CN106264806B - 一种仿真机械手和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种仿真机械手和控制方法，其特征在于：包括手指机构（1）、电机（3）、控制器（5）和转动量传感机构（6）；所述转动量传感机构（6）检测手臂的旋转的角度与/或速度后，经过控制器（5）识别后转换成控制电机（3）的指令，输出对应的控制信号驱动电机（3）旋转，进而带动手指机构（1）上的手指伸展或弯曲运动；通过断肢的旋转就可以控制机械手的手指做出动作，解决传统机械手只能观看不能动，或者操作麻烦的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真机械手，尤其是应用于断肢的仿真机械手。
背景技术
传统的断肢机械手，主要起装饰作用，无法像正常手一样做正常动作；或者即时能做一些简单的动作，也需要通过正常手去辅助，需要通过声控、旁人协助等，操作复杂。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种操作简单、灵活的仿真机械手，它能仅仅通过断肢的旋转就可以控制机械手的手指做出动作，解决传统机械手只能观看不能动，或者操作麻烦的问题。
为实现上述目的，本发明的仿真机械手，其特征在于：包括手指机构、电机、控制器和转动量传感机构；所述转动量传感机构检测手臂的旋转的角度与/或速度后，经过控制器识别后转换成控制电机的指令，输出对应的控制信号驱动电机旋转，进而带动手指机构上的手指伸展或弯曲运动。
优选地，所述还包括联动件和驱动器，电机、驱动器、控制器和转动量传感机构依次互相电连接；所述转动量传感机构包括残肢固定架、主轴、连接固定架、总成底座、传感器支架、转动量传感器和固定螺母，所述主轴和固定螺母将转动量传感器、传感器支架、总成底座、连接固定架依次组合夹紧连接在一起后固定在残肢固定架；电机通过联动件带动手指机构的手指伸展或弯曲运动；
优选地，所述联动件为牵引绳索，牵引绳索一端连接电机，另一端连接手指机构。
优选地，所述转动量传感机构的转动量传感器与控制器电连接；
优选地，所述手指机构包括若干手指和转轴， 其中食指、中指、无名指和小指通过轴孔安装在转轴上，所述手指包括指前段和指后端，指前段和指后端活动连接；
优选地，还包括变速器，变速器与电机、驱动器/控制器电连接；
优选地，所述仿真机械手若干局部表面覆盖硅胶外套或外壳，若干局部包括手背表面、手掌表面、手臂表面；
另外，本发明还提供一种仿真机械手的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测手臂的旋转的角度与/或速度并识别，获得仿真机械手的控制指令输入；
生成与该手臂的旋转动作相对应的电机驱动指令，并输出对应电机驱动信号，控制电机的旋转角度、旋转方向与/或旋转速度；
电机带动仿真机械手上的手指伸展或弯曲运动，形进而成手指间对应的组合姿态。
进一步，所述方法还包括手臂向左旋转时，转动量传感机构左端触碰电路开关，使连接五根机械手指的电机及联动件运动执行命令，带动机械手指做固定好的动作；
手臂回归原位时，该动作执行完毕同时复原；
手臂向右旋转时，转动量传感机构右端触碰电路开关，电路根据编程设定动作执行切换，改变上臂向左旋转时电机执行的命令，从而改变机械手指做的动作。
这样，残疾人把残肢上臂（无手掌和腕骨）放入机械手内的转轴套内的残肢固定架，连接好电池电源。当残疾人上臂旋转时，转动量传感机构的转动量传感器就可以检测旋转的角度和速度，并将检测到的参数转化为对机械手手指的控制指令，带动机械手的手指做固定好的动作。上臂回归原位时，该动作执行完毕同时复原；残疾人无需正常手、声控、脑电波或者旁人协助，单单依靠残肢的左右旋转就可以做出多种手指动作，真正解决了传统义肢只能观看不能动的问题，并且套上仿真硅胶义肢，效果就更加理想。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图；
图1为仿真机械手的整体结构示意图；
图2为转动量传感机构结构***图；
图3为转动量传感机构结构装配后的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中仅对涉及到技术问题解决的结构、组成方案进行描述时候，对于公知的必要的结构、零件和连接关系，下面虽然没有描述，但不等于技术方案里不存在，更不应该成为公开不充分理由。
本发明的一种仿真机械手的控制方法，包括以下步骤：
检测手臂的旋转的角度与/或速度并识别，获得仿真机械手的控制指令输入；
