CN111265350A - 仿生手指 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生手指，包括：仿生关节，其包括多个，多个所述仿生关节相枢接；驱动电机，其用于驱动所述仿生关节相对枢转；柔性机构，每相邻两个所述仿生关节之间具有一个所述柔性机构；其中：在所述电机驱动所述仿生关节与物体接触后，所述柔性机构用于减缓所述仿生关节与所述物体之间所形成的接触力的增加速度。通过增设柔性机构，使得仿生手在抓取物体时，仿生关节与物体之间的接触力出现一个逐渐增加的过程，相比于现有技术中的仿生手，本发明所提供的仿生手能够有效降低与被抓取物体的冲击，更接近于正常人手的抓取过程中的施力特性。

Description

仿生手指
技术领域
本发明涉及一种仿生手指。
背景技术
现有技术中的仿生手指包括相互枢接的仿生关节以及用于驱动仿生关节以用于使仿生关节实现屈伸动作和抓取动作的驱动电机。
利用仿生手指抓取物体的工作过程为：驱动电机驱动仿生关节进行“屈”动作以靠近物体，进而最终接触物体，完成抓取。
现有技术中的上述仿生指在进行抓取物体的动作时存在如下问题：
驱动电机驱动仿生关节接触到物体的同时接触力急速达到最大，因而，仿生关节会对物体产生冲击，这与真实手指抓取物体过程的力学特性相差较大。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种仿生手指。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：
一种仿生手指，包括：
仿生关节，其包括多个，多个所述仿生关节相枢接；
驱动电机，其用于驱动所述仿生关节相对枢转；
柔性机构，每相邻两个所述仿生关节之间具有一个所述柔性机构；其中：
在所述电机驱动所述仿生关节与物体接触后，所述柔性机构用于减缓所述仿生关节与所述物体之间所形成的接触力的增加速度。
优选地，所述柔性机构包括：
传动部件，其枢接于所述仿生关节上，且所述传动部件的枢接中心与相枢接的所述仿生关节的枢接中心一致，所述驱动电机用于驱动所述传动部件转动；
第一止挡块，其形成于位于前侧的所述仿生关节上；
第二止挡块，其形成于所述传动部件上以用于止挡所述第一止挡块；
导向杆，其固定在位于前侧的所述仿生关节上；
滑块，其设置于所述传动部件的直线滑轨上以能够沿所述滑轨滑动；
转动部件，其可转动的装设于所述滑块的上端面，所述转动部件上开设有导向孔，所述导向杆穿设所述导向孔；
永磁体，其固定在所述滑块上；
电磁体，其装设于所述传动部件上，并与所述永磁体相对；
弹簧，其设置于所述永磁体和所述电磁体之间，并使所述弹簧设置成压缩状态。
优选地，所述传动部件呈弧形条状，所述传动部件上形成有弧形导向槽；其中：
所述驱动电机的输出轴上装设有连杆，所述连杆的头部形成有导向滚轮，所述导向滚轮位于所述弧形导向槽中，所述驱动电机借由驱动所述连杆转动并借由所述导向滚轮与所述弧形导向槽配合而驱动所述传动部件转动。
优选地，所述仿生关节的两侧均形成有与真实手指关节匹配的护板。
优选地，所述驱动电机装设在所述仿生关节的两个护板的上方。
优选地，所述驱动电机装设于后侧的所述仿生关节上。
与现有技术相比，本发明所提供的仿生手指的有益效果是：
1、通过增设柔性机构，使得仿生手在抓取物体时，仿生关节与物体之间的接触力出现一个逐渐增加的过程，相比于现有技术中的仿生手，本发明所提供的仿生手能够有效降低与被抓取物体的冲击，更接近于正常人手的抓取过程中的施力特性。
2、通过在柔性机构中设置弹簧以及两个止挡块，并使弹簧的初始状态设置成压缩状态，进而使仿生关节与物体接触的瞬间也会具有一定的接触力，进而使得仿生关节在接触前期也存在一定的刚度。
3、通过改变电磁体的磁场强度，进而能够改变两个止挡块在初始阶段之间的抵靠力，进而能够调整仿生关节在接触前期的刚度。
4、传动部件与驱动电机的传动方式能够使得驱动电机可通过360度的转动来驱动仿生关节的屈伸动作。
