一种机械仿生手制造技术

本实用新型专利技术提出了一种机械仿生手，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指。本实用新型专利技术提出的手指防撞机构，增强了手指的安全稳定性；仿生手采用欠驱动设计，降低了传统仿生机械手的重量，摆脱了刚性机械手的笨重特点，给用户带来刚好的体验感。

A Mechanical Bionic Hand

【技术实现步骤摘要】
一种机械仿生手
本技术属于医疗康复
，涉及一种仿生手，尤其涉及一种机械仿生手。
技术介绍
仿生手作为现如今解决病人截肢后生活自理的主要手段，仍是一个较为新兴热门的产品，市场上产品种类参差不齐，行业中尚未有对此类产品明确的要求和标准。现有仿生手产品的设计理念丰富，柔性机构、刚性机构在市场上处处可见，优缺点明显；柔性机构的使用寿命有限，驱动绳索的磨损问题是该类产品发展开拓市场的首要难题；而以刚性连杆为运动机构的仿生手，质量大、运动迟缓不灵敏、用户体验性差不方便等问题也是该类产品在市场上推广所遇到的受限。有鉴于此，如今迫切需要设计一种仿生手结构，以便克服现有仿生手结构存在的上述缺陷。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供一种机械仿生手，轻巧方便，优良的体验感：仿生手采用欠驱动设计，大大降低了传统仿生机械手的质量，摆脱了刚性机械手的笨重特点，给用户带来刚好的体验感。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种机械仿生手，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构、大拇指机构、大拇指行星轮传动机构；所述第一模块化手指包括一个模块化手指，所述第二模块化手指包括两个模块化手指；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指，大拇指机构用来仿生大拇指；各第一模块化手指驱动机构连接对应的第一模块化手指，驱动所述第一模块化手指动作；所述第二模块化手指驱动机构连接所述第二模块化手指，驱动所述第二模块化手指动作；所述大拇指驱动机构通过大拇指行星轮传动机构连接大拇指机构，驱动大拇指机构动作；所述模块化手指包括手指远指节、手指连杆、手指近指节外壳、扭簧、手指联动杆15、防撞机构；所述防撞机构包括手指拉力防撞杆；所述手指远指节、手指连杆与手指近指节外壳用2mm螺栓通过过盈配合两两连接，防止产生轴向位移，以下2mm螺栓连接方式皆是如此(即通过过盈配合连接)；手指联动杆与手指近指节外壳通过2mm螺栓连接；手指联动杆与手指拉力防撞杆通过2mm螺栓连接；所述手指拉力防撞杆的前端与手指联动杆通过2mm螺栓连接；手指拉力防撞杆的后端则与直线电机的输出轴通过2mm螺栓连接；所述第一模块化手指驱动机构包括第一直线电机；所述第二模块化手指驱动机构包括第二直线电机；所述第一直线电机、第二直线电机均包括直线电机本体和直线电机固定端；各第一直线电机能驱动对应的一个模块化手指动作，第二直线电机连接所述第二模块化手指包括的两个模块化手指，能驱动两个模块化手指动作；所述直线电机本体连接手指拉力防撞杆，手指拉力防撞杆连接手指联动杆的一端，手指联动杆分别与手指连杆、手指近指节外壳使用2mm螺栓连接，手指连杆的一端与手指远指节的一端可转动连接；手指联动杆能在直线电机本体及手指拉力防撞杆的驱动下带动手指近指节外壳和手指连杆做圆周运动，由于两者圆周运动存在速度差异，这种圆周运动的速度相对差异便会使得圆周速度较快的连杆带动手指远指节做弯曲运动；若将手指基指节的一螺栓固定点看作速度绝对瞬心，则手指的弯曲运动可以看作绕该瞬心的圆周运动，而手指连杆和手指近指节外壳13分别与手指远指节的第一