CN219501271U - 仿生手拇指结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种仿生手拇指结构，涉及仿生假肢技术领域，包括拇指基座、第一销轴、第一驱动机构、以及相互铰接指节一和指节二；第一驱动机构包括蜗轮、蜗杆和第一驱动组件；蜗轮通过第一销轴与指节二转动连接，且指节二远离指节一的一端通过第一销轴与拇指基座铰接，蜗杆和第一驱动组件安装在指节二的内部，第一驱动组件的输出端与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合，且蜗杆和第一驱动组件位于蜗轮远离拇指基座的一侧，蜗杆和第一驱动组件安装在指节二的内部，且蜗杆和第一驱动组件位于蜗轮远离拇指基座的一侧，当拇指在弯曲时，蜗杆和第一驱动组件不会造成干涉，上述的布置方式可以降低关节处的厚度，并且可以使手指伸张近似平直，利于平推物体。

Description

仿生手拇指结构

技术领域

本实用新型涉及仿生假肢技术领域，尤其是涉及一种仿生手拇指结构。

背景技术

现有的仿生手的拇指结构为了实现与人手接近的功能与作用，通常需要通过相应结构实现拇指结构用来相对于手掌的弯曲以及转动两个动作。因此，为了实现上述的两个动作，在现有拇指结构中，需要通过一个驱动机构带动多个传动结构，从而实现拇指结构的指关节的弯曲，然而传动结构占用的空间较大且布置不合理，从而使手掌与拇指结构的关节处的厚度较大。因此，当拇指伸张时无法保持平直，无法完成平推物体的动作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种仿生手拇指结构，以缓解了现有的拇指结构与手掌相接的关节处的厚度较大，当拇指伸张时无法保持平直，无法完成平推物体的技术问题。

本实用新型提供的仿生手拇指结构，包括拇指基座、第一销轴、第一驱动机构、以及相互铰接指节一和指节二；

所述第一驱动机构包括蜗轮、蜗杆和第一驱动组件；所述蜗轮通过所述第一销轴与所述指节二转动连接，且所述指节二远离所述指节一的一端通过所述第一销轴与所述拇指基座铰接，所述蜗杆和所述第一驱动组件安装在所述指节二的内部，所述第一驱动组件的输出端与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，且所述蜗杆和所述第一驱动组件位于所述蜗轮远离所述拇指基座的一侧。

进一步的，还包括连杆，所述连杆的一端与所述指节一铰接，所述连杆的另一端通过缓冲结构与所述指节二连接。

进一步的，所述缓冲结构包括销轴结构以及设置在所述指节二上的弧形槽；

所述连杆远离所述指节一的一端与所述销轴结构连接，所述销轴结构滑动连接在所述弧形槽内。

进一步的，所述仿生手拇指结构还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述指节二与所述拇指基座的相接处或者所述指节二与所述指节一的相接处，所述位置传感器用于检测所述仿生手拇指结构的位置。

进一步的，所述位置传感器包括旋转电位器，所述旋转电位器设置在所述第一销轴上，且嵌入安装在所述拇指基座的内部；

或者，所述指节二与所述指节一通过第二销轴铰接，所述旋转电位器设置在所述第二销轴上。

进一步的，所述指节一的表面设置有感应传感器。

进一步的，所述指节一和所述指节二的铰接处设有第一复位弹簧；

和/或，所述第一销轴与所述拇指基座铰接处设有第二复位弹簧。

进一步的，所述仿生手拇指结构还包括第二驱动机构；所述拇指基座用于与手掌组件铰接，所述第二驱动机构的输出端与所述拇指基座连接，用于驱动所述拇指基座、所述指节一和所述指节二在垂直于所述手掌组件所在的平面转动。

进一步的，所述第二驱动机构包括铰接轴、齿轮一、齿轮二和第二驱动组件；

所述第二驱动组件的输出轴与所述齿轮一连接，所述齿轮二通过所述铰接轴与所述拇指基座固定连接，且用于与所述手掌组件铰接，所述齿轮二与所述齿轮一啮合。

进一步的，所述拇指基座与所述手掌组件的铰接处设有第三复位弹簧。

进一步的，所述指节一的表面设有保护层。

进一步的，所述保护层为导电材质。

本实用新型提供的仿生手拇指结构，包括拇指基座、第一销轴、第一驱动机构、以及相互铰接指节一和指节二；所述第一驱动机构包括蜗轮、蜗杆和第一驱动组件；所述蜗轮通过所述第一销轴与所述指节二转动连接，且所述指节二远离所述指节一的一端通过所述第一销轴与所述拇指基座铰接，所述蜗杆和所述第一驱动组件安装在所述指节二的内部，所述第一驱动组件的输出端与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，且所述蜗杆和所述第一驱动组件位于所述蜗轮远离所述拇指基座的一侧。

