仿人形機器人假肢的手及小臂的製作方法
2023-08-09 12:54:06 3
專利名稱：仿人形機器人假肢的手及小臂的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於仿生機器人領域。尤其涉及一種仿人形機器人假肢的手及小臂。
背景技術：
目前在市場上出售的仿人形假肢產品，其結構一般只由手臂的小臂和手組成，且 只有兩個自由度，其控制則採自假肢使用者自身的肌肉微電流脈衝做為控制信號，使用者 必需經過專門的訓練才可使用，此種假肢產品的技術相對成熟。由於它自由度少且採用肌 電信號控制，與使用者的大腦思維不直接聯繫，所以使用不便，在許多場合僅能做為裝飾使 用。同時，傳統假肢其機械結構自由度少，空間運動受限較多，這也影響了使用的方便性。發明內容針對前述所提及的問題，本實用新型提供一種通過腦電信號控制的仿人形機器人 假肢的手及小臂組成的機械本體部分，該機械本體有三個自由度，可分別完成機器人假肢 小臂的載荷支撐、手腕擺動、手腕轉動和手指開閉動作。為解決上述問題，本實用新型主要由手掌機構、手腕機構和小臂機構連接組成，其 中所述的小臂機構主要由小臂固定臂筒和小臂轉動臂筒組成，小臂固定臂筒內安裝 有手腕轉動驅動電機，小臂轉動臂筒套在小臂固定臂筒上並由手腕轉動驅動電機帶動轉 動。所述的手掌機構主要由手掌架、手指推桿、四指件和拇指組成，四指件和拇指分別 鉸接在手掌前端，並由手指推桿使其張開和閉合，在手掌架內安裝有手指驅動電機，手指驅 動電機帶動螺旋副運動，螺旋副帶動手指推桿來回移動，從而實現手指的開閉動作。所述的手腕機構主要是在小臂轉動臂筒內安裝有手腕擺動驅動電機和由手腕擺 動驅動電機帶動的一對錐形嚙合齒輪，被動錐形齒輪帶動手掌架擺動。本實用新型的積極效果是整個機構動作靈巧，手指和手腕的運動靈活可靠，通過 對各個電機的自動控制實現三個自由度的動作。通過對人腦電信號的轉換來控制電機的運 轉實現仿人形機器人的手臂動作，整機結構簡潔、緊湊，易於維護，重量輕，製造成本低，便 於使用時推廣。
圖1是本實用新型的結構原理圖的主視圖。圖2是本實用新型的結構原理圖的俯視圖。圖中1-小臂固定臂筒，2-卡套，3-手腕轉動驅動電機，4-手腕轉動驅動電機連 接盤，5-轉動臂筒支架，6-手腕擺動驅動電機，7-小臂轉動臂筒，8-手腕擺動驅動電機連接 盤架，9-手腕擺動齒輪連接盤，10-推桿支架，11-手指推桿，12-手指銷軸，13-食指，14-小 指，15-無名指，16-中指，17、18、19-指間套，20-軸間套，21-手指推桿軸，22-手指驅動電 機支架，23-拇指，24-手掌架，25,28-手腕擺動軸，26-手腕擺動齒輪，27-手腕擺動齒輪， 29-手指驅動電機。
具體實施方式
[0016]下面將結合附圖1和附圖2做進一步描述。如圖所示，本實用新型由手掌機構、手腕機構和小臂機構組成，其中所述的小臂機構主要由小臂固定臂筒1和小臂轉動臂筒7組成，小臂固定臂筒1 內安裝有手腕轉動驅動電機3，小臂轉動臂筒7套在小臂固定臂筒1上並由手腕轉動驅動電 機3帶動轉動。具體地說，手腕轉動驅動電機3與手腕轉動驅動電機連接盤4固定連接，手 腕轉動驅動電機連接盤4與小臂固定臂筒1固定連接，轉動臂筒支架5固定安裝在手腕轉 動驅動電機3的輸出軸上，小臂轉動臂筒7套裝在小臂固定臂筒1上，小臂轉動臂筒7可以 自由的在小臂固定臂筒1上轉動，轉動臂筒卡套2固定安裝在小臂轉動臂筒7上，同時卡套 2的卡爪卡在小臂固定臂筒1上的卡槽內，小臂轉動臂筒7在轉動時卡套2保證小臂轉動臂 筒7的軸向定位。當控制手腕轉動驅動電機3的轉動及轉動方向和轉動速度時，小臂轉動 臂筒7就可實現仿人形機器人假肢的手腕及小臂的轉動以及不同的轉動快慢和轉動方向。所述的手腕機構主要是在小臂轉動臂筒7內安裝有手腕擺動驅動電機6和由手腕 擺動驅動電機6帶動的一對錐形嚙合齒輪，被動錐形齒輪帶動手掌架24擺動。