靈巧機械手指的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種機械手指結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確的說是一種能夠模仿人類手指進(jìn)行工作的機械手指。
【背景技術(shù)】
[0002]人類手靈巧敏捷的特性，使其成為機器人領(lǐng)域研宄的熱點。仿人多指靈巧機械手具有廣闊的應(yīng)用前景，具體體現(xiàn)在以下兩方面:首先，靈巧機械手可用于人體運動系統(tǒng)功能重建，對提高殘疾人生活質(zhì)量具有重要意義；其次，靈巧機械手有助于拓展人類的活動空間，在一些對于人類危險甚至無法到達(dá)的場合，利用靈巧機械手良好的自適應(yīng)性，能夠在復(fù)雜條件下完成精細(xì)的操作任務(wù)。
[0003]開發(fā)仿人多指靈巧機械手需要解決包括欠驅(qū)動手指結(jié)構(gòu)、驅(qū)動控制系統(tǒng)以及主從手控裝置等多種關(guān)鍵技術(shù)，其中欠驅(qū)動手指結(jié)構(gòu)是指被控制的手指關(guān)節(jié)數(shù)多于驅(qū)動原動機的數(shù)量，而無驅(qū)動的手指關(guān)節(jié)在設(shè)計時使用被動的阻尼元件或通過機械限位銷來限制運動，具有機械結(jié)構(gòu)和控制策略簡單、節(jié)省空間和成本等諸多優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種機械空程率低、傳動效率高的靈巧機械手指。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]包括掌骨桿1、第一主動桿2、第一傳動桿3、長指骨桿4、第二傳動桿5、第一指中骨桿6、第二指中骨桿7、指尖短桿8、第二主動桿9，掌骨桿I的一端與長指骨桿4的一端鉸接，長指骨桿4的另一端與第一指中骨桿6的一端鉸接，第一傳動桿3、第二主動桿9和第二指中骨桿7的一端依次與長指骨桿4鉸接，第一傳動桿3的另一端與第一主動桿2的一端鉸接，第一主動桿2的另一端與掌骨桿I中部鉸接，第二主動桿9的另一端與第二傳動桿5的一端鉸接，第二傳動桿5的另一端與第二指中骨桿7的中部鉸接，第二指中骨桿7的另一端與指尖短桿8的一端鉸接，第一指中骨桿6的另一端與指尖短桿8的中部鉸接。
[0007]本實用新型還可以包括:
[0008]1、第二指中骨桿7和第一指中骨桿6等長。
[0009]2、長指骨桿4與第二指中骨桿7的連接處到長指骨桿4與第一指中骨桿6的連接處的距離等于指尖短桿8與第二指中骨桿7的連接處到指尖短桿8與第一指中骨桿6的連接處的距離。
[0010]3、第一主動桿2和第二主動桿9上各附帶一齒輪，且齒輪半徑相等。
[0011]4、在長指骨桿4和掌骨桿I的連接處加裝帶固定框的齒輪12，且定框的齒輪12與第二和第二主動桿上附帶的齒輪等半徑。
[0012]本實用新型的機械手指前部是串聯(lián)式雙搖桿機構(gòu)，其中一個雙搖桿機構(gòu)由第二主動桿9、第二傳動桿5、第二指中骨桿7和長指骨桿4的前部連接構(gòu)成；另一個雙搖桿機構(gòu)由第二指中骨桿7、第一指中骨桿6、指尖短桿8和長指骨桿4的前部連接組成。機械手指后部也是雙搖桿機構(gòu)，由第一主動桿2、第一傳動桿3、掌骨桿I的前部和長指骨桿4的后部連接組成。
[0013]本實用新型提供了一種新型的欠驅(qū)動機械手指結(jié)構(gòu)，特別適用于開發(fā)仿人多指機械手，與現(xiàn)有的帶輪牽拉式機械手指結(jié)構(gòu)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)人類手指運動特點設(shè)計的三個搖桿機構(gòu)用連桿傳動替代帶輪傳動，極大地降低了機械空程率、提高了傳動效率；利用機械結(jié)構(gòu)的幾何約束，通過對壓力角范圍的控制，有效地優(yōu)化了力臂之間的關(guān)系，提高了力的傳導(dǎo)和利用的效率，可以有效地將機械手指受到的力分散至各個搖桿機構(gòu)，使其承載力變大且受力均勻。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2a是本實用新型的主動桿示意圖。
