殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構的製作方法

2023-10-20 04:02:02

專利名稱：殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種擬人機械手裝置，具體涉及一種殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構。
背景技術：
殘疾人用假手採用欠驅動和自適應機構，實現三個手指(中指、無名指、小指)在一個電機的驅動下，完成對物體的自適應抓取。現有的欠驅動自適應假手裝置(專利申請號為200610009677.7)，用1個驅動器驅動三個手指，同時這三個手指能夠自適應地抓取各種形狀的物體。三個手指的基關節通過扭簧安裝在同一個驅動軸上，由電機和減速系統通過扭簧帶動3個手指運動，當某一個手指遇到物體停止運動時，不影響其他手指的運動，從而實現對被抓握物體形狀的自適應性。三指當中，小指只有兩個指節，與人手實際情況相異。三指的驅動採用的直流電機，在失電狀態下，沒有反向保持力矩，在外力作用下，不能保持抓握狀態，抓不住物體。此外，驅動扭簧沒有預緊角，故而沒有力，從而導致中指和小指與整個手指間的連接沒有固定形狀，在外力或是自身重力的作用下，很容易變形，不能保持手的位姿。同時也難保證三指在抓握物體時像人手那樣協調一致。

發明內容
本發明為了解決已有的欠驅動自適應假手裝置在抓取物體後，失電狀態下不能保持抓握狀態，抓不穩物體；在自由狀態下，手指和整手不能很好的保持形狀和運動時難以協調一致的問題，進而提供了一種殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構。
本發明的技術方案是殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構包括電機、減速器、電機座、三指機座、三指軸、中指傳動機構、無名指傳動機構、小指傳動機構；所述的中指傳動機構由小傘齒輪、大傘齒輪、齒輪擋套、中指力矩傳感器、中指驅動扭簧、中指彈簧支架、中指第一驅動扭簧擋銷、中指第二驅動扭簧擋銷、中指傳感器擋銷組成；所述的無名指傳動機構由無名指力矩傳感器、無名指驅動扭簧、無名指彈簧支架、無名指第一驅動扭簧擋銷、無名指第二驅動扭簧擋銷、無名指傳感器擋銷組成；所述的小指傳動機構由小指力矩傳感器、小指驅動扭簧、小指彈簧支架、小指第一驅動扭簧擋銷和小指第二驅動扭簧擋銷、小指傳感器擋銷組成；所述的電機與減速器連接，減速器固定在電機座上，電機座安裝在三指基座上，小傘齒輪安裝在減速器的上端的輸出軸上，小傘齒輪和大傘齒輪嚙合，三指軸裝在三指機座上，齒輪擋套裝在大傘齒輪的腔內，齒輪擋套套在三指軸上；中指力矩傳感器和中指彈簧支架依次安裝在三指軸上，中指驅動扭簧安裝在中指彈簧支架上，在中指力矩傳感器上設有中指第一驅動扭簧擋銷，中指彈簧支架上設有中指第二驅動扭簧擋銷，中指傳感器擋銷固定在大傘齒輪和齒輪擋套上，中指傳感器擋銷位於中指力矩傳感的前面；所述的無名指力矩傳感器和無名指彈簧支架依次安裝在三指軸上，無名指驅動扭簧安裝在無名指彈簧支架上，無名指彈簧支架上設有無名指第一驅動扭簧擋銷，無名指力矩傳感器上設有無名指第二驅動扭簧擋銷，無名指傳感器擋銷設在無名指彈簧支架上，無名指傳感器擋銷位於無名指力矩傳感器的前面；所述的小指力矩傳感器和小指彈簧支架依次安裝在三指軸上，小指驅動扭簧安裝在小指彈簧支架上，小指彈簧支架上設有小指第一驅動扭簧擋銷，小指力矩傳感器上設有小指第二驅動扭簧擋銷，小指傳感器擋銷設在小指彈簧支架上，小指傳感器擋銷位於小指力矩傳感器前面。
本發明具有以下有益效果本發明能夠通過一個電機的驅動實現三個手指的聯動，三指在彎曲時的運動協調性好，能保證步調一致，且具有掌握自適應性，即在其中一個手指被擋住時，其他手指可在一定範圍內繼續運動，所以能夠更大程度適應物體的形狀，達到完全包絡物體，抓握穩定，能夠抓取不同形狀的物體，抓取的範圍廣，在失電狀態下，也能保持較大的抓握力。同時在外形上更加接近人手，且手指的剛度增大，不會前後鬆動和顫抖，運動時三指更加協調一致。本發明還具有結構簡單、重量輕、體積小、抓取力大的優點。


圖1是本發明整體結構的主視圖(假手三指聯動機構的背面)，圖2是圖1的後視圖(假手三指聯動機構的前面)圖3是小指彈簧支架15與三指軸9安裝結構剖視圖，圖4是小指力矩傳感器17與三指軸9安裝結構剖視圖，圖5是圖1的剖視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1、圖2所示，本實施方式的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構由電機1、減速器2、電機座3、三指基座6、三指軸9、中指傳動機構、無名指傳動機構、小指傳動機構組成；所述的中指傳動機構由小傘齒輪5、大傘齒輪8、齒輪擋套10、中指力矩傳感器7、中指驅動扭簧12、中指彈簧支架22、中指第一驅動扭簧擋銷11、中指第二驅動扭簧擋銷26、中指傳感器擋銷27組成；所述的無名指傳動機構由無名指力矩傳感器21、無名指驅動扭簧19、無名指彈簧支架18、無名指第一驅動扭簧擋銷13、無名指第二驅動扭簧擋銷20、無名指傳感器擋銷25組成；所述的小指傳動機構由小指力矩傳感器17、小指驅動扭簧16、小指彈簧支架15、小指第一驅動扭簧擋銷14和小指第二驅動扭簧擋銷24、小指傳感器擋銷23組成；所述的電機1與減速器2連接，減速器2固定在電機座3上，電機座3安裝在三指基座6上，小傘齒輪5安裝在減速器2的上端的輸出軸上，小傘齒輪5和大傘齒輪8嚙合，三指軸9裝在三指機座6上，齒輪擋套10裝在大傘齒輪8的腔內，齒輪擋套10套在三指軸9上；中指力矩傳感器7和中指彈簧支架22依次安裝在三指軸9上，中指驅動扭簧12安裝在中指彈簧支架22上，在中指力矩傳感器7上設有中指第一驅動扭簧擋銷11，中指彈簧支架22上設有中指第二驅動扭簧擋銷26，中指傳感器擋銷27固定在大傘齒輪8和齒輪擋套10上，中指傳感器擋銷27位於中指力矩傳感7的前面；所述的無名指力矩傳感器21和無名指彈簧支架18依次安裝在三指軸9上，無名指驅動扭簧19安裝在無名指彈簧支架18上，在無名指彈簧支架18上設有無名指第一驅動扭簧擋銷13，無名指力矩傳感器21上設有無名指第二驅動扭簧擋銷20，無名指傳感器擋銷25設在無名指彈簧支架18上，無名指傳感器擋銷25位於無名指力矩傳感器21的前面；所述的小指力矩傳感器17和小指彈簧支架15依次安裝在三指軸9上，小指驅動扭簧16安裝在小指彈簧支架15上，小指彈簧支架15上設有小指第一驅動扭簧擋銷14，小指力矩傳感器17上設有小指第二驅動扭簧擋銷24，小指傳感器擋銷23設在小指彈簧支架15上，小指傳感器擋銷23位於小指力矩傳感器17前面。本實施方式的力矩傳感器的電阻應變片採用德國BLH公司生產的微型高阻金屬應變片SR-4作為敏感元件。本實施方式的電機1和減速器2的生產廠家均為Portestcap公司。
具體實施方式
二如圖1所示，本實施方式的電機1是步進電機。因為步進電機有反向保持力矩，在失電時，能保持抓握狀態。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。本實施方式的步進電機採用Portestcap公司生產的型號為P110-06-2.5兩相永磁式步進電機。
具體實施方式
