RU2769584C1 - Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module - Google Patents

Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module Download PDF

Info

Publication number
RU2769584C1
RU2769584C1 RU2020143210A RU2020143210A RU2769584C1 RU 2769584 C1 RU2769584 C1 RU 2769584C1 RU 2020143210 A RU2020143210 A RU 2020143210A RU 2020143210 A RU2020143210 A RU 2020143210A RU 2769584 C1 RU2769584 C1 RU 2769584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phalanx
exoskeleton
rotation
phalanges
gripping device
Prior art date
Application number
RU2020143210A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Михайлович Серов
Original Assignee
Зиновенко Егор Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зиновенко Егор Владимирович filed Critical Зиновенко Егор Владимирович
Priority to RU2020143210A priority Critical patent/RU2769584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769584C1 publication Critical patent/RU2769584C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of mechanical engineering and can be used in manipulation systems of an active exoskeleton. The manipulation module comprises a gripping apparatus, a rotary assembly, and a receiving shell connected with the gripping apparatus through the rotary assembly and provided with a sleeve in the inner space, installed at a distance from the walls of the shell, located on the inner surface whereof is an air cushion. A control panel for the gripping apparatus and the rotary unit is also installed in the inner space of the receiving shell. The gripping apparatus has three fingers consisting of three phalanges and two hingedly secured rods. The body of the gripping apparatus has three support pads for hinged connection of the fingers and rods with the body.
EFFECT: use of the group of inventions provides a possibility of eliminating the impact of the moved object on the hand of the operator.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для управления пространственным положением объекта и может быть использовано в качестве манипуляционной системы активного экзоскелета-костюма капсульного типа.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to devices for controlling the spatial position of an object and can be used as a manipulation system for an active exoskeleton suit of a capsule type.

Известно решение RU 2645804 С1 «Бионический экзоскелет», МПК B25J 11/00, содержащее каркас, расположенные в нем нити интерметаллида с памятью формы с прямой первоначальной формой и с Г-образной первоначальной формой и генератор электрического тока, соединенный с данными нитями. Генератор электрического тока содержит преобразователи механического движения в электрический ток, выполненные в виде неподвижного электрода, расположенного со стороны внешней поверхности каркаса экзоскелета, и подвижного электрода, рабочие поверхности электродов обращены друг к другу и выполнены из материалов, имеющих различную электронную проводимость, нити интерметаллида с памятью формы размещены в гибкой теплоэлектроизолирующей оболочке.Known is the solution RU 2645804 C1 "Bionic exoskeleton", IPC B25J 11/00, containing a frame, intermetallic threads located in it with shape memory with a straight initial shape and with an L-shaped initial shape and an electric current generator connected to these threads. The electric current generator contains converters of mechanical motion into electric current, made in the form of a fixed electrode located on the side of the outer surface of the exoskeleton frame, and a movable electrode, the working surfaces of the electrodes face each other and are made of materials having different electronic conductivity, intermetallic filaments with memory the molds are placed in a flexible heat and electrically insulating shell.

Недостатком этого технического решения является незащищенность кисти руки оператора от воздействия перемещаемого в пространстве объекта (RU 2645804 С1, http://new.fips.ru).The disadvantage of this technical solution is the vulnerability of the operator's hand from the impact of an object moved in space (RU 2645804 C1, http://new.fips.ru).

Известно решение RU 2665386 С1 «Пассивный реабилитационный экзоскелет», МПК А61Н 3/00, содержащее каркас с элементами крепления к туловищу, две пары тазобедренных и голеностопных рычагов, выполненных в форме пространственных оболочек, подвижно соединенных между собой и свободным концом тазобедренного рычага с каркасом, модули плечевого сустава, плеча, предплечья, запястья и кистей, соединенных шарнирно между собой и свободным концом модуля плечевого сустава с каркасом. Модули предплечья выполнены в виде двух прямых стержней, имеющих элементы пространственных шарниров на концах. Модуль запястья выполнен в виде пластины, изогнутой по форме запястья человека с элементами пространственных шарниров и соединенной подшипниками вращения с боковой плоскостью кисти через короткий запястный рычаг, выполненный в виде пластины, согнутой по форме боковой поверхности запястья. Кисть выполнена в виде пластины, имеющей форму криволинейной трапеции, с длинной стороны которой располагаются дугообразные прорези под суставы проксимальных фаланг человека, а ее профиль изогнут по форме человеческого запястья. Сверху пластины расположена площадка для крепления корпуса сервопривода, реализующего возвратно поступательные движения соединенного с ним подшипником вращения рычага сервопривода, представляющего собой металлическую закругленную с обеих сторон пластину с отверстиями на концах, свободным концом соединенного с осью вращения проксимальных фаланг. Ось вращения проксимальных фаланг выполнена в виде стержня в форме дуги, изогнутой по форме запястья человека, имеющей соединение с элементами проксимальных фаланг через подвижные подшипники. Элементы проксимальных фаланг выполнены в виде пластин в форме разомкнутых трубок, имеющих закругленное удлинение и изогнутых по форме проксимальных фаланг человека, соединенных подшипниками вращения со средними фалангами. Средние фаланги выполнены пластинчатыми в форме разомкнутых трубок, изогнутых по форме средних фаланг человека.Known solution RU 2665386 C1 "Passive rehabilitation exoskeleton", MPK A61H 3/00, containing a frame with fastening elements to the body, two pairs of hip and ankle levers, made in the form of spatial shells, movably connected to each other and the free end of the hip lever with the frame, modules of the shoulder joint, shoulder, forearm, wrist and hands, hinged between themselves and the free end of the shoulder joint module with the frame. The forearm modules are made in the form of two straight rods having elements of spatial hinges at the ends. The wrist module is made in the form of a plate bent in the shape of a human wrist with elements of spatial hinges and connected by rotation bearings to the lateral plane of the hand through a short carpal lever made in the form of a plate bent in the shape of the lateral surface of the wrist. The hand is made in the form of a plate having the shape of a curvilinear trapezoid, on the long side of which there are arcuate slots for the joints of the human proximal phalanges, and its profile is curved in the shape of a human wrist. Above the plate there is a platform for fastening the body of the servo drive, which implements reciprocating movements of the servo lever connected to it by a rotation bearing, which is a metal plate rounded on both sides with holes at the ends, the free end connected to the axis of rotation of the proximal phalanges. The axis of rotation of the proximal phalanges is made in the form of a rod in the form of an arc, bent in the shape of a human wrist, connected to the elements of the proximal phalanges through movable bearings. The elements of the proximal phalanges are made in the form of plates in the form of open tubes having a rounded elongation and bent in shape of the human proximal phalanges connected by rotation bearings to the middle phalanges. The middle phalanges are made lamellar in the form of open tubes, curved in the shape of human middle phalanges.

