灵巧机械手指的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种机械手指结构，准确的说是一种能够模仿人类手指进行工作的机械手指。
【背景技术】
[0002]人类手灵巧敏捷的特性，使其成为机器人领域研宄的热点。仿人多指灵巧机械手具有广阔的应用前景，具体体现在以下两方面:首先，灵巧机械手可用于人体运动系统功能重建，对提高残疾人生活质量具有重要意义；其次，灵巧机械手有助于拓展人类的活动空间，在一些对于人类危险甚至无法到达的场合，利用灵巧机械手良好的自适应性，能够在复杂条件下完成精细的操作任务。
[0003]开发仿人多指灵巧机械手需要解决包括欠驱动手指结构、驱动控制系统以及主从手控装置等多种关键技术，其中欠驱动手指结构是指被控制的手指关节数多于驱动原动机的数量，而无驱动的手指关节在设计时使用被动的阻尼元件或通过机械限位销来限制运动，具有机械结构和控制策略简单、节省空间和成本等诸多优点。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种机械空程率低、传动效率高的灵巧机械手指。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:
[0006]包括掌骨杆1、第一主动杆2、第一传动杆3、长指骨杆4、第二传动杆5、第一指中骨杆6、第二指中骨杆7、指尖短杆8、第二主动杆9，掌骨杆I的一端与长指骨杆4的一端铰接，长指骨杆4的另一端与第一指中骨杆6的一端铰接，第一传动杆3、第二主动杆9和第二指中骨杆7的一端依次与长指骨杆4铰接，第一传动杆3的另一端与第一主动杆2的一端铰接，第一主动杆2的另一端与掌骨杆I中部铰接，第二主动杆9的另一端与第二传动杆5的一端铰接，第二传动杆5的另一端与第二指中骨杆7的中部铰接，第二指中骨杆7的另一端与指尖短杆8的一端铰接，第一指中骨杆6的另一端与指尖短杆8的中部铰接。
[0007]本实用新型还可以包括:
[0008]1、第二指中骨杆7和第一指中骨杆6等长。
[0009]2、长指骨杆4与第二指中骨杆7的连接处到长指骨杆4与第一指中骨杆6的连接处的距离等于指尖短杆8与第二指中骨杆7的连接处到指尖短杆8与第一指中骨杆6的连接处的距离。
[0010]3、第一主动杆2和第二主动杆9上各附带一齿轮，且齿轮半径相等。
[0011]4、在长指骨杆4和掌骨杆I的连接处加装带固定框的齿轮12，且定框的齿轮12与第二和第二主动杆上附带的齿轮等半径。
[0012]本实用新型的机械手指前部是串联式双摇杆机构，其中一个双摇杆机构由第二主动杆9、第二传动杆5、第二指中骨杆7和长指骨杆4的前部连接构成；另一个双摇杆机构由第二指中骨杆7、第一指中骨杆6、指尖短杆8和长指骨杆4的前部连接组成。机械手指后部也是双摇杆机构，由第一主动杆2、第一传动杆3、掌骨杆I的前部和长指骨杆4的后部连接组成。
[0013]本实用新型提供了一种新型的欠驱动机械手指结构，特别适用于开发仿人多指机械手，与现有的带轮牵拉式机械手指结构相比，本实用新型结构紧凑，根据人类手指运动特点设计的三个摇杆机构用连杆传动替代带轮传动，极大地降低了机械空程率、提高了传动效率；利用机械结构的几何约束，通过对压力角范围的控制，有效地优化了力臂之间的关系，提高了力的传导和利用的效率，可以有效地将机械手指受到的力分散至各个摇杆机构，使其承载力变大且受力均匀。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的结构示意图。