[0016]圖2b是圖2a的A-A剖視圖。
[0017]圖3a是本實用新型的帶固定框的齒輪示意圖。
[0018]圖3b是圖3a的B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細(xì)地描述:
[0020]結(jié)合圖1，本實用新型的靈巧機械手指的組成包括掌骨桿1、第一主動桿2、第一傳動桿3、長指骨桿4、第二傳動桿5、第一指中骨桿6、第一指中骨桿7、指尖短桿8、第二主動桿9、第一電位器10、第二電位器11和帶固定框的齒輪12。掌骨桿I的一端與長指骨桿4的一端鉸接，長指骨桿4的另一端與第一指中骨桿6的一端鉸接，第一傳動桿3、第二主動桿9和第二指中骨桿7的一端依次與長指骨桿4鉸接，第一傳動桿3的另一端與第一主動桿2的一端鉸接，第一主動桿2的另一端與掌骨桿I中部鉸接，第二主動桿9的另一端與第二傳動桿5的一端鉸接，第二傳動桿5的另一端與第二指中骨桿7的中部鉸接，第二指中骨桿7的另一端與指尖短桿8的一端鉸接，第一指中骨桿6的另一端與指尖短桿8的中部鉸接。
[0021]圖是結(jié)合圖2a、圖2b、圖3a和圖3b，主動桿2、9上各附帶一齒輪，第二主動桿9上的齒輪與長指骨桿4上的電位器10同軸連接，第一主動桿2上的齒輪與掌骨桿I上的電位器11同軸連接，兩臺步進(jìn)電機分別通過同步帶將扭矩傳遞給第一、二主動桿2、9上的齒輪。手指其它連接處內(nèi)部均鑲嵌軸承，以最大限度地保證傳動穩(wěn)定。在長指骨桿4和掌骨桿I的連接處加裝帶固定框的齒輪12作為同步帶固定裝置，且齒輪12與第一主動桿2、9上附帶的齒輪等半徑。
[0022]本實用新型專利的工作原理是:基于連桿機構(gòu)運動機理，當(dāng)步進(jìn)電機通過同步帶驅(qū)動第一主動桿2轉(zhuǎn)動時，由于第一傳動桿3與長指骨桿4的連接處到長指骨桿4與掌骨桿I的連接處的距離等于第一主動桿2的長度，且長指骨桿4與第一主動桿2嚴(yán)格平行，滿足平行四邊形的幾何約束關(guān)系，使長指骨桿4與第一主動桿2等角度轉(zhuǎn)動，從而使長指骨桿4相對掌骨桿I的轉(zhuǎn)動可以模仿人類手掌骨與手指連接關(guān)節(jié)的運動。
[0023]當(dāng)步進(jìn)電機通過同步帶驅(qū)動第二主動桿9轉(zhuǎn)動時，由于第二傳動桿5與第二指中骨桿7的連接處到長指骨桿4與第二指中骨桿7的連接處的距離等于第二主動桿9的長度，且第二指中骨桿7與第二主動桿9嚴(yán)格平行，滿足平行四邊形的幾何約束關(guān)系，使第二指中骨桿7與第二主動桿9等角度轉(zhuǎn)動；由于長指骨桿4與第二指中骨桿7的連接處到長指骨桿4與第一指中骨桿6的連接處的距離等于指尖短桿8與第一指中骨桿7的連接處到指尖短桿8與第二指中骨桿6的連接處的距離，而且第二指中骨桿6與第一指中骨桿7等長，滿足等腰梯形的幾何約束關(guān)系，使指尖短桿8與第二指中骨桿7的夾角等于第一指中骨桿6與長指骨桿4的夾角。綜上所述，指尖短桿8相對于第二指中骨桿7的轉(zhuǎn)動角度等于長指骨桿4相對于第一指中骨桿6的轉(zhuǎn)動角度，且上述相對轉(zhuǎn)動角度與第二主動桿9的轉(zhuǎn)動角度相同，從而使指尖短桿8、第一指中骨桿6和第二指中骨桿7組成的關(guān)節(jié)與長指骨桿4、第一指中骨桿6和第二指中骨桿7組成的關(guān)節(jié)可以模仿人類手自指尖向下兩個關(guān)節(jié)的運動。
[0024]當(dāng)機械手指彎曲時，為保證連接第二主動桿9的同步帶不松動，將同步帶穿過齒輪12的固定框后再與步進(jìn)電機連接，從而使第二主動桿9兩邊的同步帶長度不變。