本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本发明的实施例所提供的仿生手指的结构示意图。
图2为本发明的实施例所提供的仿生手指进行“屈”动作的状态视图。
图3为本发明的实施例所提供的仿生手指的进行抓取动作的状态视图。
图4为图3的局部A的放大视图(仿生关节与物体接触前期)。
图5为图3的局部A的放大视图(仿生关节与物体接触后期)。
图6为图5的B-B向剖视图。
附图标记：
10-仿生关节；11-护板；20-驱动电机；21-连杆；22-导向滚轮；30-柔性机构；31-传动部件；311-弧形导向槽；32-导向杆；33-滑块；331-直线滑轨；34-转动部件；351-永磁体；352-电磁体；36-弹簧；100-物体。
具体实施方式
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如图1至图6所示，本发明公开的实施例公开了一种仿生手指，该仿生手指包括仿生关节10、驱动电机20以及柔性机构30。
仿生关节10包括与真实人手的关节数量相同的多个，相邻的仿生关节10之间相枢接，每个仿生关节10匹配一个驱动电机20，如此，借由驱动电机20的驱动而使得每个仿生关节10均通过枢转而实现关节的屈伸动作以及抓取动作。
每相邻的两个仿生关节10之间均具有一个柔性机构30，每个柔性机构30均包括：传动部件31、第一止挡块、第二止挡块、导向杆32、滑块33、转动部件34、永磁体351、电磁体352以及弹簧36。
传动部件31呈弧形的条状，该传动部件31的第一端枢接于仿生关节10上，具体地，该传动部件31、相邻的两个仿生关节10的枢接中心同轴，即，为同一个枢接中心；该传动部件31上开设有一个弧形导向槽311。
每个仿生关节10的两侧均设置有护板11，这使得仿生关节10能够附着于真实的人手(患肢)上；驱动电机20装设在护板11上，该驱动电机20的输出轴上装设一个连杆21，该连杆21的头部装设有导向滚轮22，该导向滚轮22设置于传动部件31的弧形导向槽311中，驱动机构通过驱动连杆21转动而使得导向滚轮22沿传动部件31的弧形导向槽311滑动，进而使得传动部件31转动。
第一止挡块形成于仿生关节10的端部的径向上的外侧，第二止挡块固定在传动部件31的第一端，该第一止挡块与该第二止挡块用于相互止挡。
在传动部件31的第一端上布置有直线滑轨331，该直线滑轨331位于仿生关节10的端部的一侧；滑块33设置在直线滑轨331上并能够沿直线滑轨331滑动。
导向杆32固定在仿生关节10上，该导向杆32径向的伸出仿生关节10；转动部件34装设在滑块33的上端，并能够绕自身轴线转动，该转动部件34上径向的开设有导向孔，导向杆32穿过该导向孔并能够沿导向孔滑动。
永磁体351固定在滑块33上，该永磁体351的磁极的朝向与直线滑轨331的延伸方向一致；电磁体352装设在直线滑轨331的端部并与永磁体351相对，该电磁体352与永磁体351布置成同性磁极形式。
如图4所示，弹簧36设置在永磁体351与电磁体352之间，该弹簧36的伸缩状态配置成：使弹簧36处于压缩状态，如此，弹簧36通过对滑块33施加弹力以借由转动部件34与导向杆32的配合而使得仿生关节10上的第一止挡块抵靠于第二止挡块，且两止挡块之间的抵靠力(或称预紧抵靠力)受到弹簧36的压缩程度的影响。
在本发明中，驱动电机20及电磁体352均由蓄电池提供电源，该蓄电池可设置在仿生手的手背或其他合适位置，当然，该蓄电池通过控制器向驱动电机20和电磁体352供电。
下面介绍一下本发明所提供的仿生手指的工作过程：
如图2所示，当仅需要仿生手指进行屈伸动作时，驱动电机20借由传动部件31驱动仿生关节10枢转即可完成。
