CN101912321A

CN101912321A - 仿生假手的手指的驱动结构

Info

Publication number: CN101912321A
Application number: CN 201010283849
Authority: CN
Inventors: 罗永昭
Original assignee: KESHENG ARTIFICIAL LIMB CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: KESHENG ARTIFICIAL LIMB CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明涉及一种仿生假手的手指的驱动结构，其假手指包括假手指驱动器、二个或三个指节和传动机构，假手指驱动器安装在假手掌内，其动力输出轮与第一指节的下端固定在一起，第二指节的下端与第一指节的上端用滑轮轴连接，滑轮安装在滑轮轴上且与第二指节的下端固定在一起，固定轮与驱动器的外壳固定且与动力输出轮同轴心，绳索成8字形安装在固定轮和滑轮上，且绳索与上述两轮各有一点固定，当假手指具有可动第三指节时，第二指节对第三指节驱动也采用上述结构，本发明设计独特巧妙，假手指的各个关节能一起伸屈运动，传动效率很高，各关节在不同位置的力矩和速度相同，且结构简单可靠，重量轻，体积小，性能良好，使用方便，适于大规模推广应用。

Description

仿生假手的手指的驱动结构

技术领域

本发明涉及假手技术领域，特别涉及仿生假手技术领域，具体是指一种仿生手指的手指的驱动结构。

背景技术

目前，国内外将各个手指具有独立驱动机构的假手称为仿生手，虽然国内外对这种假手进行了许多研究，但是只在最近几年才有两种结构达到实用水平，进入世界假肢产品市场，使长期以来假手产品五个手指一直只用一个电机驱动的情况发生了改变。第一种是首先推出的英国Touch Bionics公司的I-Limb产品，另一种是后来推出的RSLSteeper公司的Bebionichand产品。

假手指各个关节的结构是除了控制问题外，仿生手的主要技术难点之一，如果手指的每个关节都装上微电机，假手指的每个关节都能独立运动，但假手指结构太复杂，也不利于减轻重量和缩小体积，I-Limb将微电机和减速器安装在手指内，此结构的优点是可以为单独缺失一个手指的患者安装。采用绳索由假手指掌关拉动假手指第二关节屈，假手指第二关节装有弹簧，用弹力使假手指第二关节从屈的位置回到张开位置，手指张开力量较小，且不能带动较厚的仿真手外皮(手套)，只能使用薄且柔软的手套。Bebionic Hand将驱动手指微电机和减速器放在假手掌内，由指掌关节用连杆带动第二关节，不同位置握力和速度有差异，连杆传动体积较大。

因此，需要提供一种创新的仿生假手的手指的驱动结构，克服现有技术存在的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种仿生假手的手指的驱动结构，该仿生假手的手指的驱动结构设计独特巧妙，能够使得假手指各个关节一起运动，假手指的各个关节运动时，在不同位置不论伸屈的力矩速度都不受影响，且传动效率高，结构简单可靠，体积小，重量轻，性能良好，使用方便，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，本发明的仿生假手的手指的驱动结构具有如下结构：

仿生假手的手指的驱动结构的假手指包括假手指驱动器、二个或三个指节和传动机构。假手指驱动器包括外壳、微电机、减速器、蜗杆和蜗轮，微电机通过减速器驱动蜗杆，蜗杆啮合蜗轮，第一指节的下端固定在蜗轮上，带动第一指节转动，假手指驱动器安装在假手掌内，蜗轮置于假手掌的手背，减速器置于所述假手掌的手心，屈指时减速器不会凸出手背，第一指节下段空腔使第一指节屈指在90度范围内不会碰触减速器。

二节型假手指的传动机构包括第一绳索、第一固定轮和第一滑轮。假手指第二指节的下端与第一指节的上端用第一滑轮轴连接，第一滑轮安装在第一滑轮轴上且与第二指节的下端固定在一起，第一固定轮在第一指节下端与驱动器壳体固定，且与蜗轮同轴心。第一绳索成8字形安装在第一固定轮和第一滑轮上，这样可使第一绳索拉动第二指节伸或屈与第一指节一致。第一绳索分别与第一固定轮和第一滑轮各有一点固定，当假手指伸直垂直向上，且屈指是顺时针方向时，第一绳索与第一固定轮在第一固定轮的七点半位置固定，第一绳索与第一滑轮在第一滑轮的十点半位置固定。第一固定轮的直径和第一滑轮的直径相同。当假手指第一指节与蜗轮一起转动时，第一绳索拉动第一滑轮使固定在第一滑轮上的第二指节同方向转动。