本实用新型中，通过蜗杆和蜗轮的动力传动从而实现仿生手拇指结构的弯曲，且蜗杆和第一驱动组件安装在指节二的内部，第一驱动组件的输出端与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮啮合，且蜗杆和第一驱动组件位于蜗轮远离拇指基座的一侧，当拇指在弯曲时，蜗杆和第一驱动组件不会造成干涉，因此，上述的仿生手拇指结构形式和布置方式可以降低关节处的厚度，并且可以使手指伸张近似平直，利于平推物体。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的结构图（拆除第二驱动机构）；

图3为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的第一视角的结构图；

图5为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的第二视角的结构图；

图6为图5中的A部放大图；

图7为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的蜗轮和蜗杆的结构图；

图8为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的指节二的结构图；

图9为本实用新型实施例提供的仿生手拇指结构的安装示意图。

图标：10-仿生手拇指结构；20-手掌组件；110-拇指基座；101-第一销轴；102-第二销轴；103-第三销轴；104-第四销轴；105-第五销轴；120-指节二；121-弧形槽；130-指节一；140-连杆；150-蜗轮；160-蜗杆；170-第一驱动组件；180-第二驱动组件；181-齿轮二；182-齿轮一；210-位置传感器；220-感应传感器；310-第一复位弹簧；320-第二复位弹簧；330-第三复位弹簧。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1至图9所示，本实施例提供的仿生手拇指结构10，包括拇指基座110、第一销轴101、第一驱动机构、以及相互铰接指节一130和指节二120；第一驱动机构包括蜗轮150、蜗杆160和第一驱动组件170；蜗轮150通过第一销轴101与指节二120转动连接，且指节二120远离指节一130的一端通过第一销轴101与拇指基座110铰接，蜗杆160和第一驱动组件170安装在指节二120的内部，第一驱动组件170的输出端与蜗杆160连接，蜗杆160与蜗轮150啮合，且蜗杆160和第一驱动组件170位于蜗轮150远离拇指基座110的一侧。

与现有技术相比，本实施例中，通过蜗杆160和蜗轮150的动力传动从而实现仿生手拇指结构10的弯曲，且蜗杆160和第一驱动组件170安装在指节二120的内部，第一驱动组件170的输出端与蜗杆160连接，蜗杆160与蜗轮150啮合，且蜗杆160和第一驱动组件170位于蜗轮150远离拇指基座110的一侧，当拇指在弯曲时，蜗杆160和第一驱动组件170不会造成干涉，因此，上述的仿生手拇指结构10形式和布置方式可以降低关节处的厚度，并且可以使手指伸张近似平直，利于平推物体。

进一步的，仿生手拇指结构10还包括连杆140，连杆140的一端与指节一130铰接，连杆140的另一端通过缓冲结构与指节二120连接。

优选地，缓冲结构包括销轴结构以及设置在指节二120上的弧形槽121；连杆140远离指节一130的一端与销轴结构连接，销轴结构滑动连接在弧形槽121内。

具体地，仿生手拇指结构10还包括连杆140、第三销轴103和第四销轴104，其中，连杆140的上端通过第三销轴103与指节一130铰接，连杆140的下端连接有第四销轴104，第四销轴104形成上述的销轴结构，指节二120上设有一弧形槽121，第四销轴104滑动连接在弧形槽121内，可限制第四销轴104在弧形槽121内滑动，在拇指的弯曲方向提供一定缓冲作用。

进一步的，仿生手拇指结构10还包括位置传感器210，位置传感器210设置在指节二120与拇指基座110的相接处或者指节二120与指节一130的相接处，位置传感器210用于检测仿生手拇指结构10的位置。

具体地，位置传感器210为可提供旋转角度、扭矩、加速度等信息的传感器，包含但不限于角度传感器、加速度陀螺仪、扭矩监控器等等。

优选地，位置传感器210包括旋转电位器，旋转电位器设置在第一销轴101上，且嵌入安装在拇指基座110的内部；或者，指节二120与指节一130通过第二销轴102铰接，旋转电位器设置在第二销轴102上。