当需要利用仿生手指抓取物体100时，如图3和图4所示，驱动电机20借由传动部件31驱动仿生关节10枢转以进行“屈”动作，直至仿生关节10与物体100接触，在接触前的过程中，如图2所示，传动部件31与仿生关节10因两个止挡块相抵靠而同步的转动；在刚接触的瞬间，如图4所示，驱动电机20没有将其输出的全部动力即刻传递给仿生关节10，而是在该瞬间，仅将相当于两个止挡块之间的抵靠力的力传递给仿生关节10，进而使仿生关节10将相当于抵靠力的力施加给物体100。而在后续结构过程中，如图5所示，驱动电机20通过驱动传动部件31继续转动，这使得传动部件31相对于仿生关节10发生了转动，在此过程中，第二止挡块远离第一止挡块，导向杆32通过与转动部件34配合而使得滑块33朝向电磁体352，进而增大了弹簧36的弹力以及两个磁体的磁斥力，该两力用于传递给仿生关节10，并借由仿生关节10传递给物体100，进而使得仿生关节10与物体100之间的接触力不断增大，若弹簧36最终能够被压缩到不可压缩的状态，则驱动电机20的扭矩(或称动力)最终全部转化为仿生关节10与物体100之间的接触力。
本发明所提供的仿生手指的优势在于：
1、通过增设柔性机构30，使得仿生手在抓取物体100时，仿生关节10与物体100之间的接触力出现一个逐渐增加的过程，相比于现有技术中的仿生手，本发明所提供的仿生手能够有效降低与被抓取物体100的冲击，更接近于正常人手的抓取过程中的施力特性。
2、通过在柔性机构30中设置弹簧36以及两个止挡块，并使弹簧36的初始状态设置成压缩状态，进而使仿生关节10与物体100接触的瞬间也会具有一定的接触力，进而使得仿生关节10在接触前期也存在一定的刚度。
3、通过改变电磁体352的磁场强度，进而能够改变两个止挡块在初始阶段之间的抵靠力，进而能够调整仿生关节10在接触前期的刚度。
4、传动部件31与驱动电机20的传动方式能够使得驱动电机20可通过360度的转动来驱动仿生关节10的屈伸动作。
此外，尽管已经在本发明中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种仿生手指，其特征在于，包括：
仿生关节，其包括多个，多个所述仿生关节相枢接；
驱动电机，其用于驱动所述仿生关节相对枢转；
柔性机构，每相邻两个所述仿生关节之间具有一个所述柔性机构；其中：
在所述电机驱动所述仿生关节与物体接触后，所述柔性机构用于减缓所述仿生关节与所述物体之间所形成的接触力的增加速度。
2.根据权利要求1所述的仿生手指，其特征在于，所述柔性机构包括：
传动部件，其枢接于所述仿生关节上，且所述传动部件的枢接中心与相枢接的所述仿生关节的枢接中心一致，所述驱动电机用于驱动所述传动部件转动；
第一止挡块，其形成于位于前侧的所述仿生关节上；
第二止挡块，其形成于所述传动部件上以用于止挡所述第一止挡块；
导向杆，其固定在位于前侧的所述仿生关节上；
滑块，其设置于所述传动部件的直线滑轨上以能够沿所述滑轨滑动；
转动部件，其可转动的装设于所述滑块的上端面，所述转动部件上开设有导向孔，所述导向杆穿设所述导向孔；
永磁体，其固定在所述滑块上；
电磁体，其装设于所述传动部件上，并与所述永磁体相对；
弹簧，其设置于所述永磁体和所述电磁体之间，并使所述弹簧设置成压缩状态。
3.根据权利要求2所述的仿生手指，其特征在于，所述传动部件呈弧形条状，所述传动部件上形成有弧形导向槽；其中：
所述驱动电机的输出轴上装设有连杆，所述连杆的头部形成有导向滚轮，所述导向滚轮位于所述弧形导向槽中，所述驱动电机借由驱动所述连杆转动并借由所述导向滚轮与所述弧形导向槽配合而驱动所述传动部件转动。
4.根据权利要求3所述的仿生手指，其特征在于，所述仿生关节的两侧均形成有与真实手指关节匹配的护板。
5.根据权利要求4所述的仿生手指，其特征在于，所述驱动电机装设在所述仿生关节的两个护板的上方。
6.根据权利要求5所述的仿生手指，其特征在于，所述驱动电机装设于后侧的所述仿生关节上。
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