CN101536934A - 电机内置式假手指 - Google Patents

Abstract

电机内置式假手指，它涉及一种电机内置式假手指。本发明解决了现有的假手有效利用空间不足的问题。本发明的微型盘式无刷电机设置在基指节内；行星减速器安装在基指节内，行星减速器的输出轴与小伞齿轮连接，小伞齿轮与大伞齿轮外啮合；预紧绳轮安装在基座与基指节左侧板中间的第一轴上，大伞齿轮固装在第一小直齿轮的台肩端面上，第一大直齿轮与第一小直齿轮外啮合，第二小直齿轮与第二大直齿轮外啮合，第二大直齿轮与基指节左侧板固接，传动绳轮安装在第三轴上，预紧绳轮和传动绳轮之间通过两根钢丝绳连接，连杆通过第六轴与远指节连接。本发明将电机及传动机构全部集成于手指内部，占用手掌体积小，假手有效利用空间充足，解放了手掌空间。

Description

电机内置式假手指

技术领域

本发明涉及一种假手指，具体涉及一种电机内置式假手指。

背景技术

二十世纪八九十年代以来，随着机器人灵巧手技术的飞速发展，拟人机械手在外形、重量、自由度配置和感知功能方面都具有了较大的进步，但是随着对假手功能要求的日益提高和假手功能的日益完善，假手有效利用体积不足的问题越来越显著，已经成为限制假手进一步发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的假手有效利用空间不足的问题，进而提供一种电机内置式假手指。

本发明的电机内置式假手指包括微型盘式无刷电机、传动机构和手指机构，所述传动机构由行星减速器、小伞齿轮、第一滑动轴承、大伞齿轮、连杆、预紧绳轮、传动绳轮、两根钢丝绳、钢丝绳预紧块、第二滑动轴承、第二轴、第五滑动轴承、四个钢丝绳连接球、第一小直齿轮、第一大直齿轮、第二小直齿轮和第二大直齿轮组成，所述手指机构包括基座、第一轴、第三轴、第四轴、第三滑动轴承、第四滑动轴承、基指节、中指节和远指节，所述基指节由相扣装的基指节左侧板和基指节右侧板组成，所述中指节包括相对设置的中指节右侧板和中指节左侧板，所述基指节左侧板和基指节右侧板的一端通过第三轴与中指节右侧板和中指节左侧板的一端连接，所述中指节右侧板和中指节左侧板的另一端通过第四轴与远指节连接，基指节左侧板和基指节右侧板的另一端通过第一轴分别与基座一端的内壁连接，所述基指节左侧板与第一轴及基座的接触面上设置有第三滑动轴承，所述基指节右侧板与第一轴及行星减速机构的大伞齿轮的接触面上设置有第四滑动轴承；所述微型盘式无刷电机设置在基指节内；所述行星减速器安装在基指节内，所述微型盘式无刷电机的输出端与行星减速器的输入端相连接，所述行星减速器的输出轴与小伞齿轮通过型面配合连接，所述小伞齿轮与基指节左侧板之间通过第一滑动轴承连接，所述小伞齿轮与大伞齿轮外啮合；所述预紧绳轮安装在基座与基指节左侧板中间的第一轴上通过销定位，且预紧绳轮与基指节左侧板及第一轴的接触面上设置有第二滑动轴承，所述基指节左侧板和基指节右侧板之间的第一轴上安装有第一小直齿轮，所述行星减速机构的大伞齿轮固装在第一小直齿轮的台肩端面上，所述第一小直齿轮与基指节左侧板的接触面上设置有第五滑动轴承，所述基座的另一端安装有第二轴，所述第二轴与第一轴并列设置，所述第二小直齿轮套装在第二轴上，所述第二小直齿轮的台肩端面上固装有第一大直齿轮，所述第一大直齿轮与第一小直齿轮外啮合，所述第二小直齿轮与第二大直齿轮外啮合，所述第二大直齿轮与基指节左侧板固接，所述传动绳轮安装在第三轴上通过销定位且与中指节右侧板固接，所述预紧绳轮和传动绳轮之间通过两根钢丝绳连接，所述两根钢丝绳交叉设置，所述钢丝绳预紧块的一端设置在预紧绳轮的凹槽内，钢丝绳预紧块的一端穿出基座，所述四个钢丝绳连接球分别与两根钢丝绳的端头固接，一根钢丝绳一端的钢丝绳连接球卡装在钢丝绳预紧块的凹槽内，所述一根钢丝绳的另一端的钢丝绳连接球卡装在传动绳轮的凹槽内，另一根钢丝绳两端的钢丝绳连接球分别安装在预紧绳轮的凹槽内和传动绳轮的凹槽内，所述连杆的一端通过第五轴与基指节右侧板连接，所述连杆的另一端通过第六轴与远指节连接。

