无支撑可桌面级打印的仿生机械手掌结构

　　这款仿生机械手掌的设计初衷，是面向桌面级FDM3D打印设备的创客、教学实训场景打造，全程规避了打印过程中的悬空支撑结构需求，普通入门级hobby类3D打印机无需调整特殊支撑参数，使用常规PLA耗材即可完成全部零件的打印制作，大幅降低了仿生机械手的制作门槛，不管是中小学科创教学演示、高校机器人课程实训，还是个人创客的仿生机器人项目搭建，都能直接取用结构进行组装调试。从结构功能来看，整只手掌采用五根独立指节的模块化设计，每根手指分为三段指节结构，通过指节间的铰接孔位配合销钉完成转动连接，指节转动的阻尼可以通过销钉的配合松紧度调整，既可以模拟人手自然弯曲的姿态，也能适配不同的抓取动作需求，拇指位置设置了独立的偏转角度，

　　和其余四指形成对掌布局，能够完成柱状物体抓取、片状物体捏取等常见的人手动作，在搭配基础的舵机牵引结构后，即可作为小型仿生机器人的末端执行器使用，也可以作为假手原型进行功能迭代。设计过程中充分考虑了桌面级3D打印机的成型边界，所有零件的壁厚均设置在1.8mm-2.5mm区间，既保证了打印完成后的结构强度，不会因为壁厚过薄出现打印翘边、零件断裂的问题，也避免了壁厚过大导致的打印耗材浪费、打印时间过长的问题；所有铰接位置的配合间隙预留了0.3mm的打印公差，普通精度的桌面级打印机打印完成后无需额外打磨即可完成装配，不需要进行二次锉修或者公差适配。整只手掌的安装基准位于手腕段的底部，预留了标准的舵机安装法兰位，

　　可以直接适配市面上常见的9g微型舵机的安装尺寸，手腕段的内部预留了走线槽位，牵引指节的细线或者钢丝可以从手腕内部的空腔引出，不会在手掌运动过程中出现走线干涉、磨线的问题；整体外形尺寸参照成年人手掌的70%比例缩放，总长度控制在140mm左右，手掌最大宽度为80mm，手腕段的安装直径为32mm，不管是安装在小型桌面机械臂的末端，还是作为独立的仿生展示装置，都不会占用过多的安装空间，安装边界可以适配绝大多数小型创客项目的结构尺寸要求。从实际使用场景来看，这款结构除了用于3D打印教学演示之外，还可以作为科普展品向观众展示仿生机械的结构原理，也能作为入门级机器人项目的执行端，搭配简单的拉绳驱动或者舵机驱动，即可完成基础的抓取动作演示；

　　指节表面预留了浅槽纹理，既可以在打印过程中增加层间附着力，也能在抓取物体时增加接触面的摩擦力，避免抓取光滑物体时出现滑脱的问题。设计时特意将所有零件的摆放方向做了适配，每个零件打印时的最大悬空角度都控制在45度以内，完全符合FDM打印的自支撑角度要求，不需要添加任何树状支撑或者线性支撑，打印完成后去除料头即可直接装配，没有需要清理的支撑残留毛刺，大幅降低了后处理的工作量，哪怕是刚接触3D打印的新手用户，也能顺利完成整只手掌的打印与组装。指节之间的铰接位置没有采用复杂的轴承结构，直接通过PLA材质的销钉完成转动配合，在正常的演示使用强度下，铰接位置的磨损量极低，能够满足长期反复动作的使用需求，如果需要更高的耐磨性能，也可以直接更换为金属销钉，铰接孔的尺寸可以直接适配直径2mm的标准金属销，不需要额外扩孔修改。手掌的掌心位置做了内凹的仿形设计，在抓取球状或者柱状物体时，能够和物体表面形成更好的贴合，提升抓取的稳定性，不会因为掌心过于平直导致抓取物体时出现点接触、夹持不稳的问题；手腕段和手掌主体的连接位置做了加强筋结构，避免在驱动指节弯曲的过程中，手腕和手掌的连接位置出现应力集中断裂的问题，加强筋的厚度和主体壁厚保持一致，打印过程中不会出现积瘤或者打印断层的问题。