[實用新型]一種薩克斯專用仿生手

有效

• 申請號: 201420346439.5
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN204248899U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 范東宇;王玥;劉佩增;何江龍;楊凱;陳凱翔;趙亮;劉泫梓
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種應用型手指結構，是一種完全為吹奏薩克斯的需求所設計的手指結構，能夠完全符合薩克斯吹奏的按鍵要求，并且符合人體功效學。

背景技術

目前，現有的薩克斯機器人的手指設計都是不完整的，由于薩克斯的構造復雜、按鍵很多，一個手指需要控制一個或者多個按鍵，現有的薩克斯機器人的手指設計大多為一個自由度、最多為兩個自由度，不能完全滿足薩克斯的按鍵要求，即薩克斯的音域不能完全保證，在吹奏時只能選擇音域較窄的歌曲。而現有的一些靈巧手能夠實現很多仿生的復雜操作功能，但是由于靈巧手的結構過于復雜，并且很難做成仿人手的大小，基本上現有的靈巧手的關節結構均使用電機作為動力來源，由于薩克斯的大小不能定做，所以手指的大小被限定，不能在關節處使用電機作為動力來源，而且成本會很高，所以靈巧手并不適合作為薩克斯機器人的仿生手。

針對上述不足，本申請研制了一套新型的薩克斯專用應用型仿生手結構。通過對薩克斯吹奏的了解，發現每個手指所控制的鍵的個數以及方法均不相同，比如，左手食指需要三個單向自由度、左手中指需要兩個單向自由度、左手無名指和右手中指和無名指只需要一個單向自由度。所以按照每個手指的需要，設計特定的結構。這樣不僅可以節約成本，還能夠減少舵機的控制復雜度，提高設計控制的效率，并且提高手指結構的緊湊度。

實用新型內容

本實用新型仿生手需要解決以前仿生手的包括手指功能不完善、手指過大不符合吹奏薩克斯的要求、結構過于復雜浪費成本和增加控制復雜度等問題，并且提出一種實用新型仿生手的結構，解決以上不足。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：仿生手包括兩只手掌和十個手指(由于吹奏薩克斯左手右手按鍵方式不一樣，所以設計結構并不對稱)；兩只手掌分為左掌和右掌，左掌有一個垂直延伸板，延伸板上安裝左手拇指(有按鍵功能)，右掌沒有垂直延伸板，右手拇指(沒有按鍵功能)固定在右手臂上，用來固定薩克斯中部的位置，故不需要延伸板，安裝在延伸板上反而影響手掌的結構強度。

組成手指的基本部分包括指尖(一個)、連接件(無、一個或多個)、固定件(一個)和關節(一個或多個)。指尖用于按鍵，關節用于控制指尖或鏈接件的轉動來按鍵，固定件固定于手掌之上并調整手指的位置，連接件用于連接指尖與固定件。本申請采用舵機作為動力來源，配以拉線轉動關節以帶動連接件以及指尖的轉動。拉線從關節下方與鏈接件的橫板上的小孔穿過并纏繞固定在圓形關節的凹槽中，另一端連接在舵機的舵盤上。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進：

進一步，在固定板的延伸板上設計有一滑槽，并在手掌上設計兩道水平平行且與手指固定板上的滑槽寬度一樣的滑槽。根據兩點一線原則，能夠盡最大可能增加手指的調整范圍，用兩個直徑與滑槽寬度相同的螺栓固定。由于手指處受力不大，擰緊螺栓的摩擦力足以保證手指裝配調整后固定不動。

進一步，仔細研究每個薩克斯按鍵的手指控制，發現左手食指需要三個單向自由度；左手中指需要兩個單向自由度；左手拇指和無名指、右手中指和無名指只需要一個單向自由度；左手小指和右手食指需要兩個單向自由度和一個擺動自由度。通過對自由度的分析，我們可以基本確定手指的結構，即，N個單向自由度需要N-1個連接件，需要N個關節。

進一步，有關于關節滑輪的設計，關節滑輪設計為一個圓柱形滑輪，圓柱面中部設計為凹槽，圓心處打一通孔，用以穿過同樣大小的軸，保證關節與連接件或固定件之間的相對同軸轉動。在非圓心處打一螺紋孔(或通孔)，用以連接指尖(或連接件)，保證指尖(或連接件)與該關節保持相對靜止，以此通過關節轉動來帶動指尖(或連接件)的轉動，實現手指的按鍵。通過在凹槽中設計一個壓線螺絲，來保證拉線與關節滑輪之間的相對靜止。

進一步，有關連接件的結構設計，所述仿生手的各手指的指節個數為0-2個不等，由于手指的驅動源來自于關節處的拉線，為保證各拉線正常工作(能夠保持關節兩端拉線平行)而不相互干擾，則關節的設計必須有大小的區分，靠近指尖(遠離舵機)的關節較大，遠離指尖(靠近舵機)的關節較小。而連接件的結構設計則是根據關節的大小梯度變化而設計成“折線”型。

進一步，有關多單向自由度的連接件的尺寸設計，根據薩克斯在proe中的三維掃描立體圖來建立手指模型，手指結構的尺寸基本可以在建模中確立，為了減少舵機的驅動力，應該相應將關節設計的比較大，而連接件(或指尖)的受力位置應該相應的同轉動軸的位置靠近。根據建立的模型來不斷調整尺寸，最終使得手指能夠完整依附于手掌之上，并且將手指按鍵能動部分與薩克斯按鍵完美貼合。