图1展示了一个机械手骨架100，根据至少一种实现方式。
机械手骨架100包括一个手掌102和多个机械手指（例如，机械手指、机械拇指）与手掌102活动连接。
食指基部104d通过一个柔性关节103（图中只标示了部分柔性关节，以避免不必要的混乱）与手掌102旋转连接。柔性关节103允许食指基部104d绕一个大致垂直于手掌102面的轴旋转。第一个食指环节104a与食指基部104d旋转连接，第二个食指环节104b与第一个食指环节104a旋转连接，第三个食指环节104c与第二个食指环节104b旋转连接，使得食指环节104a、104b和104c形成一个能够类似于人类食指卷曲的食指。第一个中指环节106a与中指基部106d旋转连接，该基部可能连接到或作为手掌102的一部分，第二个中指环节106b与第一个中指环节106a旋转连接，第三个中指环节106c与第二个中指环节106b旋转连接，使得中指环节106a、106b和106c形成一个能够类似于人类中指卷曲的中指。无名指基部108d通过柔性关节103与手掌102旋转连接。柔性关节103允许无名指基部108d绕一个大致垂直于手掌102面的轴旋转。第一个无名指环节108a与无名指基部108d旋转连接，第二个无名指环节108b，以及第三个无名指环节108c，使得无名指环节108a、108b和108c形成一个能够类似于人类无名指卷曲的无名指。小指基部110d也通过柔性关节103与手掌102旋转连接，使得小指基部110d可以绕一个大致垂直于手掌102的轴旋转。第一个小指环节110a与小指基部110d旋转连接，第二个小指环节110b与第一个小指环节110a旋转连接，第三个小指环节110c与第二个小指环节110b旋转连接，使得小指环节110a、110b和110c形成一个能够类似于人类小指卷曲的小指。手指基部104d、108d和110d与手掌102旋转连接，使得每个手指都能够远离中指旋转，允许手指像人类手一样分开。
拇指基部112a枢转连接到手掌102，使得拇指基部112a可以绕一个大致平行于手掌102的轴旋转，允许拇指基部模仿人类拇指的屈曲动作，作为与手指相对的可动数字。第一个拇指环节112b与拇指基部112a旋转连接，使得第一个拇指环节112b可以绕一个大致垂直于拇指基部112a旋转轴的轴旋转，允许第一个拇指环节模仿人类拇指的外展动作。第二个拇指环节112c与第一个拇指环节112b旋转连接，第三个拇指环节112d与第二个拇指环节112c旋转连接，使得第二和第三拇指环节112c、112d能够向手掌102的面部卷曲，类似于人类拇指的卷曲。
食指基部104d通过食指连杆连接到手掌102，包括第一个食指连杆环节118a和第二个食指连杆环节118b与食指基部104d，第一个食指连杆环节118a，第二个食指连杆环节118b和手掌102形成一个平面单自由度四杆食指连杆，具有四个连杆和四个柔性关节103作为旋转关节。
无名指基部108d通过无名指连杆连接到手掌102，包括第一个无名指连杆环节116a和第二个无名指连杆环节116b与无名指基部108d，第一个无名指连杆环节116a，第二个无名指连杆环节116b和手掌102形成一个平面单自由度四杆无名指连杆，具有四个连杆和四个柔性关节103作为旋转关节。
小指基部110d通过小指连杆连接到手掌102，包括第一个小指连杆环节114a和第二个小指连杆环节114b与小指基部110d，第一个小指连杆环节114a，第二个小指连杆环节114b和手掌102形成一个平面单自由度四杆小指连杆，具有四个连杆和四个柔性关节103作为旋转关节。
第二个小指连杆环节114b和第二个无名指连杆环节116b通过一个联接环节120进一步连接在一起，将这两个平面四杆连杆转变为一个平面单自由度八杆连杆，包括四杆小指连杆和四杆无名指连杆。这些连杆的操作详情在图3中展示并描述。
