CN109172064B - 一种支持云端融合的假手感知机构及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支持云端融合的假手感知机构及***，属于仿生假手技术领域。所述假手感知机构包括长指部、拇指部、四个连接块、手掌部和印制电路板；长指部包括四个长指机构，分别为食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，每个长指机构均包括近指节、中指‑远指节、第一掌指关节座和第一连接件；拇指部包括拇指近指节、拇指远指节、第二掌指关节座和第二连接件；每个长指机构的近指节各与一个连接块铰接；手掌部包括壳体和安装在壳体内的旋转驱动机构和四个直线驱动机构；印制电路板安装在壳体内，印制电路板上集成有主控制器模块、驱动模块和数据通信模块。该假手感知机构，能够根据云端上位机识别的手势动作识别结果，做出相应的手势动作。

Description

一种支持云端融合的假手感知机构及***

技术领域

本发明涉及仿生假手技术领域，特别涉及一种支持云端融合的假手感知机构及***。

背景技术

人工假肢的研究可以应用到高端医疗装备、生机电一体化智能机器人、危险环境勘查、灾难救援装备、国防装备以及辅助残疾人进行康复工程训练等多个领域，其科学技术成果可辐射，具有重要的战略意义。

随着机器人技术的不断进步，工业机器人、服务型机器人愈发频繁地进入普通消费者视野的时代，到目前为止，基于单自由度的仿人型机器人手部结构已经十分成熟，但多自由度灵巧假手的设计与控制仍然十分缺乏。

发明内容

为了解决现有技术中多自由度灵巧假手仍然十分缺乏的问题，一方面，本发明提供了一种支持云端融合的假手感知机构，所述支持云端融合的假手感知机构包括长指部、拇指部、四个连接块、手掌部和印制电路板；

长指部包括四个长指机构，分别为食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，每个长指机构均包括近指节、中指-远指节、第一掌指关节座和第一连接件，近指节包括两个相对设置的长指侧板及连接两个长指侧板的长指背板，两个长指侧板与中指-远指节铰接，两个长指侧板还与第一掌指关节座铰接，第一连接件的一端与中指-远指节铰接，另一端与第一掌指关节座铰接，第一连接件和两个长指侧板交叉，每个长指机构的第一掌指关节座均安装在手掌部上；

拇指部包括拇指近指节、拇指远指节、第二掌指关节座和第二连接件，拇指近指节包括两个相对设置的拇指侧板及连接两个拇指侧板的连接板，两个拇指侧板与拇指远指节铰接，两个拇指侧板还与第二掌指关节座铰接，第二连接件的一端与拇指远指节铰接，另一端与第二掌指关节座铰接，第二连接件和两个拇指侧板交叉，第二掌指关节座安装在手掌部上；

每个长指机构的近指节各与一个所述连接块铰接，其中，所述连接块铰接在近指节的两个长指侧板之间，小指机构的两个长指侧板与该两个长指侧板之间的连接块通过一个销轴铰接，该销轴同时与无名指机构的两个长指侧板之间的连接块铰接；

手掌部包括壳体和安装在壳体内的旋转驱动机构和四个直线驱动机构，四个直线驱动机构分别为第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构和第四直线驱动机构，第一直线驱动机构的输出端与所述拇指远指节铰接，第二直线驱动机构的输出端与铰接在所述食指机构上的连接块铰接，第三直线驱动机构的输出端与铰接在所述中指机构上的连接块铰接，第四直线驱动机构与铰接在所述小指机构上的连接块铰接，旋转驱动机构的输出端与所述第二掌指关节座固连；

印制电路板安装在所述壳体内，印制电路板上集成有主控制器模块、驱动模块和数据通信模块，数据通信模块用于接收云端上位机识别的手势动作识别结果，主控制器模块用于根据手势动作识别结果发送控制信号给驱动模块，驱动模块用于根据主控制器模块发送的控制信号分别控制旋转驱动机构和四个直线驱动机构运动，使长指部和拇指部做出手势动作。

每个所述长指机构的中指-远指节均包括一个仿形手指壳，仿形手指壳的左右两侧伸出两个对称的远指节连接耳，两个对称的远指节连接耳上设有两对连接轴孔，接近仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第一对连接轴孔，远离仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第二对连接轴孔；

其中，每个长指机构的第一连接件的一端与该长指机构的第一对连接轴孔通过第一短销铰接，每个长指机构的第一连接件位于该长指机构的两个远指节连接耳之间，每个长指机构的两个长指侧板前端与该长指机构的第二对连接轴孔通过第二短销铰接，每个长指机构的两个长指侧板位于该长指机构的两个远指节连接耳的外侧。

每个所述长指机构的第一掌指关节座均包括基座本体、设置在基座本体顶部的第一对基座连接耳，设置基座本体侧面的第二对基座连接耳，第一对基座连接耳上设有一对连接轴孔，为第三对连接轴孔，第二对基座连接耳上也设有一对连接轴孔，为第四对连接轴孔；

其中，每个长指机构的第一连接件的另一端与该长指机构的第三对连接轴孔通过第三短销铰接，每个长指机构的第一连接件位于该长指机构的第一对基座连接耳之间，每个长指机构的两个长指侧板末端与该长指机构的第四对连接轴孔通过第四短销铰接，每个长指机构的两个长指侧板位于该长指机构的第二对基座连接耳的外侧。

