专利名称：一种关节牵拉式仿人形机器人手的制作方法
技术领域：
本发明属于仿生机器人领域，是一种仿人形机器人的手，专门用于残疾人假肢。
背景技术：
目前常见仿人形假肢产品的手的结构部分，有由微电机驱动，通过杠杆机构传动 驱动各个手指关节的结构形式；还有由微电机驱动，通过齿轮传动驱动整体手指(四指不 分)根部关节的结构形式。上述假肢的手的结构与仿人形尚有很大区别，难于精确细致地 完成一个人正常生活所需要的手的功能。所以目前常见仿人形假肢产品的手的结构满足不 了市场对产品性能不断提高的要求。
发明内容
针对前述常见仿人形假肢手的结构的不足，发明一种关节牵拉式仿人形机器人 手，该手各个指关节能精确细致地完成一个人正常生活所需要的手的功能。本发明的技术方案是一种关节牵拉式仿人形机器人手，它包括手掌骨架和五指， 其特征在于，所述的五指中的拇指是一个固定在手掌骨架上的、呈弯曲状的整体拇指，其余 四指均由前指节、中指节和后指节通过轴连接而成，四指的后指节均连接在手掌骨架前端 的一根后指节轴上；所述的手掌骨架上安装有驱动电机，驱动电机通过蜗轮副与卷扬轴传 动；卷扬轴上设有四个卷扬轮，每个卷扬轮上绕有牵拉丝，四根牵拉丝的牵拉头分别经四指 内侧至指节，并固定在对应的四个前指节上。本发明工作原理是当驱动电机通过蜗轮副传动，驱动牵拉丝卷扬轮转动，使得 牵拉丝缩短并拉动四指的各个指节依次转动，即可实现整个手从平伸状态到握持状态的运 动，当驱动电机反向运转即牵拉丝伸长时，各个手指在全部扭簧的作用下复位到平伸状态， 在牵拉丝的拉力和扭簧的复位扭力的共同作用下，整个手的各个手指可在手指平伸和握持 的范围内实现任意位置的平衡。本发明由单电机提供动力，蜗轮副传动，通过同轴卷扬牵拉丝，驱动手的各个指节 关节转动，完成与真实手相类似的顺序开闭动作。本发明机构构思巧妙，手及手指运动灵 活，仿生效果良好，整机结构简洁、紧凑，可靠，重量轻，可作为仿人形机器人的手推广使用。
图1是本发明握持状态时的结构图；图2是本发明四指的主视图；图3是本发明四指的的俯视图；图4是本发明驱动电机及蜗轮副传动结构剖视图；图5是本发明的中指及其牵拉驱动结构剖视图。图例说明1_前固定柱，2-小指中指节，3-牵拉丝，4-复位小扭簧，5-小指后指 节，6-复位大扭簧，7-内驱动轴轴套，8-外驱动轴套，9-卷扬轮，10-卷扬轮隔套，11-手掌骨架，12-后固定柱，13-蜗轮副机架，14-前指节，15-指节轴，16-逆向指节转动复位小扭 簧，17-中指中指节，18-食指和无名指中指节，19-中指后指节，20-食指和无名指后指节， 21-大指节轴，22-逆向指节转动复位大扭簧，23-驱动轴，24-蜗轮，25-蜗杆，26-联轴器， 27-拇指，28-驱动电机，29-蜗杆轴套，30-牵拉丝导向座。
具体实施例方式下面结合附图1至附图5对本发明的实施例进一步描述。如图1、图2和图3所示，本发明的关节牵拉式仿人形机器人手整体上包括拇指 27、食指、中指、无名指和小指，其中所述的拇指27是一个呈弯曲状的整体拇指，固定在手掌骨架3上(见图1)。所述的食指、中指、无名指和小指结构如图2和图3所示，从图中可以看出，食指和 无名指均是由前指节14、中指节18和后指节20通过指节轴15连接成一体；所述的中指由 前指节14、中指中指节17和中指后指节19通过指节轴15连接成一体；所述的小指由前指 节14、小指中指节2和小指后指节5通过指节轴15连接成一体。