三如圖1、圖2所示，本實施方式的中指力矩傳感器7、無名指力矩傳感器21、小指力矩傳感器17與三指軸9均為間隙配合。採用這樣的結構，使中指力矩傳感器7、無名指力矩傳感器21、小指力矩傳感器17不完全與三指軸9同步運動，實現三指對不同物體的抓握自適應性。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1～圖4所示，本實施方式的三指軸(9)是扁軸；所述的中指彈簧支架(22)、無名指彈簧支架(18)、小指彈簧支架(15)上設有的扁孔依次與三指軸(6)扁孔配合；所述的齒輪擋套(10)上的扁孔與三指軸(6)之間扁孔連接，所述的齒輪擋套(10)與大傘齒輪(8)上的扁孔之間亦是扁孔連接。採用這樣的結構，能更好的傳遞扭矩。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖1所示，本實施方式還包括電機調整墊片4，所述的電機調整墊片4設置在電機座3和三指基座6之間。採用這樣的結構，用來調整電機座3與三指機座6之間的間隙。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖5所示，本實施方式還包括軸承28，所述的軸承28安裝在三指基座6與三指軸9之間。採用這樣的結構，能有效減少摩擦。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
工作原理步進電機1輸出經過減速器2減速，傳給小傘齒輪5，從運動傳遞給大傘齒輪8，大傘齒輪8和削邊三指軸9配合，帶動三指軸9運動。中指力矩傳感器7、無名指力矩傳感器21、小指力矩傳感器17和三指軸9扁孔配合，通過中指驅動扭簧12、無名指驅動扭簧19和小指驅動扭簧16同時推動中指力矩傳感器7、無名指力矩傳感器21和小指力矩傳感器17運動，從而驅動三個手指協調運動，包絡物體，抓取物體。中指第一驅動扭簧擋銷11和中指第二驅動扭簧擋銷26，無名指第一驅動扭簧擋銷13和無名指第二驅動扭簧擋銷20以及小指第一驅動扭簧擋銷14和小指第二驅動扭簧擋銷24保證了三指各個驅動扭簧具有相同的預緊角，保證三指不會向後鬆動和顫抖，同時也保證了三指在彎曲時的運動協調性；中指傳感器擋銷27、無名指傳感器擋銷25和小指傳感器擋銷23分別頂在中指傳感器7、無名指傳感器21和小指傳感器17的前面，保證三指不會向前鬆動和顫抖，同時也保證了三指在伸直運動時的協調性。從而保證了三指的剛度和運動協調性。三指在抓取複雜形狀物體時，若其中一個手指先接觸到物體後，電機仍可繼續向前轉動，直至該手指驅動扭簧達到其最大工作角停止，使其他兩個手指能更好的包絡物體。保證了手指的柔性，這個柔性的大小由扭簧的特性決定。
權利要求
1.一種殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，它包括電機(1)、減速器(2)、電機座(3)、三指基座(6)、三指軸(9)、中指傳動機構、無名指傳動機構、小指傳動機構；其特徵在於所述的中指傳動機構由小傘齒輪(5)、大傘齒輪(8)、齒輪擋套(10)、中指力矩傳感器(7)、中指驅動扭簧(12)、中指彈簧支架(22)、中指第一驅動扭簧擋銷(11)、中指第二驅動扭簧擋銷(26)、中指傳感器擋銷(27)組成；所述的無名指傳動機構由無名指力矩傳感器(21)、無名指驅動扭簧(19)、無名指彈簧支架(18)、無名指第一驅動扭簧擋銷(13)、無名指第二驅動扭簧擋銷(20)、無名指傳感器擋銷(25)組成；所述的小指傳動機構由小指力矩傳感器(17)、小指驅動扭簧(16)、小指彈簧支架(15)、小指第一驅動扭簧擋銷(14)和小指第二驅動扭簧擋銷(24)、小指傳感器擋銷(23)組成；所述的電機(1)與減速器(2)連接，減速器(2)固定在電機座(3)上，電機座(3)安裝在三指基座(6)上，小傘齒輪(5)安裝在減速器(2)的上端的輸出軸上，小傘齒輪(5)和大傘齒輪(8)嚙合，三指軸(9)裝在三指機座(6)上，齒輪擋套(10)裝在大傘齒輪(8)的腔內，齒輪擋套(10)