CN107538510A - 一种轻质仿人五指灵巧手机构 - Google Patents

一种轻质仿人五指灵巧手机构 Download PDF

Info

Publication number
CN107538510A
CN107538510A CN201610482651.8A CN201610482651A CN107538510A CN 107538510 A CN107538510 A CN 107538510A CN 201610482651 A CN201610482651 A CN 201610482651A CN 107538510 A CN107538510 A CN 107538510A
Authority
CN
China
Prior art keywords
finger
thumb
joint
forefinger
lightweight
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN201610482651.8A
Other languages
English (en)
Inventor
韩建达
赵新刚
伍齐佳
张道辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Institute of Automation of CAS
Original Assignee
Shenyang Institute of Automation of CAS
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 Shenyang Institute of Automation of CAS filed Critical Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority to CN201610482651.8A priority Critical patent/CN107538510A/zh
Publication of CN107538510A publication Critical patent/CN107538510A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明涉及新型服务与仿生机器人技术领域,具体的说是一种轻质仿人五指灵巧手机构。包括手掌、拇指安装座、拇指、食指、中指、无名指及小拇指,其中拇指通过拇指安装座安装在手掌上,所述食指、中指、无名指及小拇指依次安装在手掌上,所述拇指包含两个关节,具有两个自由度,所述食指、中指、无名指及小拇指均包含三个关节,均具有三个自由度,所述拇指、食指、中指、无名指及小拇指的各关节分别通过一个与制动元件连接的钢丝绳驱动。本发明轻质、灵巧、自由度多、柔顺性好、传动效率高,机构简单、制造成本低,适用于假肢生产、科研机构控制方法研究等。

