一种欠驱动假肢手嵌入式控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于仿生机器人相关配件领域，更具体地，涉及一种欠驱动假肢手嵌入式控制装置。
【背景技术】
[0002]假肢手以其运动拟人和结构紧凑等优点获得了广阔的发展前景。特别是作为近期热门研究的欠驱动假肢手，由于具备轻便的外形和控制简单的特性，因而在医疗假肢手、现代化工业生产、高危复杂作业等多个领域获得了广泛应用。
[0003]然而，进一步的研究表明，现有的欠驱动假肢手主要存在以下的缺陷或不足:目前用于欠驱动假肢手的控制方案一般采用多轴伺服控制系统，其虽能满足一般的运动控制要求，但其使用的计算机插接卡接口体积过于庞大，硬件构造复杂，在实践应用时导致了多种的不便，并直接影响到假肢手的应用灵活性。因此，在本领域亟需对欠驱动假肢手的运动控制硬件作出进一步的设计，以便更好地满足日益增长的实际工况需求。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种欠驱动假肢手嵌入式控制装置，其中通过对其整体内部构造以及关键组件的具体电路结构进行设计，相应能够更为结构紧凑、便于操控地实现对欠驱动假肢手的运动控制，同时可显著提高在各类复杂动作的精确性和适用性。
[0005]为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种欠驱动假肢手嵌入式控制装置，其特征在于:
[0006]该欠驱动假肢手的手掌内部安装有用于驱动各手指运动的多个有刷直流电机，该欠驱动假肢手的各手指末端分别安装有用于对手指运动过程中垂直于指尖面的应力执行检测的多个应变片；该控制装置分别与所述有刷直流电机和应变片之间信号相连，且呈现集成电路板的形式，整体嵌入安装在欠驱动假肢手的内部。
[0007]作为进一步优选地，所述控制装置包括电机速度检测器、电机电流检测器、指尖力检测器和功率放大器，其中该电机速度检测器和该电机电流检测器分别对各个所述有刷直流电机的速度和电流执行实时检测，该指尖力检测器对各个所述应变片的信号执行放大，该功率放大器分别与各个所述有刷直流电机电路连接，并输出功率放大后的电机驱动电流。
[0008]作为进一步优选地，所述电机速度检测器的数量优选为2个，并且它们各自为将差分信号转换为单端信号的差分接收器。
[0009]作为进一步优选地，所述电机电流检测器的数量优选为4个，并且它们各自包括用于将共模差分电压信号放大的电流检测放大器和一个检流电阻。
[0010]作为进一步优选地，所述应变片优选为桥式应变片，所述指尖力检测器为用于对桥式应变片的共模差分电压信号执行放大的单元。
[0011]作为进一步优选地，所述有刷直流电机的数量为四个，它们集成安装在欠驱动假肢手的手掌内部，分别为用于实现拇指翻转运动的第一电机、用于实现拇指弯曲运动的第二电机、用于同时实现食指和中指弯曲运动的第三电机，以及用于同时实现无名指和小指弯曲运动的第四电机。
[0012]作为进一步优选地，所述应变片的数量为五个，它们各自集成安装在欠驱动假肢手的五个手指末端，并分别用于对拇指、食指、中指、无名指和小指在其运动过程中垂直于指尖面的应力数据执行实时检测。
[0013]作为进一步优选地，上述控制装置还可以配备有CyberGlove数据手套，并输出包括关节角和关节运动角速度在内的各类人手运动实时数据。
[0014]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0015]1、通过为作为控制对象的欠驱动假肢手配置多个驱动电机和指尖力传感器来获取实时假肢手运动数据，同时将控制装置高度集成在欠驱动假肢手的内部，这样不仅可以避免体积庞大的计算机插接卡接口的使用，而且采用一块80mmX65mmX7mm的电路板即可满足系统控制要求，降低了电路复杂性和硬件要求；
[0016]2、通过对控制装置的内部构造进行优化设计，同时对其组件类型和关键性能参数进行改进，测试表明能够很好地复现人手的动态协调规律，显著提高各类复杂动作的精确性和适用性；
[0017]3、按照本实用新型的嵌入式运动控制装置整体结构紧凑、便于使用和安装，同时显著提高了针对不同高危工况的应用适应性，因此能够有效满足各类工业领域的复杂应用需求，且操作更为方便。
【附图说明】
[0018]图1是按照本实用新型优选实施例的各个假肢手驱动电机和指尖力传感器的结构示意图。
[0019]图2是按照本实用新型所构建的欠驱动假肢手嵌入式控制装置的内部构造主体示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]图2是按照本实用新型所构建的嵌入式欠驱动假肢手运动控制装置的内部构造主体示意图。如图1和图2中所示，作为本实用新型的一个关键改进方面，按照本实用新型的欠驱动假肢手的运动装置包括电机组件1和指尖力传感器组件2两大部件，由此共同配合实现假肢手相关动作的驱动和反馈。
[0022]具体而言，假肢手电机组件1譬如由四个由刷直流电机共同组成，具体可采用直径为10mm的有刷直流电机，它们集成安装在作为控制对象的欠驱动假肢手的手掌内部，分别为用于实现拇指翻转运动的第一电机1-1、用于实现拇指弯曲运动的第二电机1-2、用于同时实现食指和中指弯曲运动的第三电机1-3，以及用于同时实现无名指和小指弯曲运动的第四电机1-4 ;指尖力传感器组件2譬如由五个应变片共同组成，具体可采用Honeywell公司FSS-SMT系列压力传感器，它们各自集成安装在欠驱动假肢手的五个手指末端，具体包括拇指指尖压力传感器2-1、食指指尖压力传感器2-2、中指指尖压力传感器2-3、无名指指尖压力传感器2-4、小指指尖压力传感器2-5，由此分别用于对各个手指运动过程中垂直于指尖面的应力数据执行实时检测。
[0023]按照本实用新型的一个优选实施例，上述第一电机1-1的减速比被设定为256:1，第二电机1-2的减速比为64:1，第三电机1-3和第四电机1-4的减速比为16:1，功率均为
2.81W。测试表明，上述性能参数能够满足欠驱动假肢手各类复杂动作的精确调控，符合各类工况的要求。
[0024]作为本实用新型的另一关键改进方面，控制装置3在本实用新型中被设计为呈一块集成电路板的形式，譬如80mmX65mmX7mm的电路板，并且同样嵌入安装在欠驱动假肢手的内部，以便在解决现有设备硬件电路过于庞大的同时，