仿人机械手骨架制造技术

本发明专利技术公开了仿人机械手骨架，涉及机械装置技术领域，本发明专利技术相比现有技术中的连杆机械手，更加贴近自然手，动作自然。本发明专利技术包括：指节组件、掌差动铰链、舵机，所述指节组件上开设线槽，牵动线一端固定于所述指节组件的末端，穿过线槽贯穿所述指节组件连接舵机，舵机通过收紧或者释放牵引线来实现手部动作控制。

Humanoid manipulator skeleton

The invention discloses a skeleton of a humanoid mechanical hand, which relates to the technical field of a mechanical device. Compared with a connecting rod manipulator in the existing technology, the invention is more close to the natural hand and the movement is natural. The invention comprises a knuckle module, a palmar differential hinge, a rudder, a line slot on the knuckle assembly, one end of the lead line fixed to the end of the knuckle assembly, and a steering machine through the knuckle component through the line slot, and the steering gear is controlled by tightening or releasing the traction line.

【技术实现步骤摘要】
仿人机械手骨架
本专利技术涉及机械装置
，尤其涉及仿人机械手骨架。
技术介绍
目前大多数仿生机械手采用集成于假手之中的微型电机来驱动，通过连杆，齿轮，腱绳等机械结构来实现各手指的运动,例如利用连杆驱动的SouthamptonRemedi-Hand、利用3D打印的Flexy-hand假手，以及三只碳纤维TRhand。大多数机械手使用高度集成的电机来驱动，其大多以刚性结构或柔性绳索远距离传动为主。然而它们在引入机械结构简化人手的同时，丢失了许多显著的生物力学特征，从而造成了其抓握动作不协调、手指运动轨迹与人手差距较大、外形上与自然手相差较大、自由度单一，自适应差的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了仿人机械手骨架，更加贴近自然手，动作自然。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：仿人机械手骨架，包括：指节组件、掌差动铰链(3)、舵机(7)，指节组件上开设线槽(1)，牵动线一端固定于指节组件的末端，穿过线槽(1)贯穿指节组件连接舵机(7)，指节组件包括拇指、食指、中指、无名指、小拇指。拇指、食指、中指安装的第一安装座(9)上，无名指和小拇指安装在第二安装座(4)上，第一安装座(9)和第二安装座(4)通过掌差动铰链(3)铰接。数据手套采集用户手势，将所述数据手套的动作信息传输至舵机(7)，舵机(7)根据所述动作信息收紧或者释放牵引线，从而控制所述指节组件动作。舵机(7)拉动牵动线，不仅拉动指节组件的指骨做握紧动作,指节组件的掌骨也会产生向中心靠拢的动作，从而实现仿人机械手的握紧动作，舵机(7)释放牵动线，指节组件恢复伸展的初始状态。进一步的，指节组件包括拇指、食指、中指、无名指、小拇指，拇指包括两个指骨和一个掌骨，食指、中指、无名指、小拇指均包括三个指骨和一个掌骨，各个关节处使用铰链连接，完全模仿了人手的骨骼结构。进一步的，拇指的指骨和掌骨连接关节处，设置固定点，牵动线一端固定于固定点，贯穿线槽(1)连接舵机(7)，拇指的初始状态在水平方向上张开，拉伸连接固定点的牵动线，拇指在水平方向上向靠近食指的方向位移，实现拇指的平动。进一步的，指节组件中的每个手指均由一条牵动线贯穿，每条牵动线连接一个舵机(7)，分别控制每个手指的屈伸。进一步的，指节组件上安装了类腱元装置(8)。进一步的，类腱元装置(8)安装在指节组件的手指内侧面。进一步的，类腱元装置(8)在与手指组件的关节处对应的地方设置圆形通孔，关节卡在圆形通孔中,因此能够防止类腱元装置(8)在拉伸时挤压出褶皱，并使类腱元装置(8)产生的弹性力矩高效的作用在指节组件上。进一步的，动作信息包括：关节点参数、运动姿态参数、运动速度。进一步的，指节组件的指尖处安装压力传感器，检测仿人机械手骨架的握力大小，从而通过舵机对握力大小进行调节。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用铰链和牵引线结合的方式连接和牵引机械手的各个骨节，使得机械手的动作更加自然；机械手的手指内侧附加了类腱元装置，具有弹性，模仿了手的肌腱元，使得手部动作更加的流畅，并且在抓握动作中具有更好的自适应性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本技术实施例的结构示意图；图2为舵机的结构示意图；图3为类腱元装置的结构示意图；图4为类腱元装置的工作示意图；图5为类腱元装置安装在手指组件上的结构示意图。其中，1-线槽、2-集成线槽、3-掌差动铰接、4-第二安装座、5-手掌支架、6-舵机支架、7-舵机、8-类腱元装置、9-第一安装座、71-通孔、72-线槽、73-空槽。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术实施例提供了仿人机械手骨架，如图1所示。舵机支架6上固定六个舵机7，舵机支架6的顶端案子手掌支架5，手掌支架5上设置集成线槽2，牵引线通过集成线槽2通向舵机7。手掌支架5上设置第一安装座9和第二安装座4，第一安装座9和第二安装座4通过掌差动铰链5连接，通过掌差动铰链5,在牵引线收紧时手指可以握紧,掌骨也会产生向中心靠拢的动作，从而实现仿人机械手的握紧动作。手指组件包括拇指、食指、中指、无名指、小拇指，其中，拇指、食指、中指安装在第一安装座9上，无名指和小拇指安装在第二安装座9上。手指组件上设置线槽1，牵引线一端固定在手指组件的顶端，牵引线通过线槽1贯穿，连接舵机7，拉伸牵引线，即可弯曲手指。指节组件的指尖处安装压力传感器，检测仿人机械手骨架的握力大小，握力大于设定值时，放松舵机7对手指组件的牵引；握力小于设定值时，控制舵机7收紧对手指组件的牵引，从而通过舵机7对握力大小进行调节。舵机7的舵盘上设置空槽73，空槽73与舵机摇臂配合装配，舵盘的圆周方向外缘上设置线槽72，牵引线一端通过通孔71系紧，如图2所示。牵引线缠在线槽72上，舵机7转动的长度和牵引线的拉伸长度相同，因此，牵引线的拉伸长度和舵机7的转动角度呈线性关系。拇指上连接两根牵引线，一根牵引线固定于拇指顶端，舵机7拉伸牵引线，可以弯曲拇指；一跟牵引线固定于拇指掌骨和指骨的关节处，舵机7拉伸牵引线，拇指在水平方向移动。手指组件的手背侧，还安装了类腱元装置8，结构如图3所示，通过钉子安装在手指组件的手背侧，如图5所示，当手指弯曲时，如图4所示，类腱元装置8采用弹性的乳胶材质，类腱元装置8在与手指组件的关节处对应的地方设置圆形通孔作为拉力导向孔，关节与拉力导向孔正对。类腱元装置8能够不断调整拉动指节所造成的力矩，从而使手部动作变得流畅，并且使得本设计具有良好的自适应性，可以模拟出自然手的运动轨迹。在牵引线拉伸过程中，手指组件的各指关节受到牵引线的拉力矩以及类腱元装置8的阻力矩。当拉力矩小于阻力矩时，该指节不发生转动。类腱元装置8的拉力导向孔的大小来改变类腱元装置8在发生形变时产生的阻力大小，从而控制在相同拉力下指节的转动幅度。类腱元装置8的拉力导向孔可以有效地防止材料在拉伸过程中发生褶皱，并材料形变使产生的的弹性力矩能够高效的作用在骨架上。本专利技术仿人机械手骨架的欠驱动效果主要是依靠各关节处的牵引绳牵引以及类腱元装置8的回弹共同来实现。因此，类腱元装置8的形变量与弹力直接影响灵巧手的运动特性以及抓握物体时的稳定性。本专利技术对于仿人机械手骨架的静态构型分析，主要研究手指组件在保持静力平衡的前提下，牵引绳提供的拉力与手指组件各关节转角之间的数学关系。从而为类腱元装置8的长度以及材质的选取提供理论依据。根据仿人机械手骨架的欠驱动原理，手指组件的静态构型受到牵引绳的拉力以及类腱元装置8的弹力，因此可得各关节处的驱动力矩为:τ1＝Fr1τ2＝Fr2其中，F表示腱绳的拉力，r1,r2表示关节处铰链的转动半径。在手指组件弯曲阶段，关节1处的指节绕着关节1旋转的过程中，当关节2的驱动转矩大于类腱元装置8的起始转矩，即τ2＝Fr2＞k2θo2，则关节2将和关节3作耦合运动，此时牵引绳张力在各关节上的分布为：M1＝Fr1-k1(θ1+θ0)+k2(θ2+θ02)+k3(θ3+θ03)M2＝Fr2-k2(θ2本文档来自技高网...