Description

一种轻质仿人五指灵巧手机构
技术领域
[0001 ]本发明涉及新型服务与仿生机器人技术领域,具体的说是一种轻质仿人五指灵巧 手机构。
背景技术
[0002] 传统的仿人灵巧手大多采用电机驱动,传统电机的功率密度比伴随着电机体积的 减小而迅速降低,传动误差增加、摩擦力增大,这使得传统电机在需要高功率密度比和整体 响应性能的仿人灵巧手在应用上受到限制。同时,采用电机驱动实现灵巧手的多自由度运 动则必须采用多电机联动,从而使灵巧手的重量大大增加,降低了安全性,也使得传动机构 复杂化,无法达到轻质、灵巧的性能要求,另一方面,结构和器件的复杂也导致了传动电机 驱动灵巧手的制造和使用成本大幅度提高。目前市场上在售的灵巧手基本都是由电机驱动 的,电机驱动的灵巧手在重量、体积、灵活度以及柔顺性上有较大的缺陷。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明的目的在于提供一种轻质仿人五指灵巧手机构。该机构轻 质、灵巧、自由度多、柔顺性好、传动效率高,机构简单、制造成本低,适用于假肢生产、科研 机构控制方法研宄等。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005] 一种轻质仿人五指灵巧手机构,包括手掌、拇指安装座、拇指、食指、中指、无名指 及小拇指,其中拇指通过拇指安装座安装在手掌上,所述食指、中指、无名指及小拇指依次 安装在手掌上,所述拇指包含两个关节,具有两个自由度,所述食指、中指、无名指及小拇指 均包含三个关节,均具有三个自由度,所述拇指、食指、中指、无名指及小拇指的各关节分别 通过一个与制动元件连接的钢丝绳驱动。
[0006] 所述拇指包括拇指腕指骨、拇指近指骨、拇指远指骨及安装在拇指腕指骨、拇指近 指骨、拇指远指骨上的拇指外壳,其中拇指腕指骨的一端与拇指安装座连接,另一端通过关 节与拇指近指骨的一端连接,所述拇指近指骨的另一端通过关节与拇指远指骨连接。
[0007] 所述食指、中指、无名指及小拇指结构相同,均包括掌指骨、近指骨、指间骨、远指 骨及安装在掌指骨、近指骨、指间骨和远指骨上的指节外壳,所述掌指骨、近指骨、指间骨及 远指骨通过关节依次连接。
[0008]所述指节外壳包括左外壳和右外壳,所述左外壳和右外壳可拆卸连接。
[0009]所述拇指、食指、中指、无名指及小拇指的各关节上均安装有角度传感器。
[0010]所述关节包括关节轴和安装在该关节轴上的轴套和轴承,所述轴承的内圈通过轴 套压紧,所述角度传感器安装关节轴上。
[0011]所述拇指、食指、中指、无名指及小拇指的指尖处安装有压力传感器。
[0012]所述压力传感器通过硅胶垫片粘接在各手指的指尖上。
[0013]所述拇指、食指、中指、无名指及小拇指的各关节处均设有一个用以关节复位的复 位弹簧。
[0014]根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述制动元件为舵 机、气动肌腱或形状记忆合金丝驱动。
[0015]本发明的优点与积极效果为:
[0016] 1 •本发明结构简单、质量轻,所有的手指结构类似,所有的关节结构一样,均采用 钢丝绳传动。如果使用齿轮传动方式,由于齿轮传动对齿轮组的中心距安装要求较高,所以 需要较为复杂的调心机构,如果使用带传动方式,一般还需要皮带张紧装置,这就增加了结 构的复杂程度。
[0017] 2 •本发明传动效率高、制造成本低,关节运动采用钢丝绳传动,不仅成本低,而且 节能。整个传动结构无减速结构,大大降低了制造成本。
[0018] 3.本发明柔顺性好,相比于电机驱动的齿轮传动、涡轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动等 其他刚性传动机构,本发明采用气动肌腱或形状记忆合金丝驱动、钢丝绳传动,在使用过程 中具有一定的柔顺性,使用上更安全可靠。
附图说明
[0019] 图1为本发明的结构示意图之一;
[0020] 图2为本发明的结构示意图之二;
[0021] 图3为本发明去掉指节外壳的结构示意图;
[0022]图4为本发明中食指的结构示意图。
[0023]其中,1为手掌,2为拇指安装座,3为拇指腕指骨,4为关节轴,5为轴套,6为角度传 感器,7为拇指近指骨,8为拇指远指骨,9为食指掌指骨,10为食指近指骨,11为食指指间骨, 12为食指远指骨,13为中指掌指骨,14为中指近指骨,15为中指指间骨,16为中指远指骨,17 为无名指掌指骨,18为无名指近指骨,19为无名指指间骨,20为无名指远指骨,21为小拇指 掌指骨,22为小拇指近指骨,23为小拇指指间骨,24为小拇指远指骨,25为拇指腕指节左外 壳,26为拇指腕指节右外壳,27为拇指近指节左外壳,28为拇指近指节右外壳,29为拇指远 指节左外壳,30为拇指远指节右外壳,31为食指掌指节左外壳,32为食指掌指节右外壳,33 为食指近指节左外壳,34为食指近指节右外壳,35为食指指间节左外壳,36为食指指间节右 外壳,37为食指远指节左外壳,38为食指远指节右外壳,39为中指掌指节左外壳,40为中指 掌指节右外壳,41为中指近指节左外壳,42为中指近指节右外壳,43为中指指间节左外壳, 44为中指指间节右外壳,45为中指远指节左外壳,46为中指远指节右外壳,町为无名指掌指 节左外壳,48为无名指掌指节右外壳,49为无名指近指节左外壳,50为无名指近指节右外 壳,51为无名指指间节左外壳,52为无名指指间节右外壳,53为无名指远指节左外壳,54为 无名指远指节右外壳,55为小拇指掌指节左外壳,56为小拇指掌指节右外壳,57为小拇指近 指节左外壳,58为小拇指近指节右外壳,59为小拇指指间节左外壳,60为小拇指指间节右外 壳,61为小拇指远指节左外壳,62为小拇指远指节右外壳,63为硅胶垫片,64为压力传感器, 65为轴承,66为钢丝绳,67为销钉,68为弹簧,100为拇指,101为食指,1〇2为中指,1〇3为无名 指,104为小拇指。
具体实施方式
[0024]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对 本发明进行详细描述。