固定点和第二固定点，距离该绝对瞬心的半径不同，故相同角速度下，圆周运动存在速度差异；手指近指节与手指远指节的连接点处嵌有扭簧，扭簧的一端嵌于手指远指节，另一端则嵌于手指连杆的槽中,在手指弯曲时，给与手指一个相反的力矩以使得手指在电机不做功的情况下回复成伸展状态；通过添加扭簧来使得手指进行还原，并添加一个预紧力，使得手指在自然状态下得以保持；所述大拇指机构包括大拇指远指节、大拇指远关节、大拇指旋转电机底座中部、大拇指旋转电机底座侧板、大拇指近指节外壳、电机固定带、第一锥齿轮、传动片；所述大拇指行星轮转动机构包括第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一轴承、第二轴承、行星齿轮机构的行星轮、变直径轴、旋转片、轴向固定件、行星齿轮机构的太阳轮、轴向固定件；所述大拇指驱动机构包括微型减速电机；所述微型减速电机通过电机固定带固定于大拇指底座中部上，微型减速电机的一端连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮55啮合；锥齿轮安装于第一D型轴上，并且与传动片贴合在一起；锥齿轮的旋转能带动第一D型轴转动，进而带动传动片转动；所述传动片靠近大拇指近指节外壳设置，传动片的转动能推动大拇指近指节外壳，从而推动大拇指远关节的旋转，并带动与大拇指远关节连接的大拇指远指节旋转；所述第二锥齿轮与第三锥齿轮啮合，带动第三锥齿轮旋转，而第三锥齿轮安装于第二D型轴上，进而通过第二D型轴带动行星轮的转动，在齿轮两边分别设有第一轴承、第二轴承，加强其运动的稳定性，且限制其轴向位移，且第二D型轴被设计成变直径类型，故限制其一端的轴向位移，而另一端则通过轴向固定件54来限制其位移；行星轮与固定于手掌上的太阳轮相啮合，不同于行星轮的是，太阳轮的第三D型轴被设计为不可旋转，其安装基座的轴孔同为D型，而行星轮的安装基座的轴孔为圆形；故太阳轮不动，在旋转片的限制下，绕着太阳轮做圆周运动。一种机械仿生手，所述机械仿生手包括机械手部分，机械手部分包括手掌机构、至少一模块化手指、至少一模块化手指驱动机构；所述模块化手指驱动机构设置于手掌机构内，手掌机构连接各模块化手指，各模块化手指驱动机构连接对应的模块化手指；所述模块化手指包括第一指节、手指连杆、第二指节、复位机构、手指联动杆15、防撞机构；所述防撞机构包括拉力防撞杆；所述第一指节通过手指连杆连接第二指节，所述第一指节通过复位机构连接第二指节；所述手指连杆、第二指节分别连接手指联动杆；所述模块化手指驱动机构连接拉力防撞杆，通过带动拉力防撞杆驱动对应的模块化手指弯曲；在模块化手指驱动机构不提供动力或动力降低时模块化手指的第一指节、第二指节通过复位机构复位或部分复位。进一步地，当外力作用于手指时，手指弯曲带动手指连杆向下运动，再通过手指联动杆使得所述拉力防撞杆继续向下移动，但是拉力防撞杆由于上部设有滑槽，则外力作用时，电机拉杆会顺着滑槽向上位移，所以在限定范围内只能推力无法作用于电机本体，故该装置在限定范围内只能提供拉力而无法提供推力，如此外力便无法直接作用于电机拉杆使得电机受损；当电机正常工作时，电机提供拉力，则通过拉杆带动手指拉力防撞杆的下移，从而带动手指机构的弯曲。本技术揭示了一种机械仿生手，所谓欠驱动是指系统中独立驱动器的数目小于自由度数。该仿生手主要由电机、手腕和机械手三部分组成。所述机械手由2个模块化手指A、防撞机构、直线电机、大拇指机构、大拇指行星轮转动机构以及1个模块化手指B组成。所述模块化手指由手指远指节，手指连杆，手指近指节外壳，扭簧，手指联动杆，手指拉力防撞杆，直线电机，模块化外壳封盖，模块化外壳底盘组成。所述防撞机构由手指拉力防撞杆，直线电机，手指联动杆，模块化外壳底盘，模块化外壳封盖组成。