CN102895052B - 一种用于假肢手的快速反射抓取的微驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种用于假肢手的快速反射抓取的微驱动机构，它涉及一种用于假肢手或仿人手指装置上的，实现人手快速反射抓取功能的微驱动结构。本发明所述的微驱动结构由微驱动器和柔性放大装置组成，微驱动器采用由形状记忆合金、超磁致伸缩材料、压电陶瓷或者静电等特殊功能材料制成，通电后具有快速伸缩功能；微驱动快速反射机构中的柔性放大机构可以对微驱动器输出的力进行一定倍数的减小，位移进行相应倍数的放大，以达到输出力适中的目的。当传感器检测到手中被抓物体具有滑动趋势时，微驱动器动作，配合由假肢手驱动系统的主运动结构实现对物体的快速稳定抓取，解决了已有假肢手或仿人手指存在的抓取不稳定等问题。该结构简单可造、可输出力大，可以作为一个独立的结构安装在仿人手指装置的各个指节，特别适合应用在各种仿人假肢手上。

Description

一种用于假肢手的快速反射抓取的微驱动机构

所属技术领域

本发明属于仿人假肢手技术领域，特别涉及一种用于假肢手的具有快速反射抓取功能的微驱动器的机构设计与方法。

技术背景

仿人假肢手是人体康复工程领域的一个重要研究方向，主要用于对物体的抓持和空间移动，为上肢缺失残疾人的日常生活提供便利。目前现有的灵巧手虽然控制比较灵活，但是传感器、驱动器数量很多，控制结构也相当复杂，与此同时所带来的体积大、质量重、制造与维护成本高等问题，限制了它在现实生活中的实用性与产品化。在这样的背景下，自适应欠驱动机械手由于传感、驱动系统相对简单，易于控制，并且能较好地抓取常见物体，已成为近年来发展和研究的热点。但是，欠驱动机械手指这种驱动器数目少于手指自由度、各个关节间采用机械耦合的结构，也带来了抓取不稳定等问题。

已有的欠驱动机械手装置，手指都只采用连杆机构/电机或者滑轮绳索/电机等单一的机械传动/驱动系统。这些装置由于机械延迟等问题，具有对外界刺激响应不够灵敏的缺点，工作过程中，当受到瞬间的外界干扰，例如抓握桌子上的杯子，突然拿起时，由于受到重力影响，容易出现抓取失稳的问题，即普通机械手不具备人手手指的防滑快速抓取功能。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种可以安装于假肢手或欠驱动手指的独立的微驱动快速反射结构，配合一般仿人手指装置中由电机驱动的主运动机构，实现人手的快速反射抓取功能。当假肢手在电机的驱动下完成对物体的包络抓取后，相应的传感器检测到物体有滑落趋势时，安装在多个指节的微驱动快速反射机构便会迅速反应，快速地输出一个指向被抓物体内部的抓取力，补偿主运动机构的力与位移的输出。该微驱动结构具有毫秒级的响应速度，可以实现拟人化的快速反射运动、防滑稳定抓取功能。

本发明采用如下技术方案：

一种用于假肢手的微驱动快速反射机构，由固定基座、微驱动器、柔性放大机构、滑觉传感器以及柔性端面组成，所述的微驱动快速反射机构的固定基座安装在仿人假肢手指装置的一个或多个指节上；所述的微驱动器套设在微驱动快速反射机构中，工作时，其输出的力与位移经柔性放大机构减小或放大到合适的倍数，作用在被抓物体上，实现对物体的快速稳定抓取。

所述的微驱动器采用由形状记忆合金、超磁致伸缩材料、压电陶瓷或者静电特殊功能材料制成，具有通电快速反应、输出一定的力与位移的功能。

本发明所述的一种用于假肢手的微驱动快速反射机构，包含有滑觉传感器，用于检测微驱动快速反射机构与被抓物体之间是否有微小位移，因此判断手中被抓物体的稳定状态。

所述的假肢手需要带有定位锁死或者防反转功能。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明的微驱动结构具有毫秒级的响应速度，以及足够大的力输出，可以与由假肢手驱动系统的主运动机构联合作用，被被抓物体受外界干扰、具有滑落趋势时，完成对物体的稳定抓取，实现人手的快速反射功能。

