CN101073520A - 腱驱动的假手手指机构 - Google Patents

Abstract

腱驱动的假手手指机构，它涉及一种假手手指机构。针对现有的假手机构不能实现手指指节的相对运动的问题。本发明的基指节(3)与基座(2)通过基关节(6)转动连接，基指节(3)与中间指节(4)通过中间关节(7)转动连接，中间指节(4)与末端指节(5)通过末端关节(8)转动连接，驱动腱(1)的一端由下至上依次分别穿过基座(2)、基指节(3)、中间指节(4)、末端指节(5)并与末端指节(5)固接，且驱动腱(1)位于基关节(6)、中间关节(7)和末端关节(8)的外侧。本发明在不增加假手手指自由度的情况下提高了手指的灵活性，其结构简单、使用安全可靠，实现手指指节的相对运动，且手指能够实现对不同形状、尺寸物体的自适应抓取。

Description

腱驱动的假手手指机构

技术领域

本发明涉及一种假手手指机构。

背景技术

人手是人类赖以生存和劳动的最复杂、最精细的工具，手的缺失不仅使人丧失手的重要功能而且遭受心理伤害。由于交通事故、工伤和疾病等原因，残疾人的数量显著增加，这是全球范围内一个严重的社会问题。

理想的假手应在形状和功能上与真手一样，它不仅能替代人手的感觉和运动功能，而且还要像人手一样具有优美的外形。但目前的技术还远远达不到这个理想的要求。人体上肢机构模型有27个自由度，其中手指部分有20个自由度，但目前科学水平还不能做到具有20个自由度的电子假手。目前临床使用的很成熟的假手，大都只有单一的自由度，能够实现拇指和其余手指的闭合/张开运动。在实现假手单一自由度的运动中，每个手指都是刚性的，没有能够独立转动的指节，每个手指只是在基关节(靠近手掌的关节)位置通过齿轮机构被驱动，各个手指除相对手掌的闭合/张开外，不能实现手指指节的相对运动。刚性的手指机构，保证了假手手指机构结构简单、使用可靠，但不能够实现对不同形状物体的自适应抓取能力，因此限制了假手的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种腱驱动的假手手指机构，它可解决现有的假手机构不能实现手指指节的相对运动的问题。

本发明包括基座、基指节、中间指节、末端指节；本发明还包括驱动腱、基关节、中间关节、末端关节；所述基指节与基座通过基关节转动连接，基指节与中间指节通过中间关节转动连接，所述中间指节与末端指节通过末端关节转动连接，所述驱动腱的一端由下至上依次分别穿过基座、基指节、中间指节、末端指节并与末端指节固接，且驱动腱位于基关节、中间关节和末端关节的外侧。

本发明具有以下有益效果：本发明的腱驱动的假手手指机构使用时，将驱动腱的另一端与驱动器相连接，当驱动腱在驱动器的拉力作用下，将克服关节扭簧的作用力，带动各个指节绕着各相应的关节转动。手指空载时，各关节的转动顺序、转动角度，由驱动腱在各关节上产生的弯曲力矩、关节扭簧刚度等决定；当手指基指节与被抓取物体接触时，基关节将不再转动，末端两个指节将在驱动腱的拉力下继续转动，当中间指节与物体接触时，中间关节不转动，而末端指节将继续转动，直至所有的指节均与***作物体接触，从而实现对物体的自适应抓取；当驱动器反向转动时，驱动腱松弛，各关节将在关节扭簧的作用力下返回到伸直位置。本发明在不增加假手手指自由度的情况下提高了手指的灵活性，其结构简单、使用安全可靠，可实现手指指节的相对运动，且手指能够实现对不同形状、尺寸物体的自适应抓取。