本实施例中，蜗杆160与第一驱动组件170的动力输出转轴连接，接受第一驱动组件170提供的动力，蜗轮与蜗杆160啮合，蜗轮通过第一销轴101与指节二120转动连接，并与拇指基座110铰接，通过蜗轮150的转动带动指节二120相对于拇指基座110转动，由蜗轮与蜗杆160组合的减速传动结构，其体积小巧，传动动力稳定，并且有自锁功能，可以提供更大的手指闭合力矩。

第一驱动组件170设置在指节二120的内部并相对于指节二120固定，第一驱动组件170的动力输出转轴与蜗杆160同轴连接，第一驱动组件170的动力输出转轴的转动传递至蜗杆160的转动。蜗杆160与蜗轮150啮合，蜗杆160的旋转运动，可以传递给蜗轮150沿其中心轴（即第一销轴101）转动。

指节二120通过第一销轴101与拇指基座110连接，通过第一销轴101与拇指基座110保持转动。位置传感器210安装于拇指基座110上，且与指节二120通过第一销轴101连接，位置传感器210的作用是监测指节二120与拇指基座110的相对转动角度，并可将位置信息实时传递给控制机构，用于判定拇指结构的位置。

进一步的，指节一130的表面设置有感应传感器220。

具体地，指节一130的表面安装有感应传感器220或者压力传感器，可以提供手指接触物体时的压力信号，压力传感器包含但不限于薄膜压电传感器，压力应变片等。

进一步的，指节一130和指节二120的铰接处设有第一复位弹簧310；和/或，第一销轴101与拇指基座110铰接处设有第二复位弹簧320。

具体地，本实施例中，指节一130和指节二120的铰接处设有第一复位弹簧310，第一销轴101与拇指基座110的铰接处设有第二复位弹簧320，第一复位弹簧310用于缓解指节一130和指节二120之间的冲击，同时指节一130可以借助第一复位弹簧310复位；第二复位弹簧320同样可以缓冲使用过程中指节二120与拇指基座110之间的冲击，同时还可以弥补蜗轮150与蜗杆160之间的传动间隙，使指节二120的运动更加平稳。优选地，第一复位弹簧310为扭簧，第二复位弹簧320为碟簧。

第一复位弹簧310和第二复位弹簧320的设置，既可以提供指节转动方向的阻尼，又可以在撞击的时候缓冲撞击冲击。

进一步的，仿生手拇指结构10还包括第二驱动机构；拇指基座110用于与手掌组件20铰接，第二驱动机构的输出端与拇指基座110连接，用于驱动拇指基座110、指节一130和指节二120在垂直于手掌组件20所在的平面转动。

优选地，本实施例中，第二驱动机构包括铰接轴、齿轮一182、齿轮二181和第二驱动组件180；第二驱动组件180的输出轴与齿轮一182连接，齿轮二181通过铰接轴与拇指基座110固定连接，且用于与手掌组件20铰接，齿轮二181与齿轮一182啮合。

进一步的，拇指基座110与手掌组件20的铰接处设有第三复位弹簧。

具体地，拇指基座110通过第五销轴105与手掌组件20铰接，第五销轴105形成上述的铰接轴，第二驱动组件180的输出轴与齿轮一182连接，用于驱动齿轮一182转动，齿轮二181通过第五销轴105与拇指基座110连接，齿轮一182与齿轮二181啮合，通过第二驱动组件180连接地齿轮一182的驱动，以使拇指基座110、齿轮二181能够以第五销轴105为中心相对于手掌组件20转动。

拇指基座110与手掌组件20的铰接处设有第三复位弹簧330，优选地，第三复位弹簧330设置在第五销轴105上，其作用为增加拇指基座110与手掌组件20之间转动的阻力，使预紧力度可调节。

第三复位弹簧330优选方式是采用碟簧，可以在转动时候提供有效阻尼力，也可在运动停止后提供锁定保持阻力。

需要说明的是，本实施例中，第一驱动组件170和第二驱动组件180均为提供旋转动力的动力元件；包含但不限于直流减速电机、微型伺服电机、舵机、直流无刷电机、小型液压马达、小型气动马达。上述动力元件等均可提供旋转动力，兼顾性能体积和价格成本，此处优选使用直流减速电机。

进一步的，指节一130的表面设有保护层。

优选地，保护层为导电材质。

指节一130的指尖与物体接触，因此可以在指节一130的表面设置可拆卸的保护层，其材料可以选用柔性材料，金属材料，塑料。优选地，可用电容屏触摸材料，用于操作平板类电子设备。