上述四个手指的指节均 套装在指节轴15上，可灵活转动；上述四个手指的后指节通过一根大指节轴21与手掌骨架 11安装连接，并可相互自由转动。从图3、图4和图5可以看出，驱动电机28用螺钉连接固定在蜗轮副机架13上，蜗 轮24与驱动轴23通过其上的方孔连接在一起；两个内驱动轴套7从驱动轴23的两边套装 后安装固定在蜗轮副机架13上；同时，蜗杆25的一端套装蜗杆轴套29，另一端通过联轴器 26与驱动电机28的输出轴连接，实现蜗杆25与蜗轮24的良好啮合和转动；然后，依次将四 个牵拉丝卷扬轮9和两个卷扬轮隔套10套装在驱动轴23上，并将两外驱动轴套8套装在两 端，用螺钉将其固定在手掌骨架11上，同时蜗轮副机架13也固定在手掌骨架11上；四个前 固定柱1分别固定在四个前指节14的臂筒内，四根牵拉丝3分别穿过其上的微型小孔穿过 各个指节，前端分别固定在前固定柱1上，另一端分别缠绕牵拉丝卷扬轮9后固定在后固定 柱12上；在四指的各个后指节臂筒内，分别粘接牵拉丝导向座30，实现牵拉丝3的往复运 动，能够沿导向座的设定方向运动；四个正向指节转动复位小扭簧4、四个正向指节转动复 位大扭簧6、四个逆向指节转动复位小扭簧16和四个逆向指节转动复位大扭簧22分别套装 在相对应的四个小指节轴15和四个大指节轴21上，每个扭簧的两端分别扣在所处位置的 两个指节上的限位孔中；驱动电机28通过蜗轮副传动驱动牵拉丝卷扬轮9转动，使牵拉丝 3缩短并带动四指的各个指节依次转动，实现整个手从平伸状态到握持状态的运动，当驱动 电机28反向运转即牵拉丝3伸长时，各个手指在全部扭簧的作用下复位到平伸状态，在牵 拉丝3的拉力和扭簧的复位扭力的共同作用下，整个手的各个手指可在手指平伸和握持的 范围内平衡握持在任意位置。
权利要求
一种关节牵拉式仿人形机器人手，它包括手掌骨架和五指，其特征在于，所述的五指中的拇指是一个固定在手掌骨架上的、呈弯曲状的整体拇指，其余四指均由前指节、中指节和后指节通过轴连接而成，四指的后指节均连接在手掌骨架前端的一根后指节轴上；所述的手掌骨架上安装有驱动电机，驱动电机通过蜗轮副与卷扬轴传动；卷扬轴上设有四个卷扬轮，每个卷扬轮上绕有牵拉丝，四根牵拉丝的牵拉头分别经四指内侧至指节，并固定在对应的四个前指节上。
全文摘要
本发明公开了一种关节牵拉式仿人形机器人手，它包括手掌骨架和五指，所述的五指中的拇指是一个固定在手掌骨架上的、呈弯曲状的整体拇指，其余四指均由前指节、中指节和后指节通过轴连接而成，四指的后指节均连接在手掌骨架前端的一根后指节轴上；所述的手掌骨架上安装有驱动电机，驱动电机通过蜗轮副与卷扬轴传动；卷扬轴上设有四个卷扬轮，每个卷扬轮上绕有牵拉丝，四根牵拉丝的牵拉头分别经四指内侧至指节，并固定在对应的四个前指节上。本发明由单电机提供动力，蜗轮副传动，通过同轴卷扬牵拉丝，驱动手的各个指节关节转动，完成与真实手相类似的顺序开闭动作。
文档编号A61F2/54GK101919755SQ20101023938
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月25日 优先权日2010年7月25日
发明者何丽妍, 孙爱芹, 张志献, 曹燕杰, 樊炳辉, 江浩, 王传江, 郑义 申请人:山东科技大学