CN107745391A - 一种基于杆式超声电机的多自由度手掌及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于杆式超声电机的多自由度手掌及其操作方法，包括手掌、10mm超声电机、食指近指端、食指中指端、食指远指端、中指近指端、中指中指端、中指远指端、无名指近指端、无名指中指端、无名指远指端、小指远指端、小指中指端、小指近指端、拇指远指端、拇指中指端、拇指近指端和球形铰链。本发明还提供了一种基于杆式超声电机的多自由度手掌的操作方法。本发明利用了杆式超声电机可以小型化的特点，将其合理的布置在仿生机械手的各个关节部位，保证每个关节之间独立，并能实现仿生机械手的常见功能。

Description

一种基于杆式超声电机的多自由度手掌及其操作方法
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种基于杆式超声电机的多自由度手掌及其操作方法。
背景技术
仿生机械手的设计目前多采用电磁电机配合绳驱动、弹簧驱动的形式作为手指关节。这种设计往往造成的问题是关节的灵敏度没有直驱高，同时每个关节之间并不是完全独立，有耦合现象，即当一个关节动的时候与其耦合的其他关节会有联动。如果每个关节均采用独立的电磁电机，则会造成结构庞大冗余。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于杆式超声电机的多自由度手掌及其操作方法。该产品利用了杆式超声电机可以小型化的特点，将其合理的布置在仿生机械手的各个关节部位，保证每个关节之间独立，并能实现仿生机械手的常见功能。
其具体技术方案为：
一种基于杆式超声电机的多自由度手掌，包括手掌1、10mm超声电机2、食指近指端3、食指中指端4、食指远指端5、中指近指端6、中指中指端7、中指远指端8、无名指近指端9、无名指中指端10、无名指远指端11、小指远指端12、小指中指端13、小指近指端14、拇指远指端15、拇指中指端16、拇指近指端17和球形铰链18；所述手掌1大拇指、食指、中指、无名指和小拇指的第一个关节均与球形铰链18连接，所述球形铰链18的两个活动件均分别与两个10mm超声电机2连接；所述拇指近指端17、食指近指端3、中指近指端6、无名指近指端9、小指近指端14分别与球形铰链18的外部活动件上的10mm超声电机2连接；食指近指端3、中指近指端6、无名指近指端9、小指近指端14的另一侧与另外一组10mm超声电机2连接；拇指近指端17的另一侧与另外一组球形铰链18连接，球形铰链18的两个活动件均分别与两个10mm超声电机2连接；拇指中指端16、食指中指端4、中指中指端7、无名指中指端10、小指中指端13两头分别与10mm超声电机2连接；拇指远指端15、食指远指端5、中指远指端8、无名指远指端11、小指远指端12均一端与10mm超声电机2连接，另一端自由。
进一步，所有四指的远指端与中指端由单自由度关节19连接；中指端和近指端由单自由度关节20连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节21连接。
进一步，所述拇指的远指端与中指端由单自由度关节22连接；中指端与近指端由球铰链两自由度关节23连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节24连接；球铰链由球铰链内圈25和球铰链外圈26组成。
一种基于杆式超声电机的多自由度手掌的操作方法，包括以下步骤：
整个手掌除了五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链外其余关节均为单自由度关节，单自由度关节均安装一个10mm超声电机；当电机通电时该关节电机会产生旋转运动，使得手指相应部位发生弯曲；
五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链；这种铰链是一种两自由度的铰链结构，每个关节上安装了两个10mm超声电机，两个电机垂直正交分布，与关节内圈相连的电机运动时该关节以上的指端产生弯曲变形；与关节外圈相连的电机运动时该关节所在的手指产生左右摆动效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、整个手掌四指采用了8个单自由度关节和四个两自由度关节，拇指采用了一个单自由度关节和两个两自由度关节。实现了手指每个指节的弯曲变形和整个手指的横向摆动变形，可以很灵活的模仿人手的运动特性。
2、当拇指和食指各关节电机通电时，通过控制策略可以完成拇指与食指组合精确抓取小体积目标的功能。
3、当拇指、食指和中指各关节通电时，通过控制策略可以完成拇指、食指和中指组合精确抓取中等体积目标的功能。
4、当五指的各关节同时通电时，通过控制策略可以完成五指同时抓取体积较大，重量较大目标的功能。
5、当拇指之外的四指各关节同时通电时，通过控制策略可以完成四指提拉目标的功能。
附图说明
图1为本发明基于杆式超声电机的多自由度手掌的结构示意图；
图2为四指中其中一指的关节示意图；
图3为拇指的关节示意图，其中图3A为拇指的关节结构示意图，图3B为图3A的A-A截面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