每个所述长指机构的两个长指侧板上各伸出一个近指节连接耳，每个长指侧板上的近指节连接耳均位于该长指侧板的前端和末端之间，四个所述连接块均为H型连接块，四个所述连接块分别为第一连接块、第二连接块、第三连接块和第四连接块；

所述食指机构的两个近指节连接耳与第一连接块顶部的两个伸出端铰接，第一连接块顶部的两个伸出端位于食指机构的两个近指节连接耳之间，所述第二直线驱动机构的输出端与第一连接块底部的两个伸出端铰接，第二直线驱动机构的输出端位于第一连接块底部的两个伸出端之间；

所述中指机构的两个近指节连接耳与第二连接块顶部的两个伸出端铰接，第二连接块顶部的两个伸出端位于中指机构的两个近指节连接耳之间，所述第三直线驱动机构的输出端与第二连接块底部的两个伸出端铰接，第三直线驱动机构的输出端位于第二连接块底部的两个伸出端之间；

所述无名指机构的两个近指节连接耳与第三连接块顶部的两个伸出端铰接，第三连接块顶部的两个伸出端位于无名指机构的两个近指节连接耳之间；

所述小指机构的两个近指节连接耳与第四连接块顶部的两个伸出端通过所述销轴铰接，所述销轴同时与所述第三连接块底部的两个伸出端铰接，第四连接块顶部的两个伸出端位于小指机构的两个近指节连接耳之间，所述第四直线驱动机构的输出端与第四连接块底部的两个伸出端铰接，第四直线驱动机构的输出端位于第四连接块底部的两个伸出端之间。

所述第一直线驱动机构、所述第二直线驱动机构、所述第三直线驱动机构和所述第四直线驱动机构均为直线电机。

所述旋转驱动机构包括旋转电机、第一齿轮、第二齿轮和转轴；

旋转电机安装在所述壳体内，旋转电机的输出轴与第一齿轮固连，第一齿轮与第二齿轮啮合，转轴的一端固定在第二齿轮的中心；

所述第二掌指关节座的底部设有两个连接台，所述转轴穿过两个连接台，且能带动所述第二掌指关节座一起转动。

所述壳体包括手背外壳、掌心外壳和手掌基座；

手掌基座位于手背外壳和掌心外壳之间，掌心外壳扣压在手掌基座的一个侧面，掌心外壳扣压在手掌基座的另一个侧面；

所述印制电路板安装在手掌基座接近手背外壳的侧面，所述旋转驱动机构和所述四个直线驱动机构安装在手掌基座接近掌心外壳的侧面；

手掌基座的顶部设有四个楔形槽，每个所述长指机构的第一掌指关节座对应一个楔形槽，每个所述长指机构的第一掌指关节座底部均设有一个楔形块，每个第一掌指关节座的楔形块安装在与其对应的楔形槽内。

每个所述长指机构的中指-远指节内均安装一个触点压力传感器，所述拇指部的拇指远指节内安装有一个触点压力传感器，每个所述触点压力传感器均与所述主控制器模块电连接。

每个所述长指机构的第一连接件上均安装一个应变测力传感器，所述拇指部的第二连接件上安装有一个应变测力传感器，每个应变测力传感器均与所述主控制器模块电连接。

另一方面，本发明提供了一种支持云端融合的假手感知***，所述支持云端融合的假手感知***包括肌电信号采集设备、云端上位机和所述假手感知机构；

肌电信号采集设备，用于穿戴在使用者前臂，对使用者的前臂肌群产生的肌电信号进行采集；

云端上位机，用于接收肌电信号采集设备采集的肌电信号，并对接收的肌电信号进行处理，得到手势动作识别结果；

假手感知机构，用于接收所述手势动作识别结果，并根据接收到的手势动作识别结果做出手势动作。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明中的假手感知机构，能够根据云端上位机识别的手势动作识别结果，做出相应的手势动作，该假手感知机构为具有感知功能的仿人型多自由度假手，同时，该假手感知机构能够反应各手指的力触觉信息，实现使用者在操作该假手感知机构时的临场感，因此，可以应用到工业领域作为工业机器人、或者作为服务型机器人、或者可以作为假肢来使残疾人做出相应的手势动作，也可应用于危险环境勘察、灾难救援装置和国防装备等需要机械手的领域，相对于现有的假手机构来说，本发明中的假手感知机构能与使用者之间建立交互关系，使用更加灵巧；可以通过3D打印的方式制作该假手感知机构，成本低廉；拇指部不仅能实现弯曲动作，同时还能实现旋转动作，更贴近实际的手部运动，更为灵巧；拇指部通过齿轮啮合机构来实现旋转，能减少拇指部旋转过程中的回差，控制精度更高；长指部与手掌部通过楔形结构的连接方式，使得连接结构更为稳定和紧密；假手感知机构结构简单，装配过方便，既减小了装配复杂度，同时保证了假手感知机构的灵活性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的假手感知机构的结构示意图；

图2是本发明的假手感知机构的内部结构示意图；

图3是本发明的食指机构与第一直线驱动机构的连接结构示意图；

图4是本发明的无名指机构、小指机构与第四直线驱动机构的连接结构示意图；

图5是本发明的每个长指机构的近指节的结构示意图；

图6是本发明的拇指机构的局部结构示意图；

图7是本发明的拇指近指节的结构示意图；

图8是本发明的第一掌指关节座的结构示意图；

图9是本发明的触点压力传感器的安装位置示意图；

图10是本发明的应变测力传感器的安装位置示意图；

图11是本发明的支持云端融合的假手感知***的工作原理图。

图中：

1食指机构，2中指机构，3无名指机构，4小指机构，5近指节，6中指-远指节，7第一掌指关节座，8第一连接件，9长指侧板，10长指背板，11远指节连接耳，12第一短销，13第二短销，14基座本体，15第一对基座连接耳，16第二对基座连接耳，17第三短销，18第四短销，19拇指近指节，20拇指远指节，21第二掌指关节座，22第二连接件，23拇指侧板，24连接板，25壳体，26手背外壳，27掌心外壳，28手掌基座，29楔形块，30第一直线驱动机构，31第二直线驱动机构，32第三直线驱动机构，33第四直线驱动机构，34中空圆台，35旋转电机，36第一齿轮，37第二齿轮，38连接台，39带孔的固定座，40开槽，41销轴，42近指节连接耳，43第一连接块，44第二连接块，45第三连接块，46第四连接块，47触点压力传感器，48应变测力传感器，49导线。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1至图11所示，本实施例提供一种支持云端融合的假手感知机构，该支持云端融合的假手感知机构包括长指部、拇指部、四个连接块、手掌部和印制电路板；

长指部包括四个长指机构，分别为食指机构1、中指机构2、无名指机构3和小指机构4，每个长指机构均包括近指节5、中指-远指节6、第一掌指关节座7和第一连接件8；

对于每个长指机构，如图5所示，近指节5均包括两个相对设置的长指侧板9及连接两个长指侧板9的长指背板10，两个长指侧板9和长指背板10为一体成型；

对于每个长指机构，两个长指侧板9与中指-远指节6铰接，两个长指侧板9还与第一掌指关节座7铰接，第一连接件8的一端与中指-远指节6铰接，另一端与第一掌指关节座7铰接，第一连接件8和两个长指侧板9交叉，在本发明中，第一连接件可以为连接杆，每个长指机构的第一掌指关节座7均安装在手掌部上，具体铰接方式如下：

每个长指机构的中指-远指节6均包括一个仿形手指壳，仿形手指壳模仿人手的中指指节和远指指节，仿形手指壳的左右两侧伸出两个对称的远指节连接耳11，两个对称的远指节连接耳11上设有两对连接轴孔，接近仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第一对连接轴孔，远离仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第二对连接轴孔；

其中，如图2所示，且参见图3和图4，每个长指机构的第一连接件8的一端与该长指机构的第一对连接轴孔通过第一短销12铰接，每个长指机构的第一连接件8位于该长指机构的两个远指节连接耳11之间，第一短销12与第一对连接轴孔为间隙配合，第一短销12与第一连接件8为过盈配合；

如图2所示，且参见图3和图4，每个长指机构的两个长指侧板9前端与该长指机构的第二对连接轴孔通过第二短销13铰接，每个长指机构的两个长指侧板9位于该长指机构的两个远指节连接耳11的外侧，第二短销13与第二对连接轴孔为过盈配合，第二短销13与两个长指侧板9前端为间隙配合；

如图8所示，每个长指机构的第一掌指关节座7均包括基座本体14、设置在基座本体14顶部的第一对基座连接耳15，设置基座本体14侧面的第二对基座连接耳16，第一对基座连接耳15上设有一对连接轴孔，为第三对连接轴孔，第二对基座连接耳16上也设有一对连接轴孔，为第四对连接轴孔；

其中，每个长指机构的第一连接件8的另一端与该长指机构的第三对连接轴孔通过第三短销17铰接，每个长指机构的第一连接件8位于该长指机构的第一对基座连接耳15之间，第三短销17与第一连接件8为过盈配合，第三短销17与第三对连接轴孔为间隙配合，可参见图3中示出的食指机构；

每个长指机构的两个长指侧板9末端与该长指机构的第四对连接轴孔通过第四短销18铰接，每个长指机构的两个长指侧板9位于该长指机构的第二对基座连接耳16的外侧，第四短销18与两个长指侧板9末端为间隙配合，第四短销18与第四对连接轴孔为过盈配合，可参见图3中示出的食指机构。

如图1所示，拇指部包括拇指近指节19、拇指远指节20、第二掌指关节座21和第二连接件22，如图7所示，拇指近指节19包括两个相对设置的拇指侧板23及连接两个拇指侧板23的连接板24，两个拇指侧板23与拇指远指节20铰接，两个拇指侧板23还与第二掌指关节座21铰接，如图6所示，第二连接件22的一端拇指远指节20铰接，另一端与第二掌指关节座21铰接，如图1所示，第二连接件22和两个拇指侧板23交叉，第二掌指关节座21安装在手掌部上。

