一種仿真機械手和控制方法與流程
2023-05-09 21:24:31
本發明涉及一種仿真機械手，尤其是應用於斷肢的仿真機械手。
背景技術：
傳統的斷肢機械手，主要起裝飾作用，無法像正常手一樣做正常動作；或者即時能做一些簡單的動作，也需要通過正常手去輔助，需要通過聲控、旁人協助等，操作複雜。
技術實現要素：
本發明的主要目的是提供一種操作簡單、靈活的仿真機械手，它能僅僅通過斷肢的旋轉就可以控制機械手的手指做出動作，解決傳統機械手只能觀看不能動，或者操作麻煩的問題。
為實現上述目的，本發明的仿真機械手，其特徵在於：包括手指機構、電機、控制器和轉動量傳感機構；所述轉動量傳感機構檢測手臂的旋轉的角度與/或速度後，經過控制器識別後轉換成控制電機的指令，輸出對應的控制信號驅動電機旋轉，進而帶動手指機構上的手指伸展或彎曲運動。
優選地，所述還包括聯動件和驅動器，電機、驅動器、控制器和轉動量傳感機構依次互相電連接；所述轉動量傳感機構包括殘肢固定架、主軸、連接固定架、總成底座、傳感器支架、轉動量傳感器和固定螺母，所述主軸和固定螺母將轉動量傳感器、傳感器支架、總成底座、連接固定架依次組合夾緊連接在一起後固定在殘肢固定架；電機通過聯動件帶動手指機構的手指伸展或彎曲運動；
優選地，所述聯動件為牽引繩索，牽引繩索一端連接電機，另一端連接手指機構。
優選地，所述轉動量傳感機構的轉動量傳感器與控制器電連接；
優選地，所述手指機構包括若干手指和轉軸， 其中食指、中指、無名指和小指通過軸孔安裝在轉軸上，所述手指包括指前段和指後端，指前段和指後端活動連接；
優選地，還包括變速器，變速器與電機、驅動器/控制器電連接；
優選地，所述仿真機械手若干局部表面覆蓋矽膠外套或外殼，若干局部包括手背表面、手掌表面、手臂表面；
另外，本發明還提供一種仿真機械手的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟：
檢測手臂的旋轉的角度與/或速度並識別，獲得仿真機械手的控制指令輸入；
生成與該手臂的旋轉動作相對應的電機驅動指令，並輸出對應電機驅動信號，控制電機的旋轉角度、旋轉方向與/或旋轉速度；
電機帶動仿真機械手上的手指伸展或彎曲運動，形進而成手指間對應的組合姿態。
進一步，所述方法還包括手臂向左旋轉時，轉動量傳感機構左端觸碰電路開關，使連接五根機械手指的電機及聯動件運動執行命令，帶動機械手指做固定好的動作；
手臂回歸原位時，該動作執行完畢同時復原；
手臂向右旋轉時，轉動量傳感機構右端觸碰電路開關，電路根據編程設定動作執行切換，改變上臂向左旋轉時電機執行的命令，從而改變機械手指做的動作。
這樣，殘疾人把殘肢上臂（無手掌和腕骨）放入機械手內的轉軸套內的殘肢固定架，連接好電池電源。當殘疾人上臂旋轉時，轉動量傳感機構的轉動量傳感器就可以檢測旋轉的角度和速度，並將檢測到的參數轉化為對機械手手指的控制指令，帶動機械手的手指做固定好的動作。上臂回歸原位時，該動作執行完畢同時復原；殘疾人無需正常手、聲控、腦電波或者旁人協助，單單依靠殘肢的左右旋轉就可以做出多種手指動作，真正解決了傳統義肢只能觀看不能動的問題，並且套上仿真矽膠義肢，效果就更加理想。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖；
圖1為仿真機械手的整體結構示意圖；
圖2為轉動量傳感機構結構爆炸圖；
圖3為轉動量傳感機構結構裝配後的示意圖。
本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
需要說明，本發明實施例中所有方向性指示（諸如上、下、左、右、前、後……）僅用於解釋在某一特定姿態（如附圖所示）下各部件之間的相對位置關係、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。
