專利名稱：一種具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿人假肢手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有主次運(yùn)動(dòng)分治耦合功能欠驅(qū)動(dòng)仿人機(jī)械手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
仿人假肢手是人體康復(fù)工程領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，主要用于對(duì)物體的抓持和空間移動(dòng)，為上肢缺失殘疾人的日常生活提供便利。目前現(xiàn)有的靈巧手雖然控制比較靈活，但是傳感器、驅(qū)動(dòng)器數(shù)量很多，控制結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜，與此同時(shí)所帶來的體積大、質(zhì)量重、制造與維護(hù)成本高等問題，限制了它在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)用性與產(chǎn)品化。在這樣的背景下，自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手由于傳感、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于控制，并且能較好地抓取常見物體，已成為近年來發(fā)展和研究的熱點(diǎn)。但是，欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指這種驅(qū)動(dòng)器數(shù)目少于手指自由度、各 個(gè)關(guān)節(jié)間采用機(jī)械耦合的結(jié)構(gòu)，也帶來了抓取不穩(wěn)定等問題。較早的一種欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)械手指裝置如美國(guó)發(fā)明專利US5762390A，巧妙地采用四連桿機(jī)構(gòu)加彈性元件的方式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手指的欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)功能特點(diǎn)。其應(yīng)用的彈性元件既能保證手指在無動(dòng)作時(shí)具有穩(wěn)定的初始形態(tài)，又能暫時(shí)地約束四連桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)自由度，使手指的各個(gè)指節(jié)在動(dòng)作過程中接觸物體前能夠欠驅(qū)動(dòng)，接觸物體后其余指節(jié)又能完成對(duì)被抓物體的自適應(yīng)包絡(luò)抓取。但是，這種欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)械手指裝置不具備擬人化的運(yùn)動(dòng)特征手指的各個(gè)指節(jié)在未接觸物體時(shí)作為一個(gè)“僵硬”的整體被驅(qū)動(dòng)，不具有耦合運(yùn)動(dòng)功能，不能完成人手的空手“握拳”等動(dòng)作。另一種欠驅(qū)動(dòng)耦合傳動(dòng)式手指裝置如中國(guó)發(fā)明專利CNlOl 190528A，在一定程度上克服了上述類型機(jī)械手指的不足在中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)之間采用一根耦合連桿，當(dāng)手指動(dòng)作過程中未接觸到物體時(shí)，近指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)作為一個(gè)整體被驅(qū)動(dòng)，具有欠驅(qū)動(dòng)特性；當(dāng)近指節(jié)接觸到物體后，中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)能夠在耦合連桿的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的快速包絡(luò)抓取。但是，該類機(jī)械手指仍然不具有擬人化的運(yùn)動(dòng)特征，不能完成人手的空手“握拳”等動(dòng)作，而且在實(shí)現(xiàn)對(duì)物體進(jìn)行包絡(luò)抓取時(shí)也存在缺陷當(dāng)手指的中指節(jié)率先接觸到被抓物體后，遠(yuǎn)指節(jié)不能再進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的完全包絡(luò)抓取，在手指以握持方式抓取過程，容易導(dǎo)致抓取不穩(wěn)定等問題。再者，已有的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手裝置，手指都只采用連桿機(jī)構(gòu)/電機(jī)或者滑輪繩索/電機(jī)等單一的機(jī)械傳動(dòng)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這些裝置由于機(jī)械延遲等問題，具有對(duì)外界刺激響應(yīng)不夠靈敏的缺點(diǎn)，工作過程中，當(dāng)受到瞬間的外界干擾，例如抓握桌子上的杯子，突然拿起時(shí)，由于受到重力影響，容易出現(xiàn)抓取失穩(wěn)的問題，即普通機(jī)械手不具備人手手指的防滑快速抓取功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種由電機(jī)和微驅(qū)動(dòng)器聯(lián)合驅(qū)動(dòng)主、次兩套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指設(shè)計(jì)方案。其主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)手指的擬人化耦合運(yùn)動(dòng)特性以及對(duì)物體的自適應(yīng)完全包絡(luò)抓??；其特有的次運(yùn)動(dòng)能夠在被主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包絡(luò)抓取的物體受到外部干擾時(shí)，快速地輸出一個(gè)指向被抓物體內(nèi)部的抓取力，補(bǔ)償主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力與位移的輸出，直到主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做出調(diào)整，次運(yùn)動(dòng)具有毫秒級(jí)的響應(yīng)速度，可以實(shí)現(xiàn)擬人化的快速反射運(yùn)動(dòng)、防滑穩(wěn)定抓取功能。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、減速器、基座、小傘齒輪、大傘齒輪、近指節(jié)、中指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)、近關(guān)節(jié)軸、中關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸；所述的電機(jī)與基座固接，電機(jī)的輸出軸與所述的減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸與所述的小傘齒輪連接，小傘齒輪與所述大傘齒輪嚙合，大傘齒輪與所述的近關(guān)節(jié)軸采用鍵連接，所述的近指節(jié)與基座通過近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)與近指節(jié)通過中關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)與遠(yuǎn)指節(jié)通過遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的近關(guān)節(jié)軸、中關(guān)節(jié)軸和元關(guān)節(jié) 軸的軸線相互平行。