图2展示了一个机械手骨架200，根据至少一种实现方式。这种实现与图1中的机械手骨架100类似，尽管它将四杆和八杆连杆中的柔性关节103替换为销钉关节203（只标示了部分以避免不必要的混乱）。其他实现可能会混合使用柔性关节和连杆，或可能采用其他类型的关节。图2中与图1中相同或相似的结构，使用与图1相同的参考编号标识。以下仅讨论重要差异。
手掌102、手指基部104d、106d、108d和110d以及连杆114至120被替换为手掌202、手指基部204d、206d、208d和210d以及连杆214至220，它们在形状和功能上相似，但是通过销钉关节203而不是柔性关节103连接在一起。
图3显示了图1中机械手骨架100的一部分，更好地展示了其各种结构。特别是，图3更好地展示了旋转关节302a - 302m，这些关节将三个手指基部104d、108d和110d与连杆环节116a、1165、118a、1185、114a、1146以及120和手掌102连接在一起。在这种实现中，旋转关节302a - 302m是柔性关节，但其他实现（例如图2）可能使用销钉关节或其他旋转关节。
这些连杆和关节允许手指的张开动作，类似于人类手指的张开。这种张开动作是通过将例如一根电缆305与第二个食指连杆环节118的连接点306耦合，并沿着电缆路径（由虚线箭头表示）304至少部分地通过一个管道308或通道并进入手掌102来驱动的。当电缆305被拉动时，第二个无名指连杆环节1165和第二个食指连杆环节118被相互拉向对方，分别围绕关节302%和302l旋转。这导致食指连杆拉动食指基部104d向下，并使食指基部104d围绕关节302c旋转。同样，连杆环节116b的移动使无名指和小指基部108d和110d围绕关节3025和302a旋转，使四个手指相互分开。可以在多个位置放置恢复弹簧或类似的偏置机制（例如，弹性弹性体）来将连杆从张开或张紧配置恢复到未张开或放松配置，当肌腱放松时。在所示实现中，恢复弹簧放置在第二个无名指连杆环节1164和第二个食指连杆环节1185之间。或者，也可以使用包裹机械手骨架100、200的弹性体（例如硅胶）皮肤提供恢复力，从而构成一个恢复弹簧成员。
手掌102和张开机制还可以具有穿孔，例如穿孔310和穿孔312。这些穿孔可能有利地提供机械连接点，例如在将弹性体（例如硅胶）皮肤应用于机械手骨架100、200时，通过铸造或模制弹性体皮肤围绕或覆盖机械手骨架100、200。
图4显示了机械手骨架100，其张开机制处于激活或张紧状态，因此处于相对张开或张紧的配置中，其中至少一些机械手指相对于彼此张开。连杆成员102、104d、108d、110d、114a、1146、116a、1165、118a和1185以及连接的手指被旋转并定位，这是由于机制的激活，如图3中所述。
图5显示了机械手骨架100的背面。特别是，可以看到手掌102的背面，以及各自承载一个相应电缆的肌腱电缆管502、504、506和508，这些电缆的移动激活了四个手指各自的卷曲自由度。每个手指和拇指的背面包括一系列的穿孔510（为防止混乱，只标出了两个），这些穿孔允许机械手指与包裹机械手骨架100的弹性体（例如，硅胶）皮肤（见图7）之间的机械连接。同样，每个手指尖还包括指尖穿孔512（为防止混乱，只标出了一个），这些穿孔允许机械手指与包裹机械手骨架100的弹性体（例如，硅胶）皮肤（见图7）之间的机械连接。
腕部连接接口514提供了一个机械接口，手掌102通过该接口连接到肢体或机器人附肢。在至少一些实现中，手掌102可以与肢体或机器人附肢枢转或旋转连接。在某些实现中，手掌102可以通过快速释放耦合器（例如，插销式接口）可拆卸地枢转或旋转地连接到肢体或机器人附肢。
图6更好地展示了机械手骨架100、200手掌的腕部连接接口514的方面。腕部连接接口514包括一个机械连接切口601，用于与腕部或其他肢体结构连接。机械连接切口601还可以提供一个导管或通道，用于引导传感器或电信号线缆或光纤通过。线缆或光纤可用于将一个或多个传感器（例如，触觉传感器、压力传感器、感应传感器、电容传感器、热传感器、力传感器）与机械手上连接到一个或多个处理器或控制器，这些处理器或控制器是机器人的一部分。肌腱电缆连接端口602至616是电缆的进入点，这些电缆连接到手的各种激活自由度，包括四个手指的卷曲、拇指的卷曲、屈曲和外展自由度，以及手指张开机制。这些电缆可能连接到机器人部件的执行器（例如，电动机、电磁铁、气动或液压活塞）。