本发明所述的微驱动结构作为一个独立的结构单元，安装在仿人手指装置的多个指节上，无论是仿人手指动作过程中还是静止不动时，都不会与手指装置的主运动结构产生干涉，且具有便于安装的特点，可以用于各种不具备快速反射功能的仿人手指装置。

附图说明

图1A是本发明的微驱动快速反射机构初始状态示意图

图1B是本发明的微驱动快速反射机构工作状态示意图

图2是本发明的微驱动快速反射机构安装在假肢手的装配示意图1

图3是本发明的微驱动快速反射机构安装在假肢手的装配示意图2

图4是本发明具体实施方案防滑抓取示意图

图1至图4中，各数字与构件的对应关系如下：1.固定基座 2.微驱动器 3.柔性放大机构 4.滑觉传感器 5.柔性端面 6.微驱动快速反射机构 7.假肢手 8.物体

具体实施方式

如图1A所示本发明的微驱动快速反射机构6初始状态的示意图。所述的微驱动快速反射机构6由固定基座1、微驱动器2、柔性放大机构3、滑觉传感器4以及柔性端面5组成。固定基座1与假肢手指7固定连接，微驱动器2安装在固定基座1中，通过柔性放大机构3，将位移输出到柔性端面5上。安装在固定基座1上的滑觉传感器4能检测到柔性端面5与安装固定基座1间之间是否有径向位移。如图1B所示为本发明的微驱动快速反射机构6工作状态的示意图，此时微驱动器2通电工作，通过柔性放大机构3放大，将力和位移输出到柔性端面。

如图2、图3所示为本发明的微驱动快速反射机构6安装在假肢手的装配示意图，所述的微驱动快速反射机构6安装在假肢手7手指的指节上，可按照需要安装在一个或多个指节上。所述的假肢手7需要带有定位锁死或者防手指反转功能。

如图4所示为本发明具体实施方案防滑抓取示意图，当假肢手7对物体8完成包络抓取后，微驱动快速反射机构6中柔性端面5与物体8接触，如果物体8受到某个突然的外界干扰而有从手中滑落的趋势时，由安装于微驱动快速反射机构6中的滑觉传感器4检测到相对微小位移，此时安装于微驱动快速反射机构6中的微驱动器2通过柔性放大机构3快速地输出一个指向被抓物体8内部的抓取力，形成对物体8的进一步自适应包络抓取，补偿假肢手驱动系统主运动的力与位移的输出。

Claims (2)

1.一种用于假肢手的快速反射抓取的微驱动机构，微驱动快速反射机构(6)由固定基座(1)、微驱动器(2)、柔性放大机构(3)、滑觉传感器(4)以及柔性端面(5)组成，其特征在于：

所述的微驱动快速反射机构中，固定基座(1)与假肢手指(7)固定连接，微驱动器(2)安装在固定基座(1)中，通过柔性放大机构(3)，将力与位移输出到柔性端面(5)上；

所述的滑觉传感器(4)安装在固定基座(1)上，用于检测到柔性端面(5)与安装固定基座(1)之间是否有微小位移，若检测到相对滑动，则快速启动微驱动器(2)到工作状态；

所述的微驱动器(2)采用由形状记忆合金、超磁致伸缩材料或者压电陶瓷特殊功能材料制成，具有通电快速反应、输出一定的力与位移的功能。

2.如权利要求1所述的一种用于假肢手的快速反射抓取的微驱动机构，其特征在于：微驱动快速反射机构(6)通过固定基座(1)安装在仿人假肢手的一个或多个指节上；所述的微驱动快速反射机构(6)工作时，通过柔性端面(5)作用在被抓物体(8)上，快速地输出一个指向被抓物体(8)内部的抓取力，形成对物体(8)的进一步自适应包络抓取，补偿假肢手主驱动系统的力与位移的输出。