CN1557268A - 欠驱动自适应假手装置 - Google Patents

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Abstract

欠驱动自适应假手装置，它涉及拟人机械手及残疾人假手的结构。本发明食指(103)、中指(104)、无名指(105)、小指(106)的驱动机构相同，末关节轴(2)设置在中指节左侧板(20)与中指节右侧板(21)之间的上端，中关节连杆轴(5)设置在近指节左侧板(17)与近指节右侧板(18)之间的上端，指尖(22)的下端设在末关节轴(2)上，食指(103)和中指(104)的传动机构相同，大伞齿轮轴(9)设置在指基座(10)上，小伞齿轮(14)固定在电机(12)的输出轴上，大伞齿轮轴套(31)的一端固定有大伞齿轮(15)，大伞齿轮轴套(31)的另一端固定有小直齿轮(33)。本发明具有结构简单，重量轻，体积小，抓取力大，达到完全包络物体，抓握稳定，能够抓取不同形状的物体，抓取的范围广的优点。

Description

欠驱动自适应假手装置
技术领域：本发明涉及拟人机械手及残疾人假手的结构。
背景技术：拟人机器人的重要装置就是机械手。机械手的大小直接关系着机器人操作的精确程度，这是拟人机器人技术领域一直都在研究的课题。公开号为CN1410233A、名称为“具有形状自适应的欠驱动机械手指装置”的发明专利申请，虽然较美国发明专利US5762390及中国发明专利申请CN1365875A有所改进，但其手指装置的体积仍然较大，还不能满足拟人机械手小巧精确、活动灵敏、自适应性强的需要。
发明内容：本发明的目的是研制一种欠驱动自适应假手装置，它具有结构简单、体积小、重量轻、动作可靠、自适应性强的特点。本发明包含拇指101、手掌102、食指103、中指104、无名指105、小指106，拇指101、食指103、中指104、无名指105、小指106依次固定在手掌102上；
a、食指103、中指104、无名指105、小指106的驱动机构相同，由指尖套1、末关节轴2、末关节扭簧3、中指节连杆4、中关节连杆轴5、中关节扭簧6、近指节连杆7、基关节力矩传感器8、近指节下盖板16、近指节左侧板17、近指节右侧板18、中指节下盖板19、中指节左侧板20、中指节右侧板21、指尖22、四号连杆销轴23、三号弹簧挡销24、三号连杆销轴25、二号弹簧挡销26、二号连杆销轴27、一号弹簧挡销28、一号连杆销轴29组成，末关节轴2设置在中指节左侧板20与中指节右侧板21之间的上端，中关节连杆轴5设置在近指节左侧板17与近指节右侧板18之间的上端，指尖22的下端设在末关节轴2上，指尖套1固定在指尖22上，三号弹簧挡销24固定在中指节右侧板21的内侧上端，末关节扭簧3设置在末关节轴2上，一号弹簧挡销28固定在近指节右侧板18的内侧上端，中关节扭簧6设置在中关节连杆轴5上，指尖22的下侧端固定有四号连杆销轴23，中关节连杆轴5的连杆5-1上固定有三号连杆销轴25和二号连杆销轴27，中指节连杆4的一端设在四号连杆销轴23上，中指节连杆4的另一端设在三号连杆销轴25上，近指节连杆7的一端设在二号连杆销轴27上，近指节连杆7的另一端和基关节力矩传感器8的一端同设置在一号连杆销轴29上，二号弹簧挡销26固定在连杆5-1上，中指节下盖板19固定在中指节左侧板20与中指节右侧板21之间的手心一侧上，近指节下盖板16固定在近指节左侧板17和近指节右侧板18之间的手心一侧上。
b、食指103和中指104的传动机构相同，由大伞齿轮轴9、指基座10、电机座11、电机12、指基关节轴13、小伞齿轮14、大伞齿轮15、大直齿轮30、大伞齿轮轴套31、轴销32、小直齿轮33组成；指基座10固定在电机座11的上端，电机12固定在电机座11的下端，大伞齿轮轴9设置在指基座10上，小伞齿轮14固定在电机12的输出轴上，大伞齿轮轴套31的一端固定有大伞齿轮15，大伞齿轮轴套31的另一端固定有小直齿轮33，大伞齿轮轴套31由轴销32将其固定在大伞齿轮轴9上，大伞齿轮15和小伞齿轮14啮合，指基关节轴13设在指基座10的上部，基关节力矩传感器8的另一端和大直齿轮30同固定在指基关节轴13上，大直齿轮30和小直齿轮33啮合。
c、中指104上设有中指主动带轮36和中指主动带轮定位销35，中指主动带轮36由中指主动带轮定位销35将其固定在指基关节轴13的端头上。
d、无名指105和小指106上的传动机构相同，由指从动带轮38、指从动带轮定位销39、一号基关节弹簧支架40、二号指基座41、二号基关节弹簧支架42、二号基关节弹簧支架的定位销45、基关节弹簧46组成；二号指基座41的两翼设在近指节左侧板17和近指节右侧板18两侧的指基关节轴13上，指从动带轮38由指从动带轮定位销39将其固定在指基关节轴13一侧的端头上，一号基关节弹簧支架40替换基关节力矩传感器8，一号连杆销轴29设在一号基关节弹簧支架40上的销轴孔57内，基关节弹簧46设在一号基关节弹簧支架40右侧的指基关节轴13上，二号基关节弹簧支架42设在基关节弹簧46右侧的指基关节轴13上，基关节弹簧46上的右端头设在二号基关节弹簧支架42上的孔洞34内，基关节弹簧46的左端头设在一号基关节弹簧支架40上的孔洞37内，二号基关节弹簧支架42通过二号基关节弹簧支架的定位销45固定在指基关节轴13上。
e、无名指105上设有无名指主动带轮44和无名指主动带轮定位销43，无名指主动带轮44由无名指主动带轮定位销43固定在指基关节轴13另一侧的端头上。
f、中指主动带轮36与无名指105上的指从动带轮38之间设有一号同步带51，无名指主动带轮44与小指106上的指从动带轮38之间设有二号同步带52。
本发明具有结构简单，重量轻，体积小，抓取力大，能够适应物体的形状，达到完全包络物体，抓握稳定，能够抓取不同形状的物体，抓取的范围广的优点。
附图说明：图1是本发明的整体结构示意图，图2是食指103的结构示意图，图3是图2的A向视图，图4是中指104的结构示意图，图5是无名指105的结构示意图，图6是图5的分解结构示意图，图7是小指106的结构示意图，图8是中指、无名指与小指传动关系结构示意图，图9是拇指101的结构示意图。
具体实施方式一：(见图1～图8)本实施方式由拇指101、手掌102、食指103、中指104、无名指105、小指106组成，拇指101、食指103、中指104、无名指105、小指106依次固定在手掌102上；
a、食指103、中指104、无名指105、小指106的驱动机构相同，由指尖套1、末关节轴2、末关节扭簧3、中指节连杆4、中关节连杆轴5、中关节扭簧6、近指节连杆7、基关节力矩传感器8、近指节下盖板16、近指节左侧板17、近指节右侧板18、中指节下盖板19、中指节左侧板20、中指节右侧板21、指尖22、四号连杆销轴23、三号弹簧挡销24、三号连杆销轴25、二号弹簧挡销26、二号连杆销轴27、一号弹簧挡销28、一号连杆销轴29组成，末关节轴2设置在中指节左侧板20与中指节右侧板21之间的上端，中关节连杆轴5设置在近指节左侧板17与近指节右侧板18之间的上端，指尖22的下端设在末关节轴2上，指尖套1固定在指尖22上，三号弹簧挡销24固定在中指节右侧板21的内侧上端，末关节扭簧3设置在末关节轴2上，一号弹簧挡销28固定在近指节右侧板18的内侧上端，中关节扭簧6设置在中关节连杆轴5上，指尖22的下侧端固定有四号连杆销轴23，中关节连杆轴5的连杆5-1上固定有三号连杆销轴25和二号连杆销轴27，中指节连杆4的一端设在四号连杆销轴23上，中指节连杆4的另一端设在三号连杆销轴25上，近指节连杆7的一端设在二号连杆销轴27上，近指节连杆7的另一端和基关节力矩传感器8的一端同设置在一号连杆销轴29上，二号弹簧挡销26固定在连杆5-1上，中指节下盖板19固定在中指节左侧板20与中指节右侧板21之间的手心一侧上，近指节下盖板16固定在近指节左侧板17和近指节右侧板18之间的手心一侧上。
b、食指103和中指104的传动机构相同，由大伞齿轮轴9、指基座10、电机座11、电机12、指基关节轴13、小伞齿轮14、大伞齿轮15、大直齿轮30、大伞齿轮轴套31、轴销32、小直齿轮33组成；指基座10固定在电机座11的上端，电机12固定在电机座11的下端，大伞齿轮轴9设置在指基座10上，小伞齿轮14固定在电机12的输出轴上，大伞齿轮轴套31的一端固定有大伞齿轮15，大伞齿轮轴套31的另一端固定有小直齿轮33，大伞齿轮轴套31由轴销32将其固定在大伞齿轮轴9上，大伞齿轮15和小伞齿轮14啮合，指基关节轴13设在指基座10的上部，基关节力矩传感器8的另一端和大直齿轮30同固定在指基关节轴13上，大直齿轮30和小直齿轮33啮合。
c、中指104上设有中指主动带轮36和中指主动带轮定位销35，中指主动带轮36由中指主动带轮定位销35将其固定在指基关节轴13的端头上。
d、无名指105和小指106上的传动机构相同，由指从动带轮38、指从动带轮定位销39、一号基关节弹簧支架40、二号指基座41、二号基关节弹簧支架42、二号基关节弹簧支架的定位销45、基关节弹簧46组成；二号指基座41的两翼设在近指节左侧板17和近指节右侧板18两侧的指基关节轴13上，指从动带轮38由指从动带轮定位销39将其固定在指基关节轴13一侧的端头上，一号基关节弹簧支架40替换基关节力矩传感器8，一号连杆销轴29设在一号基关节弹簧支架40上的销轴孔57内，基关节弹簧46设在一号基关节弹簧支架40右侧的指基关节轴13上，二号基关节弹簧支架42设在基关节弹簧46右侧的指基关节轴13上，基关节弹簧46上的右端头设在二号基关节弹簧支架42上的孔洞34内，基关节弹簧46的左端头设在一号基关节弹簧支架40上的孔洞37内，二号基关节弹簧支架42通过二号基关节弹簧支架的定位销45固定在指基关节轴13上。
e、无名指105上设有无名指主动带轮44和无名指主动带轮定位销43，无名指主动带轮44由无名指主动带轮定位销43固定在指基关节轴13另一侧的端头上。
f、中指主动带轮36与无名指105上的指从动带轮38之间设有一号同步带51，无名指主动带轮44与小指106上的指从动带轮38之间设有二号同步带52。
(见图9)拇指101比食指103少一个中指节，即近指节连杆7的上端直接设在四号连杆销轴23上，其它组成和连接关系与食指103相同。
具体实施方式二：(见图8)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，在无名指105下端的手掌102上固定有无名指预紧支架53，无名指预紧螺钉54的帽端设在无名指预紧支架53上的通孔59内，无名指预紧螺钉54与无名指105的二号指基座41螺纹连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：(见图8)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，在小指106下端的手掌102上固定有小指预紧支架55，小指预紧螺钉56的帽端设在小指预紧支架55上的通孔60内，小指预紧螺钉56与小指106的二号指基座41螺纹连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：电机输出轴驱动小伞齿轮14转动，小伞齿轮14带动大伞齿轮15运动；大伞齿轮15的运动带动小直齿轮33转动，从而驱动大直齿轮30运动；大直齿轮30的运动带动基关节力矩传感器8运动，由基关节力矩传感器8驱动整个手指的弯曲与伸直。手指的驱动通过两个四连杆机构实现，其中一组四连杆由基关节力矩传感器8、近指节连杆7、中关节连杆轴5、近指节左侧板17和近指节右侧板18组成，另一组四连杆由中关节连杆轴5、中指节连杆4、指尖22、中指节左侧板20和中指节右侧板21构成。当基关节力矩传感器8向前运动时带动整个手指运动，如果手指没有碰到物体，那么整个手指在中关节扭簧6、末关节扭簧3、中关节和末关节机械限位的作用下，保持直指绕单一支点(食指基关节轴13)转动；当近指节下盖板16先接触到物体时，基关节力矩传感器8克服中关节扭簧6扭矩驱动中指节和末指节绕中关节连杆轴5转动，而中指节和末指节保持伸直状态；当中指节下盖板19先接触到物体时，近指节和中指节保持伸直状态，基关节力矩传感器8克服中关节扭簧6和末关节扭簧3的扭矩驱动指尖绕末关节轴2转动；当装在指尖22上的指尖套1先接触物体时，整个手指保持直指进行精确抓取。中指的中指基关节轴13末端装有一个中指主动带轮36，主动带轮36通过中指主动带轮定位销35与中指的基关节轴13固定。主动带轮是用来驱动无名指和小指运动的。无名指弯曲过程：无名指从动带轮38的运动通过无名指基关节轴13带动基关节弹簧支架42转动，基关节弹簧支架42的转动使基关节弹簧46产生一定的扭矩，从而驱动基关节弹簧支架40转动。基关节弹簧支架40驱动整个手指的运动。无名指伸直过程：无名指从动带轮38向相反方向运动，依靠基关节弹簧46产生的扭矩带动整个手指伸直恢复初始状态。当整个手指接触到物体后，停止运动时无名指从动带轮38仍然可以向前转动，它的转动将使基关节弹簧产生扭矩。无名指和小指的运动传动方案：中指通过中指主动带轮36、一号同步带51、无名指从动带轮38将运动传递到无名指基关节，再通过无名指主动带轮44、二号同步带52和小指从动带轮48将运动传递到无名指基关节。当中指运动时，通过两级同步带可以驱动无名指和小指同时运动，即使无名指或小指有一个与物体接触而停止运动，或者两者同时停止运动，中指可以继续运动，直到中指完全包络物体。一号同步带51的预紧通过无名指预紧螺钉54实现，二号同步带52的预紧通过小指预紧螺钉56实现。

Claims (3)

1、欠驱动自适应假手装置，它包含拇指(101)、手掌(102)、食指(103)、中指(104)、无名指(105)、小指(106)，拇指(101)、食指(103)、中指(104)、无名指(105)、小指(106)依次固定在手掌(102)上；其特征在于
a、食指(103)、中指(104)、无名指(105)、小指(106)的驱动机构相同，由指尖套(1)、末关节轴(2)、末关节扭簧(3)、中指节连杆(4)、中关节连杆轴(5)、中关节扭簧(6)、近指节连杆(7)、基关节力矩传感器(8)、近指节下盖板(16)、近指节左侧板(17)、近指节右侧板(18)、中指节下盖板(19)、中指节左侧板(20)、中指节右侧板(21)、指尖(22)、四号连杆销轴(23)、三号弹簧挡销(24)、三号连杆销轴(25)、二号弹簧挡销(26)、二号连杆销轴(27)、一号弹簧挡销(28)、一号连杆销轴(29)组成，末关节轴(2)设置在中指节左侧板(20)与中指节右侧板(21)之间的上端，中关节连杆轴(5)设置在近指节左侧板(17)与近指节右侧板(18)之间的上端，指尖(22)的下端设在末关节轴(2)上，指尖套(1)固定在指尖(22)上，三号弹簧挡销(24)固定在中指节右侧板(21)的内侧上端，末关节扭簧(3)设置在末关节轴(2)上，一号弹簧挡销(28)固定在近指节右侧板(18)的内侧上端，中关节扭簧(6)设置在中关节连杆轴(5)上，指尖(22)的下侧端固定有四号连杆销轴(23)，中关节连杆轴(5)的连杆(5-1)上固定有三号连杆销轴(25)和二号连杆销轴(27)，中指节连杆(4)的一端设在四号连杆销轴(23)上，中指节连杆(4)的另一端设在三号连杆销轴(25)上，近指节连杆(7)的一端设在二号连杆销轴(27)上，近指节连杆(7)的另一端和基关节力矩传感器(8)的一端同设置在一号连杆销轴(29)上，二号弹簧挡销(26)固定在连杆(5-1)上，中指节下盖板(19)固定在中指节左侧板(20)与中指节右侧板(21)之间的手心一侧上，近指节下盖板(16)固定在近指节左侧板(17)和近指节右侧板(18)之间的手心一侧上；
b、食指(103)和中指(104)的传动机构相同，由大伞齿轮轴(9)、指基座(10)、电机座(11)、电机(12)、指基关节轴(13)、小伞齿轮(14)、大伞齿轮(15)、大直齿轮(30)、大伞齿轮轴套(31)、轴销(32)、小直齿轮(33)组成；指基座(10)固定在电机座(11)的上端，电机(12)固定在电机座(11)的下端，大伞齿轮轴(9)设置在指基座(10)上，小伞齿轮(14)固定在电机(12)的输出轴上，大伞齿轮轴套(3 1)的一端固定有大伞齿轮(15)，大伞齿轮轴套(31)的另一端固定有小直齿轮(33)，大伞齿轮轴套(31)由轴销(32)将其固定在大伞齿轮轴(9)上，大伞齿轮(15)和小伞齿轮(14)啮合，指基关节轴(13)设在指基座(10)的上部，基关节力矩传感器(8)的另一端和大直齿轮(30)同固定在指基关节轴(13)上，大直齿轮(30)和小直齿轮(33)啮合；
c、中指(104)上设有中指主动带轮(36)和中指主动带轮定位销(35)，中指主动带轮(36)由中指主动带轮定位销(35)将其固定在指基关节轴(13)的端头上；
d、无名指(105)和小指(106)上的传动机构相同，由指从动带轮(38)、指从动带轮定位销(39)、一号基关节弹簧支架(40)、二号指基座(41)、二号基关节弹簧支架(42)、二号基关节弹簧支架的定位销(45)、基关节弹簧(46)组成；二号指基座(41)的两翼设在近指节左侧板(17)和近指节右侧板(18)两侧的指基关节轴(13)上，指从动带轮(38)由指从动带轮定位销(39)将其固定在指基关节轴(13)一侧的端头上，一号基关节弹簧支架(40)替换基关节力矩传感器(8)，一号连杆销轴(29)设在一号基关节弹簧支架(40)上的销轴孔(57)内，基关节弹簧(46)设在一号基关节弹簧支架(40)右侧的指基关节轴(13)上，二号基关节弹簧支架(42)设在基关节弹簧(46)右侧的指基关节轴(13)上，基关节弹簧(46)上的右端头设在二号基关节弹簧支架(42)上的孔洞(34)内，基关节弹簧(46)的左端头设在一号基关节弹簧支架(40)上的孔洞(37)内，二号基关节弹簧支架(42)通过二号基关节弹簧支架的定位销(45)固定在指基关节轴(13)上；
e、无名指(105)上设有无名指主动带轮(44)和无名指主动带轮定位销(43)，无名指主动带轮(44)由无名指主动带轮定位销(43)固定在指基关节轴(13)另一侧的端头上；
f、中指主动带轮(36)与无名指(105)上的指从动带轮(38)之间设有一号同步带(51)，无名指主动带轮(44)与小指(106)上的指从动带轮(38)之间设有二号同步带(52)。
2、根据权利要求1所述的欠驱动自适应假手装置，其特征在于在无名指(105)下端的手掌(102)上固定有无名指预紧支架(53)，无名指预紧螺钉(54)的帽端设在无名指预紧支架(53)上的通孔(59)内，无名指预紧螺钉(54)与无名指(105)的二号指基座(41)螺纹连接。
3、根据权利要求1所述的欠驱动自适应假手装置，其特征在于在小指(106)下端的手掌(102)上固定有小指预紧支架(55)，小指预紧螺钉(56)的帽端设在小指预紧支架(55)上的通孔(60)内，小指预紧螺钉(56)与小指(106)的二号指基座(41)螺纹连接。
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