具體地說， 手腕擺動驅動電機6連接盤架8與小臂機構中的小臂轉動臂筒7固定連接，手腕擺動驅動 電機6與手腕擺動驅動電機連接盤8固定連接，手腕擺動齒輪連接盤9安裝在手腕擺動驅 動電機6的輸出軸上，手腕擺動主動齒輪27安裝在手腕擺動齒輪連接盤9上，手腕擺動主 動齒輪27與手掌機構當中的手腕擺動齒輪26嚙合，當控制手腕擺動驅動電機6的轉動以 及轉動方向和速度，可驅動手腕擺動主動齒輪27與手掌機構當中的手腕擺動齒輪26這一 對齒輪轉動，從而驅動手指手掌機構中的五個手指的開閉動作。所述的手掌機構由推桿支架10，兩件手指推桿11，四件手指銷軸12，食指13，小指 14，無名指15，中指16，指間套17、18和19，軸間套20，兩件手指推桿軸21，手指驅動電機支 架22，拇指23，手掌架24，手腕擺動軸25和28，手腕擺動齒輪26以及手指驅動電機29組 成。手掌架24的一側用手腕擺動軸25穿過手腕機構中的手腕擺動驅動電機連接盤架8上 的軸孔，手腕擺動軸25的內端與手腕擺動齒輪26固定連接，另一端固定在手掌架24上；手 掌架24的另一側用手腕擺動軸28穿過手腕機構中的手腕擺動驅動電機連接盤架8上的 側孔，手腕擺動軸28的外端固定在手掌架24上，與手腕機構中的手腕擺動驅動電機連接盤 架8轉動連接；手指驅動電機支架22與手掌架24固定連接，手指驅動電機29固定安裝在 手指驅動電機支架22上，手指驅動電機29的輸出軸為螺杆結構，其上有能夠往復移動的螺 母，該螺母與推桿支架10固定連接，推桿支架10的另一端共有兩對安裝接孔，該兩對安裝 接孔分別安裝固定兩件手指推桿軸21，兩件手指推桿軸21上分別安裝兩件手指推桿11，同 時兩件手指推桿軸21的兩端外伸部分插在手掌架24兩側的導向槽內，當手指驅動電機29 轉動驅動輸出軸上的螺母往復移動時，手指推桿11與手指推桿軸21相連接的下端可沿著 固定的軌跡做直線運動；手指推桿11的上端通過兩件手指銷軸12將五個手指分別安裝連 接，並可自由轉動，五個手指的固定鉸接孔用另兩件手指銷軸12與手掌架24轉動安裝，當 手指推桿11運動時，可完成五個手指的往復擺動，實現手掌機構中的手指開閉動作；食指 13、小指14、無名指15、中指16以及手指推桿11中的一件通過手指銷軸12與手掌架24連 接並可靈活轉動。該仿人形機器人假肢的手及小臂可接受手動和接收腦電信號兩種控制模式。在手 動控制模式下，使用者可用健康手操作無線遙控器控制其姿態；使用腦電信號模式控制，使
4用者自主意識產生的腦電信號經特定方式以特定形式接受或提取出來，經由控制系統分析 後轉換成機電控制信號，再驅動手臂動作。
權利要求一種仿人形機器人假肢的手及小臂，其特徵在於，它是由手掌機構、手腕機構和小臂機構連接組成，其中所述的小臂機構主要由小臂固定臂筒和小臂轉動臂筒組成，小臂固定臂筒內安裝有手腕轉動驅動電機，小臂轉動臂筒套在小臂固定臂筒上並由手腕轉動驅動電機帶動轉動；所述的手掌機構主要由手掌架、手指推桿、四指件和拇指組成，四指件和拇指分別鉸接在手掌前端，並由手指推桿使其張開和閉合，在手掌架內安裝有手指驅動電機，手指驅動電機帶動螺旋副運動，螺旋副帶動手指推桿來回移動，從而實現手指的開閉動作；所述的手腕機構主要是在小臂轉動臂筒內安裝有手腕擺動驅動電機和由手腕擺動驅動電機帶動的一對錐形嚙合齒輪，被動錐形齒輪帶動手掌架擺動。
專利摘要本實用新型公開了一種仿人形機器人假肢的手及小臂，它是由手掌機構、手腕機構和小臂機構連接組成一機械本體，該機械本體有三個自由度，可分別完成機器人假肢小臂的載荷支撐、手腕擺動、手腕轉動和手指開閉動作。本實用新型整個機構動作靈巧，手指和手腕的運動靈活可靠，通過對各個電機的自動控制實現三個自由度的動作。通過對人腦電信號的轉換來控制電機的運轉實現仿人形機器人的手臂動作，整機結構簡潔、緊湊，易於維護，重量輕，製造成本低，便於使用時推廣。
文檔編號B25J9/08GK201664922SQ20102011363
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月6日 優先權日2010年2月6日
發明者孫愛芹, 張志獻, 徐文尚, 樊炳輝, 江浩, 王傳江 申請人:山東科技大學