第一指节伸或屈运动达到限定位置时，与所述假手指驱动器外壳接触受阻而被限位。第一指节的运动范围是从伸直到屈90度的握拳姿态。在第一指节转动限位范围内，所述第一绳索与所述第一固定轮和所述第一滑轮的固定点都不超过第一绳索脱离上述二轮的切点，在伸或屈的限位点离脱离点都还有45度。

当假手指具有三个可动指节即还包括第三指节时，传动机构还包括第二绳索、第二固定轮和第二滑轮，第三指节的下端以第二滑轮轴与第二指节的上端相连，第二固定轮固定在第一指节上端并与第一滑轮同轴心，第二滑轮安装在第二滑轮轴上，且与第三指节的下端固定在一起，第二绳索成8字形安装在第二固定轮和第二滑轮上，使第二绳索拉动第三指节伸或屈与另外二个指节一致。第二绳索分别与第二固定轮和第二滑轮各有一点固定。当假手指伸直垂直向上，且屈指是顺时针方向时，第二绳索与第二固定轮在第二固定轮的七点半位置固定，第二绳索与第二滑轮在第二滑轮的十点半位置固定。第二滑轮的直径大于第二固定轮的直径，使第三指节运动角速度比第一指节和第二指节慢，接近人手抓取物体的动作。在假手指的运动限位范围内，第二绳索与第二固定轮和第二滑轮的固定点，都不超过第二绳索与上述两轮脱离的切点，在假手指伸或屈的限位点，离脱离切点都大于45度。

本发明的有益效果具体如下：

1、本发明的假手指通过设置固定轮和滑轮的结构，用绳索成8字形传动，使第一指节带动第二指节转动，用同样结构使第二指节带动第三指节转动，设计独特巧妙，能够使得假手指各关节一起伸屈，且结构简单可靠，传动效率高，不同位置的转动力矩和速度相同，重量轻，体积小，性能良好，使用方便，适于大规模推广应用。

2、本发明能用固定轮和滑轮直径的比值设定假指各关节运动速度的比值，可使假手指接近人手指自然拿取物体的动作。

3、本发明将假手指驱动器输出部件蜗轮的轮轴直接用作假手指第一关节，且蜗轮置于所述假手的手背，减速器置于所述假手的手心，屈指时减速器不会凸出手背，第一指节下段空腔使第一指节屈指在90度范围内不碰触减速器，结构简单巧妙，使得假手外形保持仿真美观。

附图说明

图1是本发明的二指节型仿生假手的手指的驱动结构的具体实施示意图。

图2是本发明的三指节型仿生假手的手指的驱动结构的具体实施示意图。

图3是本发明的二指节型仿生假手的手指的驱动结构的外形图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。仿生手的五个手指要能独立活动，每个手指必须有独立的驱动机构，五个手指长短粗细不同，但驱动原理可以相同。现在就以一个手指说明其结构特征。图1是本发明的二指节型仿生假手的手指的驱动结构的具体实施示意图；图2本发明的三指节型仿生假手的手指的驱动结构的具体实施示意图；图3是本发明的二指节型仿生假手的手指的驱动结构的外形图。在本发明的仿生假手的手指的驱动结构各图中，其中相同的部件采用相同的标记号。

请参见图1所示，本发明的仿生假手的手指的驱动结构整体包括：安装在假手掌(未示出)内的假手指驱动器19所包括的微电机1、减速器2、由减速器2内的蜗杆(未示出)带动的蜗轮3；假手指18为二节型，包括第一指节4和第二指节5；传动机构12包括第一绳索7、第一固定轮6和第一滑轮9。所述第一指节4的下端与假手指驱动器19输出动力的蜗轮3固定在一起，使第一指节4和蜗轮3一起转动，所述第二指节5的下端与所述第一指节4的上端用第一滑轮轴连接，所述第一固定轮6固定在所述假手指驱动器19的壳体上并与蜗轮3同轴心，所述第一滑轮9安装在所述第一指节4上端的第一滑轮轴上并与第二指节5下端固定在一起，所述第一绳索7成8字形安装在所述第一固定轮6和所述第一滑轮9上。