Недостатком этого технического решения является незащищенность кисти руки оператора от воздействия перемещаемого в пространстве объекта (RU 2665386 С1, http://new.fips.ru).The disadvantage of this technical solution is the vulnerability of the operator's hand from the impact of an object moved in space (RU 2665386 C1, http://new.fips.ru).

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому объекту является решение RU 2717046 С1 «Перчатка - экзоскелет с линейными актуаторами», МПК B25J 9/12, А61Н 1/02, содержащее линейные актуаторы по количеству пальцев на руке, модуль управления, который является источником питания моторов и управления направлением их вращения, ремни, кольца и напальчники для крепления перчатки на конечности и соединительные элементы для механической связи моторов с кольцами и напальчниками. Соединительные элементы являются гибкими штоками, выполненными в виде скрученных нитей, которые одними концами закреплены на валах моторов, размещенных на большом браслете, пропущены через сквозные отверстия в малом браслете и через проушины колец с обеспечением продольного расположения нитей вдоль предплечья и жесткого прикрепления их другими концами к напальчникам. Большой и малый браслеты выполнены с возможностью их крепления на предплечье с помощью ремней и соединены жесткой сцепкой, длина которой соответствует индивидуальному размеру предплечья.Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed object is the solution RU 2717046 C1 "Glove - exoskeleton with linear actuators", IPC B25J 9/12, A61H 1/02, containing linear actuators according to the number of fingers on the hand, a control module , which is the power source of the motors and controls the direction of their rotation, belts, rings and fingertips for attaching the glove to the limbs and connecting elements for the mechanical connection of motors with rings and fingertips. The connecting elements are flexible rods made in the form of twisted threads, which are fixed at one end to the motor shafts placed on a large bracelet, passed through through holes in the small bracelet and through the lugs of the rings, ensuring a longitudinal arrangement of the threads along the forearm and rigidly attaching them to the other ends to fingertips. The large and small bracelets are made with the possibility of their fastening on the forearm with the help of straps and are connected by a rigid hitch, the length of which corresponds to the individual size of the forearm.

Недостатком этого технического решения является незащищенность кисти руки оператора от воздействия перемещаемого в пространстве объекта (RU 2717046 С1, http://new.fips.ru).The disadvantage of this technical solution is the vulnerability of the operator's hand from the impact of an object moved in space (RU 2717046 C1, http://new.fips.ru).