[0015]图2a是本实用新型的主动杆示意图。
[0016]图2b是图2a的A-A剖视图。
[0017]图3a是本实用新型的带固定框的齿轮示意图。
[0018]图3b是图3a的B-B剖视图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述:
[0020]结合图1，本实用新型的灵巧机械手指的组成包括掌骨杆1、第一主动杆2、第一传动杆3、长指骨杆4、第二传动杆5、第一指中骨杆6、第一指中骨杆7、指尖短杆8、第二主动杆9、第一电位器10、第二电位器11和带固定框的齿轮12。掌骨杆I的一端与长指骨杆4的一端铰接，长指骨杆4的另一端与第一指中骨杆6的一端铰接，第一传动杆3、第二主动杆9和第二指中骨杆7的一端依次与长指骨杆4铰接，第一传动杆3的另一端与第一主动杆2的一端铰接，第一主动杆2的另一端与掌骨杆I中部铰接，第二主动杆9的另一端与第二传动杆5的一端铰接，第二传动杆5的另一端与第二指中骨杆7的中部铰接，第二指中骨杆7的另一端与指尖短杆8的一端铰接，第一指中骨杆6的另一端与指尖短杆8的中部铰接。
[0021]图是结合图2a、图2b、图3a和图3b，主动杆2、9上各附带一齿轮，第二主动杆9上的齿轮与长指骨杆4上的电位器10同轴连接，第一主动杆2上的齿轮与掌骨杆I上的电位器11同轴连接，两台步进电机分别通过同步带将扭矩传递给第一、二主动杆2、9上的齿轮。手指其它连接处内部均镶嵌轴承，以最大限度地保证传动稳定。在长指骨杆4和掌骨杆I的连接处加装带固定框的齿轮12作为同步带固定装置，且齿轮12与第一主动杆2、9上附带的齿轮等半径。
[0022]本实用新型专利的工作原理是:基于连杆机构运动机理，当步进电机通过同步带驱动第一主动杆2转动时，由于第一传动杆3与长指骨杆4的连接处到长指骨杆4与掌骨杆I的连接处的距离等于第一主动杆2的长度，且长指骨杆4与第一主动杆2严格平行，满足平行四边形的几何约束关系，使长指骨杆4与第一主动杆2等角度转动，从而使长指骨杆4相对掌骨杆I的转动可以模仿人类手掌骨与手指连接关节的运动。
[0023]当步进电机通过同步带驱动第二主动杆9转动时，由于第二传动杆5与第二指中骨杆7的连接处到长指骨杆4与第二指中骨杆7的连接处的距离等于第二主动杆9的长度，且第二指中骨杆7与第二主动杆9严格平行，满足平行四边形的几何约束关系，使第二指中骨杆7与第二主动杆9等角度转动；由于长指骨杆4与第二指中骨杆7的连接处到长指骨杆4与第一指中骨杆6的连接处的距离等于指尖短杆8与第一指中骨杆7的连接处到指尖短杆8与第二指中骨杆6的连接处的距离，而且第二指中骨杆6与第一指中骨杆7等长，满足等腰梯形的几何约束关系，使指尖短杆8与第二指中骨杆7的夹角等于第一指中骨杆6与长指骨杆4的夹角。综上所述，指尖短杆8相对于第二指中骨杆7的转动角度等于长指骨杆4相对于第一指中骨杆6的转动角度，且上述相对转动角度与第二主动杆9的转动角度相同，从而使指尖短杆8、第一指中骨杆6和第二指中骨杆7组成的关节与长指骨杆4、第一指中骨杆6和第二指中骨杆7组成的关节可以模仿人类手自指尖向下两个关节的运动。
[0024]当机械手指弯曲时，为保证连接第二主动杆9的同步带不松动，将同步带穿过齿轮12的固定框后再与步进电机连接，从而使第二主动杆9两边的同步带长度不变。
[0025]驱动第一、第二主动杆2、9转动的两台步进电机从控制器接收时序信号，以便于步进电机确定转动角度；当第一、第二主动杆2、9转动时，分别带动与其连接的第一、第二电位器11、10等角度转动，第一、第二电位器11、10将采集到的转动角度信号实时地反馈给控制器，以便于控制器分析机械手指的运动状态。