本发明具有以下有益效果：本发明将电机及传动机构全部集成于手指内部，占用手掌体积小，假手有效利用空间充足，解放了手掌空间；打破了现有假手的研究还主要集中在有效利用体积最大的臂部骨骼离断的全手阶段的现状，现有的假手安装时要求上肢残疾人患者整手残疾，并且对小臂残肢长度有一定要求，针对手部骨骼残疾的研究因为其有效利用体积小基本处于空白状态，本发明通过连接装置与手掌相连接，为自手掌掌骨离断的残疾人提供假肢，本发明尤其适合于自手掌掌骨离断的残疾人使用。本发明基予模块化设计，安装调试方便，维修快捷，可以通过与不同的手掌相配，组成全掌手和半掌手，因其占用手掌体积有限，可以大大减小手掌的体积，提高了假手的集成化程度。本发明开合速度快，运动平稳，手指出力大，手指外形尺寸比成人手指略小，运动方式高度拟人化，手指的整体性能接近于实际手指。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖视示意图，图2是本发明的局部剖视图，图3是图1的a处局部放大图，图4是图1的A-A剖视图，图5是图1的B向视图，图6是本发明的整体外观示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式的电机内置式假手指包括微型盘式无刷电机20、传动机构和手指机构，所述传动机构由行星减速器21、小伞齿轮42、第一滑动轴承43、大伞齿轮26、连杆6、预紧绳轮24、传动绳轮17、两根钢丝绳16、钢丝绳预紧块29、第二滑动轴承27、第二轴37、第五滑动轴承39、四个钢丝绳连接球44、第一小直齿轮41、第一大直齿轮34、第二小直齿轮35和第二大直齿轮38组成，所述手指机构包括基座1、第一轴40、第三轴18、第四轴12、第三滑动轴承48、第四滑动轴承28、基指节、中指节和远指节11，所述基指节由相扣装的基指节左侧板23和基指节右侧板19组成，所述中指节包括相对设置的中指节右侧板14和中指节左侧板50，所述基指节左侧板23和基指节右侧板19的一端通过第三轴18与中指节右侧板14和中指节左侧板50的一端连接，所述中指节右侧板14和中指节左侧板50的另一端通过第四轴12与远指节11连接，基指节左侧板23和基指节右侧板19的另一端通过第一轴40分别与基座1一端的内壁连接，所述基指节左侧板23与第一轴40及基座1的接触面上设置有第三滑动轴承48，所述基指节右侧板19与第一轴40及行星减速机构的大伞齿轮26的接触面上设置有第四滑动轴承28；所述微型盘式无刷电机20设置在基指节内；所述行星减速器21安装在基指节内，所述微型盘式无刷电机20的输出端与行星减速器21的输入端相连接，所述行星减速器21的输出轴与小伞齿轮42通过型面配合连接，所述小伞齿轮42与基指节左侧板23之间通过第一滑动轴承43连接，所述小伞齿轮42与大伞齿轮26外啮合；所述预紧绳轮24安装在基座1与基指节左侧板23中间的第一轴40上通过销定位，且预紧绳轮24与基指节左侧板23及第一轴40的接触面上设置有第二滑动轴承27，所述基指节左侧板23和基指节右侧板19之间的第一轴40上安装有第一小直齿轮41，所述行星减速机构的大伞齿轮26固装在第一小直齿轮41的台肩端面上，所述第一小直齿轮41与基指节左侧板23的接触面上设置有第五滑动轴承39，所述基座1的另一端安装有第二轴37，所述第二轴37与第一轴40并列设置，所述第二小直齿轮35套装在第二轴37上，所述第二小直齿轮35的台肩端面上固装有第一大直齿轮34，所述第一大直齿轮34与第一小直齿轮41外啮合，所述第二小直齿轮35与第二大直齿轮38外啮合，所述第二大直齿轮38与基指节左侧板23固接，所述传动绳轮17安装在第三轴18上通过销定位且与中指节右侧板14固接，所述预紧绳轮24和传动绳轮17之间通过两根钢丝绳16连接，所述两根钢丝绳16交叉设置，所述钢丝绳预紧块29的一端设置在预紧绳轮24的凹槽内，钢丝绳预紧块29的一端穿出基座1，所述四个钢丝绳连接球44分别与两根钢丝绳16的端头固接，一根钢丝绳16一端的钢丝绳连接球44卡装在钢丝绳预紧块29的凹槽内，所述一根钢丝绳16的另一端的钢丝绳连接球44卡装在传动绳轮17的凹槽17-1内，另一根钢丝绳16两端的钢丝绳连接球44分别安装在预紧绳轮24的凹槽24-1内和传动绳轮17的凹槽17-1内，所述连杆6的一端通过第五轴5与基指节右侧板19连接，所述连杆6的另一端通过第六轴9与远指节11连接。所述行星减速器21构成行星减速机构，所述第一滑动轴承43、小伞齿轮42、大伞齿轮26、第一小直齿轮41、第一轴40、第一大直齿轮34、第二小直齿轮35、第二轴37、基座36和基指节右侧板19构成周转轮系，手指机构采用全耦合方式，手指基指节与中指节采用绳传动，中指节与远指节采用连杆传动，行星减速器21的减速比为64∶1。

