本實用新型涉及新型服務與仿生機器人技術領域，具體的說是一種輕質(zhì)仿人五指靈巧手機構(gòu)。

背景技術：

傳統(tǒng)的仿人靈巧手大多采用電機驅(qū)動，傳統(tǒng)電機的功率密度比伴隨著電機體積的減小而迅速降低，傳動誤差增加、摩擦力增大，這使得傳統(tǒng)電機在需要高功率密度比和整體響應性能的仿人靈巧手在應用上受到限制。同時，采用電機驅(qū)動實現(xiàn)靈巧手的多自由度運動則必須采用多電機聯(lián)動，從而使靈巧手的重量大大增加，降低了安全性，也使得傳動機構(gòu)復雜化，無法達到輕質(zhì)、靈巧的性能要求，另一方面，結(jié)構(gòu)和器件的復雜也導致了傳動電機驅(qū)動靈巧手的制造和使用成本大幅度提高。目前市場上在售的靈巧手基本都是由電機驅(qū)動的，電機驅(qū)動的靈巧手在重量、體積、靈活度以及柔順性上有較大的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種輕質(zhì)仿人五指靈巧手機構(gòu)。該機構(gòu)輕質(zhì)、靈巧、自由度多、柔順性好、傳動效率高，機構(gòu)簡單、制造成本低，適用于假肢生產(chǎn)、科研機構(gòu)控制方法研究等。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種輕質(zhì)仿人五指靈巧手機構(gòu)，包括手掌、拇指安裝座、拇指、食指、中指、無名指及小拇指，其中拇指通過拇指安裝座安裝在手掌上，所述食指、中指、無名指及小拇指依次安裝在手掌上，所述拇指包含兩個關節(jié)，具有兩個自由度，所述食指、中指、無名指及小拇指均包含三個關節(jié)，均具有三個自由度，所述拇指、食指、中指、無名指及小拇指的各關節(jié)分別通過一個與制動元件連接的鋼絲繩驅(qū)動。

所述拇指包括拇指腕指骨、拇指近指骨、拇指遠指骨及安裝在拇指腕指 骨、拇指近指骨、拇指遠指骨上的拇指外殼，其中拇指腕指骨的一端與拇指安裝座連接，另一端通過關節(jié)與拇指近指骨的一端連接，所述拇指近指骨的另一端通過關節(jié)與拇指遠指骨連接。

所述食指、中指、無名指及小拇指結(jié)構(gòu)相同，均包括掌指骨、近指骨、指間骨、遠指骨及安裝在掌指骨、近指骨、指間骨和遠指骨上的指節(jié)外殼，所述掌指骨、近指骨、指間骨及遠指骨通過關節(jié)依次連接。

所述指節(jié)外殼包括左外殼和右外殼，所述左外殼和右外殼可拆卸連接。

所述拇指、食指、中指、無名指及小拇指的各關節(jié)上均安裝有角度傳感器。

所述關節(jié)包括關節(jié)軸和安裝在該關節(jié)軸上的軸套和軸承，所述軸承的內(nèi)圈通過軸套壓緊，所述角度傳感器安裝在關節(jié)軸上。

所述拇指、食指、中指、無名指及小拇指的指尖處安裝有壓力傳感器。

所述壓力傳感器通過硅膠墊片粘接在各手指的指尖上。

所述拇指、食指、中指、無名指及小拇指的各關節(jié)處均設有一個用以關節(jié)復位的復位彈簧。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)仿人五指靈巧手機構(gòu)，其特征在于：所述制動元件為舵機、氣動肌腱或形狀記憶合金絲驅(qū)動。

本實用新型的優(yōu)點與積極效果為：

1.本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕，所有的手指結(jié)構(gòu)類似，所有的關節(jié)結(jié)構(gòu)一樣，均采用鋼絲繩傳動。如果使用齒輪傳動方式，由于齒輪傳動對齒輪組的中心距安裝要求較高，所以需要較為復雜的調(diào)心機構(gòu)，如果使用帶傳動方式，一般還需要皮帶張緊裝置，這就增加了結(jié)構(gòu)的復雜程度。

2.本實用新型傳動效率高、制造成本低，關節(jié)運動采用鋼絲繩傳動，不僅成本低，而且節(jié)能。整個傳動結(jié)構(gòu)無減速結(jié)構(gòu)，大大降低了制造成本。

3.本實用新型柔順性好，相比于電機驅(qū)動的齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動等其他剛性傳動機構(gòu)，本實用新型采用氣動肌腱或形狀記憶合金絲驅(qū)動、鋼絲繩傳動，在使用過程中具有一定的柔順性，使用上更安全可靠。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖3為本實用新型去掉指節(jié)外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型中食指的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為手掌，2為拇指安裝座，3為拇指腕指骨，4為關節(jié)軸，5為軸套，6為角度傳感器，7為拇指近指骨，8為拇指遠指骨，9為食指掌指骨，10為食指近指骨，11為食指指間骨，12為食指遠指骨，13為中指掌指骨，14為中指近指骨，15為中指指間骨，16為中指遠指骨，17為無名指掌指骨，18為無名指近指骨，19為無名指指間骨，20為無名指遠指骨，21為小拇指掌指骨，22為小拇指近指骨，23為小拇指指間骨，24為小拇指遠指骨，25為拇指腕指節(jié)左外殼，26為拇指腕指節(jié)右外殼，27為拇指近指節(jié)左外殼，28為拇指近指節(jié)右外殼，29為拇指遠指節(jié)左外殼，30為拇指遠指節(jié)右外殼，31為食指掌指節(jié)左外殼，32為食指掌指節(jié)右外殼，33為食指近指節(jié)左外殼，34為食指近指節(jié)右外殼，35為食指指間節(jié)左外殼，36為食指指間節(jié)右外殼，37為食指遠指節(jié)左外殼，38為食指遠指節(jié)右外殼，39為中指掌指節(jié)左外殼，40為中指掌指節(jié)右外殼，41為中指近指節(jié)左外殼，42為中指近指節(jié)右外殼，43為中指指間節(jié)左外殼，44為中指指間節(jié)右外殼，45為中指遠指節(jié)左外殼，46為中指遠指節(jié)右外殼，47為無名指掌指節(jié)左外殼，48為無名指掌指節(jié)右外殼，49為無名指近指節(jié)左外殼，50為無名指近指節(jié)右外殼，51為無名指指間節(jié)左外殼，52為無名指指間節(jié)右外殼，53為無名指遠指節(jié)左外殼，54為無名指遠指節(jié)右外殼，55為小拇指掌指節(jié)左外殼，56為小拇指掌指節(jié)右外殼，57為小拇指近指節(jié)左外殼，58為小拇指近指節(jié)右外殼，59為小拇指指間節(jié)左外殼，60為小拇指指間節(jié)右外殼，61為小拇指遠指節(jié)左外殼，62為小拇指遠指節(jié)右外殼，63為硅膠墊片，64為壓力傳感器，65為軸承，66為鋼絲繩，67為銷釘，68為彈簧，100為拇指，101為食指，102為中指，103為無名指，104為小拇指。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述。

如圖1、圖2所示，本實用新型提供的一種輕質(zhì)仿人五指靈巧手機構(gòu)，包括手掌1、拇指安裝座2、拇指100、食指101、中指102、無名指103及小拇指104，其中拇指100通過拇指安裝座2安裝在手掌1上，所述食指101、中指102、無名指103及小拇指104依次直接安裝在手掌1上。所述拇指100包含兩個關節(jié)，具有兩個自由度，所述食指101、中指102、無名指103及小拇指104均包含三個關節(jié)，均具有三個自由度，所述拇指100、食指101、中指102、無名指103及小拇指104的各關節(jié)分別通過一個與制動元件連接的鋼絲繩66驅(qū)動。

如圖3所示，所述拇指100包括拇指腕指骨3、拇指近指骨7、拇指遠指骨8及安裝在拇指腕指骨3、拇指近指骨7、拇指遠指骨8上的拇指外殼，其中拇指腕指骨3的一端與拇指安裝座2連接，另一端通過關節(jié)與拇指近指骨7的一端連接，所述拇指近指骨7的另一端通過關節(jié)與拇指遠指骨8連接。

所述拇指外殼包括拇指腕指節(jié)外殼、拇指近指節(jié)外殼及拇指遠指節(jié)外殼，所述拇指腕指節(jié)外殼、拇指近指節(jié)外殼及拇指遠指節(jié)外殼結(jié)構(gòu)相同，均包括左外殼和右外殼，所述左外殼和右外殼可拆卸連接。并且左外殼和右外殼通過平頭螺釘安裝在各個指骨上。

具體地為：所述拇指腕指節(jié)外殼包括拇指腕指節(jié)左外殼25和拇指腕指節(jié)右外殼26；所述拇指近指節(jié)外殼包括拇指近指節(jié)左外殼27和拇指近指節(jié)右外殼28；所述拇指遠指節(jié)外殼包括拇指遠指節(jié)左外殼29和拇指遠指節(jié)右外殼30。

所述食指101、中指102、無名指103及小拇指104結(jié)構(gòu)相同，均包括掌指骨、近指骨、指間骨、遠指骨及安裝在掌指骨、近指骨、指間骨和遠指骨上的指節(jié)外殼，所述掌指骨、近指骨、指間骨及遠指骨通過關節(jié)依次連接。

具體地為：所述食指101包括通過關節(jié)依次連接的食指掌指骨9、食指近指骨10、食指指間骨11及食指遠指骨12；所述中指102包括通過關節(jié)依次連接的中指掌指骨13、中指近指骨14、中指指間骨15及中指遠指骨16；所 述無名指103包括通過關節(jié)依次連接的無名指掌指骨17、無名指近指骨18、無名指指間骨19及無名指遠指骨20；所述小拇指104包括通過關節(jié)依次連接的小拇指掌指骨21、小拇指近指骨22、小拇指指間骨23及小拇指遠指骨24。

安裝在掌指骨、近指骨、指間骨及遠指骨上的指節(jié)外殼結(jié)構(gòu)相同，均包括掌指節(jié)外殼、近指節(jié)外殼、指間節(jié)外殼及遠指節(jié)外殼，所述掌指節(jié)外殼、近指節(jié)外殼、指間節(jié)外殼及遠指節(jié)外殼均包括左外殼和右外殼，所述左外殼和右外殼可拆卸連接、并且左外殼和右外殼通過平頭螺釘安裝在各個指骨上。

具體地為：所述食指101的指節(jié)外殼包括通過平頭螺釘分別安裝在食指掌指骨9、食指近指骨10、食指指間骨11及食指遠指骨12上的食指掌指節(jié)外殼、食指近指節(jié)外殼、食指指間節(jié)外殼及食指遠指節(jié)外殼，所述食指掌指節(jié)外殼包括食指掌指節(jié)左外殼31和食指掌指節(jié)右外殼32；所述食指近指節(jié)外殼包括食指近指節(jié)左外殼33和食指近指節(jié)右外殼34；所述食指指間節(jié)外殼包括食指指間節(jié)左外殼35和食指指間節(jié)右外殼36；所述食指遠指節(jié)外殼包括食指遠指節(jié)左外殼37和食指遠指節(jié)右外殼38。

所述中指102、無名指103及小拇指104上的指節(jié)外殼與食指101的指節(jié)外殼結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述。

如圖3、圖4所示，所述關節(jié)包括關節(jié)軸4和安裝在該關節(jié)軸4上的軸套5和軸承65，所述軸承65的內(nèi)圈通過軸套5壓緊。所述拇指100、食指101、中指102、無名指103及小拇指104的各關節(jié)上均安裝有角度傳感器6，所述角度傳感器6安裝在關節(jié)軸4上。

所述拇指100、食指101、中指102、無名指103及小拇指104的指尖處均安裝有壓力傳感器64。各壓力傳感器64通過帶粘膠的硅膠墊片63分別粘接在各手指的指尖上。

所述拇指100、食指101、中指102、無名指103及小拇指104的各關節(jié)處均設有一個用以關節(jié)復位的復位彈簧68。所述制動元件為舵機、氣動肌腱或SMA。

圖4為本實用新型中食指的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述食指101有指骨、指節(jié)外殼及各個標準件組成，指尖包含壓力傳感器64，壓力傳感器64 通過帶粘膠的硅膠墊片63粘接在右食指遠指節(jié)外殼38上。本實施例中，所述壓力傳感器64為市購產(chǎn)品，其型號為FSR400，生產(chǎn)廠家為Interlink Electronics公司。

本實用新型靈巧手的十四個關節(jié)結(jié)構(gòu)一樣，此處以食指101的掌指關節(jié)為例說明關節(jié)的構(gòu)成。

所述食指101的掌指關節(jié)包括軸承65、關節(jié)軸4、軸套5、食指掌指骨9、食指近指骨10和關節(jié)角度傳感器6，其中關節(jié)軸4和軸套5壓緊軸承65內(nèi)圈，關節(jié)軸4和軸套5分別與食指掌指骨9小過盈配合，所述角度傳感器6安裝在關節(jié)軸4的末端，其內(nèi)圈固定在關節(jié)軸4上，外圈固定在食指近指節(jié)右外殼34上，外圈隨著關節(jié)的轉(zhuǎn)動相對內(nèi)圈而轉(zhuǎn)動，由此測出關節(jié)轉(zhuǎn)動的角度。本實施例中，所述角度傳感器6為市購產(chǎn)品，其型號為R24HS，生產(chǎn)廠家為深圳市米諾電子有限公司。

掌指關節(jié)的鋼絲繩66通過銷釘67固定在食指近指骨10的銷釘孔上，反向復位彈簧68也通過銷釘67固定在食指近指骨10的銷釘孔上。所述靈巧手的十四個關節(jié)均由鋼絲繩傳動，鋼絲繩末端可以通過舵機、氣動肌腱、形狀記憶合金絲(SMA)等輕質(zhì)致動元件來驅(qū)動。

本實用新型的工作原理為：

所述拇指100具有兩個屈伸關節(jié)，即兩個個自由度，所述食指101、中指102、無名指103和小拇指104均具有三個屈伸關節(jié)，即三個自由度。因此，所述靈巧手共十四個關節(jié)，即十四個自由度。十四個關節(jié)處都安裝有角度傳感器6，可以反饋各個關節(jié)所轉(zhuǎn)過的角度；各手指指尖處都安裝有壓力傳感器64，可以反饋各個手指指尖的正壓力。所述的輕質(zhì)仿人五指靈巧手的大小與人手相當，質(zhì)量僅270g。本實用新型在使用時，需要一個驅(qū)動箱組，如氣動肌腱驅(qū)動箱、形狀記憶合金絲驅(qū)動箱等，靈巧手的十四根傳動鋼絲繩66連接在驅(qū)動箱上。工作時，驅(qū)動箱的致動元件拉動鋼絲繩66，鋼絲繩66通過近指骨來帶動掌指關節(jié)轉(zhuǎn)動，掌指關節(jié)轉(zhuǎn)動的角度通過角度傳感器6來獲取，十四個驅(qū)動分別獨立，在進行指尖抓握操作是，指尖的壓力可以通過指尖壓力傳感器64獲取。

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低、質(zhì)量輕、傳動效率高且可靠性好，具有模塊化、集成化、高功率重量比和柔順性好等特點。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。