钳子操纵装置以及包括所述钳子操纵装置的助老机械手的制作方法

本实用新型涉及机械手技术领域，尤其是涉及一种钳子操纵装置以及包括所述钳子操纵装置的助老机械手。

背景技术：

行动不便的老年人是我们需要特别关注的群体，能够帮助他们实现取物和进餐等的机械手是帮助他们自食其力的重要工具。现阶段已知的机械手大多结构复杂、造价昂贵。结构简单的机械手通常又缺乏省力机构和自锁机构等的设计，无法投入到实际应用中。此外，目前市场上尚未发现专门针对老年人设计的助老机械手及其相关构件，且现有的一些助残机械手并不特别适合于老年人使用，并且例如存在着以下一些缺陷：所述助残机械手通常采用电机驱动的方式，这使得该机械手质量大、成本高；由于多个电机的存在，使得其操作复杂，对老年人不友好；该机械手的锁紧等功能主要依赖于电机进行，可靠性不高，存在着一定的安全隐患。

技术实现要素：

为至少部分地克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型的一个目的在于提出一种钳子操纵装置，其能够省力地操作与之相连的钳子。

本实用新型的另一目的在于提出一种包括上述钳子操纵装置的助老机械手，其可以很方便地适合于老年人使用。

为此，根据本实用新型的一个方面，提出一种钳子操纵装置，所述钳子操纵装置被构造成操纵钳子，并包括手柄和一对中间连杆，所述钳子包括一对铰接相连的铰接臂，所述一对中间连杆的各自的一端分别与所述钳子的两个施力端之一铰接连接，所述一对中间连杆的各自的另一端分别与所述手柄的两个端部之一铰接连接，所述钳子操纵装置与所述钳子一起构成五连杆机构。

有利的是，所述一对铰接相连的铰接臂的铰接位置处设有用于确保当未施加外力时所述钳子处于夹紧状态的弹簧。

有利的是，所述一对铰接相连的铰接臂和所述一对中间连杆分别相对于与所述手柄垂直的所述手柄的中轴线对称地布置。

有利的是，每个铰接臂呈肘形件的形式，并包括用于夹持物品的前部和作为施力端的后部，每个铰接臂的所述前部和所述后部位于所述中轴线的同一侧。

有利的是，所述钳子的每个铰接臂的前部被构造为包括平面状的第一部分和弧状的第二部分。

有利的是，所述铰接臂、所述中间连杆、所述手柄中的至少一个被构造成具有可调的长度。

根据本实用新型的又一方面，提出一种助老机械手，其包括如上所述的钳子操纵装置。

有利的是，所述助老机械手还包括在载具上安装的滑道、通过活动连接机构与所述滑道相连的底座、与所述底座铰接连接的机械手臂以及保持在所述机械手臂上的钳子。

有利的是，所述活动连接机构包括第一滑块，所述滑道中设有与所述第一滑块配合的滑槽，所述第一滑块包括从其上表面垂直伸出的转轴，所述底座中设有与所述转轴配合的孔口。

有利的是，所述机械手臂包括用于固定使用者胳膊的扣件，并设有用于与所述扣件配合的扣槽。

有利的是，所述机械手臂包括平行设置的上隔板和下隔板，所述上隔板和所述下隔板之间设有肋状件，所述扣槽设置于所述肋状件上。

有利的是，所述助老机械手还包括设置于所述底座和所述机械手臂之间的纵向自锁装置。

有利的是，所述纵向自锁装置包括第二滑块和第一连杆，所述第二滑块与设置于所述底座中的斜槽可分离地配合，所述第一连杆的两端分别与所述机械手臂和所述第二滑块铰接连接。

与现有技术相比，本实用新型的助老机械手以及钳子操纵装置具有以下显著优点：所述助老机械手能够以简便、可靠的方式方便老年人使用，且结构简单、安全性好。此外，本用新型的钳子操纵装置能够确保以省力的方式打开钳子，并能够实现可靠的锁紧功能。另外，本实用新型不需要使用任何电机，因而成本低廉、环保节能。