具体实施方式二：参见图1和图3，本实施方式的电机内置式假手指还增加有位置传感器，所述位置传感器由电位器32、滑动轴承33和电位器连接板31组成，所述电位器连接板31套装在第二轴37上且固装在基座1的内壁上，所述电位器32固装在电位器连接板31上并通过滑动轴承33与第二轴37连接，滑动轴承33的下端与第一大直齿轮34固接。如此设置，通过电位器的电压变化经过换算得到基关节的绝对位置。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：参见图4，本实施方式的电机内置式假手指还增加有力矩传感器，所述力矩传感器由两个应变片49组成，所述两个应变片49沿假手指的轴线对称贴于基指节左侧板23上。如此设置，通过应变片的变化经过换算得到力矩。应变片以对称方式贴于基指节左侧板的力矩敏感部位，基指节左侧板的力矩敏感部位即为承受手指的全部力矩的部位。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：参见图4和图5，本实施方式的中指节还增加有中指节上盖板7和中指节指肚22，所述中指节上盖板7设置在中指节右侧板14和中指节左侧板50的上端，中指节指肚22设置在中指节右侧板14和中指节左侧板50的下端。如此设置，中指节上盖板7、中指节右侧板14、中指节左侧板50和中指节指肚22构成中指节外形，使假手指的外形更形象逼真，更接近于人手指。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：参见图1和图4，本实施方式的手指机构还增加有基关节上层盖板46、基关节下层盖板45、中关节盖板15和远关节盖板13，所述基关节上层盖板46包覆在基关节外通过胶结配置在基座36上，基关节下层盖板45置于基关节上层盖板46内侧且固接在基指节左侧板23上，所述中关节盖板15包覆在中关节外，所述中关节盖板15通过轴18配置于基指节右侧板19上，所述远关节盖板13包覆在远关节外，所述远关节盖板13通过轴12配置于远指节11上。如此设置，基关节上层盖板46、基关节下层盖板45、中关节盖板15和远关节盖板13在运动过程中保持了手指关节的外形，使假手指的外形更形象逼真，更接近于人手指，同时将柔性PCB线与基座内的齿轮分隔开，保证机构的正常运行。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