套在三指軸(9)上；中指力矩傳感器(7)和中指彈簧支架(22)依次安裝在三指軸(9)上，中指驅動扭簧(12)安裝在中指彈簧支架(22)上，在中指力矩傳感器(7)上設有中指第一驅動扭簧擋銷(11)，中指彈簧支架(22)上設有中指第二驅動扭簧擋銷(26)，中指傳感器擋銷(27)固定在大傘齒輪(8)和齒輪擋套(10)上，中指傳感器擋銷(27)位於中指力矩傳感(7)的前面；所述的無名指力矩傳感器(21)和無名指彈簧支架(18)依次安裝在三指軸(9)上，無名指驅動扭簧(19)安裝在無名指彈簧支架(18)上，無名指彈簧支架(18)上設有無名指第一驅動扭簧擋銷(13)，無名指力矩傳感器(21)上設有無名指第二驅動扭簧擋銷(20)，無名指傳感器擋銷(25)設在無名指彈簧支架(18)上，無名指傳感器擋銷(25)位於無名指力矩傳感器(21)的前面；所述的小指力矩傳感器(17)和小指彈簧支架(15)依次安裝在三指軸(9)上，小指驅動扭簧(16)安裝在小指彈簧支架(15)上，小指彈簧支架(15)上設有小指第一驅動扭簧擋銷(14)，小指力矩傳感器(17)上設有小指第二驅動扭簧擋銷(24)，小指傳感器擋銷(23)設在小指彈簧支架(15)上，小指傳感器擋銷(23)位於小指力矩傳感器(17)前面。
2.根據權利要求1所述的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，其特徵在於所述的電機(1)是步進電機。
3.根據權利要求1所述的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，其特徵在於所述的中指力矩傳感器(7)、無名指力矩傳感器(21)、小指力矩傳感器(17)與三指軸(9)均為間隙配合。
4.根據權利要求1所述的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，其特徵在於所述的三指軸(9)是扁軸；所述的中指彈簧支架(22)、無名指彈簧支架(18)、小指彈簧支架(15)上設有的扁孔依次與三指軸(6)扁孔配合；所述的齒輪擋套(10)上的扁孔與三指軸(6)之間扁孔連接，所述的齒輪擋套(10)與大傘齒輪(8)上的扁孔之間亦是扁孔連接。
5.根據權利要求1所述的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，其特徵在於它還包括電機調整墊片(4)，所述的電機調整墊片(4)設置在電機座(3)和三指基座(6)之間。
6.根據權利要求1所述的殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，其特徵在於它還包括軸承(28)，所述的軸承(28)安裝在三指基座(6)與三指軸(9)之間。
全文摘要
殘疾人用假手的欠驅動自適應三指聯動機構，它涉及一種擬人機械手裝置。本發明解決了已有的欠驅動自適應假手裝置在失電狀態下不能保持抓握狀態；在自由狀態下手指和整手不能很好的保持形狀和運動時難以協調一致的問題。中指驅動扭簧(12)安裝在中指彈簧支架(22)上，中指傳感器擋銷(27)固定在大傘齒輪(8)和齒輪擋套(10)上，無名指驅動扭簧(19)安裝在無名指彈簧支架(18)上，無名指傳感器擋銷(25)設在無名指彈簧支架(18)上，小指驅動扭簧(16)安裝在小指彈簧支架(15)上，小指傳感器擋銷(23)設在小指彈簧支架(15)上。本發明具有三指在彎曲時的運動協調性好、抓握穩定、抓取的範圍廣、在失電狀態下，也能保持較大的抓握力的優點。
文檔編號A61F2/68GK101036600SQ200710072169
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者姜力, 劉宏, 俞昌東, 史士財, 黃海 申請人:哈爾濱工業大學