本發明涉及一種三指機器人手，具體涉及一種模塊化的變構型三指機器人手，屬于機器人應用領域。

背景技術：

末端執行器是機器人與外部環境進行直接接觸的部件，影響機器人完成操作的效率和能力。機器人操作任務與人類的工作內容直接相關，如果將機器人末端執行器設計成具備多種不同的抓取構型的機器人手，就可以使機器人對物體進行靈活抓取并完成多種不同的操作任務。通過設計機器人末端執行器具備類似人手的抓取和操作能力，可以實現機器人末端執行器的通用性，并提高靈活性，使機器人可以更好的替代人類完成多種不同的工作任務。在機器人手的研究過程中，為實現抓取穩定性和適應性，使機器人手可以抓取多種形狀和尺寸的物體，一個重要的研究內容是機器人手的結構和抓取構型。

機器人手的設計過程中需要重點考慮手爪的機構復雜程度、體積大小和重量。其手指結構和分布位置決定機器人手的構型和工作空間，影響與物體接觸時所形成的接觸點分布情況。此外，機器人操作任務的多樣化需要末端執行器具有較高的靈活性，在一定程度上增加了機器人手的自由度和機構的復雜程度，同時也影響到其操作性能和維護。而采用模塊化設計可以將手爪拆分為不同的功能部件，可以在不降低操作性能的前提下簡化機構并且便于維護，能夠節約成本和提高可靠性。

在美國專利us7168748中公開了一種三指機器人手，其最大的特點是每個手指關節都由一個電機驅動，采用蝸輪蝸桿傳動。其有一個手指底座固定，另外兩個手指底座可以轉動。通過這兩個手指底座的旋轉改變三個手指之間的位置關系，從而形成不同的抓取構型。但是機器人手的兩個手指的可旋轉底座之間存在耦合，靈活性和適應性不夠高。

在中國專利cn1964822中公開了一種具有幾個能夠彼此相對移動手掌單元的機器人手。其最大的特點是手掌由多個手掌單元組成，手掌單元之間可以進行相對運動，改變手指之間的空間位置關系，并且可以改變機構的自由度。但是該機器人手受手掌單元的關節尺寸限制導致可靠性降低，運動范圍受限并且不利于控制。

綜上，由于現有的三指機器人手在機械結構和復雜操縱方面的限制，三指機器人手缺乏靈活性和可靠性。

技術實現要素：

本發明為解決現有三指機器人手受到機械結構和復雜操縱方面的制約，存在三指機器人手靈活性和可靠性不高的問題，進而提出一種模塊化的變構型三指機器人手。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

模塊化的變構型三指機器人手包括手掌、底座、三個手指和三個手指基座；手掌安裝在底座上，三個手指分別是第一手指、第二手指和第三手指；

三個手指基座分別為第一手指擺動基座、第二手指擺動基座和第三手指伸縮基座；手掌與底座之間布置有第一手指擺動基座、第二手指擺動基座和第三手指伸縮基座；第一手指擺動基座與第一手指連接并能帶動第一手指轉動；第二手指擺動基座與第二手指連接并帶動第二手指轉動；第一手指擺動基座和第二手指擺動基座分別通過下旋轉關節與底座連接；第三手指伸縮基座安裝在底座上，第三手指伸縮基座能帶動第三手指旋轉和伸縮。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：本發明的一種模塊化的變構型三指機器人手的每個手指指節內包含有獨立的驅動電機，驅動電機輸出軸上套接蝸桿并與蝸輪嚙合傳動，具有自鎖功能，手指關節之間留有電纜槽口，手指底部留有電纜通孔，三個手指之間沒有機構耦合，具有模塊化的特點。擺動基座和伸縮基座的運動增強了機器人手爪的靈活性，工作空間大，可以形成多種抓取姿態，抓取物體類型廣泛，抓取形式多樣化，提高了抓取穩定性和可維護性。同時本發明尺寸小、重量輕，靈活性高，操作和維護簡便。

附圖說明

圖1是本發明的模塊化的變構型三指機器人手的整體結構立體圖；

圖2是本發明具體實施方式中單個手指的整體結構立體圖；

圖3是本發明具體實施方式中單個手指的半剖結構圖；

圖4是本發明具體實施方式中下旋轉關節和手指擺動基座結構示意圖；

圖5是本發明的模塊化的變構型三指機器人手的手指平展狀態圖；

圖6是本發明的模塊化的變構型三指機器人擺動基座轉動后手指平展狀態圖；

圖7是本發明的模塊化的變構型三指機器人手指基座旋轉和手指伸縮基座狀態圖；

圖8是本發明的模塊化的變構型三指機器人手抓取圓柱狀態圖；

圖9是本發明的模塊化的變構型三指機器人手抓握扳手狀態圖；

圖10是本發明的模塊化的變構型三指機器人手操作剪刀狀態圖；

圖11是本發明的模塊化的變構型三指機器人手握鉛筆狀態圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步地說明。

參見圖1說明，模塊化的變構型三指機器人手包括手掌6、底座1、三個手指和三個手指基座；手掌6安裝在底座1上，三個手指分別是第一手指、第二手指和第三手指；

三個手指基座分別為第一手指擺動基座2、第二手指擺動基座10和第三手指伸縮基座14；手掌6與底座1之間布置有第一手指擺動基座2、第二手指擺動基座10和第三手指伸縮基座14；第一手指擺動基座2與第一手指連接并能帶動第一手指轉動；第二手指擺動基座10與第二手指連接并帶動第二手指轉動；第一手指擺動基座2和第二手指擺動基座10分別通過下旋轉關節與底座1連接；第三手指伸縮基座14安裝在底座1上，第三手指伸縮基座14能帶動第三手指旋轉和伸縮。

如此設計，第一手指通過與第一手指擺動基座2相連接的下旋轉關節繞垂直容納電路板的手掌6平面的軸做水平旋轉運動，第二手指通過與第二手指擺動基座10相連接的下旋轉關節繞垂直容納電路板手掌平面6的軸做旋轉運動，第三手指通過第三手指伸縮基座14沿垂直容納電路板的手掌6平面的軸做直線運動，進而改變三個手指與機器人手掌之間的空間位置關系，形成多種抓取構型。

在一個實施例中，每個手指包括手指固定座16、第一指節4和第二指節5；第一指節4包括第一固定支架15、第二固定支架17、第一指節支架23、第一指節固定殼一19、第一指節固定殼二25、第一指節固定圈一18、第一指節固定圈二27、第一指節蝸桿28、第一指節蝸輪33和第一指節電機；第一固定支架15和手指第二固定支架17安裝在指節固定座16上；第一指節固定圈一18、第一指節支架23和第一指節固定圈二27布置在手指第一固定支架15和手指第二固定支架17之間；第一指節電機安裝在第一指節支架23上，第一指節蝸桿33固接在第一指節電機的輸出軸上并與第一指節蝸輪33嚙合傳動，第一指節固定圈一18和第一指節固定圈二27分別帶有中心內孔，第一指節支架23兩側布置有與其連接的第一指節固定圈一18和第一指節固定圈二27；第一指節固定圈一18和第一指節固定圈二27的中心內孔內與軸承外圈緊固，第一指節蝸輪33的兩側分別與兩個軸承內圈緊固，第一指節蝸輪33的輪軸的兩端分別與第一固定支架15和第二固定支架17固接。

第二指節5包括第二指節支架26、第二指節固定圈一20、第二指節固定圈二24、第二指節電機、第二指節蝸桿32和第二指節蝸輪31；第二指節固定圈一20、第二指節支架26和第二指節固定圈二24分別布置在第一指節固定殼一19和第一指節固定殼二25；第二指節電機安裝在第二指節支架26上，第二指節蝸桿32固接在第二指節電機的輸出軸上并與第二指節蝸輪31嚙合傳動，第二指節固定圈一20和第二指節固定圈二24分別帶有中心內孔，第二指節支架26兩側布置有與其連接的第二指節固定圈一20和第二指節固定圈二24，第二指節固定圈一20和第二指節固定圈二24的中心內孔內與軸承外圈緊固，第二指節蝸輪31的兩側分別與兩個軸承內圈緊固，第二指節蝸輪31的輪軸的兩端分別與第一指節固定殼一19和第一直接固定殼二25固接。軸承選用微型軸承，第一固定支架15和第二固定支架17通過螺栓固定在手指固定座16上，手指固定座16中心通孔可以通過電氣線纜，第一指節蝸桿33在第一指節電機29的帶動下，與第一指節蝸輪33嚙合傳動，由于第一指節蝸輪33的蝸輪軸固接在第一固定支架15和第二固定支架17上，因此，第一指節蝸輪33帶動第一指節支架23、第一指節固定圈一18和第二指節固定圈二27在軸承作用下繞第一指節蝸輪33的蝸輪軸轉動，實現第一指節4轉動；同理，第二指節蝸桿32在第二指節電機30的帶動下與第二指節蝸輪31嚙合傳動，由于第二指節蝸輪31的蝸輪軸固接在第一指節固定殼一19和第一指節固定殼二25上，因此，第二指節蝸輪31帶動第二指節支架26、第二指節固定圈一20和第二指節固定圈二24在軸承作用下繞第二指節蝸輪31的蝸輪軸轉動，實現第二指節5轉動。如此設計，可以使手指各個關節旋轉并自鎖，結構緊湊，傳動可靠，實現手指的模塊化，完成各種目標的抓取。第一指節電機由第一指節電路板29控制，第二指節電機由第二指節電路板30控制。