另外，在本發明中僅對涉及到技術問題解決的結構、組成方案進行描述時候，對於公知的必要的結構、零件和連接關係，下面雖然沒有描述，但不等於技術方案裡不存在，更不應該成為公開不充分理由。
本發明的一種仿真機械手的控制方法，包括以下步驟：
檢測手臂的旋轉的角度與/或速度並識別，獲得仿真機械手的控制指令輸入；
生成與該手臂的旋轉動作相對應的電機驅動指令，並輸出對應電機驅動信號，控制電機的旋轉角度、旋轉方向與/或旋轉速度；
電機帶動仿真機械手上的手指伸展或彎曲運動，形進而成手指間對應的組合姿態。
另外，手臂向左旋轉時，轉動量傳感機構左端觸碰電路開關，使連接五根機械手指的電機及聯動件運動執行命令，帶動機械手指做固定好的動作；
手臂回歸原位時，該動作執行完畢同時復原；
手臂向右旋轉時，轉動量傳感機構右端觸碰電路開關，電路根據編程設定動作執行切換，改變上臂向左旋轉時電機執行的命令，從而改變機械手指做的動作。
參考圖1，是某實施例中，仿真機械手由手指機構1、聯動件2、電機3、驅動器4、控制器5、轉動量傳感機構6和變速器7組成。其中，手指機構1作用提供模仿人手的手指結構。優選方案中，手指機構1包括五個手指11和轉軸12， 其中食指、中指、無名指和小指通過軸孔安裝在轉軸12上，這樣，每個手指可以在轉軸12上旋轉。另外，每個手指11還具有指前段111和指後端112，指前段111和指後端112活動連接，如通過轉軸連接、扣合、鉸接等，形成模擬人手指關節的結構。電機3、驅動器4、控制器5和轉動量傳感機構6依次互相電連接；變速器7與電機3、驅動器4/控制器5電連接。轉動量傳感機構6的作用是用來檢測殘肢的轉動角度和速度，獲得人的基本操作指令輸入。轉動量傳感機構6檢測到的轉動量輸入控制器5後形成控制電機旋轉的控制指令，並通過驅動器4形成控制信號輸出，驅動電機3執行控制指令。變速器7用於根據執行控制指令，改變電機3的旋轉速度，進而改變機械手手指的動作速度。電機3作用是通過旋轉，在聯動件2的傳動作用，帶動機械手手指運動。具體實施時，可以根據需要，每個手指通過一個獨立的電機3去分別控制，也可以共用一個電機3去統一控制。優選方案中，聯動件2為牽引繩索，牽引繩索一端直接或間接連接電機3的轉子，另一端連接手指機構1的手指。某些實施例，聯動件2也可以是齒輪組等。
參考圖2和3，,轉動量傳感機構6包括殘肢固定架61、主軸62、連接固定架63、總成底座64、傳感器支架65、轉動量傳感器66和固定螺母67，主軸62和固定螺母67將轉動量傳感器66、傳感器支架65、總成底座64、連接固定架63依次組合夾緊連接在一起後固定在殘肢固定架61。
仿真機械手的控制和工作原理是：
殘疾人把殘肢上臂（無手掌和腕骨）放入機械手內的轉軸套的殘肢固定架61中，連接好電池電源。 當殘疾人上臂向左旋轉時，轉動量傳感機構6左端觸碰電路開關，使連接五根機械手指的電機及聯動件運動執行命令，帶動機械手指做固定好的動作。上臂回歸原位時，該動作執行完畢同時復原；當殘疾人上臂向右旋轉時，轉動量傳感機構6右端觸碰電路開關，電路根據編程設定動作執行切換，改變上臂向左旋轉時電機執行的命令，從而改變機械手指做的動作。這樣殘疾人無需正常手、聲控、腦電波或者旁人協助，單單依靠殘肢的左右旋轉就可以做出多種手指動作，真正解決了傳統義肢只能觀看不能動的問題。
另外，轉動量傳感機構6檢測殘肢上臂旋轉的角度及速度等轉動量，通過控制器5及編制的程序，對轉動量進行識別後，轉換成控制電機3旋轉的指令，並通過聯動件2帶動手指運動。其中以食指與拇指為例，當電機3通過牽引繩索拉動食指的指前段111旋轉約90度後，食指與拇指可形成對握狀。當食指的指前段111旋轉約180度後，對應手指則呈抓取狀態，而沒有旋轉，或食指的指前段111在0度位置時，對應手指完全張開。另外，指後端112也可以相對轉軸12旋轉一定的角度，實現更準確的手動作模仿。在具體實施時，手指的運動組合狀態、各手指的控制可以通過編程實現。
以上僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護範圍內。