本發明涉及機械手,具體為一種高集成一體化骨骼機械手。
背景技術:
1、仿人機器人機械手作為機器人與環境交互的關鍵執行部件,其性能直接決定了機器人的操作能力與應用范圍,機械手應具備高度的集成化、靈巧的動作能力、穩定的抓取性能以及可靠的維護性。
2、目前現有機械手的手掌骨架多采用多零件組裝模式,即掌骨、關節軸承座、電機安裝座及傳動殼體等均為獨立制造,通過大量的螺絲、定位銷等緊固件進行連接固定,這導致零件數量繁多,裝配過程耗時耗力,且不可避免地引入了裝配誤差積累。
3、許多現有設計將驅動電機直接安裝在指根或關節處,或通過復雜的連桿、繩索進行遠距離傳動,前者顯著增加了運動部件的重量與轉動慣量,導致手指動作遲緩、動態響應差,且沖擊負載易損壞電機齒輪;后者則存在傳動鏈長、效率低、結構臃腫等問題。
4、其次,線纜管理缺失,使得可靠性受到影響,現有機械手對于電機、傳感器等的大量線纜缺乏有效的收納與管理方案,通常采用外露捆扎或簡單固定的方式,而這些線纜在機械手頻繁且復雜的運動過程中,極易被自身結構勾住、纏繞,或因與內部結構發生摩擦而磨損,存在較高的短路與斷路風險。
5、現有設計常通過簡單的側向支架安裝拇指,其結構剛性不足,在強力抓握時易變形,且難以實現真正意義上的多角度對掌運動。
6、因此,我們提出一種高集成一體化骨骼機械手,該結構在承受相同負載時形變更小,動態響應更精準,極大地提升了機械手的動力傳輸效率與操作穩定性。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的上述缺陷,本發明提供了一種高集成一體化骨骼機械手,以解決上述背景技術中存在的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:一種高集成一體化骨骼機械手,包括集成骨架和驅動結構,所述集成骨架的指骨部分為指骨筒和指骨腔,所述驅動結構的指骨動力結構位于集成骨架內,所述集成骨架為一體成型,所述集成骨架的手心側等距設置有容納指骨動力結構的指骨筒,所述指骨筒底部開設有供指骨動力結構穿過且卡合有定位軸承的驅動孔,所述指骨筒頂部開設有與第一指骨節固定的手指孔;
3、所述集成骨架的手背側對應指骨筒的位置設置有容納指骨動力結構的指骨腔,所述指骨腔頂部一體成型有拳骨塊,所述指骨腔頂部設置有用于連接活動關節且穿過拳骨塊的貫穿孔,所述指骨腔底部開設有與定位軸承嵌套的從動孔;
4、所述集成骨架手背側的左邊兩組指骨部之間以及右邊兩組指骨部之間分別開設有分隔部,所述分隔部內部開設有凹陷狀的分隔槽,所述分隔槽前后兩端開設有卡槽,兩端所述卡槽之間卡合固定有用于線路連接的隔板;
5、所述集成骨架的手背側中部設置用于連接手踝部的支撐孔;
6、所述集成骨架的手心側底部設置有用于連接拇指關節的拇指固定板。
7、進一步的:所述指骨動力結構包括驅動部、螺桿、驅動電機、第一指骨節和第二指骨節,所述驅動電機從指骨腔底部驅動孔卡入,所述驅動電機的軸體連接齒輪結構的驅動齒,所述手指孔頂部固定有第一指骨節。
8、進一步的:所述集成骨架的指骨腔和指骨筒底部安裝有齒輪結構,所述齒輪結構的齒輪架上設置有從動齒和驅動齒,所述從動齒位于指骨筒下方,所述驅動齒位于指骨腔下方。
9、進一步的:所述驅動電機和手指驅動塊聯合驅動第一指骨節和活動關節完成手指的動作,所述指骨筒內自上而下依次設置有驅動部和螺桿,所述螺桿底部經過定位軸承和齒輪結構的從動齒相連接,所述螺桿頂部連接有驅動部,所述驅動齒和從動齒嚙合,由所述驅動電機帶動驅動齒和從動齒轉動,使得螺桿在驅動部內上下移動,再由所述螺桿頂部的驅動部帶動所連接的第一指骨節拉動第二指骨節,由所述活動關節、第一指骨節和第二指骨節配合手指部的動作。
10、進一步的:所述集成骨架的手心側四個指骨部中間處開設有銜接槽,所述集成骨架兩側開設有用于卡合封板的封板孔。
11、進一步的:所述支撐孔通過支桿連接手踝部。
12、進一步的:所述拇指固定板頂部固定有連接板,所述連接板連接于拇指關節。
13、進一步的:所述分隔部外側兩側設置有用于固定封板的螺絲孔。
14、與現有技術相比,本發明的技術效果和優點:
15、1)本發明的高集成一體化骨骼機械手,集成骨架內部設有指骨腔、指骨筒齒、分隔槽和齒輪結構,將傳統設計中分散的掌骨、電機座、傳動殼體、關節軸承座等多個功能結構整合為一個完整的承載平臺,將多個功能結構整合在一個集成骨架上,從根本上消除了多零件組裝帶來的連接界面與裝配誤差,使得負載力得以通過一個高剛性整體進行最優路徑的傳遞,與現有技術相比,該結構在承受相同負載時形變更小,動態響應更精準,極大地提升了機械手的動力傳輸效率與操作穩定性,同時裝配的螺絲配件使用量更小可以減輕重量,拆裝難度有效降低。
16、2)本發明的高集成一體化骨骼機械手,本申請的指骨筒采用仿照人手的傾斜角度設計,使得手指在彎曲時能自然向掌心中心收攏,結合由螺桿、驅動部及指骨節構成的連桿機構,機械手在抓取不規則物體時,其第一指骨節和第二指骨節能夠被動地、自適應地調整彎曲角度,以最大接觸面積貼合物體表面,形成穩定、柔和的包絡抓取,將驅動電機、齒輪傳動副及螺桿推桿機構全部內置并環繞一體式骨架布局,形成了電機帶動齒輪和螺桿的極短傳動路徑,有利于壓縮了手掌厚度,實現了仿生級的輕薄外形。
1.一種高集成一體化骨骼機械手,包括集成骨架(1)和驅動結構(2),所述集成骨架(1)的指骨部(11)分為指骨筒(13)和指骨腔(112),所述驅動結構(2)的指骨動力結構(22)位于集成骨架(1)內,其特征在于:所述集成骨架(1)為一體成型,所述集成骨架(1)的手心側等距設置有容納指骨動力結構(22)的指骨筒(13),所述指骨筒(13)底部開設有供指骨動力結構(22)穿過且卡合有定位軸承(233)的驅動孔(113),所述指骨筒(13)頂部開設有與第一指骨節(224)固定的手指孔(131);
2.根據權利要求1所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述指骨動力結構(22)包括驅動部(221)、螺桿(222)、驅動電機(223)、第一指骨節(224)和第二指骨節(225),所述驅動電機(223)從指骨腔(112)底部驅動孔(113)卡入,所述驅動電機(223)的軸體連接齒輪結構(23)的驅動齒(231),所述手指孔(131)頂部固定有第一指骨節(224)。
3.根據權利要求2所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述集成骨架(1)的指骨腔(112)和指骨筒(13)底部安裝有齒輪結構(23),所述齒輪結構(23)的齒輪架(234)上設置有從動齒(232)和驅動齒(231),所述從動齒(232)位于指骨筒(13)下方,所述驅動齒(231)位于指骨腔(112)下方。
4.根據權利要求3所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述驅動電機(223)和手指驅動塊聯合驅動第一指骨節(224)和活動關節(28)完成手指的動作,所述指骨筒(13)內自上而下依次設置有驅動部(221)和螺桿(222),所述螺桿(222)底部經過定位軸承(233)和齒輪結構(23)的從動齒(232)相連接,所述螺桿(222)頂部連接有驅動部(221),所述驅動齒(231)和從動齒(232)嚙合,由所述驅動電機(223)帶動驅動齒(231)和從動齒(232)轉動,使得螺桿(222)在驅動部(221)內上下移動,再由所述螺桿(222)頂部的驅動部(221)帶動所連接的第一指骨節(224)拉動第二指骨節(225),由所述活動關節(28)、第一指骨節(224)和第二指骨節(225)配合手指部(24)的動作。
5.根據權利要求1所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述集成骨架(1)的手心側四個指骨部(11)中間處開設有銜接槽(12),所述集成骨架(1)兩側開設有用于卡合封板的封板孔(18)。
6.根據權利要求1所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述支撐孔(19)通過支桿(25)連接手踝部(26)。
7.根據權利要求1所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述拇指固定板(15)頂部固定有連接板(27),所述連接板(27)連接于拇指關節(21)。
8.根據權利要求1所述的一種高集成一體化骨骼機械手,其特征在于:所述分隔部(14)外側兩側設置有用于固定封板的螺絲孔(17)。