参照图1，一种基于杆式超声电机的多自由度手掌，包括手掌1、10mm超声电机2、食指近指端3、食指中指端4、食指远指端5、中指近指端6、中指中指端7、中指远指端8、无名指近指端9、无名指中指端10、无名指远指端11、小指远指端12、小指中指端13、小指近指端14、拇指远指端15、拇指中指端16、拇指近指端17和球形铰链18；所述手掌1大拇指、食指、中指、无名指和小拇指的第一个关节均与球形铰链18连接，所述球形铰链18的两个活动件均分别与两个10mm超声电机2连接；所述拇指近指端17、食指近指端3、中指近指端6、无名指近指端9、小指近指端14分别与球形铰链18的外部活动件上的10mm超声电机2连接；食指近指端3、中指近指端6、无名指近指端9、小指近指端14的另一侧与另外一组10mm超声电机2连接；拇指近指端17的另一侧与另外一组球形铰链18连接，球形铰链18的两个活动件均分别与两个10mm超声电机2连接；拇指中指端16、食指中指端4、中指中指端7、无名指中指端10、小指中指端13两头分别与10mm超声电机2连接；拇指远指端15、食指远指端5、中指远指端8、无名指远指端11、小指远指端12均一端与10mm超声电机2连接，另一端自由。
四指关节如图2所示。所有四指的远指端与中指端由单自由度关节19连接；中指端和近指端由单自由度关节20连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节21连接。
拇指关节如图3所示。所述拇指的远指端与中指端由单自由度关节22连接；中指端与近指端由球铰链两自由度关节23连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节24连接；球铰链由球铰链内圈25和球铰链外圈26组成。
一种基于杆式超声电机的多自由度手掌的操作方法，包括以下步骤：
整个手掌除了五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链外其余关节均为单自由度关节，单自由度关节均安装一个10mm超声电机；当电机通电时该关节电机会产生旋转运动，使得手指相应部位发生弯曲；
五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链；具体的结构如图2所示。这种铰链是一种两自由度的铰链结构，每个关节上安装了两个10mm超声电机，两个电机垂直正交分布，与关节内圈相连的电机运动时该关节以上的指端产生弯曲变形；与关节外圈相连的电机运动时该关节所在的手指产生左右摆动效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于杆式超声电机的多自由度手掌，其特征在于，包括手掌(1)、10mm超声电机(2)、食指近指端(3)、食指中指端(4)、食指远指端(5)、中指近指端(6)、中指中指端(7)、中指远指端(8)、无名指近指端(9)、无名指中指端(10)、无名指远指端(11)、小指远指端(12)、小指中指端(13)、小指近指端(14)、拇指远指端(15)、拇指中指端(16)、拇指近指端(17)和球形铰链(18)；所述手掌(1)大拇指、食指、中指、无名指和小拇指的第一个关节均与球形铰链(18)连接，所述球形铰链(18)的两个活动件均分别与两个10mm超声电机(2)连接；所述拇指近指端(17)、食指近指端(3)、中指近指端(6)、无名指近指端(9)、小指近指端(14)分别与球形铰链(18)的外部活动件上的10mm超声电机(2)连接；食指近指端(3)、中指近指端(6)、无名指近指端(9)、小指近指端(14)的另一侧与另外一组10mm超声电机(2)连接；拇指近指端(17)的另一侧与另外一组球形铰链(18)连接，球形铰链(18)的两个活动件均分别与两个10mm超声电机(2)连接；拇指中指端(16)、食指中指端(4)、中指中指端(7)、无名指中指端(10)、小指中指端(13)两头分别与10mm超声电机(2)连接；拇指远指端(15)、食指远指端(5)、中指远指端(8)、无名指远指端(11)、小指远指端(12)均一端与10mm超声电机(2)连接，另一端自由。
2.根据权利要求1所述基于杆式超声电机的多自由度手掌，其特征在于，所有四指的远指端与中指端由单自由度关节(19)连接；中指端和近指端由单自由度关节(20)连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节(21)连接。
3.根据权利要求1所述基于杆式超声电机的多自由度手掌，其特征在于，所述拇指的远指端与中指端由单自由度关节(22)连接；中指端与近指端由球铰链两自由度关节(23)连接；近指端与手掌由球铰链两自由度关节(24)连接；球铰链由球铰链内圈(25)和球铰链外圈(26)组成。
4.一种基于杆式超声电机的多自由度手掌的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
整个手掌除了五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链外其余关节均为单自由度关节，单自由度关节均安装一个10mm超声电机；当电机通电时该关节电机会产生旋转运动，使得手指相应部位发生弯曲；
五根手指与手掌连接的根部关节和拇指的第二关节为球形铰链；这种铰链是一种两自由度的铰链结构，每个关节上安装了两个10mm超声电机，两个电机垂直正交分布，与关节内圈相连的电机运动时该关节以上的指端产生弯曲变形；与关节外圈相连的电机运动时该关节所在的手指产生左右摆动效果。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108527408A (zh) * 2018-03-10 2018-09-14 西北农林科技大学 一种利用机械结构实现自适应物体形状的机械手
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
CN110731842A (zh) * 2019-09-20 2020-01-31 上海健康医学院 一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置
CN111839871A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 张晓东 手指关节弯曲损伤矫形平台