所述直线电机由直线电机和直线电机固定端组成；本技术的仿生手的模块化手指结构部分：具体地：由直线电机带动手指拉力防撞杆再进一步通过手指联动杆带动手指近指节外壳和手指连杆做圆周运动，由于两者圆周运动存在速度差异，这种圆周运动的速度相对差异便会使得圆周速度较快的连杆带动手指远指节做弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械仿生手，其特征在于，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构、大拇指机构、大拇指行星轮传动机构；所述第一模块化手指(1)包括一个模块化手指，所述第二模块化手指包括两个模块化手指；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指，大拇指机构用来仿生大拇指；各第一模块化手指驱动机构连接对应的第一模块化手指，驱动所述第一模块化手指动作；所述第二模块化手指驱动机构连接所述第二模块化手指，驱动所述第二模块化手指动作；所述大拇指驱动机构通过大拇指行星轮传动机构(5)连接大拇指机构(4)，驱动大拇指机构(4)动作；所述模块化手指包括手指远指节(11)、手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)、扭簧(14)、手指联动杆(15)、防撞机构(2)；所述防撞机构(2)包括手指拉力防撞杆(21)；所述手指远指节(11)、手指连杆(12)与手指近指节外壳(13)用2mm螺栓通过过盈配合两两连接，防止产生轴向位移，以下2mm螺栓连接方式皆是如此；手指联动杆(15)与手指近指节外壳(13)通过2mm螺栓连接；手指联动杆(15)与手指拉力防撞杆(21)通过2mm螺栓连接；所述手指拉力防撞杆(21)的前端与手指联动杆(15)通过2mm螺栓连接；手指拉力防撞杆(21)的后端则与直线电机(3)的输出轴通过2mm螺栓连接；所述第一模块化手指驱动机构包括第一直线电机(3)；所述第二模块化手指驱动机构包括第二直线电机；所述第一直线电机(3)、第二直线电机均包括直线电机本体和直线电机固定端；各第一直线电机(3)能驱动对应的一个模块化手指动作，第二直线电机连接所述第二模块化手指包括的两个模块化手指，能驱动两个模块化手指动作；所述直线电机本体(22)连接手指拉力防撞杆(21)，手指拉力防撞杆(21)连接手指联动杆(15)的一端，手指联动杆(15)分别与手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)使用2mm螺栓连接，手指连杆(12)的一端与手指远指节(11)的一端可转动连接；手指联动杆(15)能在直线电机本体(22)及手指拉力防撞杆(21)的驱动下带动手指近指节外壳(13)和手指连杆(12)做圆周运动，两者圆周运动存在速度差异，这种圆周运动的速度相对差异便会使得圆周速度较快的连杆(12)带动手指远指节(11)做弯曲运动；若将手指基指节的一螺栓固定点看作速度绝对瞬心，则手指的弯曲运动能看作绕该瞬心的圆周运动，而手指连杆(12)和手指近指节外壳(13)分别与手指远指节(11)的第一固定点和第二固定点，距离该绝对瞬心的半径不同，相同角速度下，圆周运动存在速度差异；手指近指节外壳(13)与手指远指节(11)的连接点处嵌有扭簧(14)，扭簧的一端嵌于手指远指节(11)，另一端则嵌于手指连杆(12)的槽中,在手指弯曲时给与手指一个相反的力矩以使得手指在电机不做功的情况下回复成伸展状态；扭簧(14)具有一个预紧力，使得手指在自然状态下得以保持；所述大拇指机构(4)包括大拇指远指节(41)、大拇指远关节(42)、大拇指旋转电机底座中部(43)、大拇指旋转电机底座侧板(44)、大拇指近指节外壳(45)、电机固定带(47)、第一锥齿轮(48)、传动片(