一种三关节手指机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三关节手指机构，包括手指远节、手指中节、手指近节和手指基座，上述各手指关节部件通过连接件形成活动连接，所述手指远节、手指中节和手指近节上均设有压力传感器；本实用新型专利技术能够适应不同被抓取对象的外形，提高手指与物体间的接触面积，增加抓取的稳定性；手指的软硬程度可控制，使用时可以根据被抓物体的特性改变手指与物体接触面的软硬程度，在保护被抓取物体的不受损坏的同时提高抓取的稳定性；手指各关节的弯曲角度可测量、测量元件与手指一体化设计，保证了假手灵巧操作控制的需求；作用力方向明确，测量准确；手指各关节上设有的扭力弹簧提供关节扭力，使驱动原件(如电机)不工作时手指能够自如地恢复到初始状态。

【技术实现步骤摘要】
一种三关节手指机构
本技术涉及机械传感仿生手，尤其涉及一种三关节手指机构。
技术介绍
假手是辅助手部残疾人患者完成抓取物品的重要工具，传统手爪形式的假手其手指只有一个自由度，不能使用不规则物体的外形，抓取物体时手指与物体间的接触面较小，不利于物体的稳定抓取，同时由于手指与物体的接触面积较小，手爪的夹持力主要集中在较小的面积上，容易造成物体的损坏/变形，尤其不利于抓取柔软、易碎的物体。传统的多关节灵巧假手手指多采用连杆随动结构，通过一个电机驱动手指的三个关节同步运动，手指三个关节的运动相互关联且存在固定的关系，这种手指结构在抓取特定外形(如柱状)的物体时能够使得手指与物体间有较大的接触面积，然而对于不规则的物体，这种手指仍然存在缺陷，因为生活中需要抓取物体大多都是不规则的。其次，传统的假手手指缺乏关节运动信息的测量，不利于假手的灵巧操作控制，因为关节运动信息多采用编码盘或电位器来测量，对于假手而言，一方面由于需要在手指的关节处安装编码盘或电位器，增大了假手手指的体积，另一方面由于编码盘通常安装在转动轴的端部，相邻的两根手指之间需要存在足够大的空隙才能保证手指的灵活运动，否则运动过程中相邻的两根手指会因为编码盘的存在而产生碰撞、阻碍。此外，现阶段的假手手指是直接将测力传感器安装在手指的表面来进行物体与手指间接触力的测量，由于被抓取的物体大多是不规则的或存在棱角，物体与手指间的接触多也为点接触或线接触，这使得物体与传感器间的作用力方向不确定，造成测量不准确。因此，研制一种能够适应不规则物体、各指关节运动信息可测量、各指节与物体间接触力可测量的仿生灵巧假手手指具有重要的应用价值和实际的紧迫性。
技术实现思路
技术目的：为了解决现有技术存在的问题，本技术的目的是提供一种能够适应不同物体、各指关节运动信息可测量、各指节与物体间接触力可测量的三关节手指机构，为假手的灵巧操作控制提供必要的关节运动信息和力信息，以提高假手的抓取稳定性。技术方案：一种三关节手指机构，包括手指远节、手指中节、手指近节和手指基座，上述各手指关节部件通过连接件形成活动连接，所述手指远节、手指中节和手指近节上均设有压力传感器。进一步的，所述手指远节包括依次连接的第一远节指骨、第二远节指骨和第一气囊；所述手指中节包括依次连接的第一中节指骨、第二中节指骨和第二气囊；所述手指近节包括依次连接的第一近节指骨、第二近节指骨和第三气囊。更进一步的，所述第一远节指骨上设有第一压力传感器，所述第二远节指骨的表面设有第一薄膜压力传感器，第一气囊设于该第一薄膜压力传感器上；所述第一中节指骨上设有第二压力传感器，所述第二中节指骨的表面设有第二薄膜压力传感器，第二气囊设于该第二薄膜压力传感器上；所述第一近节指骨上设有第三压力传感器，所述第二近节指骨的表面设有第三薄膜压力传感器，第三气囊设于该第三薄膜压力传感器上。所述第一远节指骨、第一中节指骨、第一近节指骨上分别设有凹槽，用于测量关节角度的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器分别内置于各第一指骨的凹槽内，压力传感器的表面和指骨的表面齐平。优选的，所述连接件为关联轴和扭力弹簧；其中，关联轴包括第一关联轴、第二关联轴和第三关联轴，扭力弹簧包括第一扭力弹簧、第二扭力弹簧和第三扭力弹簧；所述第一远节指骨、第一中节指骨以及第一扭力弹簧通过第一关联轴连接，第一扭力弹簧的一条扭臂压在第一压力传感器上，其另一条扭臂压在第一中节指骨上；所述第一中节指骨、第一近节指骨以及第二扭力弹簧通过第二关联轴连接，第二扭力弹簧的一条扭臂压在第二压力传感器上，其另一条扭臂压在第一近节指骨上；所述第一近节指骨、手指基座以及第三扭力弹簧通过第三关联轴连接，第三扭力弹簧的一条扭臂压在第三压力传感器上，其另一条扭臂嵌在手指基座中。所述第二远节指骨、第二中节指骨、第二近节指骨以及手指基座上分别设有钢丝绳通孔，钢丝绳依次穿过第二远节指骨、第二中节指骨、第二近节指骨和手指基座，钢丝绳的一端固定在钢丝绳扎头上，该钢丝绳扎头设在第二远节指骨上。此外，所述第一气囊和第二气囊通过第一柔性导气管连接，第二气囊和第三气囊通过第二柔性导气管连接，第三气囊的近手指基座一端接有第三柔性导气管。有益效果与现有技术相比，本技术具有如下进步：1、能够适应不同被抓取对象的外形，提高手指与物体间的接触面积，增加抓取的稳定性。