图7显示了一个机械手700，由一个机械手骨架100在弹性体（例如，硅胶）中铸造后形成。机械手骨架100完全被包裹并嵌入在一个软弹性体皮肤702中，该皮肤与机械手骨架100一起铸造。弹性体皮肤优选为硅胶。制作这种带皮肤的机械手700的方法包括在一个模具中悬挂一个带有所需肌腱、传感器和电子设备的机械手骨架100、200，该模具的内部腔室具有类似于人手的形状。然后将弹性体（例如，液态硅胶混合物）引入（例如，倒入、泵入）模具的内部腔室，覆盖机械手骨架100、200的外表面，并进入机械手骨架100、200的各种腔室和组件间的开口。随后，弹性体经过固化（例如，催化、加热、暴露于紫外光等）以形成弹性体皮肤。
图8展示了一个机械手801，包括一个机械手骨架800和电子组件（即，电路）。这种实现的机械手骨架800省略了张开机制，但在其他方面与其他描述的实现具有很大相似的机械结构。例如，机械手骨架800包括一个手掌802、一个拇指804、一个食指806、一个中指808、一个无名指810和一个小指812。值得注意的是，食指、中指和无名指806、808、810的基部各自连接有一个带状电缆盒816。带状电缆盒816内藏有电子带状电缆的额外长度818，这些电缆与携带在食指、中指和无名指806、808、810上的传感器通信连接。带状电缆818在手指放松时可能因为带状电缆818中的弯曲应力而自然回缩进带状电缆盒816，或者可能有弹簧或其他偏置机制，例如当带状电缆818具有弹性时。其他实现可能在小指基部或拇指基部上有类似的带状电缆盒，或者在其他组合的手指上有带状电缆盒。手掌802的背面连接了第一块印刷电路板814。第一块印刷电路板814可能携带传感器（例如，压力传感器、温度传感器、力量传感器、感应或电容触摸传感器），用以检测手掌与各种物体的互动，和/或电子处理器或控制器，用于收集和处理来自手指、拇指和其他印刷电路板上的传感器的数据。第一块印刷电路板814可能包含一个或多个通信端口，这些端口配置有线操作并传输原始或处理后的传感器数据到其他系统（例如，机器人控制系统）。通信端口可能采用有线（例如，电气、光学）和/或无线（例如，无线电和天线）的形式。
图9从与图8相反的一面显示了机械手801。如图9中所示，机械手801包括第二块印刷电路板820。第二块印刷电路板820可能搭载传感器（例如，压力传感器、温度传感器、力传感器、感应或电容触摸传感器）以及用于收集和/或处理来自手指、拇指和电路板上的传感器数据的电子处理器。第二块印刷电路板820可能包含一个或多个通信端口，用于向其他系统（例如，机器人控制系统）传输原始或处理后的传感器数据。这些通信端口可能采用有线（例如，电气、光学）和/或无线（例如，无线电和天线）的形式。第二块印刷电路板820可以与第一块印刷电路板814通信连接，以便集中处理或传输传感器数据。
图10描绘了一个示例实现的机械手指1000的横截面视图，该手指可以用作之前所示和描述的食指、中指、无名指或小指。所示的机械手指1000包括手指基部1002、第一手指环节1004、第二手指环节1006、手指卷曲环节1008和指尖1010。手指基部1002支撑着机械手指1000，从手掌（在图10中未显示）延伸出来。或者，在某些实现中，手指基部1002可能是手掌的一部分。第一手指环节1004与手指基部1002连接，第二手指环节1006与第一手指环节1004连接，手指卷曲环节1008与第二手指环节1006连接。第二手指环节1006和手指卷曲环节1008都与指尖1010连接。第一手指环节1004在销钉关节1007a处与手指基部1002铰接，以允许其围绕此点旋转或枢转。第二手指环节1006在销钉关节1007b处与第一手指环节铰接，以允许其围绕此点旋转或枢转。指尖1010在销钉关节1007d处与第二手指环节1006铰接。手指卷曲环节1008在销钉关节1007c处与第一手指环节铰接，并在销钉关节1007e处与指尖1010铰接。