該具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括近關(guān)節(jié)連桿、第一傳動(dòng)連桿、第一連桿軸、第一耦合彈性連桿、第一耦合彈性連桿軸、中關(guān)節(jié)連桿、第二傳動(dòng)連桿、第二連桿軸、第二耦合彈性連桿、第二耦合彈性連桿軸、第三連桿軸、近關(guān)節(jié)扭簧、中關(guān)節(jié)扭簧。所述的近關(guān)節(jié)連桿一端與近關(guān)節(jié)軸固接，近關(guān)節(jié)連桿的另一端通過第一連桿軸與所述的第一傳動(dòng)連桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一傳動(dòng)連桿的另一端通過第二連桿軸與所述的中關(guān)節(jié)連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中關(guān)節(jié)連桿的另一端與所述的中關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第一耦合彈性連桿一端與基座通過第一耦合彈性連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一耦合彈性連桿的另一端與中關(guān)節(jié)連桿通過第二連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的第二傳動(dòng)連桿一端與中關(guān)節(jié)連桿通過第二連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二傳動(dòng)連桿的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)通過第三連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第二耦合彈性連桿一端與近指節(jié)通過第二耦合彈性連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二耦合彈性連桿的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)通過第三連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的近關(guān)節(jié)扭簧的兩端分別連接近指節(jié)和近關(guān)節(jié)連桿，所述的中關(guān)節(jié)扭簧的兩端分別連接中指節(jié)和中關(guān)節(jié)連桿。本發(fā)明所述的近關(guān)節(jié)軸、第一連桿軸、第一耦合彈性連桿軸，中關(guān)節(jié)軸、第二連桿軸、第二耦合彈性連桿軸、第三連桿軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行，且滿足如下的位置關(guān)系設(shè)近關(guān)節(jié)軸軸線與中關(guān)節(jié)軸軸線所在平面為A，中關(guān)節(jié)軸軸線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸軸線所在平面為B，則第一連桿軸和第二連桿軸在平面A的同側(cè)，第一耦合彈性連桿軸位于平面A的另一側(cè)；第二連桿軸和第三連桿軸位于平面B同側(cè)，第二耦合彈性連桿軸位于平面B的另一側(cè)。本發(fā)明所述的第一耦合彈性連桿、第二耦合彈性連桿，由普通連桿和彈性元件組成，具有彈性拉伸與收縮功能的連桿，實(shí)現(xiàn)前級(jí)指節(jié)接觸物體后，后級(jí)其余指節(jié)對(duì)被抓物體的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓取。本發(fā)明所述的近關(guān)節(jié)扭簧、中關(guān)節(jié)扭簧，也可以采用拉簧、壓簧、片簧或板簧，所述的第一耦合彈性連桿、第二耦合彈性連桿的彈性元件采用壓簧；所述的近關(guān)節(jié)扭簧、中關(guān)節(jié)扭簧的剛度較小，用以維持手指動(dòng)作前各指節(jié)的初始形態(tài)；所述的第一耦合彈性連桿、第二耦合彈性連桿包含的壓簧的剛度比近關(guān)節(jié)扭簧、中關(guān)節(jié)扭簧的剛度稍大。本發(fā)明所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，所述的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，并在所述的電機(jī)上設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器。該具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，特別涉及一種具有快速反應(yīng)、防滑抓取功能的次運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。抓握是否穩(wěn)定由安裝于中指節(jié)底和遠(yuǎn)指節(jié)上的滑動(dòng)傳感器檢測(cè)判斷，微驅(qū)動(dòng)器安裝于第一傳動(dòng)連桿以及第二連桿中，若手指與物體有相對(duì)滑動(dòng)，則微驅(qū)動(dòng)器工作快速伸長(zhǎng)。由于步進(jìn)電機(jī)具有自鎖功能，第一傳動(dòng)連桿中的微驅(qū)動(dòng)器輸出的力全部作用于第二連桿軸上使其快速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)手指的中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)快速地輸出一個(gè)指向被抓物體內(nèi)部的抓取力，形成對(duì)物體的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓取，補(bǔ)償主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力與位移的輸出。同理，第二傳動(dòng)連桿中的微驅(qū)動(dòng)器也可快速輸出一個(gè)力作用于第三連桿軸，帶動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)快速輸出一個(gè)指向被抓物體內(nèi)部的力，補(bǔ)償遠(yuǎn)指節(jié)端抓取的力和位移輸出。微驅(qū)動(dòng)器可以單獨(dú)安裝在第一傳動(dòng)連桿中，此時(shí)中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)具備快速反射功能；也可單獨(dú)安裝在第二傳動(dòng)連桿中，此時(shí)遠(yuǎn)指節(jié)具備快速反射功能；亦可安裝在第一傳動(dòng)連桿和第二傳動(dòng)連桿中，此時(shí)反射效果最好。所述的微驅(qū)動(dòng)器可采用記憶合金、靜電、超磁致伸縮、壓電陶瓷或者其他微驅(qū)動(dòng)元件制造，在通電狀態(tài)下，可以輸出一定的位移與較大的驅(qū)動(dòng)力；所述的微驅(qū)動(dòng)器輸出位移·帶動(dòng)第二連桿軸以及第三連桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，促使中指節(jié)以及遠(yuǎn)指節(jié)快速的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓取，同時(shí)可以增大手指的力輸出，提高假肢手的抓取力。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果本發(fā)明在近指節(jié)和中指節(jié)、中指節(jié)和遠(yuǎn)指節(jié)之間各自采用第一耦合彈性連桿、第二耦合彈性連桿連接，可以實(shí)現(xiàn)手指接觸物體前三個(gè)指節(jié)間的擬人化耦合運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有利于包絡(luò)物體，并可以對(duì)物體實(shí)現(xiàn)捏持抓取；當(dāng)手指的前級(jí)指節(jié)接觸物體后，由于耦合彈性連桿的可彈性拉伸功能，后續(xù)指節(jié)可采用欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)方式抓取物體，自動(dòng)適應(yīng)被抓物體的形狀和大小，可對(duì)物體進(jìn)行完全包絡(luò)握持抓取，實(shí)現(xiàn)了手指耦合抓取和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取融為一體的功能。本發(fā)明在第一傳動(dòng)連桿和第二傳動(dòng)連桿中安裝有微驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)被主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包絡(luò)抓取的物體受到外部干擾時(shí)，快速地輸出一個(gè)指向被抓物體內(nèi)部的抓取力，對(duì)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，直到主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做出調(diào)整，由于微驅(qū)動(dòng)器擁有毫秒級(jí)的快速響應(yīng)輸出，可以實(shí)現(xiàn)擬人化的反射運(yùn)動(dòng)、防滑穩(wěn)定抓取功能。


圖I是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)原理2是本發(fā)明的機(jī)構(gòu)示意3是本發(fā)明具體實(shí)施方案的三維視4是本發(fā)明具體實(shí)施方案的右側(cè)視5是本發(fā)明具體實(shí)施方案的正視6是本發(fā)明具體實(shí)施方案的左視剖視7是本發(fā)明具體實(shí)施方案的正視剖視8是本發(fā)明具體實(shí)施方案抓取耦合過程的示意圖(未觸碰物體時(shí))圖9是本發(fā)明具體實(shí)施方案抓取物體過程的示意圖(遠(yuǎn)指節(jié)碰觸物體時(shí))圖10是本發(fā)明具體實(shí)施方案抓取物體過程的示意圖(中指節(jié)碰觸物體時(shí))
圖11是本發(fā)明具體實(shí)施方案抓取物體過程的示意圖(近指節(jié)碰觸物體時(shí))圖12是本發(fā)明具體實(shí)施方案防滑抓取過程示意圖(快速反射時(shí))圖13是本發(fā)明具體實(shí)施方案放開物體過程示意I至圖13中，各數(shù)字與構(gòu)件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下1.基座2.電機(jī)3.減速器4.近關(guān)節(jié)軸5.第一連桿軸6.第一傳動(dòng)連桿7.微驅(qū)動(dòng)器8.近關(guān)節(jié)連桿9.第一耦合彈性連桿軸10.第一耦合彈性連桿11.中關(guān)節(jié)軸12.第二連桿軸13.第二傳動(dòng)連桿14.中關(guān)節(jié)連桿15.第二耦合彈性連桿軸16.第二耦合彈性連桿17.遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸18.第三連桿軸19.近指節(jié)20.中指節(jié)21.遠(yuǎn)指節(jié)22.小傘齒輪23.大傘齒輪24.近關(guān)節(jié)扭簧25.中關(guān)節(jié)扭簧26.旋轉(zhuǎn)編碼器27.滑動(dòng)傳感器28.物體
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例進(jìn)一步地詳細(xì)闡述本發(fā)明的工作原理、具體結(jié)構(gòu)與工作過程?！と鐖DI所示為本發(fā)明仿人手指裝置的機(jī)構(gòu)原理圖，包括I個(gè)電機(jī)及其減速器、2組四連桿機(jī)構(gòu)、2根耦合彈性連桿、2個(gè)關(guān)節(jié)扭簧、I個(gè)含有微驅(qū)動(dòng)器的連桿。2組四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的欠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而特殊的2根耦合彈性連桿保證裝置在運(yùn)行的時(shí)候產(chǎn)生自適應(yīng)抓取動(dòng)作。由含有微驅(qū)動(dòng)器的連桿，本發(fā)明裝置具有快速反射的防滑抓取功能。本發(fā)明所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置的實(shí)施例，其具體結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖、立體外觀圖、側(cè)視圖、正視圖、剖視圖如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示。本實(shí)施例包括基座I、電機(jī)2、減速器3、近關(guān)節(jié)軸4、中關(guān)節(jié)軸11、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17、近指節(jié)19、中指節(jié)20、遠(yuǎn)指節(jié)21、小傘齒輪22、大傘齒輪23 ;所述的電機(jī)2與基座I固接，電機(jī)I的輸出軸與所述的減速器3的輸入軸連接，減速器3的輸出軸與所述的小傘齒輪22連接，小傘齒輪22與所述大傘齒輪23嚙合，大傘齒輪23與所述的近關(guān)節(jié)軸4采用鍵連接，所述的近指節(jié)19與基座I通過近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)20與近指節(jié)19通過中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)20與遠(yuǎn)指節(jié)21通過遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的近關(guān)節(jié)軸4、中關(guān)節(jié)軸11和元關(guān)節(jié)軸17的軸線相互平行；該實(shí)施例還包括第一連桿軸5、第一傳動(dòng)連桿
6、微驅(qū)動(dòng)器7、近關(guān)節(jié)連桿8、第一耦合彈性連桿軸9、第一耦合彈性連桿10、第二連桿軸12、第二傳動(dòng)連桿13、中關(guān)節(jié)連桿14、第二耦合彈性連桿軸15、第二耦合彈性連桿16、第三連桿軸18、近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25以及旋轉(zhuǎn)編碼器26和滑動(dòng)傳感器27。所述的近關(guān)節(jié)連桿9 一端與近關(guān)節(jié)軸4固接，近關(guān)節(jié)連桿9的另一端通過第一連桿軸5與所述的第一傳動(dòng)連桿6的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一傳動(dòng)連桿6的另一端通過第二連桿軸12與所述的中關(guān)節(jié)連桿14 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中關(guān)節(jié)連桿14的另一端與所述的中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第一耦合彈性連桿10 —端與基座通過第一耦合彈性連桿軸9轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一耦合彈性連桿11的另一端與中關(guān)節(jié)連桿14通過第二連桿軸12轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的第二傳動(dòng)連桿13 —端與中關(guān)節(jié)連桿14通過第二連桿軸12轉(zhuǎn)動(dòng)連接,第二傳動(dòng)連桿13的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)21通過第三連桿軸18轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第二耦合彈性連桿16 —端與近指節(jié)19通過第二耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二耦合彈性連桿16的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)21通過第三連桿軸18轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的近關(guān)節(jié)扭簧24的兩端分別連接近指節(jié)19和近關(guān)節(jié)連桿8，所述的中關(guān)節(jié)扭簧25的兩端分別連接中指節(jié)20和中關(guān)節(jié)連桿14。
本實(shí)施例中，所述的近關(guān)節(jié)軸4、第一連桿軸5、第一耦合彈性連桿軸10，中關(guān)節(jié)軸
11、第二連桿軸12、第二耦合彈性連桿軸16、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17、第三連桿軸18，滿足如下的位置關(guān)系設(shè)近關(guān)節(jié)軸4軸線與中關(guān)節(jié)軸11軸線所在平面為A，中關(guān)節(jié)軸11線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17軸線所在平面為B，則第一連桿軸5和第二連桿軸12在平面A的同側(cè)，第一耦合彈性連桿軸9位于平面A的另一側(cè)；第二連桿軸12和第三連桿軸18位于平面B同側(cè)，第二耦合彈性連桿軸15位于平面B的另一側(cè)。本發(fā)明所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16，特別涉及一種包含彈性元件、具有彈性拉伸與收縮功能的連桿，實(shí)現(xiàn)前級(jí)指節(jié)接觸物體后，后級(jí)其余指節(jié)對(duì)被抓物體的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓取。本發(fā)明所述的近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25，也可以采用拉簧、壓簧、片簧或板簧，所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16的彈性元件采用壓簧；所述的近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25的剛度較小，用以維持手指動(dòng)作前各指節(jié)的初始形態(tài)；所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16包含的壓簧的剛度比近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧 25的剛度稍大。本實(shí)施例中，近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25、第一耦合彈性連桿10和第二耦合彈性連桿16所采用的壓簧的剛度設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)如下效果當(dāng)近指節(jié)19從伸直狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，在近指節(jié)19未與物體接觸前，手指的三個(gè)指節(jié)以耦合的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，即中指節(jié)20相對(duì)于近指節(jié)19有所轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)指節(jié)21同時(shí)相對(duì)于中指節(jié)20又有轉(zhuǎn)動(dòng)，使手指既具有擬人化的運(yùn)動(dòng)特征，又利于對(duì)物體的包絡(luò)抓取，這個(gè)過程中第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16各自相對(duì)于第一耦合彈性連桿軸9和第二耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，其所包含的壓簧不發(fā)生變形，近關(guān)節(jié)扭簧24和中關(guān)節(jié)扭簧25產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)近指節(jié)接觸物體28后，電機(jī)2繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)第一稱合彈性連桿10中的壓簧被壓縮，第一稱合彈性連桿10被拉伸，并同時(shí)繞第一耦合彈性連桿軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，中指節(jié)20相對(duì)于近指節(jié)19繞中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，而遠(yuǎn)指節(jié)21仍然以耦合方式相對(duì)于中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng)，第二耦合彈性連桿16繞第二耦合彈性連桿軸15剛性地轉(zhuǎn)動(dòng)，其包含的壓簧不變形，該過程中近關(guān)節(jié)扭簧24和中關(guān)節(jié)扭簧25進(jìn)一步被壓縮。當(dāng)中指節(jié)20也接觸到物體后，第二耦合彈性連桿16被拉伸，并繞第二耦合彈性連桿軸16轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)指節(jié)21以欠驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)于中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng)，直到遠(yuǎn)指節(jié)21接觸物體28，完成對(duì)被抓物體的包絡(luò)，這個(gè)過程中，近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25和第一耦合彈性連桿10壓簧進(jìn)一步變形。本實(shí)施例中，所述的電機(jī)上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器26。本實(shí)施例中，所述的中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21表面上安裝有滑動(dòng)傳感器27。本發(fā)明所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置的實(shí)施例，其工作過程結(jié)合圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13闡述如下本實(shí)施例的初始狀態(tài)如圖8左I所示，與人手手指的伸直狀態(tài)類似。當(dāng)本實(shí)施例開始抓取運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)2正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速器3、小傘齒輪22、大傘齒輪23帶動(dòng)近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，近關(guān)節(jié)軸4帶動(dòng)與它固接的近關(guān)節(jié)連桿8轉(zhuǎn)動(dòng)；由于第一耦合彈性連桿10的剛度比近關(guān)節(jié)扭簧24的剛度要大，第一耦合彈性連桿10繞第一耦合彈性連桿軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，近關(guān)節(jié)扭簧24被壓縮，近指節(jié)19繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，中關(guān)節(jié)連桿14跟近指節(jié)19間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)中指節(jié)20相對(duì)于近指節(jié)19轉(zhuǎn)動(dòng)；由于第二耦合彈性連桿16的剛度比中關(guān)節(jié)扭簧25的剛度大，第二耦合彈性連桿16繞第二耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，中關(guān)節(jié)扭簧25被壓縮，中指節(jié)20繞中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，遠(yuǎn)指節(jié)21相對(duì)于中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng)。這個(gè)過程中，近關(guān)節(jié)扭簧24和中關(guān)節(jié)扭簧25產(chǎn)生變形，第一耦合彈性連桿10和第二耦合彈性連桿16的壓簧不發(fā)生變形，此時(shí)為手指的三個(gè)指節(jié)未接觸物體前采用耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)的過程，即近指節(jié)19繞近關(guān)節(jié)軸4相對(duì)基座I轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)中指節(jié)20繞中關(guān)節(jié)軸11相對(duì)近指節(jié)19轉(zhuǎn)動(dòng)、遠(yuǎn)指節(jié)21繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17相對(duì)中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng)，直到各個(gè)指節(jié)運(yùn)動(dòng)到極限位置，如圖8右一所示，形成“握拳”動(dòng)作。近指節(jié)19、中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21之間的耦合旋轉(zhuǎn)角度比例，取決于近關(guān)節(jié)連桿8、第一傳動(dòng)連桿6、第一耦合彈性連桿10、第二傳動(dòng)連桿13、中關(guān)節(jié)連桿14、第二耦合彈性連桿16的長(zhǎng)度，以及近關(guān)節(jié)軸4和第一耦合彈性連桿軸10、中關(guān)節(jié)軸11和第二耦合彈性連桿軸16、第三連桿軸1 8和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17之間的距離，設(shè)計(jì)過程中，可以對(duì)它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使手指具有擬人化的特征。本實(shí)施例抓取物體、與物體接觸的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種情形(a)如圖9所示，遠(yuǎn)指節(jié)21率先接觸物體，此時(shí)遠(yuǎn)指節(jié)21會(huì)因受限制而無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過第三連桿軸18、第二傳動(dòng)連桿13、第二耦合彈性連桿16、第二連桿軸12、中關(guān)節(jié)連桿14、第一傳動(dòng)連桿6、第一稱合彈性連桿10限制近關(guān)節(jié)連桿8的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。該過程中，近關(guān)節(jié)扭簧24和中關(guān)節(jié)扭簧25產(chǎn)生變形，第一耦合彈性連桿10壓簧和第二耦合彈性連桿16壓簧不發(fā)生變形。在這種情況下，手指可通過與拇指的配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體捏持抓取。(b)中指節(jié)20率先接觸被抓物體28，如圖10所示，此時(shí)中指節(jié)20受限制無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過中關(guān)節(jié)軸11限制近指節(jié)19進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于第一耦合彈性連桿10的可彈性拉伸特點(diǎn)，近關(guān)節(jié)連桿8會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過第一傳動(dòng)連桿6、第一耦合彈性連桿10、中關(guān)節(jié)連桿14、第二傳動(dòng)連桿13和第二稱合彈性連桿16帶動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)21繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),直到遠(yuǎn)指節(jié)21接觸被抓物體28，近關(guān)節(jié)連桿8停止轉(zhuǎn)動(dòng)。該過程中，近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25、第一耦合彈性連桿10的壓簧和第二耦合彈性連桿16的壓簧都發(fā)生變形。在這種情況下，手指可通過與拇指的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)物體28的握持抓取。(c)近指節(jié)19先接觸被抓物體28，如圖11所示，此時(shí)近指節(jié)19因受限制而無法繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，近關(guān)節(jié)連桿8繼續(xù)繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，第一耦合彈性連桿10被拉伸，并同時(shí)繞第一耦合彈性連桿軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)中指節(jié)20連桿繞中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)，中指節(jié)20相對(duì)于近指節(jié)19繞中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)；第二耦合彈性連桿16繞第二耦合彈性連桿軸15剛性地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中的壓簧不變形，帶動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)21仍然以稱合方式相對(duì)于中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng),近關(guān)節(jié)扭簧24和中關(guān)節(jié)扭簧25進(jìn)一步被壓縮，此時(shí)手指同時(shí)以欠驅(qū)動(dòng)方式和耦合方式轉(zhuǎn)動(dòng)，其中中指節(jié)20繞中關(guān)節(jié)軸11相對(duì)于近指節(jié)16的轉(zhuǎn)動(dòng)為欠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，具有自適應(yīng)特征，遠(yuǎn)指節(jié)21繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17相對(duì)于中指節(jié)20的轉(zhuǎn)動(dòng)為耦合轉(zhuǎn)動(dòng)，具有擬人化運(yùn)動(dòng)特征；直到中指節(jié)20接觸到物體28，如圖11右二所示，近關(guān)節(jié)連桿8、中關(guān)節(jié)連桿14仍然繞近關(guān)節(jié)軸4和中關(guān)節(jié)軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，第二耦合彈性連桿16被拉伸，并繞第二耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)指節(jié)21以欠驅(qū)動(dòng)方式繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17相對(duì)于中指節(jié)20轉(zhuǎn)動(dòng)，直到遠(yuǎn)指節(jié)21接觸物體，完成對(duì)被抓物體28的包絡(luò)，近指節(jié)19連桿停止繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖11右三所示。該過程中，近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25、第一耦合彈性連桿10的壓簧和第二耦合彈性連桿16的壓簧都發(fā)生變形。在這種情況下，手指可通過與拇指的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)物體28的握持抓取。
(d)對(duì)于上述三種情形，當(dāng)手指對(duì)物體28完成包絡(luò)抓取后，如圖12左一所示，如果物體受到某個(gè)突然的外界干擾而有從手中滑落的趨勢(shì)時(shí)，由安裝于中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21表面上的滑動(dòng)傳感器27檢測(cè)到相對(duì)微小滑動(dòng),此時(shí)安裝于第一傳動(dòng)連桿6和第二傳動(dòng)連桿13中的微驅(qū)動(dòng)器7會(huì)快速伸長(zhǎng)，由于步進(jìn)電機(jī)具有自鎖功能，第一傳動(dòng)連桿6中的微驅(qū)動(dòng)器7輸出的力全部作用于第二連桿軸12上使其快速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)手指的中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21快速地輸出一個(gè)指向被抓物體28內(nèi)部的抓取力，形成對(duì)物體28的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓取，補(bǔ)償主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力與位移的輸出。同理，第二傳動(dòng)連桿13中的微驅(qū)動(dòng)器7也可快速輸出一個(gè)力作用于第三連桿軸18，帶動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)21快速輸出一個(gè)指向被抓物體28內(nèi)部的力，補(bǔ)償遠(yuǎn)指節(jié)21端抓取的力和位移輸出。由于輸出的位移較小，以及關(guān)節(jié)扭簧的緩沖效果，該反作用力不會(huì)破壞主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原有的抓取形態(tài)，從而防止物體28滑落，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體28地更穩(wěn)定抓取，如圖12的右二所示。直到主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)2做出調(diào)整后，微驅(qū)動(dòng)器7才同步回位調(diào)整。本實(shí)施例中，當(dāng)手指需要放開物體28時(shí)，初始狀態(tài)如圖13左一所示，電機(jī)2先開始反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速器3、小傘齒輪22、大傘齒輪23帶動(dòng)近關(guān)節(jié)軸4反轉(zhuǎn)，近關(guān)節(jié)軸4帶動(dòng)與它固接的近關(guān)節(jié)連桿8反轉(zhuǎn),近關(guān)節(jié)連桿8通過第一連桿軸5、第一傳動(dòng)連桿6和第二連桿軸12拉動(dòng)中關(guān)節(jié)連桿14反轉(zhuǎn)，近關(guān)節(jié)扭簧24和第一耦合彈性連桿10的壓簧變形量·減小，且第一耦合彈性連桿10繞第一耦合彈性連桿軸9反轉(zhuǎn)；中關(guān)節(jié)連桿14繞中關(guān)節(jié)軸11反轉(zhuǎn)時(shí)，通過第二連桿軸12、第二傳動(dòng)連桿13和第三連桿軸18拉動(dòng)遠(yuǎn)指節(jié)21繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17反轉(zhuǎn)，第二耦合彈性連桿16繞第二耦合彈性連桿軸15反轉(zhuǎn)，且壓簧變形減小，中關(guān)節(jié)扭簧25變形也減小，直到第二耦合彈性連桿16壓簧恢復(fù)變形到初始長(zhǎng)度，此時(shí)遠(yuǎn)指節(jié)21與物理28脫離，如圖13左二所示；近關(guān)節(jié)連桿8和中關(guān)節(jié)連桿14繼續(xù)反轉(zhuǎn)，近關(guān)節(jié)扭簧24、第一耦合彈性連桿10壓簧和中關(guān)節(jié)扭簧25變形進(jìn)一步變小，在第二耦合彈性連桿16的作用下，中指節(jié)20繞中關(guān)節(jié)軸11反轉(zhuǎn)而脫離與物體接觸，同時(shí)遠(yuǎn)指節(jié)21繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17相對(duì)于中指節(jié)20反向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到第一耦合彈性連桿10壓簧恢復(fù)變形到初始長(zhǎng)度，如圖13左三所示；近關(guān)節(jié)連桿8繼續(xù)反轉(zhuǎn)，并通過第一連桿軸5、第一傳動(dòng)連桿6、第一耦合彈性連桿10、第二連桿軸12拉動(dòng)近指節(jié)19反轉(zhuǎn)，中關(guān)節(jié)連桿14繞中關(guān)節(jié)軸11相對(duì)于近指節(jié)19反向轉(zhuǎn)動(dòng)，近指節(jié)19與物體28脫離接觸，近關(guān)節(jié)扭簧24變形變小，如圖13右二所示；中關(guān)節(jié)連桿14相對(duì)于近指節(jié)19反轉(zhuǎn)時(shí)，通過第二連桿軸12、第二傳動(dòng)連桿13、第二耦合彈性連桿16和第三連桿軸18拉動(dòng)中指節(jié)20相對(duì)于近指節(jié)19反向轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)指節(jié)21繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17相對(duì)于中指節(jié)20反向轉(zhuǎn)動(dòng)，中關(guān)節(jié)扭簧25變形減小，直到近指節(jié)19、中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21同時(shí)反轉(zhuǎn)到最初的手指伸直狀態(tài)，基座I、近指節(jié)19和中指節(jié)20上設(shè)置機(jī)械限位，限制手指反轉(zhuǎn)時(shí)各指節(jié)反轉(zhuǎn)過度超過初始形態(tài)。至此，整個(gè)反轉(zhuǎn)過程結(jié)束，如圖13右一所示。本發(fā)明在近指節(jié)19和中指節(jié)20、中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21之間各自采用第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將三關(guān)節(jié)手指欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)包絡(luò)抓取形式與擬人化耦合抓取形式很自然地融為一體的功能；同時(shí)，微驅(qū)動(dòng)器7的嵌入，在不影響主驅(qū)動(dòng)器電機(jī)2實(shí)現(xiàn)手指耦合欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體功能的前提下，綜合實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)械手指對(duì)被抓物體28的滑落趨勢(shì)作出快速反應(yīng)、防滑穩(wěn)定抓取的功能，使其具有擬人化的反射運(yùn)動(dòng)特征。手指包絡(luò)抓取物體28過程中，主驅(qū)動(dòng)器電機(jī)I起作用，微驅(qū)動(dòng)器7不起作用，手指在傳動(dòng)連桿和耦合彈性連桿的相互作用下，以耦合運(yùn)動(dòng)和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)相結(jié)合的方式完成對(duì)物體28的包絡(luò)抓取，動(dòng)作高度擬人，抓取穩(wěn)定；手指將物體28包絡(luò)抓取后，當(dāng)物體28收到外部干擾具有從手中滑落的趨勢(shì)時(shí)，次驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)微驅(qū)動(dòng)器7根據(jù)滑動(dòng)傳感器27信號(hào)做出迅速響應(yīng)，輸出一個(gè)指向被抓物體28內(nèi)部的抓取力，對(duì)主驅(qū)動(dòng)器電機(jī)I提供的抓取力與位移進(jìn)行補(bǔ)償，防止物體滑落，直到電機(jī)2做出調(diào)整，使抓取更加穩(wěn)定，具有擬人化的反射運(yùn)動(dòng)特征。同時(shí)，該手指裝置采用的連桿傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單且便于制造，成本低廉，體積小，工作穩(wěn)定可靠，適合長(zhǎng)期使用，與人手手指的外觀和動(dòng)作相似，適用于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手上?！?br> 權(quán)利要求
1.一種具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，包括主、次兩套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括基座I、電機(jī)2、減速器3、小傘齒輪22、大傘齒輪23、近指節(jié)19、中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21 ;所述的次運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)連桿加裝微驅(qū)動(dòng)器7構(gòu)成。
其特征在于 所述的電機(jī)2與基座I固接，電機(jī)I的輸出軸與所述的減速器3的輸入軸相連接，所述的減速器3的輸出軸與小傘齒輪22連接，所述的小傘齒輪22與大傘齒輪23嚙合，所述的大傘齒輪22與近關(guān)節(jié)軸4采用鍵連接，所述的近指節(jié)19與基座I通過近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)20與近指節(jié)19通過中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中指節(jié)20與遠(yuǎn)指節(jié)21通過遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的近關(guān)節(jié)軸4、中關(guān)節(jié)軸11和元關(guān)節(jié)軸17的軸線相互平行； 該具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第一傳動(dòng)連桿6、近關(guān)節(jié)連桿8、第一連桿軸5、第一耦合彈性連桿10、第一耦合彈性連桿軸9、第二連桿軸12、第二傳動(dòng)連桿13、中關(guān)節(jié)連桿14、第二耦合彈性連桿16、第二耦合彈性連桿軸15、第三連桿軸18、近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25 ； 所述的近關(guān)節(jié)連桿8 —端與近關(guān)節(jié)軸4固接，近關(guān)節(jié)連桿8的另一端通過第一連桿軸5與所述的第一傳動(dòng)連桿6的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一傳動(dòng)連桿6的另一端通過第二連桿軸12與所述的中關(guān)節(jié)連桿14 一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，中關(guān)節(jié)連桿14的另一端與所述的中關(guān)節(jié)軸11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第一耦合彈性連桿16 —端與基座通過第一耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一耦合彈性連桿10的另一端與中關(guān)節(jié)連桿14通過第二連桿軸12轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的第二傳動(dòng)連桿13 —端與中關(guān)節(jié)連桿14通過第二連桿軸12轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二傳動(dòng)連桿13的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)21通過第三連桿軸18轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的第二耦合彈性連桿16—端與近指節(jié)通過第二耦合彈性連桿軸15轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第二耦合彈性連桿16的另一端與遠(yuǎn)指節(jié)20通過第三連桿軸18轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的近關(guān)節(jié)扭簧24的兩端分別連接近指節(jié)19和近關(guān)節(jié)連桿8,所述的中關(guān)節(jié)扭簧25的兩端分別連接中指節(jié)20和中關(guān)節(jié)連桿14 ； 所述的近關(guān)節(jié)軸4、中關(guān)節(jié)軸11、、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17、第一連桿軸5、第二連桿軸12、第一耦合彈性連桿軸9，第二耦合彈性連桿軸15與第三連桿軸18的軸線相互平行，且滿足如下的位置關(guān)系設(shè)近關(guān)節(jié)軸4軸線與中關(guān)節(jié)軸11軸線所在平面為A，中關(guān)節(jié)軸11軸線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸17軸線所在平面為B，則第一連桿軸5和第二連桿軸12在平面A的同側(cè)，第一耦合彈性連桿軸15位于平面A的另一側(cè)；第二連桿軸12和第三連桿軸18位于平面B同側(cè)，第二耦合彈性連桿軸15位于平面B的另一側(cè)； 所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16，由普通連桿和彈性元件組成，具有彈性拉伸與收縮功能的連桿，實(shí)現(xiàn)前級(jí)指節(jié)接觸物體28后，后級(jí)其余指節(jié)對(duì)被抓物體28的進(jìn)一步自適應(yīng)包絡(luò)抓?。? 所述的近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25的剛度較小，用以維持手指動(dòng)作前各指節(jié)的初始形態(tài)；所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16壓簧的剛度比近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25的剛度稍大。
2.如權(quán)利要求I所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其特征在于所述的次運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可由安裝在第一傳動(dòng)連桿6和第二傳動(dòng)連桿13中的微驅(qū)動(dòng)器7構(gòu)成。微驅(qū)動(dòng)器7可以單獨(dú)安裝在第一傳動(dòng)連桿6中，此時(shí)中指節(jié)20和遠(yuǎn)指節(jié)21具備快速反射功能；也可單獨(dú)安裝在第二傳動(dòng)連桿7中，此時(shí)遠(yuǎn)指節(jié)21具備快速反射功能；亦可安裝在第一傳動(dòng)連桿6和第二傳動(dòng)連桿7中，此時(shí)快速反射效果最好。
3.如權(quán)利要求I所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其特征在于所述的微驅(qū)動(dòng)器7可采用記憶合金、靜電、超磁致伸縮、壓電陶瓷或者其他微驅(qū)動(dòng)元件制造。
4.如權(quán)利要求I所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其特征在于所述的近關(guān)節(jié)扭簧24、中關(guān)節(jié)扭簧25，也可以采用拉簧、壓簧、片簧或板簧，所述的第一耦合彈性連桿10、第二耦合彈性連桿16的彈性元件采用壓簧。
5.如權(quán)利要求I所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其特征在于所述的電機(jī)2為步進(jìn)電機(jī)，并在所述的電機(jī)2上設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器26。
6.如權(quán)利要求I所述的具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，其特征在于中指節(jié)20底和遠(yuǎn)指節(jié)21接觸物體的表面上設(shè)有滑動(dòng)傳感器28。
全文摘要
具有快速反射抓取功能的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)仿人手指裝置，它涉及一種殘疾人假肢手上的仿人手指裝置。本發(fā)明采用電機(jī)和微驅(qū)動(dòng)器聯(lián)合驅(qū)動(dòng)主、次兩套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，次運(yùn)動(dòng)具備快速反射運(yùn)動(dòng)功能，解決了已有假肢手仿人手指存在抓取不穩(wěn)定等問題。本發(fā)明所述的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)連桿、耦合彈性連桿和彈性限位元件構(gòu)成，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)三關(guān)節(jié)仿人手指擬人化的耦合抓取過程與欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取過程融為一體的功能；本發(fā)明特別涉及的次運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由加裝微驅(qū)動(dòng)器的連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中微驅(qū)動(dòng)器安裝于第一傳動(dòng)連桿和第二傳動(dòng)連桿中，當(dāng)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成對(duì)物體的包絡(luò)抓取后、若安裝于指尖的滑動(dòng)傳感器檢測(cè)到物體與手指之間有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，微驅(qū)動(dòng)器可產(chǎn)生快速響應(yīng)，聯(lián)合主運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的穩(wěn)定抓取，防止物體滑落。該手指裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，可輸出力大，在外觀與動(dòng)作上都具有擬人特性，特別適合應(yīng)用在殘疾人假肢手上。
文檔編號(hào)B25J15/00GK102896637SQ20121014455
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者鄧華, 張翼, 段小剛, 羅海東 申請(qǐng)人:中南大學(xué)