2、手指的软硬程度可控制，使用时可以根据被抓物体的特性改变手指与物体接触面的软硬程度，在保护被抓取物体的不受损坏的同时提高抓取的稳定性。3、手指各关节的弯曲角度可测量、测量元件与手指一体化设计，保证了假手灵巧操作控制的需求。4、作用力方向明确，测量准确。5、手指各关节上设有的扭力弹簧提供关节扭力，使驱动原件(如电机)不工作时手指能够自如地恢复到初始状态，同时扭力弹簧与压力传感器组合实现了手指关节弯曲角度的测量。附图说明图1是本技术的一种三关节手指机构的装配体主视图；图2是本技术的一种三关节手指机构的装配体俯视图；图3是装配体俯视图的A-A剖视图；图4是本技术的一种三关节手指机构的第一指骨(近节、中节、远节)、第一至第三扭力弹簧、第一至第三压力传感器、手指基座的装配体视图；图5是本技术的一种三关节手指机构伸直状态时的装配体整体视图；图6是本技术的一种三关节手指机构弯曲状态时的装配体整体视图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本技术的技术方案作进一步详细说明。如图1-6所示，一种三关节手指机构，包括：手指远节、手指中节、手指近节、第一扭力弹簧16、第二扭力弹簧17、第三扭力弹簧18、第一关联轴19、第二关联轴20、第三关联轴21、第一柔性导气管22、第二柔性导气管23、第三柔性导气管24、钢丝绳25和钢丝绳扎头26；如图1、图3所示，手指远节包括第一远节指骨1、第二远节指骨2、第一压力传感器3、第一薄膜压力传感器4、第一气囊5，第一远节指骨1上设有凹槽，第一压力传感器3设在第一远节指骨1的凹槽内，第二远节指骨2设在第一远节指骨1上，第一薄膜压力传感器4设在第二远节指骨2上，第一气囊5设在第一薄膜压力传感器4上；同理，手指中节包括第一中节指骨6、第二中节指骨7、第二压力传感器8、第二薄膜压力传感器9、第二气囊10，第一中节指骨6上设有凹槽，第二压力传感器8设在第一中节指骨6的凹槽内，第二中节指骨7设在第一中节指骨6上，第二薄膜压力传感器9设在第二中节指骨7上，第二气囊10设在第二薄膜压力传感器9上；手指近节包括第一近节指骨11、第二近节指骨12、第三压力传感器13、第三薄膜压力传感器14、第三气囊15，第一近节指骨11上设有凹槽，第二压力传感器8设在第一近节指骨11的凹槽内，第二近节指骨12设在第一近节指骨11上，第三薄膜压力传感器14设在第二近节指骨12上，第三气囊15设在第三薄膜压力传感器14上。各传感器至于凹槽后，传感器的表面恰好和第一指骨的表面齐平，如图3中A-A剖面图所示。各手指关节的连接采用活动连接，具体连接方式如下：第一远节指骨1、第一中节指骨6以及第一扭力弹簧16通过第一关联轴19连接，第一扭力弹簧16的一条扭臂压在第一压力传感器3上，第一扭力弹簧16的另一条扭臂压在第一中节指骨6上，第一中节指骨6、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三关节手指机构，其特征在于：包括手指远节、手指中节、手指近节和手指基座(27)，上述各手指关节部件通过连接件形成活动连接，所述手指远节、手指中节和手指近节上均设有压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种三关节手指机构，其特征在于：包括手指远节、手指中节、手指近节和手指基座(27)，上述各手指关节部件通过连接件形成活动连接，所述手指远节、手指中节和手指近节上均设有压力传感器。2.根据权利要求1所述的三关节手指机构，其特征在于：所述手指远节包括依次连接的第一远节指骨(1)、第二远节指骨(2)和第一气囊(5)；所述手指中节包括依次连接的第一中节指骨(6)、第二中节指骨(7)和第二气囊(10)；所述手指近节包括依次连接的第一近节指骨(11)、第二近节指骨(12)和第三气囊(15)。3.根据权利要求2所述的三关节手指机构，其特征在于：所述第一远节指骨(1)上设有第一压力传感器(3)，所述第二远节指骨(2)的表面设有第一薄膜压力传感器(4)，第一气囊(5)设于该第一薄膜压力传感器(4)上；所述第一中节指骨(6)上设有第二压力传感器(8)，所述第二中节指骨(7)的表面设有第二薄膜压力传感器(9)，第二气囊(10)设于该第二薄膜压力传感器(9)上；所述第一近节指骨(11)上设有第三压力传感器(13)，所述第二近节指骨(12)的表面设有第三薄膜压力传感器(14)，第三气囊(15)设于该第三薄膜压力传感器(14)上。4.根据权利要求3所述的三关节手指机构，其特征在于：所述第一远节指骨(1)、第一中节指骨(6)、第一近节指骨(11)上分别设有凹槽，用于测量关节角度的第一压力传感器(3)、第二压力传感器(8)、第三压力传感器(13)分别内置于各第一指骨的凹槽内，压力传感器的表面和指骨的表面齐平。5.根据权利要求2所述的三关节手指机构，其特征在于：所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴常铖，杨德华，费飞，陆熊，祝佳航，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32