附图说明

为了更清楚地理解本实用新型的以上以及其它特征和优点，下面参照附图并结合优选实施例对本实用新型进行更详细的描述，其中：

图1是根据本实用新型的一个具体实施例的助老机械手的总体结构示意图；

图2是图1所示助老机械手的俯视图；

图3是图1所示助老机械手中的滑道和底座部分的放大示意图；

图4是图1所示助老机械手中的机械手臂和底座部分的放大示意图；

图5A和图5B是分别示出图1所示助老机械手中的纵向自锁装置的不同工作状态的示意图；

图6是图1所示助老机械手中的钳子和钳子操纵装置的放大示意图；

图7A和图7B是分别示出图1所示助老机械手中的钳子在钳子操纵装置的操纵下的不同工作状态的示意图。

具体实施方式

下面结合附图以示例方式描述本实用新型的一个优选实施例。需指出的是，为方便图示和便于理解，本实用新型的各附图中的相关部件的尺寸、位置等并未严格地按比例绘制。

首先参照图1、2对根据本实用新型的一个具体实施例的助老机械手的总体结构进行描述。

如图1、2所示，所述助老机械手主要包括滑道1、底座2、机械手臂3、钳子4、设置于滑道1和底座2之间的活动连接机构以及设置于底座2和机械手臂3之间的铰接连接机构。此外，所述助老机械手还优选包括设置于底座2和机械手臂3之间的纵向自锁装置。

所述滑道1在使用时可固定在轮椅等载具上，以使得所述助老机械手可与轮椅等结合起来使用。

从图1中可以看出，所述底座2设置于所述滑道2的上方，所述机械手臂3设置于所述底座2的上方。所述钳子4例如可拆卸地在所述机械手臂3的前部与所述机械手臂3相连，并可以在使用者的操作下实现开合动作，从而相应地松开或夹紧物品。

设置于滑道1和底座2之间的活动连接机构包括第一滑块5，所述第一滑块5容纳于在所述滑道1中设置的滑槽中，从而例如可与所述滑槽配合而沿着所述滑槽滑动(例如沿着前后方向进行直线运动)。此外，所述第一滑块5还包括从其上表面垂直伸出的转轴6，所述底座2中设有与所述转轴6配合的孔口，由此使得所述底座2可以跟随所述第一滑块5在所述滑道1的滑槽中滑动，并可以围绕所述第一滑块5上的转轴6在所述滑道1的上方周向转动。

设置于底座2和机械手臂3之间的铰接连接机构包括设置于所述底座2(更具体地说，例如从所述底座2的上表面垂直向上伸出的凸缘)和所述机械手臂3(更具体地说，例如从所述机械手臂3的后部垂直向下伸出的凸缘)之间的枢转轴7，所述底座2和所述机械手臂3通过所述枢转轴7铰接连接。

设置于底座2和机械手臂3之间的纵向自锁装置包括第二滑块8和第一连杆9，所述第二滑块8与设置于所述底座2中的斜槽10可分离地配合，所述第一连杆9的两端分别与所述机械手臂3(更具体地说，例如从所述机械手臂3的前部垂直向下伸出的凸缘)和所述第二滑块8铰接连接。

另外，根据本实用新型的该实施例，所述机械手臂3包括平行设置的上隔板和下隔板，所述上隔板和所述下隔板的一侧通过多个肋状件11相连，所述机械手臂3还包括用于固定使用者胳膊的扣件12，所述扣件12可与设置于所述肋状件11上的扣槽配合，从而能够将所述扣件12可靠地定位在所需位置，以方便后续操作。在此情况下，当使用时，使用者可以将胳膊从所述机械手臂3中与所述肋状件11相对的另一侧(即，敞开侧)放入，放入后将所述扣件12(优选多个扣件)扣下，即可进行后续操作。

此外，根据本实用新型的该实施例，优选的是，考虑到老年人手臂力道较小等问题，为达到省力的目的，本实用新型的助老机械手还设有便于老年人使用和操纵钳子的钳子操纵装置，其包括手柄13和一对中间连杆14，所述一对中间连杆14的各自的一端分别与所述钳子4的两个施力端之一铰接连接，所述一对中间连杆14的各自的另一端分别与所述手柄13的两个端部之一铰接连接，由此所述钳子操纵装置与所述钳子一起构成方便老年人使用、能够省力地操作的五连杆机构。

下面参考图3-7并以在轮椅上使用为例对本实用新型的上述实施例的工作原理及其主要部件的结构设计等进行进一步的描述。

如图3、4所示，本实用新型的助老机械手在使用时可将滑道1固定在轮椅上，所述底座2借助于所述第一滑块5与所述滑道1活动连接，即，其可以跟随所述第一滑块5沿着在所述滑道1中设置的滑槽中滑动(例如，前后移动)，并可以围绕所述第一滑块5上的转轴6在所述滑道1的上方周向转动。此外，所述底座2和所述机械手臂3通过枢转轴7铰接连接，由此使得所述机械手臂3可相对于所述底座2围绕所述枢转轴7进行纵向枢转运动。

在此情况下，通过所述前后移动、周向转动和纵向枢转运动等多维度动作，所述机械手臂3可以带动所述钳子4在很大的工作范围内运动，以便于老年使用者在不同的方位上取用前后距离不同的物品。

此外，从前面的描述中可以看出，所述第一滑块5是连接滑道1和底座2的零件，其通过在滑道1中的前后移动来实现助残机械手所需的平移运动，并通过所述底座2围绕所述转轴6的转动来实现助残机械手所需的周向转动，因而为助残机械手中实施定位的关键零件，其中，所述第一滑块5与所述滑槽之间的接触面以及所述第一滑块5与所述底座2之间的配合部分需要具有一定的粗糙度，以防止定位后操作钳子4时它们的相对位置发生变化。

另外，如前所述并结合图4可以清楚地看出，所述底座2上设有斜槽10，所述斜槽10可作为第二滑块8的滑槽使用。同时，所述第一连杆9、所述第二滑块8和所述斜槽10相互配合，从而形成一套纵向自锁装置。如图所示，第一连杆9的一端与机械手臂3铰接连接，第一连杆9的另一端与第二滑块8铰接连接，从而实质上共同构成一个曲柄-连杆机构。

根据本实用新型的该实施例，机械手臂3与底座2之间基本上没有阻力，因此如果不设自锁装置，则机械手臂在夹持物品后将在重力的作用下趋向于向下转动，从而无法固定。本实用新型的所述纵向自锁装置能够利用第二滑块8与底座2中的斜槽10之间的摩擦力形成自锁，从而可以防止机械手臂不期望地向下转动。

图5A、5B示出了所述纵向自锁装置的不同工作状态，其中，如图5A所示，例如当机械手臂3纵向向上旋转而使得机械手臂3的前部上升时，所述第二滑块8将会从所述斜槽10中被提起，由此使得所述第二滑块8与所述斜槽10脱离，从而不会与所述斜槽10接触，因而所述纵向自锁装置将不起作用；与之相反，如图5B所示，当所述机械手臂3的钳子4夹持好物品后，所述机械手臂3在重力的作用下具有纵向向下转动而下降的趋势，此时所述第二滑块8回落至所述斜槽10中，所述第二滑块8与所述斜槽10的斜面接触而产生静摩擦力。通过适当地设计所述斜槽10的斜面的倾角和相应的摩擦系数，可使得导致所述第二滑块8运动的力不足以克服所述静摩擦力，由此使得所述第二滑块8无法相对于所述斜槽10滑动，即，所述第二滑块8的位置保持不变，从而产生自锁作用，并由此将所述机械手臂3保持在期望的纵向位置。此外，当所述第二滑块8不能移动时，所述机械手臂3也显然无法移动，从而能够可靠地消除机械手臂3因自重而向下纵向转动的风险。

此外，如图6所示，本实用新型的该实施例的助老机械手还设有便于张开钳子的省力装置，即，包括手柄13和中间连杆14的钳子操纵装置。所述钳子4包括一对铰接相连的铰接臂，所述铰接臂在该实施例中呈肘形件的形式。手柄13借助于中间连杆14与夹取物品的钳子4铰接相连，即，手柄13分别通过一对中间连杆14与所述钳子4的一对铰接臂的相应的后端(施力端)铰接相连。

从图6中可以看出，所述一对铰接相连的铰接臂以及所述一对中间连杆14分别基本上相对于与所述手柄13垂直的所述手柄13的中轴线(图中未示出)对称地布置，每个铰接臂包括用于夹持物品的前部和作为施力端的后部，且每个铰接臂的所述前部和所述后部位于所述中轴线的同一侧。另外，所述一对铰接相连的铰接臂的铰接位置处设有弹簧(例如扭转弹簧)15。所述弹簧15被设置成使得当未施加外力时所述钳子4呈夹紧状态以确保所述钳子4在未使用时处于常闭状态，以及当所述钳子4夹持物品后(例如松开手柄13后)保持夹紧状态而使物品不易脱落。

