具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的制作方法
【专利摘要】具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，它涉及一种模块化假手指，具体涉及一种具有自锁功能的电机内置式模块化假手指。本发明为了解决现有假手指传动机构复杂、模块化程度不高、单个手指不能独立控制，且不具有自锁功能导致其续航时间短的问题。本发明的近指节外壳安装在转动框架上，蜗杆的另一端通过蜗杆轴与端盖连接，基关节基座通过基关节轴与转动框架连接，蜗轮套装在基关节轴上，蜗轮与蜗杆啮合，第一关节钢丝轮套装在蜗轮侧面的凸台上，第二关节钢丝轮套装在指尖下盖板内侧壁上的圆台上，指尖上盖板和指尖电路板通过之间螺柱安装在指尖下盖板上，钢丝的一端通过压线板固定在基关节基座上。本发明属于机器人领域。
【专利说明】具有自锁功能的电机内置式模块化假手指
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模块化假手指，具体涉及一种具有自锁功能的电机内置式模块化假手指。【背景技术】
[0002]手是人类意识的延伸，在日常生活中具有重要的作用。假手作为自然人手的替代，需要具有操作物体，感知外界环境的功能以及人手一样的外形。然而，受限于驱动器、传感器的发展，假手还很难在尺寸、重量、外观、灵巧性、包络性以及感知能力等方面同时达到较高的水平。因此，如何在使假手具有高度拟人化外观的基础上，使假手功能更加完善一直是假手领域研究的重要课题。
[0003]假手的发展终将面向用户，因此，假手商品化是其发展趋势。目前市场上应用的比较成熟的商业化假手大多只有一个自由度，各手指都是刚性的，没有相对运动的各个指节，灵巧性和拟人性较差；近些年来，虽然在手指的灵巧性、拟人性方面有所改善，但是其驱动器放置于手掌内部，传动机构复杂，模块化程度不高，单个手指不能独立控制，适用范围也仅限于全手截肢患者；另外，各手指之间零件通用性差，维护也比较困难；由于假手不具有自锁功能，导致其续航时间短，这些因素都限制了假手的应用。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有假手指传动机构复杂、模块化程度不高、单个手指不能独立控制，且不具有自锁功能导致其续航时间短的问题，进而提出具有自锁功能的电机内置式模块化假手指。
[0005]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括近指节和远指节，所述近指节包括电机、减速器、近指节外壳、转动框架、蜗杆、蜗杆轴、端盖、蜗轮、第一关节钢丝轮、基关节轴、基关苄基座和压线板，减速器固定安装在转动框架上，近指节外壳安装在转动框架上，电机的输出轴通过减速器与蜗杆的一端连接，蜗杆的另一端通过蜗杆轴与端盖连接，基关苄基座通过基关节轴与转动框架连接，蜗轮套装在基关节轴上，蜗轮与蜗杆啮合，第一关节钢丝轮套装在蜗轮侧面的凸台上，所述远指节包括指尖上盖板、指尖下盖板、中关节轴、第二关节钢丝轮、钢丝、指尖位置传感器、指尖电路板和指尖螺柱，指尖下盖板通过中间关节轴与近指节外壳连接，指尖位置传感器套装在中间关节轴上，第二关节钢丝轮套装在指尖下盖板内侧壁上的圆台上，指尖上盖板和指尖电路板通过之间螺柱安装在指尖下盖板上，钢丝的一端通过压线板固定在基关苄基座上，钢丝的另一端绕过第一关节钢丝轮和第二关节钢丝轮固定在指尖上盖板内壁的凹槽内，钢丝绕过第一关节钢丝轮和第二关节钢丝轮固定在基关苄基座和指尖下盖板的凹槽内。
[0006]本发明的有益效果是:本发明基于模块化设计思想，将驱动、传动、传感及控制系统完全集成在具有多关节的手指内部，单手指可以自算自控；本发明不仅解放了手掌空间，便于拇指机构和其他电气系统在手掌中的布置，而且扩展了假手的应用范围，即从整手残疾患者扩展到了断指残疾患者；本发明整个手指只有不到三十个零件，手指之间零件完全通用，方便拆装及维护，节约了成本；本发明具有自锁能力，可以在抓握物体时无需持续供电也能抓紧物体；本发明采用钢丝弹簧耦合机构实现远指节的弯曲/伸展，结构简单，效率高；在近指节加入了被动弹性元件，可以有效消除蜗轮蜗杆的齿侧间隙，保证抓握时指尖与物体不脱开；本发明的手指尺寸较成人手指略小，指尖主动加载和被动承载能力较大。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的整体结构主视示意图，图2是远指节和近指节的主剖视图，图3是远指节的结构主视示意图，图4是远指节与近指节所成角度示意图，图5是本发明的走线路径示意图。
【具体实施方式】
[0008]【具体实施方式】一:结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指包括近指节和远指节，所述近指节包括电机1、减速器2、近指节外壳3、转动框架4、蜗杆5、蜗杆轴8、端盖9、蜗轮12、第一关节钢丝轮、基关节轴15、基关苄基座17和压线板20，减速器2固定安装在转动框架4上，近指节外壳3安装在转动框架4上，电机I的输出轴通过减速器2与蜗杆5的一端连接，蜗杆5的另一端通过蜗杆轴8与端盖9连接，基关苄基座17通过基关节轴15与转动框架4连接，蜗轮12套装在基关节轴15上，蜗轮12与蜗杆5啮合，第一关节钢丝轮套装在蜗轮12侧面的凸台上，所述远指节包括指尖上盖板21、指尖下盖板22、中关节轴23、第二关节钢丝轮25、钢丝26、指尖位置传感器28、指尖电路板和指尖螺柱30，指尖下盖板22通过中间关节轴23与近指节外壳3连接，指尖位置传感器28套装在中间关节轴23上，第二关节钢丝轮25套装在指尖下盖板22内侧壁上的圆台上，指尖上盖板21和指尖电路板通过之间螺柱30安装在指尖下盖板22上，钢丝26的两端分别绕过第一关节钢丝轮14和第二关节钢丝轮25固定在基关苄基座17和指尖下盖板22的凹槽内。
[0009]本实施方式中远指节相对近指节有10度的倾斜角，如此设置是为了综合调整各种抓取姿态；指尖下盖板22并不是一个标准的圆柱形轮廓，而是自下而上有一定的倾斜，并且在中间的位置有一个弯折，从而用一个零件模拟人手末端两个指节。
[0010]【具体实施方式】二:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的近指节还包括蜗杆垫片6和塑料套筒7，蜗杆5的一端通过蜗杆垫片6和塑料套筒7与减速器2的输出轴连接。
[0011]本实施方式的技术效果是:如此设置，可以有效地承受蜗杆的轴向力，通过优选蜗杆垫片6的材料能够减小它与塑料套筒7之间的摩擦系数，从而减小摩擦损耗。蜗杆垫片6和塑料套筒7还可以用推力轴承替代，如此设置，可以保证没有摩擦损耗，但是尺寸略大。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0012] 【具体实施方式】三:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的转动框架4与端盖9之间设有调整垫片10。
[0013]本实施方式的技术效果是:如此设置，垫片10用来调整蜗杆5压紧塑料套筒7的程度；蜗杆5轴系部分的蜗杆垫片6和塑料套筒7还可以用推力轴承替代，以抵抗蜗杆5的轴向力。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0014]【具体实施方式】四:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的基关苄基座17与蜗轮12之间设有被动弹性元件16。
[0015]本实施方式的技术效果是:如此设置，可以消除蜗轮蜗杆的齿侧间隙，保证指尖与被抓物体始终接触。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0016]【具体实施方式】五:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的近指节还包括蜗杆扣盖11和装饰盖19，蜗杆扣盖11固定安装在转动框架4上，装饰盖19固定安装在端盖9上。 [0017]本实施方式的技术效果是:如此设置，蜗杆扣盖11可以防止蜗杆裸露在外，装饰盖19的廓形又与手掌廓形衔接起来使手指在转动到末端位置时，蜗轮露在外面的部分恰好被挡住。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一、二、三或四相同。
[0018]【具体实施方式】六:结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指还包括蜗轮盖板13和基关节螺钉18，蜗轮盖板13扣装在蜗轮12上，基关节轴15的一端穿过蜗轮12及蜗轮盖板13被基关节螺钉18拉紧。
[0019]本实施方式的技术效果是:如此设置，既可以保证整个轴系的位置以及基关节轴15固定不动，也能为轴承提供预紧力。其它组成及连接关系与【具体实施方式】五相同。
[0020]【具体实施方式】七:结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的远指节还包括中关节螺钉24，中关节轴23的每一端分别各设有一个中关节螺钉24。
[0021]本实施方式的技术效果是:如此设置，既可以保证整个轴系的位置以及中关节轴23固定不动，也能为轴承提供预紧力。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】八:结合图3说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的近指节还包括弹簧27，弹簧27安装在近指节外壳3的凹槽内。