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1418765A (zh) * 2002-12-13 2003-05-21 北京航空航天大学 机器人灵巧手机构
US20070040400A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Greenhill Richard M End effectors
CN101214648A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 南京航空航天大学 超声电机驱动的五指灵巧手
JP2009166152A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Toyota Motor Corp ロボットハンド
JP2010264544A (ja) * 2009-05-14 2010-11-25 Honda Motor Co Ltd ロボットハンドならびにその制御システム、制御方法および制御プログラム
CN102085661A (zh) * 2010-12-18 2011-06-08 浙江理工大学 全驱动式灵巧机械手
CN102092049A (zh) * 2011-01-04 2011-06-15 天津大学 具有可变形状手掌的仿人灵巧手
CN105193525A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 国家康复辅具研究中心 一种基于镍钛记忆合金的仿生五指假手
CN204997657U (zh) * 2015-09-18 2016-01-27 广东技术师范学院 一种具有模仿功能的仿生机械手
CN105643643A (zh) * 2016-04-02 2016-06-08 西北农林科技大学 一种五指末端执行器
CN207997314U (zh) * 2017-11-07 2018-10-23 西北农林科技大学 一种基于杆式超声电机的多自由度手掌

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1418765A (zh) * 2002-12-13 2003-05-21 北京航空航天大学 机器人灵巧手机构
US20070040400A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Greenhill Richard M End effectors
JP2009166152A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Toyota Motor Corp ロボットハンド
CN101214648A (zh) * 2008-01-18 2008-07-09 南京航空航天大学 超声电机驱动的五指灵巧手
JP2010264544A (ja) * 2009-05-14 2010-11-25 Honda Motor Co Ltd ロボットハンドならびにその制御システム、制御方法および制御プログラム
CN102085661A (zh) * 2010-12-18 2011-06-08 浙江理工大学 全驱动式灵巧机械手
CN102092049A (zh) * 2011-01-04 2011-06-15 天津大学 具有可变形状手掌的仿人灵巧手
CN204997657U (zh) * 2015-09-18 2016-01-27 广东技术师范学院 一种具有模仿功能的仿生机械手
CN105193525A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 国家康复辅具研究中心 一种基于镍钛记忆合金的仿生五指假手
CN105643643A (zh) * 2016-04-02 2016-06-08 西北农林科技大学 一种五指末端执行器
CN207997314U (zh) * 2017-11-07 2018-10-23 西北农林科技大学 一种基于杆式超声电机的多自由度手掌

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108527408A (zh) * 2018-03-10 2018-09-14 西北农林科技大学 一种利用机械结构实现自适应物体形状的机械手
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
CN110731842A (zh) * 2019-09-20 2020-01-31 上海健康医学院 一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置
CN111839871A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 张晓东 手指关节弯曲损伤矫形平台

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