Задача, на которую направлено заявленное решение, это создание конструкции манипуляционного модуля экзоскелета с адаптивным захватным устройством, имеющим сферическую систему координат, которая исключает воздействие перемещаемого в пространстве объекта на кисть руки оператора.The task to which the claimed solution is directed is the creation of a design for the exoskeleton manipulation module with an adaptive gripping device having a spherical coordinate system, which excludes the impact of an object moved in space on the operator's hand.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Поставленная задача решается за счет того, что захватное устройство (1) фиг. 2 манипуляционного модуля экзоскелета имеет три пальца (8), которые состоят из трех фаланг (9), (17), (23) и двух тяг (32), (34) шарнирно закрепленных между собой так, что оси вращения шарнирных соединений расположены параллельно друг другу. Первые фаланги (9) пальцев (8) и тяги (32) подвижно закреплены на опорных площадках (3) корпуса (2) захватного устройства (1). Две опорные площадки (3) расположены с одного края корпуса (2), а другая установлена с противоположного края корпуса (2) между двумя противоположно расположенными опорными площадками (3). Две опорные площадки (3), которые расположены с одного края, имеют возможность вращения вокруг оси направленной перпендикулярно к опорной площадке (3). Такое исполнение позволяет пальцам (8) адаптироваться к форме и размерам захватываемого объекта. Захватное устройство (1) фиг. 1 соединено с поворотным узлом (37), который имеет возможность вращения вокруг продольной оси и возможность вращения вокруг поперечной оси, что позволяет захватному устройству (1) перемещаться в пределах рабочей зоны имеющей форму сферы. Поворотный узел (37) соединен с приемной гильзой (38), которая имеет в своем внутреннем пространстве рукав (39) по внутренней поверхности которого выполнена воздушная подушка (40), а также панель управления (41) для управления захватным устройством (1) и поворотным узлом (37). Наличие приемной гильзы (38) в конструкции манипуляционного модуля экзоскелета, для размещения в ней руки оператора, и захватного устройства (1) позволяет исключить влияние перемещаемого в пространстве объекта на кисть руки оператора.The task is solved due to the fact that the gripping device (1) of FIG. 2 of the manipulation module of the exoskeleton has three fingers (8), which consist of three phalanges (9), (17), (23) and two rods (32), (34) hinged to each other so that the axes of rotation of the hinge joints are parallel each other. The first phalanxes (9) of the fingers (8) and the rod (32) are movably fixed on the support platforms (3) of the body (2) of the gripping device (1). Two support platforms (3) are located at one end of the body (2), and the other one is installed at the opposite edge of the body (2) between two oppositely located support platforms (3). Two support platforms (3), which are located at one end, have the ability to rotate around an axis directed perpendicular to the support platform (3). This design allows the fingers (8) to adapt to the shape and size of the captured object. The gripping device (1) of FIG. 1 is connected to a swivel assembly (37) which is rotatable about a longitudinal axis and rotatable about a transverse axis, which allows the gripping device (1) to move within the sphere-shaped working area. The rotary assembly (37) is connected to the receiving sleeve (38), which has in its inner space a sleeve (39) on the inner surface of which an air cushion (40) is made, as well as a control panel (41) for controlling the gripping device (1) and the rotary node (37). The presence of a receiving sleeve (38) in the design of the manipulation module of the exoskeleton, for placing the operator's hand in it, and a gripping device (1) makes it possible to exclude the influence of an object moved in space on the operator's hand.

Манипуляционный модуль экзоскелета содержит захватное устройство (1) фиг. 1, поворотный узел (37), приемную гильзу (38).The manipulation module of the exoskeleton contains a gripping device (1) of FIG. 1, swivel assembly (37), sleeve (38).

Захватное устройство (1) фиг. 2 имеет три пальца (8). Каждый палец (8) состоит из трех фаланг, которые могут поворачиваться относительно друг друга за счет шарнирных соединений, оси вращения которых расположены параллельно друг другу. Первые фаланги (9) пальцев (8) шарнирно соединены с опорной площадкой (3) корпуса (2) захватного устройства (1). С одного конца на поперечной грани первая фаланга (9) имеет паз (10) через противоположные стенки которого проходит ось вращения шарнирного соединения первой (9) и второй (17) фаланг пальца (8). Паз (10) имеет ограничитель (11) закрепленный на противоположных стенках паза (10), что позволяет внутренней поверхности (21) второй фаланги (17) в ее крайнем положении находиться параллельно относительно внутренней поверхности (12) первой фаланги (9). Вторая фаланга (17) пальца (8) относительно первой фаланги (9) расположена так, что ось вращения шарнирного соединения первой (9) и второй (17) фаланг пальца (8) размещена на расстоянии от поперечной грани второй фаланги (17), обеспечивая свободное вхождение части второй фаланги (17) в паз (10) первой фаланги (9). Поперечная грань второй фаланги (17) входящая в паз (10) первой фаланги (9) имеет паз (18) через противоположные стенки которого проходит ось вращения шарнирного соединения второй фаланги (17) пальца (8) и тяги (32). Одним концом тяга (32) с помощью подвижного соединения закреплена на опорной площадке (3) корпуса (2) захватного устройства (1), а другим концом входит в паз (18) второй фаланги (17) через противоположные стенки которого проходит ось вращения шарнирного соединения второй фаланги (17) пальца (8) и тяги (32. Тяга (32) имеет возможность вращения в пазу (18) относительно оси вращения шарнирного соединения второй фаланги (17) пальца (8) и тяги (32). Тяга (32) содержит выступ (33) выполненный с возможностью соединения со штоком (36) гидроцилиндра (35) привода движения тяги (32). Третья фаланга (23) пальца (8) с одного конца на поперечной грани имеет паз (24) через противоположные стенки которого проходит ось вращения шарнирного соединения третьей (23) и второй (17) фаланг пальца (8). Напротив паза (24) третьей фаланги (23) вторая фаланга (17) пальца (8) имеет ограничитель (25), что позволяет внутренней поверхности (26) третьей фаланги (23) в ее крайнем положении находиться параллельно относительно внутренней поверхности (21) второй фаланги (17). Третья фаланга (23) на внутренней поверхности (26) имеет тактильный датчик (29). В паз (24) третьей фаланги (23) свободно входит часть второй фаланги (17), которая закреплена в пазу (24) третьей фаланги (23) с помощью шарнирного соединения, ось вращения которого проходит через противоположные стенки паза (24). Третья (23) и первая (9) фаланги пальца (8) соединены между собой тягой (34), которая закреплена на их боковых поверхностях (28), (14) с помощью шарнирного соединения. Тяга (34) имеет полукруглую форму, что позволяет исключить соприкосновение тяги (34) с захваченным пальцами (8) объектом. Внешние поверхности (13), (19), (27) первой (9), второй (17), третьей (23) фаланг пальца (8) имеют канал (15), (20), (30) для укладки электротехнических изделий. Внутренние поверхности (12), (21), (26) первой (9), второй (17), третьей (23) фаланг пальца (8) имеют накладки (16), (22), (31) для повышения несущей способности пальца (8) за счет увеличения коэффициента трения поверхности. Выступ (33) тяги (32) с помощью шарнирного соединения соединен со штоком (36) гидроцилиндра (35). Гидроцилиндр (35) зафиксирован на боковой поверхности (6) корпуса (2) захватного устройства (1) со стороны опорной площадки (3) с помощью шарнирного крепления (4).The gripping device (1) of FIG. 2 has three fingers (8). Each pin (8) consists of three phalanges, which can be rotated relative to each other due to articulated joints, the rotation axes of which are parallel to each other. The first phalanges (9) of the fingers (8) are pivotally connected to the support platform (3) of the body (2) of the gripping device (1). From one end on the transverse face, the first phalanx (9) has a groove (10) through the opposite walls of which the axis of rotation of the hinge joint of the first (9) and second (17) phalanxes of the pin (8) passes. The groove (10) has a limiter (11) fixed on the opposite walls of the groove (10), which allows the inner surface (21) of the second phalanx (17) in its extreme position to be parallel to the inner surface (12) of the first phalanx (9). The second phalanx (17) of the finger (8) relative to the first phalanx (9) is located so that the axis of rotation of the hinge joint of the first (9) and second (17) phalanges of the finger (8) is placed at a distance from the transverse face of the second phalanx (17), providing free entry of a part of the second phalanx (17) into the groove (10) of the first phalanx (9). The transverse face of the second phalanx (17) included in the groove (10) of the first phalanx (9) has a groove (18) through the opposite walls of which the axis of rotation of the hinge joint of the second phalanx (17) of the pin (8) and the rod (32) passes. At one end, the rod (32) is fixed on the support platform (3) of the body (2) of the gripping device (1) by means of a movable joint, and at the other end it enters the groove (18) of the second phalanx (17) through the opposite walls of which the axis of rotation of the swivel passes the second phalanx (17) of the pin (8) and the rod (32. The rod (32) can rotate in the groove (18) relative to the axis of rotation of the hinge joint of the second phalanx (17) of the pin (8) and the rod (32). The rod (32) contains a protrusion (33) made with the possibility of connection with the rod (36) of the hydraulic cylinder (35) of the traction drive (32). axis of rotation of the swivel joint of the third (23) and second (17) phalanges of the finger (8) Opposite the groove (24) of the third phalanx (23), the second phalanx (17) of the finger (8) has a limiter (25), which allows the inner surface (26) ) of the third phalanx (23) in its extreme position be parallel to relative to the inner surface (21) of the second phalanx (17). The third phalanx (23) on the inner surface (26) has a tactile sensor (29). The groove (24) of the third phalanx (23) freely includes a part of the second phalanx (17), which is fixed in the groove (24) of the third phalanx (23) by means of a swivel, the axis of rotation of which passes through the opposite walls of the groove (24). The third (23) and first (9) phalanges of the finger (8) are interconnected by a rod (34), which is fixed on their side surfaces (28), (14) by means of a swivel joint. The rod (34) has a semicircular shape, which makes it possible to exclude the contact of the rod (34) with the object captured by the fingers (8). External surfaces (13), (19), (27) of the first (9), second (17), third (23) phalanges of the finger (8) have a channel (15), (20), (30) for laying electrical products. The inner surfaces (12), (21), (26) of the first (9), second (17), third (23) phalanges of the finger (8) have pads (16), (22), (31) to increase the bearing capacity of the finger (8) by increasing the friction coefficient of the surface. The lug (33) of the link (32) is connected to the rod (36) of the hydraulic cylinder (35) by means of a swivel joint. The hydraulic cylinder (35) is fixed on the side surface (6) of the housing (2) of the gripping device (1) from the side of the support platform (3) using a hinged fastening (4).

Корпус (2) фиг. 2 захватного устройства (1) имеет три опорные площадки (3) для шарнирного соединения пальцев (8) и тяг (32) с корпусом (2), две из которых расположены с одного края корпуса (2), а другая установлена с противоположного края корпуса (2) между двумя противоположно расположенными опорными площадками (3). Две опорные площадки (3), которые расположены с одного края, имеют возможность вращения вокруг оси направленной перпендикулярно к опорной площадке (3). Такое исполнение позволяет пальцам (8) адаптироваться к форме и размерам захватываемого объекта. Приводы поворота опорных площадок (3) расположены в корпусе (2) захватного устройства (1). На внешней поверхности (5) корпуса (2) установлен дальномер (7) или локатор. Со стороны опорных площадок (3) боковые поверхности (6) корпуса (2) имеют крепление (4) для гидроцилиндра (35). Крепление (4) для гидроцилиндра (35) соединено с боковой поверхностью (6) корпуса (2) с помощью шарнирного соединения, что позволяет креплению (4) поворачиваться вокруг оси вращения шарнирного соединения. Захватное устройство (1) фиг. 1 соединено с поворотным узлом (37).Housing (2) of Fig. 2 gripping device (1) has three support pads (3) for pivoting pins (8) and rods (32) with the body (2), two of which are located on one edge of the body (2), and the other is installed on the opposite edge of the body (2) between two opposite support pads (3). Two support platforms (3), which are located at one end, have the ability to rotate around an axis directed perpendicular to the support platform (3). This design allows the fingers (8) to adapt to the shape and size of the captured object. Drives for turning the support platforms (3) are located in the body (2) of the gripping device (1). A range finder (7) or a locator is installed on the outer surface (5) of the body (2). On the side of the bearing platforms (3), the side surfaces (6) of the body (2) have a fastening (4) for the hydraulic cylinder (35). The mount (4) for the hydraulic cylinder (35) is connected to the side surface (6) of the body (2) by means of a swivel, which allows the mount (4) to rotate around the axis of rotation of the swivel. The gripping device (1) of FIG. 1 is connected to the swivel assembly (37).

Поворотный узел (37) фиг. 1 имеет две вращательные степени свободы, а именно вращение вокруг его продольной оси и вращение вокруг поперечной оси. Такое исполнение позволяет захватному устройству (1) перемещаться в пределах рабочей зоны имеющей форму сферы. Элементы, сообщающие вращательное движение поворотному узлу (37), находятся внутри корпуса поворотного узла (37). С одного конца поворотный узел (37) соединен с захватным устройством (1), с другого конца с приемной гильзой (38).Swivel assembly (37) of FIG. 1 has two rotational degrees of freedom, namely rotation about its longitudinal axis and rotation about its transverse axis. This design allows the gripping device (1) to move within the working area having the shape of a sphere. The elements imparting rotational motion to the swivel assembly (37) are located inside the body of the swivel assembly (37). At one end, the rotary assembly (37) is connected to the gripping device (1), from the other end, to the receiving sleeve (38).

Приемная гильза (38) фиг. 1 представляет собой связующее звено между рукой человека и захватным устройством (1). Во внутреннем конструкционном пространстве приемной гильзы (38) на расстоянии от ее стенок с помощью стержней (42), один конец которых сопрягается со стенкой приемной гильзы (38), другой со стенкой рукава (39), установлен рукав (39) для размещения в нем предплечья оператора. По всей внутренней поверхности рукава (39) выполнена воздушная подушка (40), что способствует плотному обхвату предплечья оператора. Приемная гильза (38) во внутреннем конструкционном пространстве имеет панель управления (41), расположенную между рукавом (39) и поперечной гранью приемной гильзы (38), которая соединена с поворотным узлом (37). Панель управления (41) имеет устройства для управления захватным устройством (1) и поворотным узлом (37).The receiving sleeve (38) of FIG. 1 represents the connecting link between the human hand and the gripping device (1). In the internal structural space of the receiving sleeve (38) at a distance from its walls with the help of rods (42), one end of which is mated with the wall of the receiving sleeve (38), the other with the wall of the sleeve (39), a sleeve (39) is installed to be placed in it operator's forearms. An air cushion (40) is made along the entire inner surface of the sleeve (39), which contributes to a tight grip on the operator's forearm. The receiving sleeve (38) in the internal structural space has a control panel (41) located between the sleeve (39) and the transverse face of the receiving sleeve (38), which is connected to the rotary assembly (37). The control panel (41) has devices for controlling the gripper (1) and the swivel assembly (37).

Технический результат заключается в создании конструкции манипуляционного модуля экзоскелета с адаптивным захватным устройством, имеющим сферическую систему координат, которая исключает воздействие перемещаемого в пространстве объекта на кисть руки оператора за счет того, что захватное устройство манипуляционного модуля экзоскелета имеет три пальца, которые состоят из трех фаланг и двух тяг, шарнирно закрепленных между собой так, что оси вращения шарнирных соединений расположены параллельно друг другу. Первые фаланги пальцев и тяги подвижно закреплены на опорных площадках корпуса захватного устройства. Две опорные площадки расположены с одного края корпуса, а другая установлена с противоположного края корпуса между двумя противоположно расположенными опорными площадками. Две опорные площадки, которые расположены с одного края, имеют возможность вращения вокруг оси направленной перпендикулярно к опорной площадке, что позволяет пальцам адаптироваться к форме и размерам захватываемого объекта. Захватное устройство соединено с поворотным узлом, который имеет возможность вращения вокруг продольной оси и возможность вращения вокруг поперечной оси, что позволяет захватному устройству перемещаться в пределах рабочей зоны имеющей форму сферы. Поворотный узел соединен с приемной гильзой, которая имеет в своем внутреннем пространстве рукав, по внутренней поверхности которого выполнена воздушная подушка, а также панель управления для управления захватным устройством и поворотным узлом. Наличие приемной гильзы в конструкции манипуляционного модуля экзоскелета, для размещения в ней руки оператора, и захватного устройства позволяет исключить влияние перемещаемого в пространстве объекта на кисть руки оператора.The technical result consists in creating a design of the exoskeleton manipulation module with an adaptive gripping device having a spherical coordinate system, which excludes the impact of an object moved in space on the operator's hand due to the fact that the gripping device of the exoskeleton manipulation module has three fingers, which consist of three phalanges and two rods hinged to each other so that the axes of rotation of the hinged joints are parallel to each other. The first phalanxes of the fingers and the rods are movably fixed on the support pads of the gripper body. Two support platforms are located at one end of the body, and the other is installed at the opposite edge of the body between two oppositely located support platforms. Two support pads, which are located on the same edge, have the ability to rotate around an axis directed perpendicular to the support pad, which allows the fingers to adapt to the shape and size of the captured object. The gripper is connected to a swivel assembly which is rotatable about a longitudinal axis and rotatable about a transverse axis, which allows the gripper to move within the sphere-shaped working area. The swivel assembly is connected to the receiving sleeve, which has in its inner space a sleeve, on the inner surface of which an air cushion is made, as well as a control panel for controlling the gripping device and the swivel assembly. The presence of a receiving sleeve in the design of the manipulation module of the exoskeleton, to accommodate the operator's hand, and a gripping device makes it possible to exclude the influence of an object moved in space on the operator's hand.

Краткое описание чертежей:Brief description of drawings:

на фиг. 1 - схематичное изображение манипуляционного модуля экзоскелета, Изометрический вид;in fig. 1 - schematic representation of the manipulation module of the exoskeleton, isometric view;

на фиг. 2 - схематичное изображение захватного устройства манипуляционного модуля экзоскелета. Изометрический вид;in fig. 2 is a schematic representation of the gripping device of the manipulation module of the exoskeleton. Isometric view;

на фиг. 3 - схематичное изображение пальца захватного устройства манипуляционного модуля экзоскелета. Изометрический вид.in fig. 3 is a schematic representation of the gripper finger of the manipulation module of the exoskeleton. Isometric view.

Краткое описание конструктивных элементов:Brief description of structural elements:

1 - захватное устройство;1 - gripping device;

2 - корпус;2 - body;

3 - опорная площадка;3 - support platform;

4 - крепление;4 - mount;

5 - внешняя поверхность;5 - outer surface;

6 - боковая поверхность;6 - side surface;

7 - дальномер;7 - rangefinder;

8 - палец;8 - finger;

9 - первая фаланга;9 - the first phalanx;

10 - паз;10 - groove;

11 - ограничитель;11 - limiter;

12 - внутренняя поверхность первой фаланги;12 - inner surface of the first phalanx;

13 - внешняя поверхность первой фаланги;13 - outer surface of the first phalanx;

14 - боковая поверхность первой фаланги;14 - lateral surface of the first phalanx;

15 - канал;15 - channel;

16 - накладка;16 - overlay;

17 - вторая фаланга;17 - second phalanx;

18 - паз;18 - groove;

19 - внешняя поверхность второй фаланги;19 - outer surface of the second phalanx;

20 - канал;20 - channel;

21 - внутренняя поверхность второй фаланги;21 - inner surface of the second phalanx;

22 - накладка;22 - overlay;

23 - третья фаланга;23 - third phalanx;

24 - паз;24 - groove;

25 - ограничитель;25 - limiter;

26 - внутренняя поверхность третьей фаланги;26 - the inner surface of the third phalanx;

27 - внешняя поверхность третьей фаланги;27 - outer surface of the third phalanx;

28 - боковая поверхность третьей фаланги;28 - lateral surface of the third phalanx;

29 - тактильный датчик;29 - tactile sensor;

30 - канал;30 - channel;

31 - накладка;31 - overlay;

32 - тяга;32 - thrust;

33 - выступ;33 - ledge;

34 - тяга;34 - thrust;

35 - гидроцилиндр;35 - hydraulic cylinder;

36 - шток;36 - stock;

37 - поворотный узел;37 - rotary assembly;

38 - приемная гильза;38 - receiving sleeve;

39 - рукав;39 - sleeve;

40 - воздушная подушка;40 - air cushion;

41 - панель управления;41 - control panel;

42 - стержень.42 - rod.

Осуществление заявленного решения:Implementation of the stated solution:

Заявленное решение работает следующим образом.The claimed solution works as follows.

Манипуляционный модуль экзоскелета устанавливают на верхние конечности экзоскелета. Оператор размещает руку в приемной гильзе (38) фиг. 1 таким образом, чтобы кисть руки была над панелью управления (41), а в рукаве (39) располагалось предплечье. После установки руки в приемной гильзе (38), оператор активирует с помощью панели управления (41) воздушную подушку (40) для фиксации предплечья в рукаве (39).The manipulation module of the exoskeleton is installed on the upper limbs of the exoskeleton. The operator places his hand in the receiving sleeve (38) of FIG. 1 so that the hand is above the control panel (41) and the forearm is located in the sleeve (39). After placing the hand in the sleeve (38), the operator activates the air bag (40) using the control panel (41) to fix the forearm in the sleeve (39).

Для схвата объекта с помощью команд с панели управления (41) фиг. 1 активируют гидравлический привод пальцев (8) фиг. 2 захватного устройства (1). Шток (36) гидроцилиндра (35) начинает движение вниз, тем самым приводя тягу (32) в движение, которая заставляет вторую фалангу (17) поворачиваться вокруг оси шарнирного соединения первой (9) и второй (17) фаланг пальца (8) во внутреннюю сторону, а первую фалангу (9) поворачиваться вокруг оси шарнирного соединения первой (9) фаланги и опорной площадки (3) во внешнюю сторону. При движении во внешнюю сторону первой фаланги (9) тяга (34) закрепленная на боковых поверхностях первой (9) и третьей (23) фаланг пальца (8) заставляет третью фалангу (23) поворачиваться вокруг оси шарнирного соединения второй (17) и третьей (23) фаланг во внутреннюю сторону захватывая объект. При захвате объекта небольшого размера с помощью команд с панели управления (41) поворачивают опорные площадки (3) двух пальцев (8) расположенных с одной стороны корпуса (2) захватного устройства (1).To grasp an object using commands from the control panel (41) of FIG. 1 activate the hydraulic drive of the pins (8) of FIG. 2 grippers (1). The rod (36) of the hydraulic cylinder (35) begins to move downward, thereby setting the rod (32) in motion, which causes the second phalanx (17) to rotate around the axis of the swivel joint of the first (9) and second (17) phalanges of the pin (8) into the inner side, and the first phalanx (9) to rotate around the axis of the hinged connection of the first (9) phalanx and the support platform (3) to the outside. When moving to the outer side of the first phalanx (9), the rod (34) fixed on the side surfaces of the first (9) and third (23) phalanges of the finger (8) causes the third phalanx (23) to rotate around the axis of the swivel joint of the second (17) and third ( 23) phalanges to the inside, capturing the object. When capturing a small object, using commands from the control panel (41), the support pads (3) of two fingers (8) located on one side of the body (2) of the gripping device (1) are rotated.