需要说明的是，仿生手拇指结构10能够提供两个方向自由度变化，即自身的弯曲（指节一130和指节二120相对于拇指基座110的转动）以及相对于手掌组件20的转动，可以灵活调整拇指弯曲和转动方向，配合手指结构可以完成棒状零件的握持动作。

仿生手拇指结构10有不同长短比例设置，可以根据不同人的手掌比例进行调整。通过机械接口的安装，组合成模块化的仿生机械手。

综上，本实用新型提供的仿生手拇指结构10，包括拇指基座110、第一销轴101、第一驱动机构、以及相互铰接指节一130和指节二120；第一驱动机构包括蜗轮150、蜗杆160和第一驱动组件170；蜗轮150通过第一销轴101与指节二120转动连接，且指节二120远离指节一130的一端通过第一销轴101与拇指基座110铰接，蜗杆160和第一驱动组件170安装在指节二120的内部，第一驱动组件170的输出端与蜗杆160连接，蜗杆160与蜗轮150啮合，且蜗杆160和第一驱动组件170位于蜗轮150远离拇指基座110的一侧。

本实用新型中，通过蜗杆160和蜗轮150的动力传动从而实现仿生手拇指结构10的弯曲，且蜗杆160和第一驱动组件170安装在指节二120的内部，第一驱动组件170的输出端与蜗杆160连接，蜗杆160与蜗轮150啮合，且蜗杆160和第一驱动组件170位于蜗轮150远离拇指基座110的一侧，当拇指在弯曲时，蜗杆160和第一驱动组件170不会造成干涉，因此，上述的仿生手拇指结构10形式和布置方式可以降低关节处的厚度，并且可以使手指伸张近似平直，利于平推物体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种仿生手拇指结构，其特征在于，包括拇指基座、第一销轴、第一驱动机构、以及相互铰接指节一和指节二；

所述第一驱动机构包括蜗轮、蜗杆和第一驱动组件；所述蜗轮通过所述第一销轴与所述指节二转动连接，且所述指节二远离所述指节一的一端通过所述第一销轴与所述拇指基座铰接，所述蜗杆和所述第一驱动组件安装在所述指节二的内部，所述第一驱动组件的输出端与所述蜗杆连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，且所述蜗杆和所述第一驱动组件位于所述蜗轮远离所述拇指基座的一侧。

2.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，还包括连杆，所述连杆的一端与所述指节一铰接，所述连杆的另一端通过缓冲结构与所述指节二连接。

3.根据权利要求2所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述缓冲结构包括销轴结构以及设置在所述指节二上的弧形槽；

所述连杆远离所述指节一的一端与所述销轴结构连接，所述销轴结构滑动连接在所述弧形槽内。

4.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述仿生手拇指结构还包括位置传感器，所述位置传感器设置在所述指节二与所述拇指基座的相接处或者所述指节二与所述指节一的相接处，所述位置传感器用于检测所述仿生手拇指结构的位置。

5.根据权利要求4所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述位置传感器包括旋转电位器，所述旋转电位器设置在所述第一销轴上，且嵌入安装在所述拇指基座的内部；

或者，所述指节二与所述指节一通过第二销轴铰接，所述旋转电位器设置在所述第二销轴上。

6.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述指节一的表面设置有感应传感器。

7.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述指节一和所述指节二的铰接处设有第一复位弹簧；

和/或，所述第一销轴与所述拇指基座铰接处设有第二复位弹簧。

8.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述仿生手拇指结构还包括第二驱动机构；所述拇指基座用于与手掌组件铰接，所述第二驱动机构的输出端与所述拇指基座连接，用于驱动所述拇指基座、所述指节一和所述指节二在垂直于所述手掌组件所在的平面转动。

9.根据权利要求8所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述第二驱动机构包括铰接轴、齿轮一、齿轮二和第二驱动组件；

所述第二驱动组件的输出轴与所述齿轮一连接，所述齿轮二通过所述铰接轴与所述拇指基座固定连接，且用于与所述手掌组件铰接，所述齿轮二与所述齿轮一啮合。

10.根据权利要求8所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述拇指基座与所述手掌组件的铰接处设有第三复位弹簧。

11.根据权利要求1所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述指节一的表面设有保护层。

12.根据权利要求11所述的仿生手拇指结构，其特征在于，所述保护层为导电材质。