【技术保护点】
仿人机械手骨架，其特征在于，包括：指节组件、掌差动铰链（3）、舵机（7）、数据手套，所述指节组件上开设线槽（1），牵动线一端固定于所述指节组件的末端，穿过线槽（1）贯穿所述指节组件连接舵机（7），所述指节组件包括拇指、食指、中指、无名指、小拇指,所述拇指、所述食指、所述中指安装的第一安装座（9）上，所述无名指和所述小拇指安装在第二安装座（4）上，第一安装座（9）和第二安装座（4）通过掌差动铰链（3）连接,数据手套采集用户手势，将所述数据手套的动作信息传输至舵机（7），舵机（7）根据所述动作信息收紧或者释放牵引线，从而控制所述指节组件动作。

【技术特征摘要】
1.仿人机械手骨架，其特征在于，包括：指节组件、掌差动铰链（3）、舵机（7）、数据手套，所述指节组件上开设线槽（1），牵动线一端固定于所述指节组件的末端，穿过线槽（1）贯穿所述指节组件连接舵机（7），所述指节组件包括拇指、食指、中指、无名指、小拇指,所述拇指、所述食指、所述中指安装的第一安装座（9）上，所述无名指和所述小拇指安装在第二安装座（4）上，第一安装座（9）和第二安装座（4）通过掌差动铰链（3）连接,数据手套采集用户手势，将所述数据手套的动作信息传输至舵机（7），舵机（7）根据所述动作信息收紧或者释放牵引线，从而控制所述指节组件动作。2.根据权利要求1所述的仿人机械手骨架，其特征在于，所述拇指包括两个指骨和一个掌骨，所述食指、所述中指、所述无名指、所述小拇指均包括三个所述指骨和一个所述掌骨。3.根据权利要求2所述的仿人机械手骨架，其特征在于，所述拇指的指骨和掌骨连接关节处，设置固定点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宇，段胜青，郭兆阳，魏晓晨，杨尚轩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32