CN212096411U - 一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，涉及机械手结构技术领域，包括多个手指、手掌连接平台和并联手腕机构；所述多个手指设置于所述手掌连接平台一端，所述并联手腕机构设置于所述手掌连接平台的另一端。针对现有机械手结构件较大且无法快速二次装配的问题，设计了结构紧凑且相互独立的手指，通过手指紧固螺母实现手指与手掌连接平台的连接。针对现有机械手无手腕关节或手腕关节运动中心不重合的问题，设计了并联手腕机构，该并联机构动平台具有两个旋转自由度，且运动中心重合，与人手运动效果基本一致。实现了仿人灵巧手在特种防护服手套这一特殊狭小非结构空间内的穿戴和操作，可对特种防护服手套进行运动和力学性能测试。

Description

一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手

技术领域

本实用新型涉及机械手结构技术领域，特别是涉及一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手。

背景技术

防爆排爆服、深海潜水服、太空舱外航天服、医疗防护服等特种防护服是一类应用场景特殊、设计指标较高的特种装备。特别是特种防护服手套部分，既要有足够的防护材料和结构本体以保证防护等级，同时要能够灵活动作以符合人手运动和力学特性。此外，深海或太空等极端条件下，内外压力差会使特种防护服手套的运动和力学性能发生二次变化。因此，在生产、定型过程中对特种防护服手套进行性能测试是必不可少的重要环节。然而，特种防护服手套往往不具备延展性，内部空间狭小且不规则，即使人手也需要一定辅助才能顺利穿戴。因此，将结构体积较大的传统仿人机械手整体穿入特种防护服手套内，以期直接测得运动和力学数据的方案无法实施。现行方案是通过将特种防护服手套固定于外部测试装备上对其运动和力学性能进行间接评估，这种外部测量方式得到的数据与手套内部操作的实际情况存在明显偏差。另一方面，在空间、深海探测，医疗救护，反恐排爆等实际应用领域，采用机器人、机械手代替人类完成高度危险操作的需求日益增长，也迫切需要探索将机械手等精密装备穿戴进特种防护服手套的可行实施方案。

发明内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，可在特种防护服手套内部组装，模拟人手真实操作过程的同时还可在手套内部准确测量其运动和力学性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，包括多个手指、手掌连接平台和并联手腕机构；所述多个手指设置于所述手掌连接平台一端，所述并联手腕机构设置于所述手掌连接平台的另一端。

可选的，所述手指包括框架、连接件、手指驱动机构和仿生手指机构；所述连接件设置于所述框架的一端，所述连接件用于与所述手掌连接平台连接；所述手指驱动机构设置于所述框架的另一端，所述仿生手指机构的尾端的一侧与所述框架的另一端活动连接，所述仿生手指机构的尾端的另一侧与所述手指驱动机构的动力输出端活动连接。

可选的，所述仿生手指机构包括第一关节本体、第二关节本体和指尖；所述第一关节本体的一端的一侧与所述框架的另一端活动连接，所述第二关节本体的一端的一侧与所述第一关节本体的另一端的一侧活动连接，所述指尖的一端的一侧与所述第二关节本体的另一端活动连接；所述第一关节本体的一端的另一侧与所述手指驱动机构的动力输出端活动连接；所述第二关节本体的一端的另一侧与一第一连杆的一端活动连接，所述第一连杆的另一端与所述框架的另一端活动连接，所述指尖的一端的另一侧与一第二连杆的一端活动连接，所述第二连杆的另一端与所述第一关节本体的另一端的另一侧活动连接。

可选的，所述连接件的包括连接主体和手指固定螺母，所述连接主体的一端同轴设置有第一连接部和第二连接部；所述第一连接部包括一侧开口的中空螺纹槽，所述第二连接部包括设置于中空螺纹槽内底部的螺纹孔；所述连接主体一侧贯穿设置有线槽；所述中空螺纹槽的开口与所述线槽位于所述连接件的同一侧；所述手指固定螺母与所述第一连接部相匹配。

可选的，还包括内层延长杆、外层延长套管和紧固螺母；所述内层延长杆的直径小于所述外层延长套管的内径，所述内层延长杆的一端设置有第三连接部，所述第三连接部与所述第二连接部相匹配，所述内层延长杆的另一端设置有第四连接部，所述紧固螺母可拆卸的设置于所述第四连接部上；所述外层延长套管一端设置有向前凸出的第五连接部，所述第五连接部的宽度小于所述中空螺纹槽的开口宽度，且所述第五连接部的厚度小于所述中空螺纹槽的开口深度。

可选的，所述手掌连接平台包括平台本体，所述平台本体上设置有一第一限位槽，所述第一限位槽内设置有多个第二限位槽，所述多个第二限位槽按照人类手指相对位置设置，所述平台本体上设置有多个第一安装孔，所述多个第一安装孔用于与所述并联手腕机构相连接；所述平台本体上还设置有观察窗口。

可选的，所述第一限位槽为方形槽，所述第二限位槽为贯穿所述平台本体的阶梯孔，且所述阶梯孔的较小端朝向所述多个手指。

可选的，所述并联手腕机构包括动平台和静平台，所述静平台和所述动平台之间沿周向均匀设置有多个主动支链，所述多个主动支链的中部设置有一被动支链；所述动平台上设置有多个第二安装孔，所述多个第二安装孔用于与所述手掌连接平台相连接。

可选的，所述被动支链包括支撑轴，所述支撑轴一端与所述静平台固定连接，所述支撑轴另一端与所述动平台活动连接。

可选的，所述主动支链包括第二直线电机，所述第二直线电机的两端分别与所述静平台和所述动平台活动连接。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手为模块化设计，五个手指相互独立，可手持外层延长套管在特种防护服手套狭小非结构空间内分别装入手套相应位置处。

本实用新型中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手的手掌连接平台，以手指外层延长套管为导向滑入特种防护服手套内，并反作用于手指以矫正其相对位置。

本实用新型中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手的手指内层延长杆及外层延长套管通过锁止螺母连接，可实现对手指在特种防护服手套内伸进退出和沿轴线旋转的操作。同时，内层延长套杆和外层延长套管的组合设计，使其能够在手套外盲端对二者与手指进行拆卸。

本实用新型中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手的并联手腕机构可实现狭小空间内手腕的两自由度旋转运动，且旋转中心重合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手的结构示意图；

图2为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中手指的结构示意图；

图3为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中手指弯曲状态的结构示意图；

图4为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中连接件的结构示意图；

图5为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中手掌连接平台的结构示意图；

图6为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中手掌连接平台的剖视结构示意图；

图7为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手中并联手腕机构的结构示意图；

图8为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手在特种防护服手套内组装流程图；

图9为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手组装过程中安装内层延长杆和外层延长套管的结构示意图；

图10为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手组装过程中手指依次装入手套内的结构示意图；

图11为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手组装过程中滑入手掌连接平台的结构示意图；

图12为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手组装过程中手指与手掌连接平台固定的结构示意图；

图13为本实用新型可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手组装过程中安装并联手腕机构的结构示意图。

附图标记说明：1-1、拇指；1-2、食指；1-3、中指；1-4、无名指；1-5、小指；

2、手掌连接平台；3、并联手腕机构；

1-2-1、仿生手指机构；1-2-2、手指驱动机构；1-2-3、框架；1-2-4、连接件；1-2-2-1、输出轴；1-2-4-1、中空螺纹槽；1-2-4-2、第二连接部；1-2-4-3、线槽；

2-1、阶梯孔；2-2、观察窗口；2-3、第一安装孔；

2-1-1、第一限位槽；2-1-2、阶梯孔端面；

3-1、动平台；3-2-1、主动支链；3-2-2、被动支链；3-3、静平台；

3-2-1-1、虎克铰；

4-1、内层延长杆；4-2、外层延长套管；4-3、紧固螺母；4-4、手指固定螺母；4-5、安装工具；

4-1-1、阶梯端面；4-2-1、第五连接部；

4-5-1、紧固部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，包括五个手指、手掌连接平台2和并联手腕机构3；所述五个手指设置于所述手掌连接平台2一端，所述并联手腕机构3设置于所述手掌连接平台2的另一端。

于本具体实施例中，如图1-13所示，所述手指包括框架1-2-3、连接件1-2-4、手指驱动机构1-2-2和仿生手指机构1-2-1；所述连接件1-2-4设置于所述框架1-2-3的一端，所述连接件1-2-4用于与所述手掌连接平台2连接；所述手指驱动机构1-2-2设置于所述框架1-2-3的另一端，所述仿生手指机构1-2-1的尾端的一侧与所述框架1-2-3的另一端转轴连接，所述仿生手指机构1-2-1的尾端的另一侧与所述手指驱动机构1-2-2的动力输出端转轴连接。

本实施例中，手指驱动机构1-2-2采用驱动传感一体化电机。

所述仿生手指机构1-2-1包括第一关节本体、第二关节本体和指尖；所述第一关节本体的一端的一侧与所述框架1-2-3的另一端转轴连接，所述第二关节本体的一端的一侧与所述第一关节本体的另一端的一侧转轴连接，所述指尖的一端的一侧与所述第二关节本体的另一端转轴连接；所述第一关节本体的一端的另一侧与所述手指驱动机构1-2-2的动力输出端转轴连接；所述第二关节本体的一端的另一侧与一第一连杆的一端转轴连接，所述第一连杆的另一端与所述框架1-2-3的另一端转轴连接，所述指尖的一端的另一侧与一第二连杆的一端转轴连接，所述第二连杆的另一端与所述第一关节本体的另一端的另一侧转轴连接。

所述连接件1-2-4的包括连接主体和手指固定螺母4-4，所述连接主体的一端同轴设置有第一连接部和第二连接部1-2-4-2；所述第一连接部包括一侧开口的中空螺纹槽1-2-4-1，所述第二连接部1-2-4-2包括设置于中空螺纹槽1-2-4-1内底部的螺纹孔；所述连接主体一侧贯穿设置有线槽1-2-4-3；所述中空螺纹槽1-2-4-1的开口与所述线槽1-2-4-3位于所述连接件1-2-4的同一侧；所述手指固定螺母4-4与所述第一连接部相匹配。

所述手掌连接平台2包括平台本体，所述平台本体上设置有一第一限位槽2-1-1，所述第一限位槽2-1-1内设置有多个第二限位槽，所述多个第二限位槽按照人类手指相对位置设置，所述平台本体上设置有多个第一安装孔2-3，所述多个第一安装孔2-3用于与所述并联手腕机构3相连接；所述平台本体上还设置有观察窗口2-2。

所述第一限位槽2-1-1为方形槽，所述第二限位槽为贯穿所述平台本体的阶梯孔2-1，且所述阶梯孔2-1的较小端朝向所述五个手指。

所述并联手腕机构3包括动平台3-1和静平台3-3，所述静平台3-3和所述动平台3-1之间沿周向均匀设置有四个主动支链3-2-1，所述四个主动支链3-2-1的中部设置有一被动支链3-2-2；所述动平台3-1上设置有四个第二安装孔，所述四个第二安装孔用于与所述手掌连接平台2相连接。

所述被动支链3-2-2包括支撑轴，所述支撑轴一端与所述静平台3-3固定连接，所述支撑轴另一端与所述动平台3-1通过虎克铰3-2-1-1连接。

所述主动支链3-2-1包括第二直线电机，所述第二直线电机的两端分别与所述静平台3-3和所述动平台3-1通过虎克铰3-2-1-1连接。第二直线电机采用驱动传感一体化电机。

本实施例中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手还包括内层延长杆4-1、外层延长套管4-2和紧固螺母4-3；内层延长杆4-1、外层延长套管4-2和紧固螺母4-3用于向特种防护服手套内安装本实施例中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手；所述内层延长杆4-1的直径小于所述外层延长套管4-2的内径，所述内层延长杆4-1的一端设置有第三连接部，所述第三连接部与所述第二连接部1-2-4-2相匹配，所述内层延长杆4-1的另一端设置有第四连接部，所述紧固螺母4-3可拆卸的设置于所述第四连接部上；所述外层延长套管4-2一端设置有向前凸出的第五连接部4-2-1，所述第五连接部4-2-1的宽度小于所述中空螺纹槽1-2-4-1的开口宽度，且所述第五连接部4-2-1的厚度小于所述中空螺纹槽1-2-4-1的开口深度。

组装时，在每个手指的末端安装内层延长杆4-1和外层延长套管4-2，具体的，将内层延长杆4-1的端部拧入第二连接部1-2-4-2中，使阶梯端面4-1-1与连接件1-2-4的端面相接触，将外层延长套管4-2套设在内层延长杆4-1上，使第五连接部4-2-1插入线槽1-2-4-3内，从而能够在手套外盲端对内层延长杆4-1和外层延长套管4-2与手指进行拆卸，将安装有内层延长杆4-1和外层延长套管4-2的手指装入手套内；由于手套内视野有限，一般采用先两边后中间的顺序安装，即，首先将拇指1-1和小指1-5装入，其次将食指1-2和无名指1-4装入，最后将中指1-3装入。安装过程中，可通过外层延长套管4-2对手套内手指的位置和姿态进行进度动态调整。

将外层延长套管4-2穿入手掌连接平台2上相应的阶梯孔2-1中，并将手掌连接平台2沿着外层延长套管4-2滑入手套内。此过程中，手掌连接平台2同样对手指相对位置进行矫正，手掌连接平台2推到手套内手腕位置后，再次手持外层延长套管4-2对手指和手掌连接平台2的相对位置进行微调，保证手指均卡入手掌连接平台2的阶梯孔2-1内。此过程中，还可以通过采用内窥镜对手指位置进行观察。

然后将一根手指上的紧固螺母4-3和外层延长套管4-2拆除，即，通过拧松并拆掉紧固螺母4-3，再将外层延长套管4-2取出；在内层延长杆4-1上套入手指固定螺母4-4，将安装工具4-5套入内层延长杆4-1，通过安装工具4-5将手指固定螺母4-4推到连接件1-2-4处，将手指固定螺母4-4拧入中空螺纹槽1-2-4-1，使手指固定螺母4-4压紧阶梯孔端面2-1-2，从而使手指与手掌连接平台2固定连接。按照上述方式将其余手指与手掌连接平台2固定连接，最后拧松并取出内层延长杆4-1。

将并联手腕机构3的动平台3-1端伸入手套内，使动平台3-1上的四个第二安装孔与手掌连接平台2上的四个第一安装孔2-3对齐，通过螺栓固定连接。

至此，本实施例中的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手全部组装完成。通过对第二直线电机的控制，可带动整个仿人灵巧手在特种防护服手套内运动，从而通过驱动传感一体式电机测得特种防护服手腕处的运动和力学性能。通过对各手指上的驱动传感一体化电机的控制，可实现单个手指单动或多个手指联动，从而测得特种防护服手指处的运动和力学性能。

本实用新型针对现有机械手难以直接穿戴于特种防护服手套的问题，提出一种穿戴于特种防护服手套的紧凑型可模块化组装的仿人灵巧手。具体针对现有机械手结构件较大且无法快速二次装配的问题，设计了结构紧凑且相互独立的手指，通过手指延长件等辅助工具，可分别将手指穿戴到手套内相应孔位。再次借助上述辅助工具，通过手指紧固螺母4-3实现手指与手掌连接平台2依次连接，然后将辅助工具拆除。针对现有机械手无手腕关节或手腕关节运动中心不重合的问题，设计了并联手腕机构3，可通过螺纹连接将并联手腕和手掌连接平台2的固连。该并联机构动平台3-1具有两个旋转自由度，且运动中心重合，与人手运动效果基本一致。本实用新型实现了仿人灵巧手在特种防护服手套这一特殊狭小非结构空间内的穿戴和操作，同时可对特种防护服手套进行运动和力学性能测试。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，包括多个手指、手掌连接平台和并联手腕机构；所述多个手指设置于所述手掌连接平台一端，所述并联手腕机构设置于所述手掌连接平台的另一端。

2.根据权利要求1所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述手指包括框架、连接件、手指驱动机构和仿生手指机构；所述连接件设置于所述框架的一端，所述连接件用于与所述手掌连接平台连接；所述手指驱动机构设置于所述框架的另一端，所述仿生手指机构的尾端的一侧与所述框架的另一端活动连接，所述仿生手指机构的尾端的另一侧与所述手指驱动机构的动力输出端活动连接。

3.根据权利要求2所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述仿生手指机构包括第一关节本体、第二关节本体和指尖；所述第一关节本体的一端的一侧与所述框架的另一端活动连接，所述第二关节本体的一端的一侧与所述第一关节本体的另一端的一侧活动连接，所述指尖的一端的一侧与所述第二关节本体的另一端活动连接；所述第一关节本体的一端的另一侧与所述手指驱动机构的动力输出端活动连接；所述第二关节本体的一端的另一侧与一第一连杆的一端活动连接，所述第一连杆的另一端与所述框架的另一端活动连接，所述指尖的一端的另一侧与一第二连杆的一端活动连接，所述第二连杆的另一端与所述第一关节本体的另一端的另一侧活动连接。

4.根据权利要求2所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述连接件的包括连接主体和手指固定螺母，所述连接主体的一端同轴设置有第一连接部和第二连接部；所述第一连接部包括一侧开口的中空螺纹槽，所述第二连接部包括设置于中空螺纹槽内底部的螺纹孔；所述连接主体一侧贯穿设置有线槽；所述中空螺纹槽的开口与所述线槽位于所述连接件的同一侧；所述手指固定螺母与所述第一连接部相匹配。

5.根据权利要求4所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，还包括内层延长杆、外层延长套管和紧固螺母；所述内层延长杆的直径小于所述外层延长套管的内径，所述内层延长杆的一端设置有第三连接部，所述第三连接部与所述第二连接部相匹配，所述内层延长杆的另一端设置有第四连接部，所述紧固螺母可拆卸的设置于所述第四连接部上；所述外层延长套管一端设置有向前凸出的第五连接部，所述第五连接部的宽度小于所述中空螺纹槽的开口宽度，且所述第五连接部的厚度小于所述中空螺纹槽的开口深度。

6.根据权利要求1所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述手掌连接平台包括平台本体，所述平台本体上设置有一第一限位槽，所述第一限位槽内设置有多个第二限位槽，所述多个第二限位槽按照人类手指相对位置设置，所述平台本体上设置有多个第一安装孔，所述多个第一安装孔用于与所述并联手腕机构相连接；所述平台本体上还设置有观察窗口。

7.根据权利要求6所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述第一限位槽为方形槽，所述第二限位槽为贯穿所述平台本体的阶梯孔，且所述阶梯孔的较小端朝向所述多个手指。

8.根据权利要求1所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述并联手腕机构包括动平台和静平台，所述静平台和所述动平台之间沿周向均匀设置有多个主动支链，所述多个主动支链的中部设置有一被动支链；所述动平台上设置有多个第二安装孔，所述多个第二安装孔用于与所述手掌连接平台相连接。

9.根据权利要求8所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述被动支链包括支撑轴，所述支撑轴一端与所述静平台固定连接，所述支撑轴另一端与所述动平台活动连接。

10.根据权利要求8所述的可穿戴于特种防护服手套的仿人灵巧手，其特征在于，所述主动支链包括第二直线电机，所述第二直线电机的两端分别与所述静平台和所述动平台活动连接。

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