Для управления пространственным положением объекта с помощью команд с панели управления (41) фиг. 1 активируют элементы привода, сообщающие вращательное движение поворотному узлу (37), что приводит к перемещению захватного устройства (1) в рабочем пространстве.To control the spatial position of the object using commands from the control panel (41) of Fig. 1, the drive elements are activated, imparting a rotational movement to the rotary assembly (37), which leads to the movement of the gripping device (1) in the working space.

Claims (3)

1. Палец захватного устройства манипуляционного модуля экзоскелета, содержащий три фаланги, шарнирно соединенные между собой с возможностью вращения относительно параллельных друг другу осей вращения, отличающийся тем, что с одного конца на поперечной грани первая фаланга имеет паз, на противоположных стенках которого закреплены ось вращения шарнирного соединения первой и второй фаланг и ограничитель с возможностью обеспечения расположения внутренней поверхности второй фаланги в ее крайнем положении параллельно внутренней поверхности первой фаланги, причем ось вращения шарнирного соединения первой и второй фаланг расположена на расстоянии от поперечной грани второй фаланги, обеспечивающем свободное вхождение части второй фаланги в паз первой фаланги, при этом с одного конца на поперечной грани третья фаланга имеет паз, на противоположных стенках которого закреплена ось вращения шарнирного соединения третьей и второй фаланг, а напротив упомянутого паза третьей фаланги вторая фаланга имеет ограничитель с возможностью обеспечения расположения внутренней поверхности третьей фаланги в ее крайнем положении параллельно внутренней поверхности второй фаланги, причем поперечная грань второй фаланги, входящая в паз первой фаланги, имеет паз, в котором одним концом с возможностью вращения закреплена тяга, имеющая выступ, выполненный с возможностью соединения со штоком гидроцилиндра привода движения тяги, первая и третья фаланги соединены между собой тягой, которая имеет полукруглую форму и шарнирно закреплена на их боковых поверхностях, а на внешних поверхностях первой, второй и третьей фаланг имеется канал для укладки электротехнических изделий.1. The finger of the gripping device of the manipulation module of the exoskeleton, containing three phalanges, hinged to each other with the possibility of rotation relative to each other axes of rotation parallel to each other, characterized in that at one end on the transverse face the first phalanx has a groove, on the opposite walls of which the axis of rotation of the articulated connection of the first and second phalanges and a limiter with the possibility of ensuring the location of the inner surface of the second phalanx in its extreme position parallel to the inner surface of the first phalanx, and the axis of rotation of the hinged connection of the first and second phalanxes is located at a distance from the transverse face of the second phalanx, which ensures free entry of a part of the second phalanx into the groove of the first phalanx, while at one end on the transverse face the third phalanx has a groove, on the opposite walls of which the axis of rotation of the swivel joint of the third and second phalanges is fixed, and opposite the mentioned groove of the third phalanx the second phalanx has has a limiter with the possibility of ensuring the location of the inner surface of the third phalanx in its extreme position parallel to the inner surface of the second phalanx, and the transverse face of the second phalanx, which is included in the groove of the first phalanx, has a groove in which a rod is fixed with one end for rotation, having a protrusion made with the possibility of connection with the rod of the hydraulic cylinder of the traction drive, the first and third phalanges are interconnected by a rod, which has a semicircular shape and is hinged on their side surfaces, and on the outer surfaces of the first, second and third phalanges there is a channel for laying electrical products. 2. Захватное устройство манипуляционного модуля экзоскелета, содержащее корпус, выполненный с тремя опорными площадками, две из которых расположены с одного края корпуса с возможностью вращения вокруг соответствующей оси, расположенной перпендикулярно к опорной площадке, а другая установлена с противоположного края корпуса между двумя противоположно расположенными опорными площадками, и три пальца, каждый из которых шарнирно установлен на соответствующей опорной площадке, отличающееся тем, что каждый из упомянутых пальцев выполнен в виде пальца по п. 1, при этом на боковых поверхностях корпуса со стороны опорных площадок шарнирно установлены три гидроцилиндра, шток каждого из которых соединен с выступом тяги соответствующего пальца, а вторые концы упомянутых тяг шарнирно закреплены на соответствующих опорных площадках.2. The gripping device of the exoskeleton manipulation module, containing a body made with three support platforms, two of which are located on one edge of the body with the possibility of rotation around the corresponding axis located perpendicular to the support platform, and the other is installed on the opposite edge of the body between two oppositely located support platforms. platforms, and three fingers, each of which is pivotally mounted on the corresponding support platform, characterized in that each of the said fingers is made in the form of a finger according to claim 1, while three hydraulic cylinders are pivotally mounted on the side surfaces of the housing from the side of the support platforms, the rod of each of which is connected to the protrusion of the rod of the corresponding pin, and the second ends of the said rods are pivotally fixed on the respective support platforms. 3. Манипуляционный модуль экзоскелета, содержащий захватное устройство, установленное на поворотном узле, соединенным с приемной гильзой, во внутреннем пространстве которой расположена панель управления, выполненная с возможностью управления захватным устройством и поворотным узлом, отличающийся тем, что захватное устройство выполнено в виде устройства по п. 2, при этом поворотный узел выполнен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и вращения вокруг поперечной оси, а во внутреннем пространстве приемной гильзы установлен рукав, расположенный на расстоянии от ее стенок с возможностью размещения в нем предплечья оператора, причем по всей внутренней поверхности рукава выполнена воздушная подушка.3. Manipulation module of the exoskeleton containing a gripping device mounted on a rotary assembly connected to a receiving sleeve, in the inner space of which there is a control panel configured to control the gripping device and the rotary assembly, characterized in that the gripping device is made in the form of a device according to claim 2, while the rotary assembly is made with the possibility of rotation around its longitudinal axis and rotation around the transverse axis, and in the internal space of the receiving sleeve there is a sleeve located at a distance from its walls with the possibility of placing the operator's forearm in it, moreover, along the entire inner surface of the sleeve air cushion is made.
RU2020143210A 2020-12-26 2020-12-26 Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module RU2769584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143210A RU2769584C1 (en) 2020-12-26 2020-12-26 Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143210A RU2769584C1 (en) 2020-12-26 2020-12-26 Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769584C1 true RU2769584C1 (en) 2022-04-04