在另一個實施例中，第一手指擺動基座2包括擺動基座殼43、擺動基座電機45、擺動基座蝸桿41、擺動基座蝸輪42和擺動基座軸44；

擺動基座電機45安裝在擺動基座殼43上，擺動基座電機45的輸出端連接擺動基座蝸桿41，擺動基座軸44轉動安裝在擺動基座殼43上，擺動基座軸44上插裝有擺動基座蝸輪42，擺動基座蝸桿41與擺動基座蝸輪42嚙合傳動，第一手指擺動基座2或第二手指擺動基座10的手指固定座16安裝在擺動基座軸44的上端，第一手指擺動基座2和第二手指擺動基座10的結構相同。下旋轉關節包括擺動電機37、擺動蝸桿38、擺動蝸輪39和擺動軸40；擺動電機37安裝在底座1上，擺動電機37的輸出端連接擺動蝸桿38，擺動基座殼43與底座1之間布置有與二者轉動連接的擺動軸40，擺動軸40上插裝有擺動蝸輪39。

基座軸44有內孔并開有槽口，手指固定座16可以與基座軸44的小徑端套接并通過螺栓固定，如此設計，能夠將電氣線纜通過基座軸44的內孔并引出槽口，從而與其他電氣線纜相連，此外可以使第一手指擺動基座2和第二手指擺動基座10、擺動基座軸44旋轉從而改變各個手指面的指向，并實現自鎖。

優選地，第三手指伸縮基座14采用絲杠傳動和電機傳動相結合的方式，具體為：第三手指伸縮基座14包括絲杠連接板34、絲杠36、絲杠電機46、基座旋轉軸50和基座旋轉電機52；絲杠36轉動安裝在底座1上，絲杠36上安裝有絲杠電機46，絲杠連接板34與絲杠36螺紋連接，絲杠連接板34上固裝有基座旋轉電機52，基座旋轉電機52的輸出端朝上布置并連接基座旋轉軸50，第三手指的手指固定座16安裝在基座旋轉軸50的上端。基座旋轉軸50套接在基座旋轉電機52的輸出軸上，基座旋轉軸50有內孔并開有槽口，第三手指的手指固定座16可以與基座旋轉軸50的小徑端套接并通過螺栓固定，容納電路板的手掌6內部放置的控制電路板。如此設計，可以構成機器人手的基座和手掌部分，使第三手指伸縮基座14的伸縮實現自鎖，動力傳遞可靠，基座旋轉電機52能帶動第三手指轉動。

優選地，底座1包括底板35、底殼51和中間殼體47，底殼51安裝在底板35的上端面上，中間殼體47安裝在底殼51的上端，底殼51和中間殼體47構成一個凹槽的側壁，下旋轉關節和第三手指伸縮基座14安裝在所述凹槽內。如此設置，三指機器人手外形美觀，結構緊湊，節省空間。

工作原理：如圖1-4所示，本發明的變構型三指機器人手由三個手指、手掌和基座組成，進行了模塊化設計。變構型三指機器人手的三個手指的結構相同，每一個指節內集成有驅動電機和驅動電路板，每個指節內部的驅動電機輸出軸與指節蝸桿套接，通過與指節蝸輪的嚙合傳動使手指旋轉，并且具有自鎖的功能。每個手指的關節之間的固定圈上開有電纜槽口，手指的底部留有電纜通孔，線纜可以通過這些通道建立電氣連接，手指的手指固定座與擺動基座軸或基座旋轉軸的小徑端套接并采用螺栓進行固定，三個手指之間沒有機構耦合，手指相對于手掌和基座具有一定的獨立性。手掌6內部放置有控制電路板，借助電氣接頭通過手指和基座中各個關節中留出的通孔和電氣槽口與電機和驅動電路建立電氣連接，具有模塊化的特點，便于操作和維護。基座包含有兩個手指擺動基座和一個伸縮基座，伸縮基座內放置有基座旋轉電機52，基座旋轉軸50套接在基座旋轉電機52的輸出軸上，絲杠連接板34與絲杠電機46一端固連，中層殼體47具有滑道定向的作用，通過絲杠電機46帶動絲杠36使絲杠連接板34做直線運動，從而第三手指可以延垂直手掌平面的軸做直線運動，動力傳遞可靠，并且可以實現伸縮自鎖。擺動電機37輸出軸套接擺動蝸桿38，擺動蝸輪39通過擺動軸40與擺動基座殼43固連，擺動蝸桿38與擺動蝸輪39嚙合傳動，使第一手指擺動基座2或第二手指擺動基座10可以繞垂直手掌6的平面的軸做旋轉運動，進而改變三個手指與機器人的手掌6之間的空間位置關系。擺動基座蝸桿41與擺動基座電機45的輸出軸套接，擺動基座蝸桿41與擺動基座軸44固連，擺動基座蝸桿41與擺動基座蝸輪42嚙合傳動，使擺動基座軸44旋轉，基座旋轉電機52帶動第三手指旋轉，從而改變各個手指面的指向，并實現自鎖。

本發明已以較佳實施案例揭示如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可以利用上述揭示的結構及技術內容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施案例，但是凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施案例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案范圍。