工作原理：(参见图1～图6)开始通过调整钢丝绳预紧块29使得钢丝绳16与预紧绳轮24和传动绳轮17紧密贴合，构成具有固定传动比的基指节传动机构。经减速比为64∶1的行星减速器21将微型盘式无刷电机20的高速转动将为低速传动，以降低假手指噪音，行星减速器21通过小伞齿轮42将动力传递给大伞齿轮26，大伞齿轮26与第一小直齿轮41为双联齿轮并可绕第一轴40转动，动力通过第一小直齿轮41传递给第一大直齿轮34，第一大直齿轮34与第二小直齿轮35为双联齿轮并可绕第二轴37转动，动力通过第二小直齿轮35传递给第二大直齿轮38，第二大直齿轮38与基指节左侧板23固接，动力通过基指节左侧板23传递给基指节右侧板19，从而驱动基指节运动；预紧绳轮24与基座36固接，基指节转动，引起一根钢丝绳16在预紧绳轮24上的缠绕长度增加，另一根钢丝绳16在预紧绳轮24上的缠绕长度减小，使得传动绳轮17绕轴18转动，传动绳轮17与中指节固接，基指节运动传递到中指节；中指节运动通过由基指节左侧板23、基指节右侧板19、第五轴5、连杆6、第六轴9、中指节右侧板14、中指节左侧板50、第四轴12和远指节11构成的中指节四杆机构传递到远指节，实现拟人化的合拢与伸展运动。位置传感器：电位器连接板31套装在第二轴37上且固装在基座1的内壁上，所述电位器32固装在电位器连接板31上并通过滑动轴承33与第二轴37连接，滑动轴承33的下端与第一大直齿轮34固接，第二小直齿轮35与第二大直齿轮38的传动比为2∶1，自手指完全张开到完全合拢，基指节转动角度为95度，第二小直齿轮35转动角度为190度，小于电位器32的最大可转范围(300度)，所以可通过电位器32的电压变化经过换算得到基关节的绝对位置。力矩传感器：应变片49以对称方式贴于基指节左侧板23的力矩敏感部位，基指节左侧板23与基指节右侧板19通过型面配合及螺钉连接构成基指节，动力自微型盘式无刷电机20始，经行星减速器21、小伞齿轮42、大伞齿轮26、第一小直齿轮41、第一大直齿轮34、第二小直齿轮35和第二大直齿轮38传递到基指节左侧板23，再经基指节左侧板23传递到基指节，所以应变片49所贴部位承受手指的全部力矩。

Claims (5)