49)；所述大拇指行星轮传动机构(5)包括第二锥齿轮(51)、第三锥齿轮(52)、第一轴承(53)、第二轴承(54)、行星齿轮机构的行星轮(55)、变直径轴(56)、旋转片(57)、轴向固定件(58)、行星齿轮机构的太阳轮(59)、第二轴向固定件(510)；所述大拇指驱动机构包括微型减速电机(46)；所述微型减速电机(46)通过电机固定带(47)固定于大拇指旋转电机底座中部(43)上，微型减速电机(46)的一端连接有第一锥齿轮(48)，第一锥齿轮(48)与第二锥齿轮(51)啮合；第二锥齿轮(51)安装于第一D型轴上，并且与传动片贴合在一起；第二锥齿轮(51)的旋转能带动第一D型轴转动，进而带动传动片(49)转动；所述传动片(49)靠近大拇指近指节外壳(45)设置，传动片(49)的转动能推动大拇指近指节外壳(45)，从而推动大拇指远关节(42)的旋转，并带动与大拇指远关节(42)连接的大拇指远指节(41)旋转；所述第二锥齿轮(51)与第三锥齿轮(52)啮合，带动第三锥齿轮(52)旋转，而第三锥齿轮(52)安装于第二D型轴上，进而通过第二D型轴带动行星轮(55)的转动，在齿轮两边分别设有第一轴承(53)、第二轴承(54)，加强其运动的稳定性，且限制其轴向位移，且第二D型轴被设计成变直径类型，故限制其一端的轴向位移，而另一端则通过轴向固定件(58)来限制其位移；行星轮(55)与固定于手掌上的太阳轮(59)相啮合，不同于行星轮的是，太阳轮的第三D型轴被设计为不可旋转，其安...

【技术特征摘要】
1.一种机械仿生手，其特征在于，包括两个第一模块化手指、两个第一模块化手指驱动机构、第二模块化手指、第二模块化手指驱动机构、大拇指机构、大拇指行星轮传动机构；所述第一模块化手指(1)包括一个模块化手指，所述第二模块化手指包括两个模块化手指；两个第一模块化手指分别用来仿生食指、中指，第二模块化手指用来仿生无名指及小拇指，大拇指机构用来仿生大拇指；各第一模块化手指驱动机构连接对应的第一模块化手指，驱动所述第一模块化手指动作；所述第二模块化手指驱动机构连接所述第二模块化手指，驱动所述第二模块化手指动作；所述大拇指驱动机构通过大拇指行星轮传动机构(5)连接大拇指机构(4)，驱动大拇指机构(4)动作；所述模块化手指包括手指远指节(11)、手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)、扭簧(14)、手指联动杆(15)、防撞机构(2)；所述防撞机构(2)包括手指拉力防撞杆(21)；所述手指远指节(11)、手指连杆(12)与手指近指节外壳(13)用2mm螺栓通过过盈配合两两连接，防止产生轴向位移，以下2mm螺栓连接方式皆是如此；手指联动杆(15)与手指近指节外壳(13)通过2mm螺栓连接；手指联动杆(15)与手指拉力防撞杆(21)通过2mm螺栓连接；所述手指拉力防撞杆(21)的前端与手指联动杆(15)通过2mm螺栓连接；手指拉力防撞杆(21)的后端则与直线电机(3)的输出轴通过2mm螺栓连接；所述第一模块化手指驱动机构包括第一直线电机(3)；所述第二模块化手指驱动机构包括第二直线电机；所述第一直线电机(3)、第二直线电机均包括直线电机本体和直线电机固定端；各第一直线电机(3)能驱动对应的一个模块化手指动作，第二直线电机连接所述第二模块化手指包括的两个模块化手指，能驱动两个模块化手指动作；所述直线电机本体(22)连接手指拉力防撞杆(21)，手指拉力防撞杆(21)连接手指联动杆(15)的一端，手指联动杆(15)分别与手指连杆(12)、手指近指节外壳(13)使用2mm螺栓连接，手指连杆(12)的一端与手指远指节(11)的一端可转动连接；手指联动杆(15)能在直线电机本体(22)及手指拉力防撞杆(21)的驱动下带动手指近指节外壳(13)和手指连杆(12