[0025]驅(qū)動第一、第二主動桿2、9轉(zhuǎn)動的兩臺步進(jìn)電機從控制器接收時序信號，以便于步進(jìn)電機確定轉(zhuǎn)動角度；當(dāng)?shù)谝弧⒌诙鲃訔U2、9轉(zhuǎn)動時，分別帶動與其連接的第一、第二電位器11、10等角度轉(zhuǎn)動，第一、第二電位器11、10將采集到的轉(zhuǎn)動角度信號實時地反饋給控制器，以便于控制器分析機械手指的運動狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種靈巧機械手指，其特征是:包括掌骨桿(I)、第一主動桿(2)、第一傳動桿(3)、長指骨桿(4)、第二傳動桿(5)、第一指中骨桿(6)、第二指中骨桿(7)、指尖短桿(8)、第二主動桿(9)，掌骨桿(I)的一端與長指骨桿(4)的一端鉸接，長指骨桿(4)的另一端與第一指中骨桿(6)的一端鉸接，第一傳動桿(3)、第二主動桿(9)和第二指中骨桿(7)的一端依次與長指骨桿(4)鉸接，第一傳動桿(3)的另一端與第一主動桿(2)的一端鉸接，第一主動桿(2)的另一端與掌骨桿(I)中部鉸接，第二主動桿(9)的另一端與第二傳動桿(5)的一端鉸接，第二傳動桿(5)的另一端與第二指中骨桿(7)的中部鉸接，第二指中骨桿(7)的另一端與指尖短桿(8)的一端鉸接，第一指中骨桿(6)的另一端與指尖短桿(8)的中部鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靈巧機械手指，其特征是:第二指中骨桿(7)和第一指中骨桿(6)等長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靈巧機械手指，其特征是:長指骨桿(4)與第二指中骨桿(7)的連接處到長指骨桿(4)與第一指中骨桿(6)的連接處的距離等于指尖短桿(8)與第二指中骨桿(7)的連接處到指尖短桿(8)與第一指中骨桿(6)的連接處的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靈巧機械手指，其特征是:第一主動桿(2)和第二主動桿(9)上各附帶一齒輪，且齒輪半徑相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靈巧機械手指，其特征是:第一主動桿(2)和第二主動桿(9)上各附帶一齒輪，且齒輪半徑相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靈巧機械手指，其特征是:在長指骨桿(4)和掌骨桿(I)的連接處加裝帶固定框的齒輪(12)，且?guī)Ч潭虻凝X輪(12)與第一和第二主動桿上附帶的齒輪等半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靈巧機械手指，其特征是:在長指骨桿(4)和掌骨桿(I)的連接處加裝帶固定框的齒輪(12)，且?guī)Ч潭虻凝X輪(12)與第一和第二主動桿上附帶的齒輪等半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靈巧機械手指，其特征是:在長指骨桿(4)和掌骨桿(I)的連接處加裝帶固定框的齒輪(12)，且?guī)Ч潭虻凝X輪(12)與第一和第二主動桿上附帶的齒輪等半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靈巧機械手指，其特征是:在長指骨桿(4)和掌骨桿(I)的連接處加裝帶固定框的齒輪(12)，且?guī)Ч潭虻凝X輪(12)與第一和第二主動桿上附帶的齒輪等半徑。
【專利摘要】本實用新型提供的是一種靈巧機械手指。包括掌骨桿、第一主動桿、第一傳動桿、長指骨桿、第二傳動桿、第一指中骨桿、第二指中骨桿、指尖短桿、第二主動桿，機械手指前部是串聯(lián)式雙搖桿機構(gòu)，其中一個雙搖桿機構(gòu)由第二主動桿、第二傳動桿、第二指中骨桿和長指骨桿的前部連接構(gòu)成；另一個雙搖桿機構(gòu)由第二指中骨桿、第一指中骨桿、指尖短桿和長指骨桿的前部連接組成。機械手指后部也是雙搖桿機構(gòu)，由第一主動桿、第一傳動桿、掌骨桿的前部和長指骨桿的后部連接組成。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，極大地降低了機械空程率、提高了傳動效率，提高了力的傳導(dǎo)和利用的效率，可以有效地將機械手指受到的力分散至各個搖桿機構(gòu)，使其承載力變大且受力均勻。
【IPC分類】B25J15-08
【公開號】CN204546548
【申請?zhí)枴緾N201520114944
【發(fā)明人】李鐵磊, 蘭庚喬, 王元昔, 王超, 龍可, 賴新紅
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年2月17日