【主权项】
1.一种灵巧机械手指，其特征是:包括掌骨杆(I)、第一主动杆(2)、第一传动杆(3)、长指骨杆(4)、第二传动杆(5)、第一指中骨杆(6)、第二指中骨杆(7)、指尖短杆(8)、第二主动杆(9)，掌骨杆(I)的一端与长指骨杆(4)的一端铰接，长指骨杆(4)的另一端与第一指中骨杆(6)的一端铰接，第一传动杆(3)、第二主动杆(9)和第二指中骨杆(7)的一端依次与长指骨杆(4)铰接，第一传动杆(3)的另一端与第一主动杆(2)的一端铰接，第一主动杆(2)的另一端与掌骨杆(I)中部铰接，第二主动杆(9)的另一端与第二传动杆(5)的一端铰接，第二传动杆(5)的另一端与第二指中骨杆(7)的中部铰接，第二指中骨杆(7)的另一端与指尖短杆(8)的一端铰接，第一指中骨杆(6)的另一端与指尖短杆(8)的中部铰接。
2.根据权利要求1所述的灵巧机械手指，其特征是:第二指中骨杆(7)和第一指中骨杆(6)等长。
3.根据权利要求1或2所述的灵巧机械手指，其特征是:长指骨杆(4)与第二指中骨杆(7)的连接处到长指骨杆(4)与第一指中骨杆(6)的连接处的距离等于指尖短杆(8)与第二指中骨杆(7)的连接处到指尖短杆(8)与第一指中骨杆(6)的连接处的距离。
4.根据权利要求1或2所述的灵巧机械手指，其特征是:第一主动杆(2)和第二主动杆(9)上各附带一齿轮，且齿轮半径相等。
5.根据权利要求3所述的灵巧机械手指，其特征是:第一主动杆(2)和第二主动杆(9)上各附带一齿轮，且齿轮半径相等。
6.根据权利要求1或2所述的灵巧机械手指，其特征是:在长指骨杆(4)和掌骨杆(I)的连接处加装带固定框的齿轮(12)，且带固定框的齿轮(12)与第一和第二主动杆上附带的齿轮等半径。
7.根据权利要求3所述的灵巧机械手指，其特征是:在长指骨杆(4)和掌骨杆(I)的连接处加装带固定框的齿轮(12)，且带固定框的齿轮(12)与第一和第二主动杆上附带的齿轮等半径。
8.根据权利要求4所述的灵巧机械手指，其特征是:在长指骨杆(4)和掌骨杆(I)的连接处加装带固定框的齿轮(12)，且带固定框的齿轮(12)与第一和第二主动杆上附带的齿轮等半径。
9.根据权利要求5所述的灵巧机械手指，其特征是:在长指骨杆(4)和掌骨杆(I)的连接处加装带固定框的齿轮(12)，且带固定框的齿轮(12)与第一和第二主动杆上附带的齿轮等半径。
【专利摘要】本实用新型提供的是一种灵巧机械手指。包括掌骨杆、第一主动杆、第一传动杆、长指骨杆、第二传动杆、第一指中骨杆、第二指中骨杆、指尖短杆、第二主动杆，机械手指前部是串联式双摇杆机构，其中一个双摇杆机构由第二主动杆、第二传动杆、第二指中骨杆和长指骨杆的前部连接构成；另一个双摇杆机构由第二指中骨杆、第一指中骨杆、指尖短杆和长指骨杆的前部连接组成。机械手指后部也是双摇杆机构，由第一主动杆、第一传动杆、掌骨杆的前部和长指骨杆的后部连接组成。本实用新型结构紧凑，极大地降低了机械空程率、提高了传动效率，提高了力的传导和利用的效率，可以有效地将机械手指受到的力分散至各个摇杆机构，使其承载力变大且受力均匀。
【IPC分类】B25J15-08
【公开号】CN204546548
【申请号】CN201520114944
【发明人】李铁磊, 兰庚乔, 王元昔, 王超, 龙可, 赖新红
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月17日