显然，在本实用新型的该实施例中，考虑到老年人的手臂力道较小，采用手柄13和中间连杆14的组合等是为了借助于省力的方式克服弹簧15的力矩打开钳子4而设计。

更具体地说，如前所述，手柄13分别通过两个中间连杆14与钳子4的两个铰接臂铰接连接。借助于杠杆原理，由于钳子4的铰接臂(更具体地说，其后部)具有一定的长度，所以需要克服弹簧15的力矩而使钳子4张开时所需的手臂的力并不大，因而其为一种省力机构，其中，由于力矩等于力臂和力大小的乘积，所以钳子4的臂长越大，手柄13上所需施加的作用力越小。因此，可以通过增大力臂的方式减小打开钳子4所需的力。

如图7A所示，钳子4在未使用时处于常闭状态(或者说，在无外力作用时，钳子4在弹簧15的作用下闭合)；与之相对照，如图7B所示，当需要将钳子4打开时，向后拉动手柄13，在中间连杆14和钳子4的铰接臂的带动下，钳子4克服弹簧15的阻力而张开。另外，当机械手臂4运动到夹持物的位置时，可松开手柄13，在弹簧15产生的力矩的作用下，钳子4将闭合夹紧，从而将物品夹持住并保持在夹持状态。

根据该实施例，弹簧15应具有足够的刚度，否则将无法夹紧物品，从而导致物品脱落，并由此产生危险。

另外，从图6等中可以看出，所述钳子4的每个铰接臂的前部被构造为包括平面状的第一部分和弧状的第二部分，以适应具有矩形、圆形截面等不同截面形状的夹持物，从而扩大可适用的夹持物的范围。

根据该实施例的钳子操纵装置在使用时，老年使用者的胳膊可直接放入机械手臂3中，扣好固定扣件12后便可在机械手臂3的带动下实施钳子4的夹持操作。当需要夹持物品时，通过滑道1、底座2和机械手臂3的配合作用，在机械手臂3的带动下将钳子3移动至老人期望的位置，老人向后拉动手柄13，钳子4被打开；当松开手柄13时，钳子4在弹簧15的作用下夹紧闭合。上述简单的操作对老人比较友好。而且，所述钳子操纵装置实质上是将人手的握力转化为手臂向后的拉力，因为对于老人而言，手臂的力要远大于手的握力，因此所述钳子操纵装置是切实可行和非常有利的。

另外，例如从图6中可以看出，所述钳子操纵装置与所述钳子4的两个铰接臂一起构成五连杆机构，其自由度较高，因而可以根据实际需要设置限位装置，以使手柄13始终保持在水平位置，并且只能前后移动，而不能进行转动。此外，钳子4的铰接臂的臂长应合理地设置，过短将导致不够省力，过长则会占用过多空间。可选地，所述铰接臂、所述中间连杆、所述手柄13中的至少一个被构造成具有可调的长度，以能够满足和适应不同的使用环境或需求。

通过以上详细描述可以看出，本实用新型提供了一种结构简单、使用方便、适用范围广、省力且能够自锁的助老机械设备。此外，与现有技术中已知需要使用电机进行驱动的机械手相比，本实用新型的机械手臂的位置变化大多借助于机械构件与轴之间配合等进行，其不需要使用任何电机，因而成本低廉、环保节能，而且在设计方面具有很大的灵活性。

另外，本实用新型特别考虑了钳子的前部(钳口)处的夹紧问题和机械手臂的纵向自锁问题，从而完全可以确保物品被夹紧后不脱落，并保证了机械手的总体安全性和可靠性。

本实用新型的助老机械手可广泛地应用于养老院、医院、家庭护理行业等场合中。

以上已经结合具体实施例对本实用新型进行了详细描述。很明显，本实用新型的上述实施例应被理解为是示例性的，而非对本实用新型的限制。事实上，对于本领域的技术人员来讲，可以在本实用新型的基础上对其进行各种变型或修改(例如，可以对上述实施例中的滑块机构做出进一步的改进或替换，以赋予或增强其垂直升降和/或定位功能；或者可以对所述纵向自锁装置做出进一步的改进，以进一步完善或增强其自锁功能)。这些变型或修改均不脱离本实用新型的精神和范围。另外，需说明的是，本实用新型的上述实施例中的一些部件或技术特征可以分开或组合地使用，且为节省篇幅，本申请的说明书中并未对所涉及构件的所有细节进行详尽描述。关于这些未涉及或未详细描述的细节，本领域技术人员可以在本实用新型的原理的基础上结合本领域的普通技术知识或公知常识等很容易地理解或具体应用。