附图说明

图1是本发明的腱驱动的假手手指机构的主视图，图2是图1的左视图，图3是基指节3与中间指节4通过中间关节7转动连接的主视剖面图，图4是图3的左视图，图5是基座2的主视图，图6是图5的左视图，图7是基指节3的主视图，图8是图7的左视图，图9是中间指节4的主视图，图10是图9的左视图，图11是末端指节5的主视图，图12是图11的左视图，图13是本发明的腱驱动的假手手指机构的走腱路径图，图14是本发明的腱驱动的假手手指机构对物体53的包络过程图(初始位置状态)，图15是本发明的腱驱动的假手手指机构对物体53的包络过程图(基指节3与物体53接触)，图16是本发明的腱驱动的假手手指机构对物体53的包络过程图(驱动腱1带动末端两个关节弯曲)，图17是本发明的腱驱动的假手手指机构对物体53的包络过程图(末端指节4与物体53接触)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图4及图13说明本实施方式，本实施方式由基座2、基指节3、中间指节4、末端指节5、驱动腱1、基关节6、中间关节7、末端关节8组成；所述基指节3与基座2通过基关节6转动连接，基指节3与中间指节4通过中间关节7转动连接，所述中间指节4与末端指节5通过末端关节8转动连接，所述驱动腱1的一端由下至上依次分别穿过基座2、基指节3、中间指节4、末端指节5并与末端指节5固接，且驱动腱1位于基关节6、中间关节7和末端关节8的外侧，各个指节的长度根据人手各手指指节的长度确定。

具体实施方式二：结合图2、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的基座2由座体9和基座弹簧管10组成；所述座体9的两个连接耳11上分别设有基关节轴孔12，座体9上设有轴向通孔13，所述基座弹簧管10镶嵌在所述轴向通孔13内，座体9的两个连接耳11的外端面上分别设有基座限位台肩14，所述驱动腱1从基座弹簧管10内穿过。如此设置，结构简单、使用安全可靠，此外采用基座弹簧管，可减小驱动腱与基座的运动摩擦。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1、图2、图7和图8说明本实施方式，本实施方式的基指节3由两个半基指节15、基指节螺杆16、第一基指节定位销17、第二基指节定位销18、基指节弹簧管19组成；所述两个半基指节15左右对称放置，两个半基指节15通过基指节螺杆16、第一基指节定位销17、第二基指节定位销18连接，两个半基指节15相对应的一侧端面上的相对应位置处分别设有内通槽20，由所述两个内通槽20组合成一个内孔21，所述基指节弹簧管19镶嵌在所述内孔21中，所述每个半基指节15下端的连接耳22相对应的一侧端面上分别设有基关节轴盲孔23，每个半基指节15下端的连接耳22的外端面上分别设有下限位台肩24，所述每个半基指节15上端的连接耳25相对应的一侧端面上分别设有中间关节轴盲孔26，每个半基指节15上端的连接耳25的外端面上分别设有上限位台肩27，所述驱动腱1从基指节弹簧管19内穿过。如此设置，结构简单、使用安全可靠，此外采用基指节弹簧管，可减小驱动腱与基指节的运动摩擦。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二相同。

具体实施方式四：结合图1、图2、图6、图8说明本实施方式，本实施方式的基关节6由基关节扭簧28、基关节转动轴29组成；所述基关节转动轴29穿过所述基关节轴孔12装在所述两个基关节轴盲孔23内，基关节转动轴29上装有基关节扭簧28，所述基关节扭簧28的两端分别与基座2和基指节3连接。如此设置，可避免基关节转动轴轴向串动，同时使手指能够承受一定的侧摆方向力。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三相同。