[0023]本实施方式的技术效果是:如此设置，使手指在方向运动时，指尖能够复位。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0024]【具体实施方式】九:结合图5说明本实施方式，本实施方式所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指的电机I的线及电源线、通讯线的一侧通过近指节外壳3的线槽连接到指尖下盖板22内的电路板上，并固定于近指节外壳3，而电源线和通讯线的另一侧则依次穿过转动框架4的孔、基座17的槽、端盖9的中心孔引入到装饰盖19内并最终通过压线板20固定于基座17上。
[0025]本实施方式的技术效果是:如此设置，使手指的电路部分走线完全包含在手指内部。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0026]工作原理
[0027]电机I输出轴驱动减速器2，减速器2的输出轴带动蜗杆5转动，由于蜗轮12固定在基座17上是不动的，所以电机1、减速器2、近指节外壳3、转动框架4和蜗杆5将绕蜗轮12开始转动，从而使近指节转动；钢丝26是在两个指节的钢丝轮上缠绕的，由于钢丝长度不变，缠绕的距离就会通过拉动指尖运动来补偿，从而形成了远指节的耦合运动，远指节的复位是通过弹簧27实现的。
【权利要求】
1.具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，它包括近指节和远指节，其特征在于:所述近指节包括电机(I)、减速器(2)、近指节外壳(3)、转动框架(4)、蜗杆(5)、蜗杆轴(8)、端盖(9)、蜗轮(12)、第一关节钢丝轮、基关节轴(15)、基关苄基座(17)和压线板(20)，减速器(2)固定安装在转动框架(4)上，近指节外壳(3)安装在转动框架(4)上，电机(I)的输出轴通过减速器(2)与蜗杆(5)的一端连接，蜗杆(5)的另一端通过蜗杆轴(8)与端盖(9 )连接，基关苄基座(17)通过基关节轴(15 )与转动框架(4 )连接，蜗轮(12)套装在基关节轴(15)上，蜗轮(12)与蜗杆(5)啮合，第一关节钢丝轮套装在蜗轮(12)侧面的凸台上，所述远指节包括指尖上盖板(21)、指尖下盖板(22 )、中关节轴(23 )、第二关节钢丝轮(25 )、钢丝(26)、指尖位置传感器(28)、指尖电路板和指尖螺柱(30)，指尖下盖板(22)通过中间关节轴(23 )与近指节外壳(3 )连接，指尖位置传感器(28 )套装在中间关节轴(23 )上，第二关节钢丝轮(25 )套装在指尖下盖板(22 )内侧壁上的圆台上，指尖上盖板(21)和指尖电路板通过之间螺柱(30 )安装在指尖下盖板(22 )上，钢丝(26 )的一端通过压线板(20 )固定在基关苄基座(17)上，钢丝(26)的两端分别绕过第一关节钢丝轮(14)和第二关节钢丝轮(25)固定在基关苄基座(17)和指尖下盖板(22)的凹槽内。
2.根据权利要求1所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:所述近指节还包括蜗杆垫片(6 )和塑料套筒(7 )，蜗杆(5 )的一端通过蜗杆垫片(6 )和塑料套筒(7)与减速器(2)的输出轴连接。
3.根据权利要求1所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:转动框架(4)与端盖(9)之间设有调整垫片(10)。
4.根据权利要求1所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:基关苄基座(17)与蜗轮(12 )之间设有被动弹性元件(16 )。
5.根据权利要求1、2、3或4所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:所述近指节还包括蜗杆扣盖(11)和装饰盖(19)，蜗杆扣盖(11)固定安装在转动框架(4)上，装饰盖(19)固定安装在端盖(9)上。
6.根据权利要求5所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指还包括蜗轮盖板(13)和基关节螺钉(18)，蜗轮盖板(13)扣装在蜗轮(12)上，基关节轴(15)的一端穿过蜗轮(12)及蜗轮盖板(13)被基关节螺钉(18)拉紧。
7.根据权利要求1所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:所述远指节还包括中关节螺钉(24)，中关节轴(23)的每一端分别各设有一个中关节螺钉(24)。
8.根据权利要求1所述具有自锁功能的电机内置式模块化假手指，其特征在于:所述近指节还包括弹簧(27 )，弹簧(27 )安装在近指节外壳(3 )的凹槽内。
【文档编号】A61F2/54GK103705323SQ201410015967
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】樊绍巍, 曾博, 杨大鹏, 张庭, 姜力, 刘宏 申请人:哈尔滨工业大学