传感器（例如，压力传感器、温度传感器、力传感器、感应或电容触摸传感器）1012与指尖1010连接。传感器1012与一条带状电缆1013连接，该电缆携带电源和电信号，并将信息传输至传感器1012及从传感器1012传出。带状电缆1013从手指基部1014处开始，通过一个腔体1018，然后离开腔体1018向机械手指1000的其余部分延伸。带状电缆1013在腔体1018中具有一些额外长度1016（例如，折叠存放）。带状电缆1013从腔体1018延伸至第二手指环节1006，并穿过第二手指环节1006和手指卷曲环节1008。带状电缆1013延伸到指尖1010的前部，在此处与传感器1012通信连接。带状电缆1013中的额外长度1016确保有足够的额外长度在手指环节卷曲时伸展带状电缆1013。
机械手指1000的卷曲通过一条电缆激活。电缆可能穿过手指基部1022中的路径，在一个圆柱面周围，沿着第一手指环节1024的路径，再绕过第二手指环节上的一个圆柱面，并附着在第二手指环节1006的连接点1025上。电缆的张紧缩短了电缆在机械手指100中所采取的路径，导致第一手指环节1004围绕销钉关节1007a顺时针旋转，从而缩短围绕圆柱面的路径。电缆的张紧还导致第二手指环节1006围绕销钉关节1007b顺时针旋转。第二手指环节的旋转激活了由环节1004、1006、1008和1010形成的四杆连杆，使得指尖1010顺时针旋转。可以在手指基部1002和第二手指环节1006的连接点1026和1028之间连接一个弹簧或其他偏置部件，以在从电缆上移除张力时施加恢复力，使手指恢复到中性或放松位置。
图11展示了机械手骨架1100的一部分，包括三个带状电缆盒816、三根电子带状电缆1102、1104、1106以及第一块印刷电路板814。所示实现包括三根带状电缆1102、1104和1106，这些电缆将三个手指传感器（在图11中不可见）与一个控制器或处理器1112（例如，微控制器、微处理器、应用特定集成电路、数字信号处理器、图形处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器）通信连接，该处理器被第一块印刷电路板814携带。在某些实现中，第一块印刷电路板814还可能携带或承载一个或多个传感器（例如，压力传感器、温度传感器、力传感器、感应或电容触摸传感器）1108和1110，并与控制器或处理器1112通信连接。处理器1112可以与一个或多个外部系统通信连接，例如通过通信电缆1114。处理器1112还可以与其他传感器通信连接，例如位于手掌、拇指、手指上的传感器，或由其他印刷电路板携带的传感器。
图12展示了带有第二块印刷电路板820的机械手骨架1200的一部分。所示实现包括多个传感器1202（例如，压力传感器、力传感器、感应或电容触摸传感器）连接到一个控制器或处理器1204（例如，微控制器、微处理器、应用特定集成电路、数字信号处理器、图形处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器），该处理器由第二块印刷电路板820携带。处理器1204可以与一个或多个外部系统或附着于机械手骨架1200的其他电路板通信连接。处理器1204还可以与手掌、拇指、手指上或其他印刷电路板（如第一块印刷电路板814）携带的其他传感器通信连接。
声明：来源https://patentimages.storage.googleapis.com/e1/5d/26/a5e3454ee69e86/US20230234242A1.pdf 致敬原作者。侵权可后台联系删除。
篇幅所限，以上仅摘录部分内容，
如需获取英文原版、中文译文，请加入知识星球，
并搜索编号“A230”获取详细资料。
另在知识星球有一篇非公开资料，
《智能机器人的自主精准操控学习S136）》