具体实施方式五：结合图1、图2、图9和图10说明本实施方式，本实施方式的中间指节4由两个半中间指节30、中间指节螺杆31、第一中间指节定位销32、第二中间指节定位销33、中间指节弹簧管34组成；所述两个半中间指节30左右对称放置，两个半中间指节30通过中间指节螺杆31、第一中间指节定位销32、第二中间指节定位销33连接，两个半中间指节30相对应的一侧端面上的相对应位置处分别设有中间指节内通槽35，由所述两个中间指节内通槽35组合成一个中间指节内通孔36，所述中间指节弹簧管34镶嵌在所述中间指节内通孔36中，所述每个半中间指节30下端的两个连接耳37上分别设有中间关节轴孔38，每个半中间指节30下端的连接耳37的外端面上设有中间指节下限位台肩39，所述每个半中间指节30上端的连接耳40相对应的一侧端面上分别设有末端关节轴盲孔41，每个半中间指节30上端的连接耳40的外端面上设有中间指节上限位台肩42，所述驱动腱1从中间指节弹簧管34内穿过。如此设置，结构简单、使用安全可靠，此外采用中间指节弹簧管，可减小驱动腱与中间指节的运动摩擦。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图1、图2、图8、图10说明本实施方式，本实施方式的中间关节7由中间关节扭簧43、中间关节转动轴44组成；所述中间关节转动轴44穿过所述中间关节轴孔38装在所述两个中间关节轴盲孔26内，中间关节转动轴44上装有中间关节扭簧43，所述中间关节扭簧43的两端分别与基指节3和中间指节4连接。如此设置，可避免中间关节转动轴轴向串动，同时使手指能够承受一定的侧摆方向力，在手指竖直时，中间关节扭簧有使手指关节反向转动的预紧力，但驱动腱拉动中间关节正向转动时，将克服扭簧力，随着关节转动角度的增大，扭簧力增加。当驱动腱拉力减小时，中间关节扭簧将使手指恢复到伸直位置。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1、图2、图11、图12说明本实施方式，本实施方式的末端指节5由指尖45、末端指节弹簧管46组成；所述指尖45的两个连接耳47上分别设有末端轴孔48，指尖45上设有驱动腱穿过孔49，所述末端指节弹簧管46镶嵌在所述驱动腱穿过孔49内，指尖45的两个连接耳47的外端面上设有指尖限位台肩50，所述驱动腱1从末端指节弹簧管46内穿过。如此设置，结构简单、使用安全可靠，此外采用末端指节弹簧管，可减小驱动腱与末端指节的运动摩擦。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：结合图1、图2、图10、图12说明本实施方式，本实施方式的末端关节8由末端关节扭簧51、末端关节转动轴52组成；所述末端关节转动轴52穿过所述末端轴孔48装在所述两个末端关节轴盲孔41内，末端关节转动轴52上装有末端关节扭簧51，所述末端关节扭簧51的两端分别与中间指节4和末端指节5连接。如此设置，当末端关节转动时，驱动腱与中间指节有相对运动。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图2说明本实施方式，本实施方式的指尖45、两个半中间指节30、两个半基指节15和座体9均由可注塑材料或铝合金制成，所述可注塑材料为聚塑氟乙烯，有利于降低生产成本、减轻手指的重量。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式十：结合图1、图13～图17说明本实施方式，本实施方式的驱动腱1为钢丝或绳索，使用可靠，钢丝或绳索外购。其它组成及连接关系与具体实施方式一、七相同。

本发明的腱驱动的假手手指机构采用欠驱动方式，通过一个自由度实现对物体53的包络抓取。从初始位置(见附图14)起，拉动驱动腱1，各个关节均弯曲，各个指节向物体53靠拢，关节弯曲的角度与驱动腱1的走线路径、关节扭簧刚度等有关。当基指节3与物体53接触时(见附图15)，基关节6将不再转动，驱动腱1将继续带动末端两个关节弯曲(见附图16)；当中间指节4与物体53接触时，中间关节7将不转动，驱动腱1将继续带动末端关节弯曲，直至末端指节4与物体53接触(见附图17)，从而实现对物体53的自适应包络抓取。

Claims (10)

1、一种腱驱动的假手手指机构，它包括基座(2)、基指节(3)、中间指节(4)、末端指节(5)；其特征在于它还包括驱动腱(1)、基关节(6)、中间关节(7)、末端关节(8)；所述基指节(3)与基座(2)通过基关节(6)转动连接，基指节(3)与中间指节(4)通过中间关节(7)转动连接，所述中间指节(4)与末端指节(5)通过末端关节(8)转动连接，所述驱动腱(1)的一端由下至上依次分别穿过基座(2)、基指节(3)、中间指节(4)、末端指节(5)并与末端指节(5)固接，且驱动腱(1)位于基关节(6)、中间关节(7)和末端关节(8)的外侧。

2、根据权利要求1所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述基座(2)由座体(9)和基座弹簧管(10)组成；所述座体(9)的两个连接耳(11)上分别设有基关节轴孔(12)，座体(9)上设有轴向通孔(13)，所述基座弹簧管(10)镶嵌在所述轴向通孔(13)内，座体(9)的两个连接耳(11)的外端面上分别设有基座限位台肩(14)，所述驱动腱(1)从基座弹簧管(10)内穿过。