[0025]如图1、图2所示,本发明提供的一种轻质仿人五指灵巧手机构,包括手掌1、拇指安 装座2、拇指100、食指101、中指102、无名指103及小拇指104,其中拇指100通过拇指安装座2 安装在手掌1上,所述食指101、中指102、无名指103及小拇指104依次直接安装在手掌1上。 所述拇指100包含两个关节,具有两个自由度,所述食指101、中指102、无名指103及小拇指 104均包含三个关节,均具有三个自由度,所述拇指100、食指101、中指102、无名指103及小 拇指104的各关节分别通过一个与制动元件连接的钢丝绳66驱动。
[0026]如图3所示,所述拇指100包括拇指腕指骨3、拇指近指骨7、拇指远指骨8及安装在 拇指腕指骨3、拇指近指骨7、拇指远指骨8上的拇指外壳,其中拇指腕指骨3的一端与拇指安 装座2连接,另一端通过关节与拇指近指骨7的一端连接,所述拇指近指骨7的另一端通过关 节与拇指远指骨8连接。
[0027]所述拇指外壳包括拇指腕指节外壳、拇指近指节外壳及拇指远指节外壳,所述拇 指腕指节外壳、拇指近指节外壳及拇指远指节外壳结构相同,均包括左外壳和右外壳,所述 左外壳和右外壳可拆卸连接。并且左外壳和右外壳通过平头螺钉安装在各个指骨上。
[0028]具体地为:所述拇指腕指节外壳包括拇指腕指节左外壳25和拇指腕指节右外壳 26;所述拇指近指节外壳包括拇指近指节左外壳27和拇指近指节右外壳28;所述拇指远指 节外壳包括拇指远指节左外壳29和拇指远指节右外壳30。
[0029] 所述食指101、中指102、无名指103及小拇指104结构相同,均包括掌指骨、近指骨、 指间骨、远指骨及安装在掌指骨、近指骨、指间骨和远指骨上的指节外壳,所述掌指骨、近指 骨、指间骨及远指骨通过关节依次连接。
[0030] 具体地为:所述食指101包括通过关节依次连接的食指掌指骨9、食指近指骨10、食 指指间骨11及食指远指骨12;所述中指102包括通过关节依次连接的中指掌指骨13、中指近 指骨14、中指指间骨15及中指远指骨16;所述无名指103包括通过关节依次连接的无名指掌 指骨17、无名指近指骨18、无名指指间骨19及无名指远指骨20;所述小拇指104包括通过关 节依次连接的小拇指掌指骨21、小拇指近指骨22、小拇指指间骨23及小拇指远指骨24。
[0031] 安装在掌指骨、近指骨、指间骨及远指骨上的指节外壳结构相同,均包括掌指节外 壳、近指节外壳、指间节外壳及远指节外壳,所述掌指节外壳、近指节外壳、指间节外壳及远 指节外壳均包括左外壳和右外壳,所述左外壳和右外壳可拆卸连接、并且左外壳和右外壳 通过平头螺钉安装在各个指骨上。
[0032] 具体地为:所述食指101的指节外壳包括通过平头螺钉分别安装在食指掌指骨9= 食指近指骨10、食指指间骨11及食指远指骨12上的食指掌指节外壳、食指近指节外壳、食^ 指间节外壳及食指远指节外壳,所述食指掌指节外壳包括食指掌指节左外壳31和食指掌指 节右外壳32;所述食指近指节外壳包括食指近指节左外壳33和食指近指节右外壳34;所$ 食指指间节外壳包括食指指间节左外壳35和食指指间节右外壳36;所述食指远指节外壳包 括食指远指节左外壳37和食指远指节右外壳38。
[0033] 所述中指102、无名指103及小拇指104上的指节外壳与食指1〇1的指节外壳结构相 同,在此不再赘述。
[0034] 如图3、图4所示,所述关节包括关节轴4和安装在该关节轴4上的轴套5和轴承65 ’ 所述轴承65的内圈通过轴套5压紧。所述拇指100、食指101、中指102、无名指103及小拇指 104的各关节上均安装有角度传感器6,所述角度传感器6安装关节轴4上。
[0035]所述拇指100、食指101、中指102、无名指103及小拇指104的指尖处均安装有压力 传感器64。各压力传感器64通过带粘胶的硅胶垫片63分别粘接在各手指的指尖上。
[0036]所述拇指100、食指101、中指102、无名指103及小拇指104的各关节处均设有一个 用以关节复位的复位弹簧68。所述制动元件为舵机、气动肌腱或SMA。
[0037]图4为本发明中食指的结构示意图。如图4所示,所述食指101有指骨、指节外壳及 各个标准件组成,指尖包含压力传感器64,压力传感器64通过带粘胶的硅胶垫片63粘接在 右食指远指节外壳38上。本实施例中,所述压力传感器64为市购产品,其型号为FSR400,生 产厂家为Interlink Electronics公司。
[0038]本发明灵巧手的十四个关节结构一样,此处以食指101的掌指关节为例说明关节 的构成。
[0039]所述食指101的掌指关节包括轴承65、关节轴4、轴套5、食指掌指骨9、食指近指骨 10和关节角度传感器6,其中关节轴4和轴套5压紧轴承65内圈,关节轴4和轴套5分别与食指 掌指骨9小过盈配合,所述角度传感器6安装在关节轴4的末端,其内圈固定在关节轴4上,夕卜 圈固定在食指近指节右外壳34上,外圈随着关节的转动相对内圈而转动,由此测出关节转 动的角度。本实施例中,所述角度传感器6为市购产品,其型号为R24HS,生产厂家为深圳市 米诺电子有限公司。
[0040]掌指关节的钢丝绳66通过销钉67固定在食指近指骨10的销钉孔上,反向复位弹簧 68也通过销钉67固定在食指近指骨10的销钉孔上。所述灵巧手的十四个关节均由钢丝绳传 动,钢丝绳末端可以通过舵机、气动肌腱、形状记忆合金丝(SMA)等轻质致动元件来驱动。 [00411本发明的工作原理为:
[0042]所述拇指100具有两个屈伸关节,即两个个自由度,所述食指101、中指102、无名指 103和小拇指104均具有三个屈伸关节,即三个自由度。因此,所述灵巧手共十四个关节,即 十四个自由度。十四个关节处都安装有角度传感器6,可以反馈各个关节所转过的角度;各 手指指尖处都安装有压力传感器64,可以反馈各个手指指尖的正压力。所述的轻质仿人五 指灵巧手的大小与人手相当,质量仅270g。本发明在使用时,需要一个驱动箱组,如气动肌 腱驱动箱、形状记忆合金丝驱动箱等,灵巧手的十四根传动钢丝绳66连接在驱动箱上。工作 时,驱动箱的致动元件拉动钢丝绳66,钢丝绳66通过近指骨来带动掌指关节转动,掌指关节 转动的角度通过角度传感器6来获取,十四个驱动分别独立,在进行指尖抓握操作是,指尖 的压力可以通过指尖压力传感器64获取。
[0043]本发明结构简单、成本低、质量轻、传动效率高且可靠性好,具有模块化、集成化、 高功率重量比和柔顺性好等特点。
[0044]以上所述仅为本发明的实施方式,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明 的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等,均包含在本发明的保护范围 内。

Claims (10)

1.一种轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:包括手掌(1)、拇指安装座(2)、拇指 (100) 、食指(101)、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104),其中拇指(100)通过拇指安装 座⑵安装在手掌⑴上,所述食指(101)、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104)依次安装 在手掌(1)上,所述拇指(100)包含两个关节,具有两个自由度,所述食指(101)、中指(102)、 无名指(103)及小拇指(104)均包含三个关节,均具有三个自由度,所述拇指(100)、食指 (101) 、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104)的各关节分别通过一个与制动元件连接的 钢丝绳(66)驱动。
2. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述拇指(100)包括 拇指腕指骨(3)、拇指近指骨(7)、拇指远指骨(8)及安装在拇指腕指骨(3)、拇指近指骨(7)、 拇指远指骨(8)上的拇指外壳,其中拇指腕指骨(3)的一端与拇指安装座(2)连接,另一端通 过关节与拇指近指骨(7)的一端连接,所述拇指近指骨(7)的另一端通过关节与拇指远指骨 (8)连接。
3. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述食指(101)、中指 (102) 、无名指(103)及小拇指(104)结构相同,均包括掌指骨、近指骨、指间骨、远指骨及安 装在掌指骨、近指骨、指间骨和远指骨上的指节外壳,所述掌指骨、近指骨、指间骨及远指骨 通过关节依次连接。
4. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述指节外壳包括左 外壳和右外壳,所述左外壳和右外壳可拆卸连接。
5. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述拇指(1〇〇)、食指 (101)、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104)的各关节上均安装有角度传感器(6)。
6. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述关节包括关节轴 (4)和安装在该关节轴(4)上的轴套(5)和轴承(65),所述轴承(65)的内圈通过轴套(5)压 紧,所述角度传感器(6)安装关节轴(4)上。
7. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述拇指(1〇〇)、食指 (101)、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104)的指尖处安装有压力传感器(64)。
8. 根据权利要求6所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述压力传感器(64) 通过硅胶垫片(63)粘接在各手指的指尖上。
9. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述拇指(1〇〇)、食指 (1〇1)、中指(102)、无名指(103)及小拇指(104)的各关节处均设有一个用以关节复位的复 位弹簧(68)。
10. 根据权利要求1所述的轻质仿人五指灵巧手机构,其特征在于:所述制动元件为舵 机、气动肌腱或形状记忆合金丝驱动。
CN201610482651.8A 2016-06-28 2016-06-28 一种轻质仿人五指灵巧手机构 Pending CN107538510A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610482651.8A CN107538510A (zh) 2016-06-28 2016-06-28 一种轻质仿人五指灵巧手机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610482651.8A CN107538510A (zh) 2016-06-28 2016-06-28 一种轻质仿人五指灵巧手机构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107538510A true CN107538510A (zh) 2018-01-05

Family

ID=60961282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610482651.8A Pending CN107538510A (zh) 2016-06-28 2016-06-28 一种轻质仿人五指灵巧手机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107538510A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109259980A (zh) * 2018-09-07 2019-01-25 东北大学秦皇岛分校 一种手功能综合康复训练平台
CN110983640A (zh) * 2019-11-23 2020-04-10 复旦大学 一种适用于立体自动缝纫的随形机械手装置
CN111839871A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 张晓东 手指关节弯曲损伤矫形平台
CN114129392A (zh) * 2021-12-07 2022-03-04 山东大学 可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109259980A (zh) * 2018-09-07 2019-01-25 东北大学秦皇岛分校 一种手功能综合康复训练平台
CN109259980B (zh) * 2018-09-07 2021-07-20 东北大学秦皇岛分校 一种手功能综合康复训练平台
CN110983640A (zh) * 2019-11-23 2020-04-10 复旦大学 一种适用于立体自动缝纫的随形机械手装置
CN111839871A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 张晓东 手指关节弯曲损伤矫形平台
CN114129392A (zh) * 2021-12-07 2022-03-04 山东大学 可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205870568U (zh) 轻质仿人五指灵巧手机构
CN107538510A (zh) 一种轻质仿人五指灵巧手机构
CN101536934B (zh) 电机内置式假手指
CN105643644B (zh) 耦合与自适应运动模式兼备的欠驱动高仿真手指
CN105310863B (zh) 一种手指和手腕关节康复训练装置
TWI478703B (zh) 義手指
CN106346500A (zh) 一种欠驱动仿人灵巧手装置
CN109542236B (zh) 具有手指位置同步测量和指尖力反馈功能的外骨骼手套
CN105364935B (zh) 一种三指三自由度构型机器人手爪
CN103538077B (zh) 一种多自由度机器仿生手
CN100439048C (zh) 机器人拟人手欠驱动多指装置
CN106003129B (zh) 一种欠驱动的自适应拟人机械手
CN103128744A (zh) 一种仿人机械灵巧手装置
CN104799982B (zh) 基于连续体差动机构的单电机欠驱动假肢手
CN106113024A (zh) 一种腱‑连杆混合传动的三自由度机械手指及控制方法
CN101057791A (zh) 一种欠驱动自适应假手的拇指机构
CN101653941B (zh) 变抓力的滑块式直接欠驱动仿生手装置
CN101919755A (zh) 一种关节牵拉式仿人形机器人手
CN107756426A (zh) 机器人灵巧手、机器人手臂及机器人
CN111070232B (zh) 一种气动驱动的二指机械手
JP6127315B2 (ja) ハンド装置及び指
CN106903710B (zh) 一种仿人灵巧手基关节机构
US20130030550A1 (en) Modular human hand prosthesis with modular, mechanically independent finger modules
TW201345676A (zh) 機械手機構
CN111923067B (zh) 一种腱传动全驱动仿人灵巧手

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination