具有力矩和位置感知的仿人假手拇指机构

摘要

具有力矩和位置感知的仿人假手拇指机构，它涉及一种仿人假手拇指机构。本发明解决了现有的假手传感装置不完善和欠驱动拇指尺寸比较大，且在运动的起点和终点会发生震动的问题。本发明的近指节左侧板、近指节右侧板、基座、近指节连杆与连杆轴组成一平面四连杆机构，近指节左侧板、近指节右侧板、连杆轴、球铰套、球连杆与中关节轴盘组成一空间四杆机构，磁钢元件座放置在小伞齿轮孔内，磁钢元件放置在磁钢元件座内，霍尔器件通过位置传感处理电路板与基座固接。本发明的传感装置完善、拇指尺寸比较小，且在运动的起点和终点运动稳定，具有力矩和位置感知功能，本发明还具有开合速度快、外观及运动轨迹拟人化和抓取力大的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿人假手拇指机构。

背景技术

现有大部分假手的传感装置均不完善，从而限制了假手的应用；现有假手的拇指，相当一部分采用了欠驱动原理方式。公开号为CN1803413A、名称为“欠驱动自适应假手的拇指机构”的发明专利申请，虽然其拇指包络性较好，但由于其需要储能元件(扭簧)，决定了拇指的尺寸比较大，且实验表明，由于储能元件的存在，拇指在运动的起点和终点会发生震动，这些都限制了欠驱动技术在假手中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的假手传感装置不完善和欠驱动拇指尺寸比较大，且在运动的起点和终点会发生震动的问题，进而提供一种具有力矩和位置感知的仿人假手拇指机构。

本发明的具有力矩和位置感知的仿人假手拇指机构由拇指电机、减速箱、减速箱座、力矩传感装置、位置传感装置、基座、基关节轴、力矩传感器轴、近指节左侧板、近指节右侧板、近指节连杆基座、近指节连杆、连杆轴、套筒、球铰、球铰销轴、球铰套、球连杆、中关节轴盘、中关节轴盘轴、中指节连杆、中指节连杆下轴、中指节连杆上轴、中指节左侧板、中指节右侧板、指尖轴和指尖组成，所述电机的输出端与减速箱的输入端连接，减速箱通过减速箱座固定在基座上，所述力矩传感装置由大伞齿轮、力矩传感器、大伞齿轮销和力矩传感器应变片组成，所述位置传感装置由小伞齿轮、磁钢元件座、磁钢元件、霍尔器件和位置传感处理电路板组成，小伞齿轮连接在减速箱的输出轴上，小伞齿轮与大伞齿轮啮合，大伞齿轮套装在基关节轴上，基关节轴安装在基座上，基关节轴倾斜于近指节左侧板和近指节右侧板布置，力矩传感器通过大伞齿轮销与大伞齿轮固接，力矩传感器轴置于近指节左侧板和近指节右侧板之间并将力矩传感器与近指节左侧板和近指节右侧板连接在一起，力矩传感器应变片贴在力矩传感器的两侧，连杆轴置于近指节左侧板和近指节右侧板之间，近指节连杆基座固定在基座上，近指节连杆的一端与近指节连杆基座铰接在一起，连杆轴的一端和近指节连杆的另一端通过球铰销轴与球铰连接在一起，连杆轴的另一端通过套筒与近指节左侧板和近指节右侧板连接，球铰安装在球铰套一端的套头内，球铰套的另一端与球连杆的一端铰连在一起，球连杆的另一端与中关节轴盘的下端通过销连接在一起，中关节轴盘的旋转轴设置在近指节左侧板和近指节右侧板之间的上端，中关节轴盘的上端设置在中指节左侧板与中指节右侧板之间的下端，且通过中关节轴盘轴与中指节左侧板与中指节右侧板相连接，中指节连杆设置在中指节左侧板与中指节右侧板之间，中指节连杆的下端通过中指节连杆下轴与近指节左侧板和近指节右侧板铰接在一起，中指节连杆的上端通过中指节连杆上轴与指尖铰接在一起，所述指尖轴设置在中指节左侧板和中指节右侧板之间的上端，所述指尖通过指尖轴与中指节左侧板和中指节右侧板铰接在一起，近指节左侧板、近指节右侧板、基座、近指节连杆与连杆轴组成一平面四连杆机构，近指节左侧板、近指节右侧板、连杆轴、球铰套、球连杆与中关节轴盘组成一空间四杆机构，所述磁钢元件座放置在小伞齿轮的孔内，磁钢元件放置在磁钢元件座内，霍尔器件通过位置传感处理电路板与基座固接。

本发明具有以下有益效果：本发明的传感装置完善和拇指尺寸比较小，且在运动的起点和终点运动稳定，具有力矩和位置感知功能，本发明还具有开合速度快、外观及运动轨迹拟人化和抓取力大的优点。

附图说明

图1是本发明的整体外观示意图，图2是隐藏近指节右侧板和中指节右侧板的结构示意图，图3是图2的左视结构示意图，图4是图3的A-A剖视图，图5是隐藏基座、近指节右侧板、中指节右侧板的结构示意图，图6是本发明的大伞齿轮、力矩传感器和大伞齿轮销位置关系局部剖视图，图7是本发明的位置传感装置安装示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式，本实施方式的具有力矩和位置感知的仿人假手拇指机构由拇指电机1、减速箱2、减速箱座3、力矩传感装置、位置传感装置、基座6、基关节轴7、力矩传感器轴10、近指节左侧板11、近指节右侧板12、近指节连杆基座13、近指节连杆14、连杆轴15、套筒45、球铰16、球铰销轴17、球铰套18、球连杆19、中关节轴盘20、中关节轴盘轴21、中指节连杆22、中指节连杆下轴23、中指节连杆上轴24、中指节左侧板25、中指节右侧板26、指尖轴27和指尖28组成，所述电机1的输出端与减速箱2的输入端连接，减速箱2通过减速箱座3固定在基座6上，所述力矩传感装置由大伞齿轮5、力矩传感器8、大伞齿轮销9和力矩传感器应变片29组成，所述位置传感装置由小伞齿轮4、磁钢元件座30、磁钢元件31、霍尔器件43和位置传感处理电路板42组成，小伞齿轮4连接在减速箱2的输出轴上，小伞齿轮4与大伞齿轮5啮合，大伞齿轮5套装在基关节轴7上，基关节轴7安装在基座6上，基关节轴7倾斜于近指节左侧板11和近指节右侧板12布置，力矩传感器8通过大伞齿轮销9与大伞齿轮5固接，力矩传感器轴10置于近指节左侧板11和近指节右侧板12之间并将力矩传感器8与近指节左侧板11和近指节右侧板12连接在一起，力矩传感器应变片29贴在力矩传感器8的两侧，连杆轴15置于近指节左侧板11和近指节右侧板12之间，近指节连杆基座13固定在基座6上，近指节连杆14的一端与近指节连杆基座13铰接在一起，连杆轴15的一端和近指节连杆14的另一端通过球铰销轴17与球铰16连接在一起，连杆轴15的另一端通过套筒45与近指节左侧板11和近指节右侧板12连接，球铰16安装在球铰套18一端的套头内，球铰套18的另一端与球连杆19的一端铰连在一起，球连杆19的另一端与中关节轴盘20的下端通过销连接在一起，中关节轴盘20的旋转轴设置在近指节左侧板11和近指节右侧板12之间的上端，中关节轴盘20的上端设置在中指节左侧板25与中指节右侧板26之间的下端，且通过中关节轴盘轴21与中指节左侧板25与中指节右侧板26相连接，中指节连杆22设置在中指节左侧板25与中指节右侧板26之间，中指节连杆22的下端通过中指节连杆下轴23与近指节左侧板11和近指节右侧板12铰接在一起，中指节连杆22的上端通过中指节连杆上轴24与指尖28铰接在一起，所述指尖轴27设置在中指节左侧板25和中指节右侧板26之间的上端，所述指尖28通过指尖轴27与中指节左侧板25和中指节右侧板26铰接在一起，近指节左侧板11、近指节右侧板12、基座6、近指节连杆14与连杆轴15组成一平面四连杆机构40，近指节左侧板11、近指节右侧板12、连杆轴15、球铰套18、球连杆19与中关节轴盘20组成一空间四杆机构41，所述磁钢元件座30放置在小伞齿轮4的孔内，磁钢元件31放置在磁钢元件座30内，霍尔器件43通过位置传感处理电路板42与基座6固接。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的基关节轴7与近指节左侧板11和近指节右侧板12之间的倾斜角α为30°。如此设置，拇指的运动轨迹为一空间锥面，该锥面从倾斜于手掌30°转到与手掌平行。

工作原理：(参见图1～图7)电机1输出轴驱动减速箱2运动，减速箱2驱动小伞齿轮4转动，小伞齿轮4带动大伞齿轮5运动；大伞齿轮5带动与其连在一起的力矩传感器8转动，力矩传感器8通过力矩传感器轴10带动近指节左侧板11和近指节右侧板12绕基关节轴7转动；近指节左侧板11、近指节右侧板12、基座6、近指节连杆14与连杆轴15组成一平面四连杆机构40，近指节左侧板11和近指节右侧板12的转动驱动了连杆轴15的运动；近指节左侧板11、近指节右侧板12、连杆轴15、球铰套18、球连杆19与中关节轴盘20形成一空间四杆机构41，在这里球连杆19可以看成是一球铰，连杆轴15的运动驱动中关节轴盘20运动；中关节轴盘20通过中关节轴盘轴21驱动中指节左侧板25和中指节右侧板26运动；中指节左侧板25、中指节右侧板26、近指节左侧板11、近指节右侧板12、中指节连杆22、指尖28组成一平面四杆机构，中指节左侧板25和中指节右侧板26的运动推动指尖28的运动；基关节轴7倾斜于近指节左侧板11和近指节右侧板12布置，且倾斜角度为30°，拇指的运动轨迹为一空间锥面，该锥面从倾斜于手掌30°转到与手掌平行；力矩传感器应变片29贴在力矩传感器8上，力矩传感器8的形变引起力矩传感器应变片29电阻的变化，通过测量应变片电阻的变化，可以推算出力矩传感器8的变形量，从而可以计算出力矩传感器8所传递的力矩，磁钢元件座30放置在小伞齿轮4的孔内，磁钢元件31放置在磁钢元件座30内，磁钢元件31和磁钢元件座30跟随减速箱2输出轴一起运动，通过使用霍尔器件43检测磁钢元件31的磁场变化，可以计算出减速箱2的转动量。