生成与该手臂的旋转动作相对应的电机驱动指令，并输出对应电机驱动信号，控制电机的旋转角度、旋转方向与/或旋转速度；
电机带动仿真机械手上的手指伸展或弯曲运动，形进而成手指间对应的组合姿态。
另外，手臂向左旋转时，转动量传感机构左端触碰电路开关，使连接五根机械手指的电机及联动件运动执行命令，带动机械手指做固定好的动作；
手臂回归原位时，该动作执行完毕同时复原；
手臂向右旋转时，转动量传感机构右端触碰电路开关，电路根据编程设定动作执行切换，改变上臂向左旋转时电机执行的命令，从而改变机械手指做的动作。
参考图1，是某实施例中，仿真机械手由手指机构1、联动件2、电机3、驱动器4、控制器5、转动量传感机构6和变速器7组成。其中，手指机构1作用提供模仿人手的手指结构。优选方案中，手指机构1包括五个手指11和转轴12， 其中食指、中指、无名指和小指通过轴孔安装在转轴12上，这样，每个手指可以在转轴12上旋转。另外，每个手指11还具有指前段111和指后端112，指前段111和指后端112活动连接，如通过转轴连接、扣合、铰接等，形成模拟人手指关节的结构。电机3、驱动器4、控制器5和转动量传感机构6依次互相电连接；变速器7与电机3、驱动器4/控制器5电连接。转动量传感机构6的作用是用来检测残肢的转动角度和速度，获得人的基本操作指令输入。转动量传感机构6检测到的转动量输入控制器5后形成控制电机旋转的控制指令，并通过驱动器4形成控制信号输出，驱动电机3执行控制指令。变速器7用于根据执行控制指令，改变电机3的旋转速度，进而改变机械手手指的动作速度。电机3作用是通过旋转，在联动件2的传动作用，带动机械手手指运动。具体实施时，可以根据需要，每个手指通过一个独立的电机3去分别控制，也可以共用一个电机3去统一控制。优选方案中，联动件2为牵引绳索，牵引绳索一端直接或间接连接电机3的转子，另一端连接手指机构1的手指。某些实施例，联动件2也可以是齿轮组等。
参考图2和3，,转动量传感机构6包括残肢固定架61、主轴62、连接固定架63、总成底座64、传感器支架65、转动量传感器66和固定螺母67，主轴62和固定螺母67将转动量传感器66、传感器支架65、总成底座64、连接固定架63依次组合夹紧连接在一起后固定在残肢固定架61。
仿真机械手的控制和工作原理是：
残疾人把残肢上臂（无手掌和腕骨）放入机械手内的转轴套的残肢固定架61中，连接好电池电源。 当残疾人上臂向左旋转时，转动量传感机构6左端触碰电路开关，使连接五根机械手指的电机及联动件运动执行命令，带动机械手指做固定好的动作。上臂回归原位时，该动作执行完毕同时复原；当残疾人上臂向右旋转时，转动量传感机构6右端触碰电路开关，电路根据编程设定动作执行切换，改变上臂向左旋转时电机执行的命令，从而改变机械手指做的动作。这样残疾人无需正常手、声控、脑电波或者旁人协助，单单依靠残肢的左右旋转就可以做出多种手指动作，真正解决了传统义肢只能观看不能动的问题。
另外，转动量传感机构6检测残肢上臂旋转的角度及速度等转动量，通过控制器5及编制的程序，对转动量进行识别后，转换成控制电机3旋转的指令，并通过联动件2带动手指运动。其中以食指与拇指为例，当电机3通过牵引绳索拉动食指的指前段111旋转约90度后，食指与拇指可形成对握状。当食指的指前段111旋转约180度后，对应手指则呈抓取状态，而没有旋转，或食指的指前段111在0度位置时，对应手指完全张开。另外，指后端112也可以相对转轴12旋转一定的角度，实现更准确的手动作模仿。在具体实施时，手指的运动组合状态、各手指的控制可以通过编程实现。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种仿真机械手，其特征在于：包括手指机构（1）、电机（3）、控制器（5）和转动量传感机构（6）；所述转动量传感机构（6）检测手臂的旋转的角度与/或速度后，经过控制器（5）识别后转换成控制电机（3）的指令，输出对应的控制信号驱动电机（3）旋转，进而带动手指机构（1）上的手指伸展或弯曲运动；还包括联动件（2）和驱动器（4），电机（3）、驱动器（4）、控制器（5）和转动量传感机构（6）依次互相电连接；所述转动量传感机构（6）包括残肢固定架（61）、主轴（62）、连接固定架（63）、总成底座（64）、传感器支架（65）、转动量传感器（66）和固定螺母（67），所述主轴（62）和固定螺母（67）将转动量传感器（66）、传感器支架（65）、总成底座（64）、连接固定架（63）依次组合夹紧连接在一起后固定在残肢固定架（61）；电机（3）通过联动件（2）带动手指机构（1）的手指伸展或弯曲运动。
2.如权利要求1所述的仿真机械手，其特征在于，所述联动件（2）为牵引绳索，牵引绳索一端连接电机（3），另一端连接手指机构（1）。
3.如权利要求1至2任一所述的仿真机械手，其特征在于，所述手指机构（1）包括若干手指（11）和转轴（12）， 其中食指、中指、无名指和小指通过轴孔安装在转轴（12）上，所述手指（11）包括指前段（111）和指后端（112），指前段（111）和指后端（112）活动连接。
4.如权利要求3所述的仿真机械手，其特征在于，还包括变速器（7），变速器（7）与电机（3）、驱动器（4）、控制器（5）电连接。
5.如权利要求1至2任一所述的仿真机械手，其特征在于，所述仿真机械手的表面覆盖硅胶外套。
6.如权利要求1所述的仿真机械手，其特征在于，所述转动量传感机构（6）的转动量传感器（66）与控制器（5）电连接。
7.如权利要求4所述的仿真机械手，其特征在于，包括若干电机（3）和联动件（2），每个手指（11）分别被一个电机（3）和联动件（2）独立驱动。
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Effective date of registration: 20201124 Address after: No.2218 Jinan Road, Heze Development Zone, Shandong Province Patentee after: Shandong Zhongjie special equipment Co.,Ltd. Address before: 528400 Guangdong Province, east of the city of Zhongshan, a sunny holiday a building of 5 3A01 Patentee before: Wen Hao |
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Effective date of registration: 20220701 Address after: No.9, Haitai development road 4, Huayuan new technology industrial park, Binhai New Area, Tianjin Patentee after: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. Address before: 274002 no.2218 Jinan Road, Heze Development Zone, Shandong Province Patentee before: Shandong Zhongjie special equipment Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20230620 Address after: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee after: TIANJIN SAIXIANG ELECTROMECHANICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Address before: No.9, Haitai development road 4, Huayuan new technology industrial park, Binhai New Area, Tianjin Patentee before: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20240703 Address after: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee after: Tianjin Saixiang Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 300384 block D, No. 9, Haitai development Fourth Road, Huayuan Industrial Zone (outside the ring), Binhai New Area, Tianjin Patentee before: TIANJIN SAIXIANG ELECTROMECHANICAL ENGINEERING Co.,Ltd. Country or region before: China |