CN110900639A - 一种仿生手的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生手的控制装置，它应用于假肢技术领域，其包括设置在手上的信号检测器、设置在仿生手上的驱动机和连接所述信号检测器与驱动机的控制器，所述信号检测器与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端通过开关组与驱动机电连接，所述驱动机驱动掌指关节和腕关节完成相应的活动；本发明结构简单，设计新颖，可满足一只手群体的日常生活需求，仿生手动作灵活、操作方便、控制精度高，有效提高了抓取和拿捏的精确度，且制作成本低，实用性高，具有较高的经济价值和社会效益，有推广的必要。
Description
技术领域
本发明涉及假肢技术领域，具体的说是一种仿生手的控制装置。
背景技术
对于一只手的人日常活动会受到一定的限制，生活起来不太方便。通常采用仿生手来协助完成必要的动作。
然而，当前的仿生手均采用生物电控制，技术难度大，成本高，多数残疾人无力购买、无法使用。而且仅限于几个简单的动作，控制灵活度受限，使用不方便。有必要研发一种控制灵活度高的仿生手。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种仿生手的控制装置，采用智能控制装置，仿生手可完成人手所能完成的动作，其控制精度高，仿生手的活动灵活度大大提高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
本发明包括设置在手上的信号检测器、设置在仿生手上的驱动机和连接所述信号检测器与驱动机的控制器，所述信号检测器与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与驱动机电连接，所述驱动机驱动掌指关节和腕关节运动。
本发明的进一步改进在于：所述信号检测器包括设置在手上指间关节处的第一曲度传感器和设置在掌指关节处的第二曲度传感器，所述第一曲度传感器和第二曲度传感器均与控制器的输入端电连接。
本发明的进一步改进在于：所述驱动机包括驱动机组和腕驱动机，所述控制器的输出端通过开关组与驱动机组连接，所述驱动机组与掌指关节连接，所述控制器的输出端通过腕开关与腕驱动机电连接，所述腕驱动机与腕关节连接。
本发明的进一步改进在于：所述控制器上设有与所述控制器电连接的无线传输装置，所述无线传输装置包括无线发射器和无线接收器。
本发明的进一步改进在于：所述驱动机组包括第一驱动机、第二驱动机、第三驱动机、第四驱动机、第五驱动机和第六驱动机。
本发明的进一步改进在于：所述开关组包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关。
本发明的进一步改进在于：所述掌指关节包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节。
本发明的进一步改进在于：所述控制器的输出端分别与第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关电连接，所述第一开关通过第一驱动机驱动第一关节，所述第二开关通过第二驱动机驱动第二关节，所述第三开关通过第三驱动机驱动第三关节，所述第四开关通过第四驱动机驱动第四关节，所述第五开关通过第五驱动机驱动第五关节，所述第六开关通过第六驱动机驱动掌骨间关节。
本发明的进一步改进在于：还包括设置在手上指间关节处的第三曲度传感器和设置在手上掌指关节处的第四曲度传感器，所述第三曲度传感器和第四曲度传感器均与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端通过肩驱动机和肘驱动机分别与仿生手的肩关节和肘关节电连接。
本发明的进一步改进在于：所述肩驱动机通过开关组的第七开关与控制器的输出端电连接，所述肘驱动机通过开关组的第八开关与控制器的输出端电连接。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
本发明结构简单，设计新颖，可满足一只手群体的日常生活需求，仿生手动作灵活、操作方便、控制精度高，有效提高了抓取和拿捏的精确度。其制作成本低，实用性高，具有较高的经济价值和社会效益，有推广的必要。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明控制原理结构示意图；
图3是本发明无线控制的结构示意图；
图4是本发明的开关组、驱动机组与对应掌指关节、掌骨间关节的控制原理结构示意图。
其中，1、第一曲度传感器；2、第二曲度传感器；3、腕驱动机；4、掌指关节； 4-1、第一关节；4-2、第二关节；4-3、第三关节；4-4、第四关节；4-5、第五关节；5、掌骨间关节；6、驱动机组；6-1、第一驱动机；6-2、第二驱动机；6-3、第三驱动机；6-4、第四驱动机；6-5、第五驱动机；6-6、第六驱动机；7、控制器；8、开关组；8-1、第一开关；8-2、第二开关；8-3、第三开关；8-4、第四开关；8-5、第五开关；8-6、第六开关；9、腕开关；10、腕关节；11、无线发射器；12、无线接收器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种仿生手的控制装置，如图1-4所示，其包括设置在手上的信号检测器、设置在仿生手上的驱动机和连接所述信号检测器与驱动机的控制器7，所述信号检测器与控制器7的输入端电连接，所述控制器7的输出端与驱动机电连接，所述驱动机通过连杆或齿轮与掌指关节4和腕关节10连接，并驱动掌指关节4和腕关节10活动，使仿生手完成相应的动作。