手掌部包括壳体25和安装在壳体25内的旋转驱动机构和四个直线驱动机构，

如图1所示，在本发明中，壳体25包括手背外壳26、掌心外壳27和手掌基座28；手掌基座28位于手背外壳26和掌心外壳27之间，掌心外壳27扣压在手掌基座28的一个侧面，掌心外壳27扣压在手掌基座28的另一个侧面；印制电路板安装在手掌基座28接近手背外壳26的侧面，旋转驱动机构和四个直线驱动机构安装在手掌基座28接近掌心外壳27的侧面；手掌基座28的顶部设有四个楔形槽，每个长指机构的第一掌指关节座7对应一个楔形槽，如图8所示，每个长指机构的第一掌指关节座7底部均设有一个楔形块29，每个第一掌指关节座7的楔形块29安装在与其对应的楔形槽内。

如图6和图2所示，四个直线驱动机构分别为第一直线驱动机构30、第二直线驱动机构31、第三直线驱动机构32和第四直线驱动机构33；

第一直线驱动机构30安装在第二掌指关节座21上，且第一直线驱动机构30的输出端与拇指远指节20铰接，第一直线驱动机构30可以为直线驱动电机，直线驱动电机的输出端为直线电机推杆，拇指远指节20的末端与第二连接件22铰接，第一直线驱动机构30的输出端、及拇指近指节19的两个拇指侧板23通过一根销钉铰接在拇指远指节20的指尖和末端之间；

当第一直线驱动机构30的输出端往内测缩回时，带动拇指近指节19和拇指远指节20同时向手掌部的侧面运动，其中，拇指近指节19的弯曲范围为0°至40°，当第一直线驱动机构30的输出端伸长时，带动拇指近指节19和拇指远指节20同时向远离手掌部的方向运动，与此同时，第二连接件22也会向远离手掌部的方向运动，为了对拇指近指节19和拇指远指节20进行限位，在第二掌指关节座21上设置一个中空圆台34，当第二连接件22向远离手掌部的方向运动的过程中，碰到中空圆台34时，无法继续向远离手掌部的方向运动，因此使得拇指近指节19和拇指远指节20也无法继续向远离手掌部的方向运动，对拇指近指节19和拇指远指节20进行了限位；

旋转驱动机构的输出端与第二掌指关节座21固连；在本发明中，如图2所示，旋转驱动机构可以包括旋转电机35、第一齿轮36、第二齿轮37和转轴；

旋转电机35安装在壳体25内，可以安装在手掌基座28接近掌心外壳27的侧面，旋转电机35的输出轴与第一齿轮36固连，第一齿轮36与第二齿轮37啮合，转轴的一端固定在第二齿轮37的中心；

如图6所示，第二掌指关节座21的底部设有两个连接台38，转轴穿过两个连接台38，且能带动第二掌指关节座21一起转动，如图2所示，可以在手掌基座内设置两个带孔的固定座39，将第二指关节座21放置在两个带孔的固定座39之间，转轴穿过两个带孔的固定座39和第二掌指关节座21底部的两个连接台38；

当旋转电机35运行时，带动第一齿轮36转动，第一齿轮36带动第二齿轮37转动，第二齿轮37通过转轴带动第二掌指关节座21一起转动，进而带动拇指近指节19和拇指远指节20一起转动，从而实现了拇指部的旋转，第一齿轮36的半径小于第二齿轮37的半径，拇指部的旋转范围为0°至90°，如图1所示，为了避免掌心外壳27对拇指部的旋转产生干涉，本发明中还在掌心外壳27处设置开槽40。

每个长指机构的近指节5各与一个连接块铰接，其中，连接块铰接在近指节5的两个长指侧板9之间，小指机构4的两个长指侧板9与该两个长指侧板9之间的连接块通过一个销轴41铰接，该销轴41同时与无名指机构3的两个长指侧板9之间的连接块铰接；

第二直线驱动机构31的输出端与铰接在食指机构1上的连接块铰接，第三直线驱动机构32的输出端与铰接在中指机构2上的连接块铰接，第四直线驱动机构33与铰接在小指机构4上的连接块铰接，具体铰接方式如下：

每个长指机构的两个长指侧板9上各伸出一个近指节连接耳42，可参见图3所示的食指机构2，每个长指侧板9上的近指节连接耳42均位于该长指侧板9的前端和末端之间，参见图2，四个连接块均为H型连接块，H型连接块顶部的两个伸出端作为一对连接耳，底部的两个伸出端也作为一对连接耳，H型连接块两对连接耳上均设有销钉孔，四个连接块分别为第一连接块43、第二连接块44、第三连接块45和第四连接块46；

参见图3，食指机构1的两个近指节连接耳42与第一连接块43顶部的两个伸出端通过一个短销铰接，该短销与食指机构1的两个近指节连接耳42为间隙配合，与第一连接块43顶部的两个伸出端为过盈配合，第一连接块43顶部的两个伸出端位于食指机构1的两个近指节连接耳42之间；第二直线驱动机构31的输出端与第一连接块43底部的两个伸出端通过一个短销铰接，该短销与第二直线驱动机构31的输出端为间隙配合，与第一连接块43底部的两个伸出端为过盈配合，第二直线驱动机构31的输出端位于第一连接块43底部的两个伸出端之间，第二直线驱动机构31为直线驱动电机，直线驱动电机的输出端为直线电机推杆，；