3、根据权利要求1或2所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述基指节(3)由两个半基指节(15)、基指节螺杆(16)、第一基指节定位销(17)、第二基指节定位销(18)、基指节弹簧管(19)组成；所述两个半基指节(15)左右对称放置，两个半基指节(15)通过基指节螺杆(16)、第一基指节定位销(17)、第二基指节定位销(18)连接，两个半基指节(15)相对应的一侧端面上的相对应位置处分别设有内通槽(20)，由所述两个内通槽(20)组合成一个内孔(21)，所述基指节弹簧管(19)镶嵌在所述内孔(21)中，所述每个半基指节(15)下端的连接耳(22)相对应的一侧端面上分别设有基关节轴盲孔(23)，每个半基指节(15)下端的连接耳(22)的外端面上分别设有下限位台肩(24)，所述每个半基指节(15)上端的连接耳(25)相对应的一侧端面上分别设有中间关节轴盲孔(26)，每个半基指节(15)上端的连接耳(25)的外端面上分别设有上限位台肩(27)，所述驱动腱(1)从基指节弹簧管(19)内穿过。

4、根据权利要求3所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述基关节(6)由基关节扭簧(28)、基关节转动轴(29)组成；所述基关节转动轴(29)穿过所述基关节轴孔(12)装在所述两个基关节轴盲孔(23)内，基关节转动轴(29)上装有基关节扭簧(28)，所述基关节扭簧(28)的两端分别与基座(2)和基指节(3)连接。

5、根据权利要求3所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述中间指节(4)由两个半中间指节(30)、中间指节螺杆(31)、第一中间指节定位销(32)、第二中间指节定位销(33)、中间指节弹簧管(34)组成；所述两个半中间指节(30)左右对称放置，两个半中间指节(30)通过中间指节螺杆(31)、第一中间指节定位销(32)、第二中间指节定位销(33)连接，两个半中间指节(30)相对应的一侧端面上的相对应位置处分别设有中间指节内通槽(35)，由所述两个中间指节内通槽(35)组合成一个中间指节内通孔(36)，所述中间指节弹簧管(34)镶嵌在所述中间指节内通孔(36)中，所述每个半中间指节(30)下端的两个连接耳(37)上分别设有中间关节轴孔(38)，每个半中间指节(30)下端的连接耳(37)的外端面上设有中间指节下限位台肩(39)，所述每个半中间指节(30)上端的连接耳(40)相对应的一侧端面上分别设有末端关节轴盲孔(41)，每个半中间指节(30)上端的连接耳(40)的外端面上设有中间指节上限位台肩(42)，所述驱动腱(1)从中间指节弹簧管(34)内穿过。

6、根据权利要求5所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述中间关节(7)由中间关节扭簧(43)、中间关节转动轴(44)组成；所述中间关节转动轴(44)穿过所述中间关节轴孔(38)装在所述两个中间关节轴盲孔(26)内，中间关节转动轴(44)上装有中间关节扭簧(43)，所述中间关节扭簧(43)的两端分别与基指节(3)和中间指节(4)连接。

7、根据权利要求5所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述末端指节(5)由指尖(45)、末端指节弹簧管(46)组成；所述指尖(45)的两个连接耳(47)上分别设有末端轴孔(48)，指尖(45)上设有驱动腱穿过孔(49)，所述末端指节弹簧管(46)镶嵌在所述驱动腱穿过孔(49)内，指尖(45)的两个连接耳(47)的外端面上设有指尖限位台肩(50)，所述驱动腱(1)从末端指节弹簧管(46)内穿过。

8、根据权利要求7所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述末端关节(8)由末端关节扭簧(51)、末端关节转动轴(52)组成；所述末端关节转动轴(52)穿过所述末端轴孔(48)装在所述两个末端关节轴盲孔(41)内，末端关节转动轴(52)上装有末端关节扭簧(51)，所述末端关节扭簧(51)的两端分别与中间指节(4)和末端指节(5)连接。

9、根据权利要求7所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述指尖(45)、两个半中间指节(30)、两个半基指节(15)和座体(9)均由可注塑材料或铝合金制成，所述可注塑材料为聚塑氟乙烯。

10、根据权利要求1或7所述的腱驱动的假手手指机构，其特征在于所述驱动腱(1)为钢丝或绳索。

Images