1、一种电机内置式假手指，它包括微型盘式无刷电机(20)、传动机构和手指机构，其特征在于：所述传动机构由行星减速器(21)、小伞齿轮(42)、第一滑动轴承(43)、大伞齿轮(26)、连杆(6)、预紧绳轮(24)、传动绳轮(17)、两根钢丝绳(16)、钢丝绳预紧块(29)、第二滑动轴承(27)、第二轴(37)、第五滑动轴承(39)、四个钢丝绳连接球(44)、第一小直齿轮(41)、第一大直齿轮(34)、第二小直齿轮(35)和第二大直齿轮(38)组成，所述手指机构包括基座(1)、第一轴(40)、第三轴(18)、第四轴(12)、第三滑动轴承(48)、第四滑动轴承(28)、基指节、中指节和远指节(11)，所述基指节由相扣装的基指节左侧板(23)和基指节右侧板(19)组成，所述中指节包括相对设置的中指节右侧板(14)和中指节左侧板(50)，所述基指节左侧板(23)和基指节右侧板(19)的一端通过第三轴(18)与中指节右侧板(14)和中指节左侧板(50)的一端连接，所述中指节右侧板(14)和中指节左侧板(50)的另一端通过第四轴(12)与远指节(11)连接，基指节左侧板(23)和基指节右侧板(19)的另一端通过第一轴(40)分别与基座(1)一端的内壁连接，所述基指节左侧板(23)与第一轴(40)及基座(1)的接触面上设置有第三滑动轴承(48)，所述基指节右侧板(19)与第一轴(40)及行星减速机构的大伞齿轮(26)的接触面上设置有第四滑动轴承(28)；所述微型盘式无刷电机(20)设置在基指节内；所述行星减速器(21)安装在基指节内，所述微型盘式无刷电机(20)的输出端与行星减速器(21)的输入端相连接，所述行星减速器(21)的输出轴与小伞齿轮(42)通过型面配合连接，所述小伞齿轮(42)与基指节左侧板(23)之间通过第一滑动轴承(43)连接，所述小伞齿轮(42)与大伞齿轮(26)外啮合；所述预紧绳轮(24)安装在基座(1)与基指节左侧板(23)中间的第一轴(40)上通过销定位，且预紧绳轮(24)与基指节左侧板(23)及第一轴(40)的接触面上设置有第二滑动轴承(27)，所述基指节左侧板(23)和基指节右侧板(19)之间的第一轴(40)上安装有第一小直齿轮(41)，所述行星减速机构的大伞齿轮(26)固装在第一小直齿轮(41)的台肩端面上，所述第一小直齿轮(41)与基指节左侧板(23)的接触面上设置有第五滑动轴承(39)，所述基座(1)的另一端安装有第二轴(37)，所述第二轴(37)与第一轴(40)并列设置，所述第二小直齿轮(35)套装在第二轴(37)上，所述第二小直齿轮(35)的台肩端面上固装有第一大直齿轮(34)，所述第一大直齿轮(34)与第一小直齿轮(41)外啮合，所述第二小直齿轮(35)与第二大直齿轮(38)外啮合，所述第二大直齿轮(38)与基指节左侧板(23)固接，所述传动绳轮(17)安装在第三轴(18)上通过销定位且与中指节右侧板(14)固接，所述预紧绳轮(24)和传动绳轮(17)之间通过两根钢丝绳(16)连接，所述两根钢丝绳(16)交叉设置，所述钢丝绳预紧块(29)的一端设置在预紧绳轮(24)的凹槽内，钢丝绳预紧块(29)的一端穿出基座(1)，所述四个钢丝绳连接球(44)分别与两根钢丝绳(16)的端头固接，一根钢丝绳(16)一端的钢丝绳连接球(44)卡装在钢丝绳预紧块(29)的凹槽内，所述一根钢丝绳(16)的另一端的钢丝绳连接球(44)卡装在传动绳轮(17)的凹槽(17-1)内，另一根钢丝绳(16)两端的钢丝绳连接球(44)分别安装在预紧绳轮(24)的凹槽(24-1)内和传动绳轮(17)的凹槽(17-1)内，所述连杆(6)的一端通过第五轴(5)与基指节右侧板(19)连接，所述连杆(6)的另一端通过第六轴(9)与远指节(11)连接。

2、根据权利要求1所述电机内置式假手指，其特征在于：所述电机内置式假手指还包括位置传感器，所述位置传感器由电位器(32)、滑动轴承(33)和电位器连接板(31)组成，所述电位器连接板(31)套装在第二轴(37)上且固装在基座(1)的内壁上，所述电位器(32)固装在电位器连接板(31)上并通过滑动轴承(33)与第二轴(37)连接，滑动轴承(33)的下端与第一大直齿轮(34)固接。

3、根据权利要求2所述电机内置式假手指，其特征在于：所述电机内置式假手指还包括力矩传感器，所述力矩传感器由两个应变片(49)组成，所述两个应变片(49)沿假手指的轴线对称贴于基指节左侧板(23)上。

4、根据权利要求1、2或3所述电机内置式假手指，其特征在于：所述中指节还包括中指节上盖板(7)和中指节指肚(22)，所述中指节上盖板(7)设置在中指节右侧板(14)和中指节左侧板(50)的上端，中指节指肚(22)设置在中指节右侧板(14)和中指节左侧板(50)的下端。

5、根据权利要求4所述电机内置式假手指，其特征在于：所述手指机构还包括基关节上层盖板(46)、基关节下层盖板(45)、中关节盖板(15)和远关节盖板(13)，所述基关节上层盖板(46)包覆在基关节外通过胶结配置在基座(1)上，基关节下层盖板(45)置于基关节上层盖板(46)内侧且固接在基指节左侧板(23)上，所述中关节盖板(15)包覆在中关节外，所述中关节盖板(15)通过轴(18)配置于基指节右侧板(19)上，所述远关节盖板(13)包覆在远关节外，所述远关节盖板(13)通过轴(12)配置于远指节(11)上。

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