为防止所述第一绳索7在所述第一固定轮6和所述第一滑轮9的凹槽内发生滑动，第一绳索7分别与第一固定轮6和第一滑轮9各有一点固定。请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，当假手指18垂直向上，且屈指是顺时針方向时，第一绳索7与第一固定轮6在第一固定轮6的七点半位置8固定，第一绳索7与第一滑轮9在第一滑轮9的十点半位置10固定。

所述第一固定轮6的直径和所述第一滑轮9的直径可以不同，如果使第一滑轮9的直径略小于第一固定轮6，第二指节5运动会比第一指节4稍快，反之则稍慢。在本发明的具体实施例中，所述第一固定轮6的直径和所述第一滑轮9的直径相同，请参见图1所示，从而第一指节4相对于假手掌及第二指节5相对于第一指节4的角速度相同，转动角度大小也相同。

所述假手指驱动器19可以采用各种合适的结构，在本发明的具体实施例中，所述假手指驱动器19包括微电机1、减速器2，减速器2内的蜗杆带动的蜗轮3，所述微电机1通过所述减速器2驱动所述蜗杆，所述蜗杆啮合所述蜗轮3。微电机1和减速器2成为一体顺手指方向固定在假手掌内。

本发明将假手指驱动器19的输出部件蜗轮3的轮轴直接用作假手指18的第一关节，且蜗轮3置于所述假手掌的手背，减速器2置于所述假手掌的手心，请参见图1所示，从而屈指时减速器2不会凸出手背，第一指节4下段空腔使第一指节4屈指在90度范围内不碰触减速器2，见图3所示。

为了使得假手指18活动范围与真手相同，所述第一指节4的活动范围可限定为伸直到屈90度，或定为伸屈稍大很少一点的范围。所述第一指节4与所述假手指驱动器19在伸和屈运动到达限位点时接触，假手指驱动器19的控制电路因微电机1的电流上升而自动切断微电机1的电流，也可用传感器安装在接触点，用传感器来的信号控制假手指驱动器19停止驱动。

所述第一固定轮6的直径和所述第一滑轮9的直径的比例必须满足的条件是，在所述转动限位范围内，所述第一绳索7在第一固定轮6和第一滑轮9的固定点分别不超过第一绳索7脱离上述两轮的切点，在两轮直径相同，假手指18的第一指节4活动范围定为90度的条件下，不论伸或屈在限位点，固定点8或10还有45度以上才能到达第一绳索7脱离的切点。当第一指节4被限位后，被驱动的第二指节5也就被限位不动了。

图2显示的是本发明的仿生手指的手指的驱动结构的另一具体实施例，与图1所示的具体实施例的不同之处在于，增加了第三指节13，即假手指18包括第一指节4、第二指节5和第三之指节13，可以用上面同样的结构，驱动第三指节13，因而增加了第三指节13的传动部件：第二绳索14、第二固定轮11和第二滑轮15，所述第二固定轮11固定在所述第一指节4上端并与第一滑轮9同轴心，所述第二滑轮15固定在所述第三指节13的下端且用第二滑轮轴与第二指节5上端连接，所述第二绳索14成8字形安装在所述第二固定轮11和所述第二滑轮15上。

为防止第二绳索14在第二固定轮11或第二滑轮15的凹槽内发生滑动，所述第二绳索14分别与所述第二固定轮11和所述第二滑轮15各有一点固定。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，当假手指18伸直并垂直向上且屈指是顺时针方向时，所述第二绳索14与所述第二固定轮11在所述第二固定轮11的七点半位置16固定，所述第二绳索14与所述第二滑轮15在所述第二滑轮15的十点半位置17固定。

所述第二固定轮11的直径和所述第二滑轮15的直径可以不同，如果使第二滑轮15的直径略小于第二固定轮11，第三指节13运动速度会比第二指节5稍快，反之则稍慢。所述第二固定轮11的直径和所述第二滑轮15的直径的比例必须满足，在所述第一指节4的转动范围内，所述第二绳索14与所述第二固定轮11和所述第二滑轮15的固定点都不会超过第二绳索14脱离上述二轮的切点，在本发明的具体实施例中，所述第二滑轮15的直径大于所述第二固定轮11的直径，使假手指18的第三指节13的运动角速度比假手指18的第二指节5慢，比较接近人手指运动。在第一指节4伸屈90度的二个限位点，第二绳索14的二个固定点16和17到脱离切点都大于45度。

在假手指18伸直时，第一指节4、第二指节5、第三指节13的中轴线都在一条直线上，如图2所示。当与蜗轮3一体的第一指节4运动时，便由第一绳索7拉动装在第一滑轮9上的第二指节5一起运动，由于第一绳索7的交叉，第二指节5与第一指节4相同方向作屈或伸运动。第二指节5相对于第一指节4运动时，由第二绳索14拉动装在第二滑轮15上的第三指节13一起运动，由于第二绳索14的交叉，第二指节5运动时，拉动第三指节13一起同方向作屈指或伸指运动。

在上述两个具体实施例中，所述第一绳索7和所述第二绳索14可用多股细钢索或其他强度高的绳索。

本发明通过上述创新型的结构，从而使得假手指18各关节接近真手指动作一起屈伸，在手指动作的任何位置，不论伸或屈假手指都具有同样力矩和速度，克服了现有仿生假手产品的不足之处，在仿生假手和机器人方面都有很大实用价值。

综上，本发明的仿生手指设计独特巧妙，能够使得假手指的各关节一起运动，且结构简单可靠，传动效率高、重量轻，体积小，性能良好，使用方便，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种仿生假手的手指的驱动结构，其假手指包括假手指驱动器、二个或三个指节和传动机构，所述二个或三个指节包括第一指节和第二指节，其特征在于，所述传动机构包括第一绳索、第一固定轮和第一滑轮，假手指驱动器的动力输出轮与第一指节的下端固定在一起，带动第一指节转动，第二指节的下端与第一指节的上端用第一滑轮轴连接，第一滑轮安装在第一滑轮轴上且与第二指节的下端固定在一起，第一固定轮固定在假手指驱动器壳体上端，第一绳索成8字形安装在第一固定轮和第一滑轮上，第一绳索拉动第二指节绕第一滑轮轴转动。

2.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第一绳索分别与所述第一固定轮和所述第一滑轮各有一点固定。

3.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，当假手指伸直垂直向上，且屈指是顺时针方向时，所述第一绳索与所述第一固定轮在所述第一固定轮的七点半位置固定，所述第一绳索与所述第一滑轮在所述第一滑轮的十点半位置固定。

4.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第一固定轮的直径和所述第一滑轮的直径相同。

5.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述假手指驱动器包括壳体、微电机、减速器、蜗杆和蜗轮，所述微电机通过所述减速器驱动所述蜗杆，所述蜗杆啮合所述蜗轮，所述蜗轮为所述动力输出轮。

6.根据权利要求5所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述假手指驱动器安装在假手掌内，所述第一指节的下端固定在所述蜗轮上，所述蜗轮的轮轴直接用作假手指第一关节轴。

7.根据权利要求5所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第一固定轮与所述蜗轮同轴心。

8.根据权利要求5所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述蜗轮置于所述假手掌的手背，所述减速器置于所述假手掌的手心，第一指节下段空腔使第一指节屈指在90度范围内不会碰触减速器。

9.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第一指节伸或屈运动达到限定位置时，所述假手指被限位。

10.根据权利要求9所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，在第一指节转动限位范围内，所述第一绳索与所述第一固定轮和所述第一滑轮的固定点都不会超过第一绳索与上述两轮脱离的切点。

11.根据权利要求1所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，当假手指具有三个可动指节即还包括第三指节时，所述传动机构增加了第二绳索、第二固定轮和第二滑轮，所述第三指节的下端以第二滑轮轴与第二指节的上端相连，所述第二固定轮固定在所述第一指节上端并与第一滑轮同轴心，第二滑轮安装在第二滑轮轴上且固定在所述第三指节的下端，所述第二绳索成8字形安装在所述第二固定轮和所述第二滑轮上，第二绳索拉动第三指节绕第二滑轮轴转动。

12.根据权利要求11所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第二绳索分别与所述第二固定轮和所述第二滑轮各有一点固定。

13.根据权利要求11所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，当假手指伸直垂直向上，且屈指是顺时针方向时，所述第二绳索与所述第二固定轮在所述第二固定轮的七点半位置固定，所述第二绳索与所述第二滑轮在所述第二滑轮的十点半位置固定。

14.根据权利要求11所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，所述第二滑轮的直径大于所述第二固定轮的直径。

15.根据权利要求11所述的仿生假手的手指的驱动结构，其特征在于，在所述假手指的运动范围内，所述第二绳索与所述第二固定轮和所述第二滑轮的固定点都不会超过第二绳索与上述两轮脱离的切点。