所述信号检测器检测到的弯曲和伸直的信号传递给控制器7的输入端，控制器7为市场采购的单片机，根据需要在单片机内写入程序后即可使用，控制器7接到信号检测器送来的输入信号后进行比较、判断，然后向控制器7的输出端发出命令，驱动机接到命令后带动掌指关节4和腕关节10动作，完成仿生手的弯曲与伸直。
如图1-3所示，所述信号检测器包括设置在小拇指背侧指间关节处的第一曲度传感器1和设置在手背靠小拇指侧的掌指关节4处的第二曲度传感器2，之所以设置在小拇指处是因为小拇指在干活过程中没有起到重要的作用，对日常活动不会有影响，而且小拇指也满足弯曲和伸直灵活度的需要，设置在其他手指也可以的。第一曲度传感器1检测到小拇指的弯曲或伸直的信息、第二曲度传感器2检测到的小拇指的活动信息均传递给控制器7的输入端。
所述驱动机包括驱动机组6和腕驱动机3，如图2和图3所示，所述控制器7的输出端通过开关组8与驱动机组6连接，所述驱动机组6驱动掌骨间关节5、和掌指关节4活动，控制器7将接收到第一曲度传感器1弯曲或伸直的信息经分析、判断后向开关组8发出命令，开关组8将该命令传递给驱动机组6，驱动机组6驱动相应的掌骨间关节5和掌指关节4活动，使仿生手的手指完成相应的弯曲或伸直动作。
所述控制器7的输出端通过腕开关9与腕驱动机3电连接，所述腕驱动机3驱动腕关节10动作。当控制器7接收到第二曲度传感器2检测的掌指关节4的弯曲或伸直信息经分析、判断后向腕开关9发出命令通过腕驱动机3驱动腕关节10完成旋转的动作，配合掌指关节4，掌指关节4带动指间关节完成更多、更复杂的动作，使仿生手像人手一样灵活控制日常手指的弯曲和伸直，满足拿捏、喝水、吃饭等动作。
如图3所示，所述控制器7上设有与所述控制器7电连接的无线传输装置，所述无线传输装置包括无线发射器11和无线接收器12。第一曲度传感器1和第二曲度传感器2检测到的信息传递给控制器7的输入端，通过无线传输装置将控制器7输入端的信息传递给控制器7的输出端，此时需要两块同样配置的控制器7，与第一曲度传感器1和第二曲度传感器2连接的控制器7与无线发射器11电连接，输出端与开关组8连接的控制器7与无线接收器12电连接。采用无线传输能使控制更加直接，避免了工作过程受连线的限制。
如图4所示，所述驱动机组6为多个驱动机集成在一起的结构，驱动机组6包括第一驱动机6-1、第二驱动机6-2、第三驱动机6-3、第四驱动机6-4、第五驱动机6-5和第六驱动机6-6。
所述开关组8为多个开关集成在一起的结构，开关组8包括第一开关8-1、第二开关8-2、第三开关8-3、第四开关8-4、第五开关8-5和第六开关8-6。
所述掌指关节4包括第一关节4-1、第二关节4-2、第三关节4-3、第四关节4-4和第五关节4-5。
所述控制器7的输出端分别与第一开关8-1、第二开关8-2、第三开关8-3、第四开关8-4、第五开关8-5和第六开关8-6电连接，所述第一开关8-1通过第一驱动机6-1驱动第一关节4-1，通过第一开关8-1和第一驱动机6-1驱动第一关节4-1完成小拇指的弯曲或伸直；所述第二开关8-2通过第二驱动机6-2驱动第二关节4-2，通过第二开关8-2和第二驱动机6-2驱动第二关节4-2完成无名指的弯曲或伸直；所述第三开关8-3通过第三驱动机6-3驱动第三关节4-3，通过第三开关8-3和第三驱动机6-3驱动第三关节4-3完成中指的弯曲或伸直；所述第四开关8-4通过第四驱动机6-4驱动第四关节4-4，通过第四开关8-4和第四驱动机6-4驱动第四关节4-4完成食指的弯曲或伸直；所述第五开关8-5通过第五驱动机6-5驱动第五关节4-5，通过第五开关8-5和第五驱动机6-5驱动第五关节4-5完成大拇指的弯曲或伸直；所述第六开关8-6通过第六驱动机6-6驱动掌骨间关节5，通过第六开关8-6和第六驱动机6-6驱动掌骨间关节5完成大拇指向内向外的旋转。
在实施过程中，如果表示“OK”的时候，只要将第一开关8-1、第二开关8-2和第三开关8-3关闭，这样第一曲度传感器1检测到的人手指间关节处的信息传递给控制器7的输入端，然后通过无线发射器11将该信息传输给无线接收器12，无线接收器12接收到的信息传输给控制器7的输出端，由于第一开关8-1、第二开关8-2和第三开关8-3关闭，所以小拇指、无名指和中指处于待机状态，而第四开关8-4和第五开关8-5开启可根据第一曲度传感器1的弯曲或伸直形成动态的“OK”手势。
如果想让食指处于伸直或弯曲的状态，只要关闭第一开关8-1、第二开关8-2、第三开关8-3和第五开关8-5即可。如果要完成握住水杯喝水的动作，则需要将开关组8和腕开关9均处于开启状态，根据第一曲度传感器1和第二曲度传感器2的共同作用完成握住水杯，并旋转腕关节10完成喝水等动作，其余动作完成情况以此类推。