第二直线驱动机构31的输出端、第一连接块43和食指机构1的近指节5形成了一个曲柄滑块机构，当第二直线驱动机构31的输出端往内测缩回时，带动第一连接块43使食指机构1的近指节5向手掌部的掌心内侧做旋转运动，由于各机构的约束，使食指机构1的中指-远指节6绕安装在食指机构1上的第二短销13同时向手掌部的掌心内侧做旋转运动，使食指机构1完成仿人手指的弯曲过程；当第二直线驱动机构31的输出端向外伸长时，会使食指机构1的近指节5和中指-远指节6向远离手掌部的掌心内侧做旋转运动，使食指机构1完成仿人手指的伸直过程，其中，食指机构1的近指节5的弯曲范围为0°至90°。

中指机构2的两个近指节连接耳42与第二连接块44顶部的两个伸出端通过一个短销铰接，该短销与中指机构2的两个近指节连接耳42为间隙配合，与第二连接块44顶部的两个伸出端为过盈配合，第二连接块44顶部的两个伸出端位于中指机构2的两个近指节连接耳42之间；第三直线驱动机构32的输出端与第二连接块44底部的两个伸出端通过一个短销铰接，该短销与第三直线驱动机构32的输出端为间隙配合，与第二连接块44底部的两个伸出端为过盈配合，第三直线驱动机构32的输出端位于第二连接块44底部的两个伸出端之间，第三直线驱动机构32为直线驱动电机，直线驱动电机的输出端为直线电机推杆；

第三直线驱动机构32的输出端、第二连接块44和中指机构2的近指节5形成了一个曲柄滑块机构，当第三直线驱动机构32的输出端往内测缩回时，带动第二连接块44使中指机构1的近指节5向手掌部的掌心内侧做旋转运动，由于各机构的约束，使中指机构2的中指-远指节6绕安装在中指机构2上的第二短销13同时向手掌部的掌心内侧做旋转运动，使中指机构2完成仿人手指的弯曲过程；当第三直线驱动机构32的输出端向外伸长时，会使中指机构2的近指节5和中指-远指节6向远离手掌部的掌心内侧做旋转运动，使中指机构2完成仿人手指的伸直过程，其中，中指机构2的近指节5的弯曲范围为0°至90°。

如图4所示，无名指机构3的两个近指节连接耳42与第三连接块45顶部的两个伸出端铰接，第三连接块45顶部的两个伸出端位于无名指机构3的两个近指节连接耳42之间；

小指机构4的两个近指节连接耳42与第四连接块46顶部的两个伸出端通过销轴41铰接，该销轴41与小指机构4的两个近指节连接耳42为间隙配合，与第四连接块46顶部的两个伸出端为过盈配合，该销轴41同时与第三连接块45底部的两个伸出端铰接，第三连接块45的长度要大于第一连接块43、第二连接块44和第四连接块46的长度，第四连接块46顶部的两个伸出端位于小指机构4的两个近指节连接耳42之间；第四直线驱动机构33的输出端与第四连接块46底部的两个伸出端通过一个短销铰接，该短销与第四直线驱动机构33的输出端为间隙配合，与第四连接块46底部的两个伸出端为过盈配合，第四直线驱动机构33的输出端位于第四连接块46底部的两个伸出端之间，第四直线驱动机构33为直线驱动电机，直线驱动电机的输出端为直线电机推杆。

第四直线驱动机构33的输出端、第四连接块46和小指机构4的近指节5形成了一个曲柄滑块机构，当第四直线驱动机构33的输出端往内测缩回时，带动第四连接块46使小指机构4的近指节5向手掌部的掌心内侧做旋转运动，由于各机构的约束，使小指机构4的中指-远指节6绕安装在小指机构4上的第二短销13同时向手掌部的掌心内侧做旋转运动，使小指机构4完成仿人手指的弯曲过程，与此同时，如图4所示，由于第三连接块45和第四连接块46通过销轴41连接，因此在小指机构4弯曲时，无名指机构3的近指节5和中指-远指节6也会同时向手掌部的掌心内侧做旋转运动，使无名指机构3完成仿人手指的弯曲过程；当第四直线驱动机构33的输出端向外伸长时，会使小指机构4的近指节5和中指-远指节6向远离手掌部的掌心内侧做旋转运动，与此同时，无名指机构3的近指节5和中指-远指节6也向远离手掌部的掌心内侧做旋转运动，使无名指机构3和小指机构4完成仿人手指的伸直过程，如此实现了无名指和小指的协同运动，其中，无名指机构3的近指节5和小指机构4的近指节5的弯曲范围均为0°至90°。

如图11所示，在本发明中的假手感知机构，能够根据云端上位机识别的手势识别结果做出相应的手势动作，使用者将肌电信号采集设备佩戴在使用者前臂，当使用者想要用手做出手势动作，例如想要做出抓取、握拳或者伸直等手势动作时，使用者的前臂肌群会产生相应的肌电信号，肌电信号采集设备会对前臂肌群产生的肌电信号进行采集，云端上位机接收肌电信号采集设备采集的肌电信号，云端上位机内存储有肌电信号数据与手势动作识别结果的映射关系，因此，云端上位机根据肌电信号采集设备采集的肌电信号，以及其内存储的肌电信号数据与手势动作识别结果的映射关系，能够识别出手势动作识别结果，并将手势动作识别结果发送给假手感知机构的印制电路板；

假手感知机构的印制电路板上集成有主控制器模块、驱动模块和数据通信模块，其中，数据通信模块用于接收云端上位机识别的手势动作识别结果，主控制器模块内预存有手势动作识别结果与控制信号的对应关系，并根据数据通信模块接收的手势动作识别结果得到相应的控制信号，并将相应的控制信号发送给驱动模块，驱动模块用于根据主控制器模块发送的控制信号分别控制旋转驱动机构和四个直线驱动机构运动，本发明中，驱动模块包括五个电机驱动单元，五个电机驱动单元分别驱动第一直线驱动机构30、第二直线驱动机构31、第三直线驱动机构32、第四直线驱动机构33和旋转机构运动，使长指部和拇指部做出手势动作。

例如，使用者穿上肌电信号采集设备后，想要用手做出抓取的动作，肌电信号采集设备采集此时的肌电信号并发送给云端上位机，云端上位机根据其内存储的肌电信号数据与手势动作识别结果的映射关系，得到手势动作识别结果为抓取，并将此手势动作识别结果发生给假手感知机构，假手感知机构的主控制器模块根据手势动作识别结果与控制信号的对应关系，发送相应的控制信号给驱动模块，使驱动模块控制旋转驱动机构和四个直线驱动机构运动，最终使得长指部和拇指部做出抓取的手势动作。

主控制器模块可以采用32位ARM架构Cortex-M3内核微处理器，数据通信模块可以采用型号为ESP8266的WiFi模块，电机驱动单元可以采用型号DRV2667的电机驱动单元。

在本发明中，如图9所示，可以在每个长指机构的中指-远指节6内均安装一个触点压力传感器47，在拇指部的拇指远指节20内安装一个触点压力传感器47，每个触点压力传感器47均与主控制器模块通过导线49电连接，如此当采用假手感知机构抓取物体时，能够实时检测出各个长指机构的中指-远指节6受到的压力，以及拇指远指节20受到的压力并反馈给主控制器模块，若长指机构的中指-远指节6或者拇指远指节20受到的压力过大，可以通过主控制器模块发送控制信号给驱动模块，通过驱动模块带动长指机构的中指-远指节6和近指节5，或者拇指部的拇指近指节19和拇指远指节20运动，以减小抓取力，直至检测出的各个长指机构的中指-远指节6受到的压力、以及拇指远指节20受到的压力在合理的范围内，避免中指-远指节6或者拇指远指节20受到的压力过大而产生破损，或者压力过大而对被抓取物产生破坏，触点压力传感器47可以采用HoneywellFSS系列的压力传感器；在本发明中，还可以在每个长指机构的第一连接件8上均安装一个应变测力传感器48，拇指部的第二连接件22上安装一个应变测力传感器48，每个应变测力传感器48均与主控制器模块通过导线49电连接，当做抓取动作时，第一连接件8和第二连接件22也会与被抓取的物体相接触，并产生应变，通过应变测力传感器48能够测得第一连接件8和第二连接件22受到的压力大小，并将测量结果发送给主控制器模块，若应变测力传感器48检测到的压力过大，可以通过主控制器模块发送控制信号给驱动模块，通过驱动模块带动长指机构的中指-远指节6和近指节5，或者拇指部的拇指近指节19和拇指远指节20运动，以减小抓取力，触点压力传感器47和应变测力传感器48作为假手感知机构的传感器模块，最终实现假手感知机构的长指部和拇指部的协同稳定控制，通过安装触点压力传感器47和应变测力传感器48，能使假手感知机构反应各手指的力触觉信息，实现使用者在操作该假手感知机构时的临场感。

本发明中传感器模块还可以包括电流传感模块，电流传感模块集成在印制电路板上，电流传感模块与五个电机驱动单元电连接，用于监测四个直线驱动电机和旋转电机35的电流，电流传感模块还可以与印制电路板上的电源管理模块电连接，用于监测电路总电流；还可以在印制电路板上集成近场通信模块，当假手感知机构靠近同样贴有近场通信芯片的物体时，能在彼此靠近的情况下进行数据交互，例如，可以在需要被抓取的物体上安装近场通信芯片，当假手感知机构与该物体之间的距离在一定范围内时，假手能自动改善手指间状态使假手更容易更快速完成抓握动作。

本发明中的假手感知机构，能够根据云端上位机识别的手势动作识别结果，做出相应的手势动作，该假手感知机构为具有感知功能的仿人型多自由度假手，因此，可以应用到工业领域作为工业机器人、或者作为服务型机器人、或者可以作为假肢来使残疾人做出相应的手势动作，也可应用于危险环境勘察、灾难救援装置和国防装备等需要机械手的领域，相对于现有的假手机构来说，本发明中的假手感知机构能与使用者之间建立交互关系，使用更加灵巧；可以通过3D打印的方式制作该假手感知机构，成本低廉；拇指部不仅能实现弯曲动作，同时还能实现旋转动作，更贴近实际的手部运动，更为灵巧；拇指部通过齿轮啮合机构来实现旋转，能减少拇指部旋转过程中的回差，控制精度更高；长指部与手掌部通过楔形结构的连接方式，使得连接结构更为稳定和紧密；假手感知机构结构简单，装配过方便，既减小了装配复杂度，同时保证了假手感知机构的灵活性。

实施例2

本实施例提供了一种支持云端融合的假手感知***，该支持云端融合的假手感知***包括肌电信号采集设备、云端上位机和实施例1中的假手感知机构；

肌电信号采集设备，用于穿戴在使用者前臂，对使用者的前臂肌群产生的肌电信号进行采集；肌电信号采集设备可以直接在市面上买到，例如，可以采用ThalmicLab公司生产的型号为MYO的肌电信号采集设备；

云端上位机，用于接收肌电信号采集设备采集的肌电信号，并对接收的肌电信号进行处理，得到手势动作识别结果；云端上位机内存储有肌电信号数据与手势动作识别结果的映射关系，因此，云端上位机根据肌电信号采集设备采集的肌电信号以及肌电信号数据与手势动作识别结果的映射关系，能够识别出手势动作识别结果，并将手势动作识别结果发送给假手感知机构的印制电路板；

假手感知机构，用于接收手势动作识别结果，并根据接收到的手势动作识别结果做出手势动作；支持云端融合的假手感知机构内安装有印制电路板，印制电路板上集成有主控制器模块、驱动模块和数据通信模块，其中，数据通信模块用于接收云端上位机识别的手势动作识别结果，主控制器模块内预存有手势动作识别结果与控制信号的对应关系，并根据数据通信模块接收的手势动作识别结果得到相应的控制信号，并将相应的控制信号发送给驱动模块，驱动模块用于根据主控制器模块发送的控制信号，分别控制假手感知机构的旋转驱动机构和四个直线驱动机构运动，使长指部和拇指部做出手势动作。

本实施例中的支持云端融合的假手感知***，通过肌电信号采集设备对使用者的前臂肌群产生的肌电信号进行采集，通过云端上位机识别出手势动作识别结果，如此能够感知使用者的手势动作意图，并通过假手感知机构来做出相应的手势动作，因此，可以应用到工业领域作为工业机器人、或者作为服务型机器人、或者可以作为假肢来使残疾人做出相应的手势动作，也可应用于危险环境勘察、灾难救援装置和国防装备等需要机械手的领域，相对于现有的假手机构来说，该假手感知机构为具有感知功能的仿人型多自由度假手，其能与使用者之间建立交互关系，使用更加灵巧。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：所述支持云端融合的假手感知机构包括长指部、拇指部、四个连接块、手掌部和印制电路板；

长指部包括四个长指机构，分别为食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，每个长指机构均包括近指节、中指-远指节、第一掌指关节座和第一连接件，近指节包括两个相对设置的长指侧板及连接两个长指侧板的长指背板，两个长指侧板与中指-远指节铰接，两个长指侧板还与第一掌指关节座铰接，第一连接件的一端与中指-远指节铰接，另一端与第一掌指关节座铰接，第一连接件和两个长指侧板交叉，每个长指机构的第一掌指关节座均安装在手掌部上；

拇指部包括拇指近指节、拇指远指节、第二掌指关节座和第二连接件，拇指近指节包括两个相对设置的拇指侧板及连接两个拇指侧板的连接板，两个拇指侧板与拇指远指节铰接，两个拇指侧板还与第二掌指关节座铰接，第二连接件的一端与拇指远指节铰接，另一端与第二掌指关节座铰接，第二连接件和两个拇指侧板交叉，第二掌指关节座安装在手掌部上；

每个长指机构的近指节各与一个所述连接块铰接，其中，所述连接块铰接在近指节的两个长指侧板之间，小指机构的两个长指侧板与该两个长指侧板之间的连接块通过一个销轴铰接，该销轴同时与无名指机构的两个长指侧板之间的连接块铰接；

手掌部包括壳体和安装在壳体内的旋转驱动机构和四个直线驱动机构，四个直线驱动机构分别为第一直线驱动机构、第二直线驱动机构、第三直线驱动机构和第四直线驱动机构，第一直线驱动机构的输出端与所述拇指远指节铰接，第二直线驱动机构的输出端与铰接在所述食指机构上的连接块铰接，第三直线驱动机构的输出端与铰接在所述中指机构上的连接块铰接，第四直线驱动机构与铰接在所述小指机构上的连接块铰接，旋转驱动机构的输出端与所述第二掌指关节座固连；

印制电路板安装在所述壳体内，印制电路板上集成有主控制器模块、驱动模块和数据通信模块，数据通信模块用于接收云端上位机识别的手势动作识别结果，主控制器模块用于根据手势动作识别结果发送控制信号给驱动模块，驱动模块用于根据主控制器模块发送的控制信号分别控制旋转驱动机构和四个直线驱动机构运动，使长指部和拇指部做出手势动作。

2.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：每个所述长指机构的中指-远指节均包括一个仿形手指壳，仿形手指壳的左右两侧伸出两个对称的远指节连接耳，两个对称的远指节连接耳上设有两对连接轴孔，接近仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第一对连接轴孔，远离仿形手指壳指肚一侧的一对连接轴孔为第二对连接轴孔；

其中，每个长指机构的第一连接件的一端与该长指机构的第一对连接轴孔通过第一短销铰接，每个长指机构的第一连接件位于该长指机构的两个远指节连接耳之间，每个长指机构的两个长指侧板前端与该长指机构的第二对连接轴孔通过第二短销铰接，每个长指机构的两个长指侧板位于该长指机构的两个远指节连接耳的外侧。

3.根据权利要求2所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：每个所述长指机构的第一掌指关节座均包括基座本体、设置在基座本体顶部的第一对基座连接耳，设置基座本体侧面的第二对基座连接耳，第一对基座连接耳上设有一对连接轴孔，为第三对连接轴孔，第二对基座连接耳上也设有一对连接轴孔，为第四对连接轴孔；

其中，每个长指机构的第一连接件的另一端与该长指机构的第三对连接轴孔通过第三短销铰接，每个长指机构的第一连接件位于该长指机构的第一对基座连接耳之间，每个长指机构的两个长指侧板末端与该长指机构的第四对连接轴孔通过第四短销铰接，每个长指机构的两个长指侧板位于该长指机构的第二对基座连接耳的外侧。

4.根据权利要求3所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：每个所述长指机构的两个长指侧板上各伸出一个近指节连接耳，每个长指侧板上的近指节连接耳均位于该长指侧板的前端和末端之间，四个所述连接块均为H型连接块，四个所述连接块分别为第一连接块、第二连接块、第三连接块和第四连接块；

所述食指机构的两个近指节连接耳与第一连接块顶部的两个伸出端铰接，第一连接块顶部的两个伸出端位于食指机构的两个近指节连接耳之间，所述第二直线驱动机构的输出端与第一连接块底部的两个伸出端铰接，第二直线驱动机构的输出端位于第一连接块底部的两个伸出端之间；

所述中指机构的两个近指节连接耳与第二连接块顶部的两个伸出端铰接，第二连接块顶部的两个伸出端位于中指机构的两个近指节连接耳之间，所述第三直线驱动机构的输出端与第二连接块底部的两个伸出端铰接，第三直线驱动机构的输出端位于第二连接块底部的两个伸出端之间；

所述无名指机构的两个近指节连接耳与第三连接块顶部的两个伸出端铰接，第三连接块顶部的两个伸出端位于无名指机构的两个近指节连接耳之间；

所述小指机构的两个近指节连接耳与第四连接块顶部的两个伸出端通过所述销轴铰接，所述销轴同时与所述第三连接块底部的两个伸出端铰接，第四连接块顶部的两个伸出端位于小指机构的两个近指节连接耳之间，所述第四直线驱动机构的输出端与第四连接块底部的两个伸出端铰接，第四直线驱动机构的输出端位于第四连接块底部的两个伸出端之间。

5.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：所述第一直线驱动机构、所述第二直线驱动机构、所述第三直线驱动机构和所述第四直线驱动机构均为直线电机。

6.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：所述旋转驱动机构包括旋转电机、第一齿轮、第二齿轮和转轴；

旋转电机安装在所述壳体内，旋转电机的输出轴与第一齿轮固连，第一齿轮与第二齿轮啮合，转轴的一端固定在第二齿轮的中心；

所述第二掌指关节座的底部设有两个连接台，所述转轴穿过两个连接台，且能带动所述第二掌指关节座一起转动。

7.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：所述壳体包括手背外壳、掌心外壳和手掌基座；

手掌基座位于手背外壳和掌心外壳之间，掌心外壳扣压在手掌基座的一个侧面，掌心外壳扣压在手掌基座的另一个侧面；

所述印制电路板安装在手掌基座接近手背外壳的侧面，所述旋转驱动机构和所述四个直线驱动机构安装在手掌基座接近掌心外壳的侧面；

手掌基座的顶部设有四个楔形槽，每个所述长指机构的第一掌指关节座对应一个楔形槽，每个所述长指机构的第一掌指关节座底部均设有一个楔形块，每个第一掌指关节座的楔形块安装在与其对应的楔形槽内。

8.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：每个所述长指机构的中指-远指节内均安装一个触点压力传感器，所述拇指部的拇指远指节内安装有一个触点压力传感器，每个所述触点压力传感器均与所述主控制器模块电连接。

9.根据权利要求1所述的支持云端融合的假手感知机构，其特征在于：每个所述长指机构的第一连接件上均安装一个应变测力传感器，所述拇指部的第二连接件上安装有一个应变测力传感器，每个应变测力传感器均与所述主控制器模块电连接。

10.一种支持云端融合的假手感知***，其特征在于，所述支持云端融合的假手感知***包括肌电信号采集设备、云端上位机和权利要求1至9任一项权利要求所述的假手感知机构；

肌电信号采集设备，用于穿戴在使用者前臂，对使用者的前臂肌群产生的肌电信号进行采集；

云端上位机，用于接收肌电信号采集设备采集的肌电信号，并对接收的肌电信号进行处理，得到手势动作识别结果；

假手感知机构，用于接收所述手势动作识别结果，并根据接收到的手势动作识别结果做出手势动作。

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