专利名称：残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拟人机械手装置，具体涉及一种残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构。
背景技术：
残疾人用假手采用欠驱动和自适应机构，实现三个手指(中指、无名指、小指)在一个电机的驱动下，完成对物体的自适应抓取。现有的欠驱动自适应假手装置(专利申请号为200610009677.7)，用1个驱动器驱动三个手指，同时这三个手指能够自适应地抓取各种形状的物体。三个手指的基关节通过扭簧安装在同一个驱动轴上，由电机和减速系统通过扭簧带动3个手指运动，当某一个手指遇到物体停止运动时，不影响其他手指的运动，从而实现对被抓握物体形状的自适应性。三指当中，小指只有两个指节，与人手实际情况相异。三指的驱动采用的直流电机，在失电状态下，没有反向保持力矩，在外力作用下，不能保持抓握状态，抓不住物体。此外，驱动扭簧没有预紧角，故而没有力，从而导致中指和小指与整个手指间的连接没有固定形状，在外力或是自身重力的作用下，很容易变形，不能保持手的位姿。同时也难保证三指在抓握物体时像人手那样协调一致。
发明内容
本发明为了解决已有的欠驱动自适应假手装置在抓取物体后，失电状态下不能保持抓握状态，抓不稳物体；在自由状态下，手指和整手不能很好的保持形状和运动时难以协调一致的问题，进而提供了一种残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构。
本发明的技术方案是残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构包括电机、减速器、电机座、三指机座、三指轴、中指传动机构、无名指传动机构、小指传动机构；所述的中指传动机构由小伞齿轮、大伞齿轮、齿轮挡套、中指力矩传感器、中指驱动扭簧、中指弹簧支架、中指第一驱动扭簧挡销、中指第二驱动扭簧挡销、中指传感器挡销组成；所述的无名指传动机构由无名指力矩传感器、无名指驱动扭簧、无名指弹簧支架、无名指第一驱动扭簧挡销、无名指第二驱动扭簧挡销、无名指传感器挡销组成；所述的小指传动机构由小指力矩传感器、小指驱动扭簧、小指弹簧支架、小指第一驱动扭簧挡销和小指第二驱动扭簧挡销、小指传感器挡销组成；所述的电机与减速器连接，减速器固定在电机座上，电机座安装在三指基座上，小伞齿轮安装在减速器的上端的输出轴上，小伞齿轮和大伞齿轮啮合，三指轴装在三指机座上，齿轮挡套装在大伞齿轮的腔内，齿轮挡套套在三指轴上；中指力矩传感器和中指弹簧支架依次安装在三指轴上，中指驱动扭簧安装在中指弹簧支架上，在中指力矩传感器上设有中指第一驱动扭簧挡销，中指弹簧支架上设有中指第二驱动扭簧挡销，中指传感器挡销固定在大伞齿轮和齿轮挡套上，中指传感器挡销位于中指力矩传感的前面；所述的无名指力矩传感器和无名指弹簧支架依次安装在三指轴上，无名指驱动扭簧安装在无名指弹簧支架上，无名指弹簧支架上设有无名指第一驱动扭簧挡销，无名指力矩传感器上设有无名指第二驱动扭簧挡销，无名指传感器挡销设在无名指弹簧支架上，无名指传感器挡销位于无名指力矩传感器的前面；所述的小指力矩传感器和小指弹簧支架依次安装在三指轴上，小指驱动扭簧安装在小指弹簧支架上，小指弹簧支架上设有小指第一驱动扭簧挡销，小指力矩传感器上设有小指第二驱动扭簧挡销，小指传感器挡销设在小指弹簧支架上，小指传感器挡销位于小指力矩传感器前面。
本发明具有以下有益效果本发明能够通过一个电机的驱动实现三个手指的联动，三指在弯曲时的运动协调性好，能保证步调一致，且具有掌握自适应性，即在其中一个手指被挡住时，其他手指可在一定范围内继续运动，所以能够更大程度适应物体的形状，达到完全包络物体，抓握稳定，能够抓取不同形状的物体，抓取的范围广，在失电状态下，也能保持较大的抓握力。同时在外形上更加接近人手，且手指的刚度增大，不会前后松动和颤抖，运动时三指更加协调一致。本发明还具有结构简单、重量轻、体积小、抓取力大的优点。
图1是本发明整体结构的主视图(假手三指联动机构的背面)，图2是图1的后视图(假手三指联动机构的前面)图3是小指弹簧支架15与三指轴9安装结构剖视图，图4是小指力矩传感器17与三指轴9安装结构剖视图，图5是图1的剖视图。
具体实施例方式
具体实施方式
一如图1、图2所示，本实施方式的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构由电机1、减速器2、电机座3、三指基座6、三指轴9、中指传动机构、无名指传动机构、小指传动机构组成；所述的中指传动机构由小伞齿轮5、大伞齿轮8、齿轮挡套10、中指力矩传感器7、中指驱动扭簧12、中指弹簧支架22、中指第一驱动扭簧挡销11、中指第二驱动扭簧挡销26、中指传感器挡销27组成；所述的无名指传动机构由无名指力矩传感器21、无名指驱动扭簧19、无名指弹簧支架18、无名指第一驱动扭簧挡销13、无名指第二驱动扭簧挡销20、无名指传感器挡销25组成；所述的小指传动机构由小指力矩传感器17、小指驱动扭簧16、小指弹簧支架15、小指第一驱动扭簧挡销14和小指第二驱动扭簧挡销24、小指传感器挡销23组成；所述的电机1与减速器2连接，减速器2固定在电机座3上，电机座3安装在三指基座6上，小伞齿轮5安装在减速器2的上端的输出轴上，小伞齿轮5和大伞齿轮8啮合，三指轴9装在三指机座6上，齿轮挡套10装在大伞齿轮8的腔内，齿轮挡套10套在三指轴9上；中指力矩传感器7和中指弹簧支架22依次安装在三指轴9上，中指驱动扭簧12安装在中指弹簧支架22上，在中指力矩传感器7上设有中指第一驱动扭簧挡销11，中指弹簧支架22上设有中指第二驱动扭簧挡销26，中指传感器挡销27固定在大伞齿轮8和齿轮挡套10上，中指传感器挡销27位于中指力矩传感7的前面；所述的无名指力矩传感器21和无名指弹簧支架18依次安装在三指轴9上，无名指驱动扭簧19安装在无名指弹簧支架18上，在无名指弹簧支架18上设有无名指第一驱动扭簧挡销13，无名指力矩传感器21上设有无名指第二驱动扭簧挡销20，无名指传感器挡销25设在无名指弹簧支架18上，无名指传感器挡销25位于无名指力矩传感器21的前面；所述的小指力矩传感器17和小指弹簧支架15依次安装在三指轴9上，小指驱动扭簧16安装在小指弹簧支架15上，小指弹簧支架15上设有小指第一驱动扭簧挡销14，小指力矩传感器17上设有小指第二驱动扭簧挡销24，小指传感器挡销23设在小指弹簧支架15上，小指传感器挡销23位于小指力矩传感器17前面。本实施方式的力矩传感器的电阻应变片采用德国BLH公司生产的微型高阻金属应变片SR-4作为敏感元件。本实施方式的电机1和减速器2的生产厂家均为Portestcap公司。
具体实施方式
二如图1所示，本实施方式的电机1是步进电机。因为步进电机有反向保持力矩，在失电时，能保持抓握状态。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。本实施方式的步进电机采用Portestcap公司生产的型号为P110-06-2.5两相永磁式步进电机。
具体实施方式
三如图1、图2所示，本实施方式的中指力矩传感器7、无名指力矩传感器21、小指力矩传感器17与三指轴9均为间隙配合。采用这样的结构，使中指力矩传感器7、无名指力矩传感器21、小指力矩传感器17不完全与三指轴9同步运动，实现三指对不同物体的抓握自适应性。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四如图1～图4所示，本实施方式的三指轴(9)是扁轴；所述的中指弹簧支架(22)、无名指弹簧支架(18)、小指弹簧支架(15)上设有的扁孔依次与三指轴(6)扁孔配合；所述的齿轮挡套(10)上的扁孔与三指轴(6)之间扁孔连接，所述的齿轮挡套(10)与大伞齿轮(8)上的扁孔之间亦是扁孔连接。采用这样的结构，能更好的传递扭矩。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五如图1所示，本实施方式还包括电机调整垫片4，所述的电机调整垫片4设置在电机座3和三指基座6之间。采用这样的结构，用来调整电机座3与三指机座6之间的间隙。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六如图5所示，本实施方式还包括轴承28，所述的轴承28安装在三指基座6与三指轴9之间。采用这样的结构，能有效减少摩擦。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
工作原理步进电机1输出经过减速器2减速，传给小伞齿轮5，从运动传递给大伞齿轮8，大伞齿轮8和削边三指轴9配合，带动三指轴9运动。中指力矩传感器7、无名指力矩传感器21、小指力矩传感器17和三指轴9扁孔配合，通过中指驱动扭簧12、无名指驱动扭簧19和小指驱动扭簧16同时推动中指力矩传感器7、无名指力矩传感器21和小指力矩传感器17运动，从而驱动三个手指协调运动，包络物体，抓取物体。中指第一驱动扭簧挡销11和中指第二驱动扭簧挡销26，无名指第一驱动扭簧挡销13和无名指第二驱动扭簧挡销20以及小指第一驱动扭簧挡销14和小指第二驱动扭簧挡销24保证了三指各个驱动扭簧具有相同的预紧角，保证三指不会向后松动和颤抖，同时也保证了三指在弯曲时的运动协调性；中指传感器挡销27、无名指传感器挡销25和小指传感器挡销23分别顶在中指传感器7、无名指传感器21和小指传感器17的前面，保证三指不会向前松动和颤抖，同时也保证了三指在伸直运动时的协调性。从而保证了三指的刚度和运动协调性。三指在抓取复杂形状物体时，若其中一个手指先接触到物体后，电机仍可继续向前转动，直至该手指驱动扭簧达到其最大工作角停止，使其他两个手指能更好的包络物体。保证了手指的柔性，这个柔性的大小由扭簧的特性决定。
权利要求
1.一种残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，它包括电机(1)、减速器(2)、电机座(3)、三指基座(6)、三指轴(9)、中指传动机构、无名指传动机构、小指传动机构；其特征在于所述的中指传动机构由小伞齿轮(5)、大伞齿轮(8)、齿轮挡套(10)、中指力矩传感器(7)、中指驱动扭簧(12)、中指弹簧支架(22)、中指第一驱动扭簧挡销(11)、中指第二驱动扭簧挡销(26)、中指传感器挡销(27)组成；所述的无名指传动机构由无名指力矩传感器(21)、无名指驱动扭簧(19)、无名指弹簧支架(18)、无名指第一驱动扭簧挡销(13)、无名指第二驱动扭簧挡销(20)、无名指传感器挡销(25)组成；所述的小指传动机构由小指力矩传感器(17)、小指驱动扭簧(16)、小指弹簧支架(15)、小指第一驱动扭簧挡销(14)和小指第二驱动扭簧挡销(24)、小指传感器挡销(23)组成；所述的电机(1)与减速器(2)连接，减速器(2)固定在电机座(3)上，电机座(3)安装在三指基座(6)上，小伞齿轮(5)安装在减速器(2)的上端的输出轴上，小伞齿轮(5)和大伞齿轮(8)啮合，三指轴(9)装在三指机座(6)上，齿轮挡套(10)装在大伞齿轮(8)的腔内，齿轮挡套(10)套在三指轴(9)上；中指力矩传感器(7)和中指弹簧支架(22)依次安装在三指轴(9)上，中指驱动扭簧(12)安装在中指弹簧支架(22)上，在中指力矩传感器(7)上设有中指第一驱动扭簧挡销(11)，中指弹簧支架(22)上设有中指第二驱动扭簧挡销(26)，中指传感器挡销(27)固定在大伞齿轮(8)和齿轮挡套(10)上，中指传感器挡销(27)位于中指力矩传感(7)的前面；所述的无名指力矩传感器(21)和无名指弹簧支架(18)依次安装在三指轴(9)上，无名指驱动扭簧(19)安装在无名指弹簧支架(18)上，无名指弹簧支架(18)上设有无名指第一驱动扭簧挡销(13)，无名指力矩传感器(21)上设有无名指第二驱动扭簧挡销(20)，无名指传感器挡销(25)设在无名指弹簧支架(18)上，无名指传感器挡销(25)位于无名指力矩传感器(21)的前面；所述的小指力矩传感器(17)和小指弹簧支架(15)依次安装在三指轴(9)上，小指驱动扭簧(16)安装在小指弹簧支架(15)上，小指弹簧支架(15)上设有小指第一驱动扭簧挡销(14)，小指力矩传感器(17)上设有小指第二驱动扭簧挡销(24)，小指传感器挡销(23)设在小指弹簧支架(15)上，小指传感器挡销(23)位于小指力矩传感器(17)前面。
2.根据权利要求1所述的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，其特征在于所述的电机(1)是步进电机。
3.根据权利要求1所述的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，其特征在于所述的中指力矩传感器(7)、无名指力矩传感器(21)、小指力矩传感器(17)与三指轴(9)均为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，其特征在于所述的三指轴(9)是扁轴；所述的中指弹簧支架(22)、无名指弹簧支架(18)、小指弹簧支架(15)上设有的扁孔依次与三指轴(6)扁孔配合；所述的齿轮挡套(10)上的扁孔与三指轴(6)之间扁孔连接，所述的齿轮挡套(10)与大伞齿轮(8)上的扁孔之间亦是扁孔连接。
5.根据权利要求1所述的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，其特征在于它还包括电机调整垫片(4)，所述的电机调整垫片(4)设置在电机座(3)和三指基座(6)之间。
6.根据权利要求1所述的残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，其特征在于它还包括轴承(28)，所述的轴承(28)安装在三指基座(6)与三指轴(9)之间。
全文摘要
残疾人用假手的欠驱动自适应三指联动机构，它涉及一种拟人机械手装置。本发明解决了已有的欠驱动自适应假手装置在失电状态下不能保持抓握状态；在自由状态下手指和整手不能很好的保持形状和运动时难以协调一致的问题。中指驱动扭簧(12)安装在中指弹簧支架(22)上，中指传感器挡销(27)固定在大伞齿轮(8)和齿轮挡套(10)上，无名指驱动扭簧(19)安装在无名指弹簧支架(18)上，无名指传感器挡销(25)设在无名指弹簧支架(18)上，小指驱动扭簧(16)安装在小指弹簧支架(15)上，小指传感器挡销(23)设在小指弹簧支架(15)上。本发明具有三指在弯曲时的运动协调性好、抓握稳定、抓取的范围广、在失电状态下，也能保持较大的抓握力的优点。
文档编号A61F2/68GK101036600SQ200710072169
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者姜力, 刘宏, 俞昌东, 史士财, 黄海 申请人:哈尔滨工业大学