CN1803413A - 欠驱动自适应假手的拇指机构 - Google Patents

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Abstract

欠驱动自适应假手的拇指机构，它涉及一种拟人机械手。本发明的目的是为解决现有大多数的假手大拇指，都只有一个方向的抓握运动的问题。本发明拇指指尖销套(32)的一端与拇指指尖连杆销轴(37)转动连接，拇指减速器带轮(10)下面的波发生器轴(54)上固定有拇指带轮轴承(55)，拇指减速器带轮(10)的上面通过带轮固定销(57)和带轮垫片(9)相连接，带轮垫片(9)另一端的波发生器轴(54)上固定有谐波齿轮减速器的波发生器(52)。本发明的有益效果是：拇指在抓握的运动过程中呈一个130度的锥面形运动空间，并且可实现指尖的欠驱动运动，和真人手拇指的运动方式极为相似，其外形美观、结构简单、重量轻、体积小，拇指的抓取力大、能够适应物体的形状，达到完全包络物体、抓握稳定。

Description

欠驱动自适应假手的拇指机构
技术领域
本发明涉及一种拟人机械手。
背景技术
现有大多数的假手大拇指，都只有一个方向的抓握运动。这样的拇指必须垂直于假手的手掌设置，不论在外观上还是在功能上，都和真人人手的大拇指有着很大的差距，也是由于这个原因，许多需要安装假手的残疾人不愿意使用假手。据调查表明，和功能相比，有一半以上的残疾人更注重假手外观的逼真性，可以说，这是目前假手在设计上的一个很大的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是为解决现有大多数的假手大拇指，都只有一个方向的抓握运动的问题，提供一种欠驱动自适应假手的拇指机构。本发明具有结构简单、外形美观、和真手的拇指运动方式极为相似的特点。本发明包含拇指的欠驱动机构和拇指的传动机构，拇指的欠驱动机构由拇指指尖套1、拇指下盖板2、拇指右侧板3、拇指上盖板11、指尖弹簧12、拇指指尖轴13、力矩传感器20、指尖27、拇指连杆28、拇指左侧板30、拇指指尖销套32、拇指连杆销轴33、拇指指尖连杆销轴37、拇指弹簧挡销38、球铰42、球铰连杆销轴46组成，拇指指尖轴13设置在拇指右侧板3与拇指左侧板30之间的上端，指尖27的下端设在拇指指尖轴13上，拇指指尖套1固定在指尖27上，拇指弹簧挡销38固定在拇指右侧板3的内侧上端，指尖弹簧12设置在拇指指尖轴13上，指尖27的下端一侧固定有拇指连杆销轴33，拇指指尖销套32的一端与拇指指尖连杆销轴37转动连接，拇指指尖销套32的另一端通过拇指连杆销轴33固定在拇指连杆28上，拇指连杆28的另一端、球铰42和力矩传感器20的一端同设置在球铰连杆销轴46上，拇指下盖板2固定在拇指右侧板3和拇指左侧板30之间的手心一侧上，拇指上盖板11固定在拇指右侧板3和拇指左侧板30之间的手背一侧上；拇指的传动机构由大伞齿轮4、拇指减速器座5、谐波齿轮的柔轮6、谐波齿轮减速器的刚轮7、拇指支撑座8、带轮垫片9、拇指减速器带轮10、指基关节轴15、小伞齿轮17、齿形带19、拇指箱体22、小伞齿轮螺钉35、电机40、拇指电机轴套47、拇指电机带轮48、电机座49、拇指箱体轴承50、谐波齿轮减速器的波发生器52、波发生器轴54、拇指带轮轴承55、带轮固定销57、刚轮固定销58、柔轮内套轴承59、柔轮内套60、小伞齿轮定位键61组成；电机40固定在电机座49的上端，拇指电机带轮(主动带轮)48通过拇指电机轴套47固定在电机座49下端电机40的输出轴上，拇指电机带轮48与拇指减速器带轮(被动带轮)10之间设有齿形带19，拇指减速器带轮10设在波发生器轴54的一端，拇指减速器带轮10下面的波发生器轴54上固定有拇指带轮轴承55，拇指减速器带轮10的上面通过带轮固定销57和带轮垫片9相连接，共同带动波发生器轴54转动，带轮垫片9另一端的波发生器轴54上固定有谐波齿轮减速器的波发生器52，谐波齿轮减速器的刚轮7通过刚轮固定销58固定在拇指支撑座8上，谐波齿轮减速器的刚轮7设在谐波齿轮减速器的波发生器52的外圈，谐波齿轮的柔轮6和小伞齿轮17通过小伞齿轮螺钉35和小伞齿轮定位键61相连接，小伞齿轮17和大伞齿轮4啮合，大伞齿轮4固定在力矩传感器20上，力矩传感器20固定在指基关节轴15上，指基关节轴15设在拇指箱体22的上端，拇指箱体22固定在拇指减速器座5的上端，小伞齿轮17与拇指箱体22之间设有拇指箱体轴承50，柔轮内套60固定在谐波齿轮的柔轮6内，柔轮内套60与波发生器轴54之间设有柔轮内套轴承59。本发明的有益效果是：拇指在抓握的运动过程中呈一个130度的锥面形运动空间，并且可实现指尖的欠驱动运动，和真人手拇指的运动方式极为相似，其外形美观、结构简单、重量轻、体积小，拇指的抓取力大、能够适应物体的形状，达到完全包络物体、抓握稳定、抓取的范围广。
附图说明
图1是本发明与手掌的连接结构示意图，图2是本发明的整体结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是图3的C-C剖视图，图5是图3的D-D剖视图，图6是图5的E向视图，图7是大伞齿轮4、力矩传感器20和指基关节轴15的连接关系示意图，图8是拇指指尖销套32、拇指指尖连杆销轴37和拇指弹簧挡销3的连接关系示意图，图9是图1的A向视图。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1～图8)本实施方式由拇指的欠驱动机构和拇指的传动机构组成，拇指的欠驱动机构由拇指指尖套1、拇指下盖板2、拇指右侧板3、拇指上盖板11、指尖弹簧12、拇指指尖轴13、力矩传感器20、指尖27、拇指连杆28、拇指左侧板30、拇指指尖销套32、拇指连杆销轴33、拇指指尖连杆销轴37、拇指弹簧挡销38、球铰42、球铰连杆销轴46组成，拇指指尖轴13设置在拇指右侧板3与拇指左侧板30之间的上端，指尖27的下端设在拇指指尖轴13上，拇指指尖套1固定在指尖27上，拇指弹簧挡销38固定在拇指右侧板3的内侧上端，指尖弹簧12设置在拇指指尖轴13上，指尖27的下端一侧固定有拇指连杆销轴33，拇指指尖销套32的一端与拇指指尖连杆销轴37转动连接，拇指指尖销套32的另一端通过拇指连杆销轴33固定在拇指连杆28上，拇指连杆28的另一端、球铰42和力矩传感器20的一端同设置在球铰连杆销轴46上，拇指下盖板2固定在拇指右侧板3和拇指左侧板30之间的手心一侧上，拇指上盖板11固定在拇指右侧板3和拇指左侧板30之间的手背一侧上；拇指的传动机构由大伞齿轮4、拇指减速器座5、谐波齿轮的柔轮6、谐波齿轮减速器的刚轮7、拇指支撑座8、带轮垫片9、拇指减速器带轮10、指基关节轴15、小伞齿轮17、齿形带19、拇指箱体22、小伞齿轮螺钉35、电机40、拇指电机轴套47、拇指电机带轮48、电机座49、拇指箱体轴承50、谐波齿轮减速器的波发生器52、波发生器轴54、拇指带轮轴承55、带轮固定销57、刚轮固定销58、柔轮内套轴承59、柔轮内套60、小伞齿轮定位键61组成；电机40固定在电机座49的上端，拇指电机带轮(主动带轮)48通过拇指电机轴套47固定在电机座49下端电机40的输出轴上，拇指电机带轮48与拇指减速器带轮(被动带轮)10之间设有齿形带19，拇指减速器带轮10设在波发生器轴54的一端，拇指减速器带轮10下面的波发生器轴54上固定有拇指带轮轴承55，拇指带轮轴承55的外环固定在手掌100上，拇指减速器带轮10的上面通过带轮固定销57和带轮垫片9相连接，共同带动波发生器轴54转动，带轮垫片9另一端的波发生器轴54上固定有谐波齿轮减速器的波发生器52，谐波齿轮减速器的刚轮7通过刚轮固定销58固定在拇指支撑座8上，谐波齿轮减速器的刚轮7设在谐波齿轮减速器的波发生器52的外圈，谐波齿轮的柔轮6和小伞齿轮17通过小伞齿轮螺钉35和小伞齿轮定位键61相连接，小伞齿轮17和大伞齿轮4啮合，大伞齿轮4固定在力矩传感器20上，力矩传感器20固定在指基关节轴15上，指基关节轴15设在拇指箱体22的上端，拇指箱体22固定在拇指减速器座5的上端，小伞齿轮17与拇指箱体22之间设有拇指箱体轴承50，柔轮内套60固定在谐波齿轮的柔轮6内，柔轮内套60与波发生器轴54之间设有柔轮内套轴承59，拇指箱体22与手掌100的手心一侧固定连接。
具体实施方式二：(参见图1、图9)本实施方式与具体实施方式一的不同点在于，它增加了拇指弹性盖板31，拇指弹性盖板31的一端固定在拇指上盖板11的外表面上，拇指弹性盖板31的另一端与拇指指尖套1的外表面摩擦连接。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。增加的拇指弹性盖板31的作用是防护拇指内部的传动机构不外露，防止进入异物，影响使用寿命。
工作原理：电机40的输出轴驱动拇指电机带轮48转动，带动拇指减速器带轮10转动，拇指减速器带轮10带动波发生器轴54转动，波发生器轴54带动谐波齿轮减速器的波发生器52转动，谐波齿轮减速器的波发生器52带动谐波齿轮的柔轮6转动，谐波齿轮的柔轮6带动小伞齿轮17转动，小伞齿轮17带动大伞齿轮4转动，大伞齿轮4带动力矩传感器20运动，由力矩传感器20驱动整个拇指的弯曲或伸直。拇指的驱动通过一个空间的四连杆机构实现，该四连杆机构由力矩传感器20、拇指连杆28、拇指指尖销套32、拇指连杆销轴33、拇指指尖连杆销轴37、球铰42、球铰连杆销轴46、拇指右侧板3和拇指左侧板30组成，当力矩传感器20向前运动时带动整个拇指运动，如果拇指没有碰到物体，那么整个拇指在指尖弹簧12“指尖机械限位”的作用下，保持“直指”绕单一支点(拇指指尖轴13)实现锥面形运动空间的转动；当拇指下盖板2先接触到物体时，力矩传感器20克服指尖弹簧12的扭矩通过球铰42驱动指尖27绕拇指指尖轴13转动，当装在指尖27上的拇指指尖套1先接触物体时，整个拇指保持“直指”进行精确抓取。

Claims (2)

1、一种欠驱动自适应假手的拇指机构，它包含拇指的欠驱动机构和拇指的传动机构，其特征在于拇指的欠驱动机构由拇指指尖套(1)、拇指下盖板(2)、拇指右侧板(3)、拇指上盖板(11)、指尖弹簧(12)、拇指指尖轴(13)、力矩传感器(20)、指尖(27)、拇指连杆(28)、拇指左侧板(30)、拇指指尖销套(32)、拇指连杆销轴(33)、拇指指尖连杆销轴(37)、拇指弹簧挡销(38)、球铰(42)、球铰连杆销轴(46)组成，拇指指尖轴(13)设置在拇指右侧板(3)与拇指左侧板(30)之间的上端，指尖(27)的下端设在拇指指尖轴(13)上，拇指指尖套(1)固定在指尖(27)上，拇指弹簧挡销(38)固定在拇指右侧板(3)的内侧上端，指尖弹簧(12)设置在拇指指尖轴(13)上，指尖(27)的下端一侧固定有拇指连杆销轴(33)，拇指指尖销套(32)的一端与拇指指尖连杆销轴(37)转动连接，拇指指尖销套(32)的另一端通过拇指连杆销轴(33)固定在拇指连杆(28)上，拇指连杆(28)的另一端、球铰(42)和力矩传感器(20)的一端同设置在球铰连杆销轴(46)上，拇指下盖板(2)固定在拇指右侧板(3)和拇指左侧板(30)之间的手心一侧上，拇指上盖板(11)固定在拇指右侧板(3)和拇指左侧板(30)之间的手背一侧上；拇指的传动机构由大伞齿轮(4)、拇指减速器座(5)、谐波齿轮的柔轮(6)、谐波齿轮减速器的刚轮(7)、拇指支撑座(8)、带轮垫片(9)、拇指减速器带轮(10)、指基关节轴(15)、小伞齿轮(17)、齿形带(19)、拇指箱体(22)、小伞齿轮螺钉(35)、电机(40)、拇指电机轴套(47)、拇指电机带轮(48)、电机座(49)、拇指箱体轴承(50)、谐波齿轮减速器的波发生器(52)、波发生器轴(54)、拇指带轮轴承(55)、带轮固定销(57)、刚轮固定销(58)、柔轮内套轴承(59)、柔轮内套(60)、小伞齿轮定位键(61)组成；电机(40)固定在电机座(49)的上端，拇指电机带轮(48)通过拇指电机轴套(47)固定在电机座(49)下端电机(40)的输出轴上，拇指电机带轮(48)与拇指减速器带轮(10)之间设有齿形带(19)，拇指减速器带轮(10)设在波发生器轴(54)的一端，拇指减速器带轮(10)下面的波发生器轴(54)上固定有拇指带轮轴承(55)，拇指减速器带轮(10)的上面通过带轮固定销(57)和带轮垫片(9)相连接，共同带动波发生器轴(54)转动，带轮垫片(9)另一端的波发生器轴(54)上固定有谐波齿轮减速器的波发生器(52)，谐波齿轮减速器的刚轮(7)通过刚轮固定销(58)固定在拇指支撑座(8)上，谐波齿轮减速器的刚轮(7)设在谐波齿轮减速器的波发生器(52)的外圈，谐波齿轮的柔轮(6)和小伞齿轮(17)通过小伞齿轮螺钉(35)和小伞齿轮定位键(61)相连接，小伞齿轮(17)和大伞齿轮(4)啮合，大伞齿轮(4)固定在力矩传感器(20)上，力矩传感器(20)固定在指基关节轴(15)上，指基关节轴(15)设在拇指箱体(22)的上端，拇指箱体(22)固定在拇指减速器座(5)的上端，小伞齿轮(17)与拇指箱体(22)之间设有拇指箱体轴承(50)，柔轮内套(60)固定在谐波齿轮的柔轮(6)内，柔轮内套(60)与波发生器轴(54)之间设有柔轮内套轴承(59)。
2、根据权利要求1所述的欠驱动自适应假手的拇指机构，其特征在于它增加了拇指弹性盖板(31)，拇指弹性盖板(31)的一端固定在拇指上盖板(11)的外表面上，拇指弹性盖板(31)的另一端与拇指指尖套(1)的外表面摩擦连接。
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