Family

ID=81075960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020143210A RU2769584C1 (en) 2020-12-26 2020-12-26 Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769584C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481942C2 (en) * 2011-08-10 2013-05-20 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) Adaptive three-pin gripper
CN103538077A (en) * 2013-10-12 2014-01-29 华南理工大学 Mechanical simulated hand with multi-degree of freedom
RU151487U1 (en) * 2012-10-30 2015-04-10 Виталий Эдуардович Прукс MANIPULATOR ANTHROPOMORPHIC ROBOT
RU190472U1 (en) * 2019-02-25 2019-07-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR FINGER
RU2717046C1 (en) * 2019-06-13 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Exoskeleton glove with linear actuators
WO2020082529A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 五邑大学 Method for fabricating rigid/flexible coupling bionic manipulator arm and fingers thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481942C2 (en) * 2011-08-10 2013-05-20 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) Adaptive three-pin gripper
RU151487U1 (en) * 2012-10-30 2015-04-10 Виталий Эдуардович Прукс MANIPULATOR ANTHROPOMORPHIC ROBOT
CN103538077A (en) * 2013-10-12 2014-01-29 华南理工大学 Mechanical simulated hand with multi-degree of freedom
WO2020082529A1 (en) * 2018-10-24 2020-04-30 五邑大学 Method for fabricating rigid/flexible coupling bionic manipulator arm and fingers thereof
RU190472U1 (en) * 2019-02-25 2019-07-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR FINGER
RU2717046C1 (en) * 2019-06-13 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Exoskeleton glove with linear actuators

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190201273A1 (en) Robotic upper limb rehabilitation device
Popov et al. Portable exoskeleton glove with soft structure for hand assistance in activities of daily living
WO2018093448A2 (en) Robotic upper limb rehabilitation device
Zeiaee et al. Design and kinematic analysis of a novel upper limb exoskeleton for rehabilitation of stroke patients
Nycz et al. Modeling and design of a tendon actuated soft robotic exoskeleton for hemiparetic upper limb rehabilitation
Mao et al. Human movement training with a cable driven arm exoskeleton (CAREX)
KR101546882B1 (en) Wearable excercise device for upper limb rehabilitation
Cui et al. Design and fabrication of a three dimensional printable non-assembly articulated hand exoskeleton for rehabilitation
Omarkulov et al. Preliminary mechanical design of NU-Wrist: A 3-DOF self-aligning Wrist rehabilitation robot
US11540969B2 (en) Ergonomic exoskeleton system for the upper limb
JP2022515649A (en) Robot end effector with back-supported actuator mechanism
Dehez et al. ShouldeRO, an alignment-free two-DOF rehabilitation robot for the shoulder complex
KR101471385B1 (en) Wearable robot for arms
US11246787B2 (en) Bi-directional underactuated exoskeleton
KR20170007351A (en) Actuation of a hand to be provided on a humanoid robot
CN111546326B (en) Based on cylinder and pneumatic muscle humanoid robot system
Park et al. Design and development of effective transmission mechanisms on a tendon driven hand orthosis for stroke patients
Naidu et al. A 7 DOF exoskeleton arm: Shoulder, elbow, wrist and hand mechanism for assistance to upper limb disabled individuals
US20210068988A1 (en) Driving Assembly for Moving Body Part
KR20220110193A (en) Motion guiding device and motion guiding assistance system
RU2769584C1 (en) Exoskeleton manipulation module, gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module, finger of the gripping apparatus of the exoskeleton manipulation module
Chen et al. A 10-degree of freedom exoskeleton rehabilitation robot with ergonomic shoulder actuation mechanism
Jarrassé et al. Design and acceptability assessment of a new reversible orthosis
Hong et al. KULEX: An ADL power-assistance demonstration
Thalagala et al. A 4 DOF exoskeleton robot with a novel shoulder joint mechanism