根据患者的需要，可以增加或减少需要控制的活动关节部。当遇到从肩部被截肢的患者时，需要仿生手加上胳膊和肩部，这时根据需要可在无名指的指间关节处设置第三曲度传感器和在无名指的掌指关节4处设置第四曲度传感器，所述第三曲度传感器和第四曲度传感器均与控制器7的输入端电连接。
仿生手的肘部设有肘驱动机，肩部设有肩驱动机，所述开关组8上还设有第七开关和第八开关，所述控制器7的输出端通过开关组8上的第七开关、第八开关分别与肩驱动机、肘驱动机连接，靠肩驱动机、肘驱动机分别与仿生手的肩关节和肘关节连接，驱动仿生手的肩关节和肘关节像人的肩和肘一样灵活的实现弯曲或伸直。
这样，通过第三曲度传感器和第四曲度传感器采集的人手指间关节和掌指关节4伸直和弯曲的信息，传递给控制器7的输入端，经控制器7的分析和判断后向与控制器7输出端电连接的肩驱动机、肘驱动机发出命令，控制仿生手肩部和肘部的灵活动作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种仿生手的控制装置，其特征在于：包括设置在手上的信号检测器、设置在仿生手上的驱动机和连接所述信号检测器与驱动机的控制器（7），所述信号检测器与控制器（7）的输入端电连接，所述控制器（7）的输出端与驱动机电连接，所述驱动机驱动掌指关节（4）和腕关节（10）运动。
2.根据权利要求1所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述信号检测器包括设置在手上指间关节处的第一曲度传感器（1）和设置在掌指关节（4）处的第二曲度传感器（2），所述第一曲度传感器（1）和第二曲度传感器（2）均与控制器（7）的输入端电连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述驱动机包括驱动机组（6）和腕驱动机（3），所述控制器（7）的输出端通过开关组（8）与驱动机组（6）连接，所述驱动机组（6）与掌指关节（4）连接，所述控制器（7）的输出端通过腕开关（9）与腕驱动机（3）电连接，所述腕驱动机（3）与腕关节（10）连接。
4.根据权利要求3所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述控制器（7）上设有与所述控制器（7）电连接的无线传输装置，所述无线传输装置包括无线发射器（11）和无线接收器（12）。
5.根据权利要求3所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述驱动机组（6）包括第一驱动机（6-1）、第二驱动机（6-2）、第三驱动机（6-3）、第四驱动机（6-4）、第五驱动机（6-5）和第六驱动机（6-6）。
6.根据权利要求3所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述开关组（8）包括第一开关（8-1）、第二开关（8-2）、第三开关（8-3）、第四开关（8-4）、第五开关（8-5）和第六开关（8-6）。
7.根据权利要求3所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述掌指关节（4）包括第一关节（4-1）、第二关节（4-2）、第三关节（4-3）、第四关节（4-4）和第五关节（4-5）。
8.根据权利要求5-7任一项所述的仿生手的控制装置，其特征在于：所述控制器（7）的输出端分别与第一开关（8-1）、第二开关（8-2）、第三开关（8-3）、第四开关（8-4）、第五开关（8-5）和第六开关（8-6）电连接，所述第一开关（8-1）通过第一驱动机（6-1）驱动第一关节（4-1），所述第二开关（8-2）通过第二驱动机（6-2）驱动第二关节（4-2），所述第三开关（8-3）通过第三驱动机（6-3）驱动第三关节（4-3），所述第四开关（8-4）通过第四驱动机（6-4）驱动第四关节（4-4），所述第五开关（8-5）通过第五驱动机（6-5）驱动第五关节（4-5），所述第六开关（8-6）通过第六驱动机（6-6）驱动掌骨间关节（5）。
9.据权利要求8所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：还包括设置在手上指间关节处的第三曲度传感器和设置在手上掌指关节（4）处的第四曲度传感器，所述第三曲度传感器和第四曲度传感器均与控制器（7）的输入端电连接，所述控制器（7）的输出端通过肩驱动机和肘驱动机分别与仿生手的肩关节和肘关节电连接。
10.根据权利要求9所述的一种仿生手的控制装置，其特征在于：所述肩驱动机通过开关组（8）的第七开关与控制器（7）的输出端电连接，所述肘驱动机通过开关组（8）的第八开关与控制器（7）的输出端电连接。
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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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200324 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |