的远基座孔400铰接，其尾指节312近基座端上部与其中指节313远基座端上部铰接。

[0046]当大拇指从弯曲状态变为伸直状态时，由大拇指的直线驱动元件22驱动，与其轴端铰接的第一连杆231被向前推动，带动首指节212伸直；首指节212在伸直过程中，带动第二连杆232运动，进一步推动尾指节213伸直，从而使整个大拇指伸直。[0047]当大拇指从伸直状态变为弯曲状态时，由大拇指的直线驱动元件22驱动，与其轴端铰接的第一连杆231被向后拉动，带动首指节212被向后拉动，使首指节212弯曲；首指节212在弯曲过程中，带动第二连杆232运动，第二连杆232拉动尾指节213弯曲，使整个大拇指弯曲。

[0048]四指的运动过程以食指为例，当食指从弯曲状态变为伸直状态时，由食指的直线驱动元件32驱动，与其轴端铰接的第一连杆331被向前推动，带动首指节312伸直；首指节

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312在伸直过程中，带动第二连杆332和第三连杆333运动，其中第二连杆332推动中指节313伸直，第三连杆333带动尾指节314伸直，最终整个手指伸直。[0049]当食指从伸直状态变为弯曲状态时，在直线驱动元件32的驱动下，与其轴端铰接的第一连杆331被向后拉动，同时带动首指节312被向后拉动，使首指节312弯曲；首指节312在弯曲过程中，带动第二连杆332和第三连杆333运动，其中第二连杆332拉动中指节313弯曲，第三连杆333拉动尾指节314弯曲，最终整个手指弯曲。

[0050]手指弯曲程度的大小与各铰接孔相对位置以及各连杆机构中第一、第二和第三连杆的长度有关，需要时可根据具体情况自行调整，灵活度高。[0051]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

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