)做圆周运动，两者圆周运动存在速度差异，这种圆周运动的速度相对差异便会使得圆周速度较快的连杆(12)带动手指远指节(11)做弯曲运动；若将手指基指节的一螺栓固定点看作速度绝对瞬心，则手指的弯曲运动能看作绕该瞬心的圆周运动，而手指连杆(12)和手指近指节外壳(13)分别与手指远指节(11)的第一固定点和第二固定点，距离该绝对瞬心的半径不同，相同角速度下，圆周运动存在速度差异；手指近指节外壳(13)与手指远指节(11)的连接点处嵌有扭簧(14)，扭簧的一端嵌于手指远指节(11)，另一端则嵌于手指连杆(12)的槽中,在手指弯曲时给与手指一个相反的力矩以使得手指在电机不做功的情况下回复成伸展状态；扭簧(14)具有一个预紧力，使得手指在自然状态下得以保持；所述大拇指机构(4)包括大拇指远指节(41)、大拇指远关节(42)、大拇指旋转电机底座中部(43)、大拇指旋转电机底座侧板(44)、大拇指近指节外壳(45)、电机固定带(47)、第一锥齿轮(48)、传动片(49)；所述大拇指行星轮传动机构(5)包括第二锥齿轮(51)、第三锥齿轮(52)、第一轴承(53)、第二轴承(54)、行星齿轮机构的行星轮(55)、变直径轴(56)、旋转片(57)、轴向固定件(58)、行星齿轮机构的太阳轮(59)、第二轴向固定件(510)；所述大拇指驱动机构包括微型减速电机(46)；所述微型减速电机(46)通过电机固定带(47)固定于大拇指旋转电机底座中部(43)上，微型减速电机(46)的一端连接有第一锥齿轮(48)，第一锥齿轮(48)与第二锥齿轮(51)啮合；第二锥齿轮(51)安装于第一D型轴上，并且与传动片贴合在一起；第二锥齿轮(51)的旋转能带动第一D型轴转动，进而带动传动片(49)转动；所述传动片(49)靠近大拇指近指节外壳(45)设置，传动片(49)的转动能推动大拇指近指节外壳(45)，从而推动大拇指远关节(42)的旋转，并带动与大拇指远关节(42)连接的大拇指远指节(41)旋转；所述第二锥齿轮(51)与第三锥齿轮(52)啮合，带动第三锥齿轮(52)旋转，而第三锥齿轮(52)安装于第二D型轴上，进而通过第二D型轴带动行星轮(55)的转动，在齿轮两边分别设有第一轴承(53)、第二轴承(54)，加强其运动的稳定性，且限制其轴向位移，且第二D型轴被设计成变直径类型，故限制其一端的轴向位移，而另一端则通过轴向固定件(58)来限制其位移；行星轮(55)与固定于手掌上的太阳轮(59)相啮合，不同于行星轮的是，太阳轮的第三D型轴被设计为不可旋转，其安装基座的轴孔同为D型，而行星轮的安装基座的轴孔为圆形；故太阳轮(59)不动，在旋转片(57)的限制下，绕着太阳轮(59)做圆周运动；大拇指机构的弯曲运动和旋转运动是联动的，其弯曲的程度与旋转的角度成设定比例，且当微型减速电机旋转时，大拇指机构的弯曲方向和拇指的旋转方向都为同正过程或同负过程；此处大拇指机构的自然伸展作为弯曲运动的初始状态，大拇指机构置于手侧边作为拇指旋转运动的初始状态，大拇指机构从伸展运动到完全弯曲的过程作为正方向，大拇指机构从手侧运动到垂直于手的过程作为旋转运动的正过程。2.一种机械仿生手，其特征在于：所述机械仿生手包括机械手部分，机械手部分包括手掌机构、至少一模块化手指、至少一模块化手指驱动机构；所述模块化手指驱动机构设置于手掌机构内，手掌机构连接各模块化手指，各模块化手指驱动机构连接对应的模块化手指；所述模块化手指包括第一指节、手指连杆(12)、第二指节、复位机构、手指联动杆(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪波，周磊，刘俊凯，张旭东，刘珂嘉，
申请(专利权)人：上海傲意信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31