[發(fā)明專利]基關節(jié)與指間關節(jié)各自獨立驅動的仿人手指

有效

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• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105751232B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 姜力;劉源;何其佳;樊紹巍;程明;楊大鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 遲芳

技術領域

本發(fā)明具體涉及一種基關節(jié)與指間關節(jié)各自獨立驅動的仿人手指。

背景技術

根據(jù)抓取分類學研究表明，人手在進行靈巧操作時，人手的靈巧性集中體現(xiàn)在手指的外展-內(nèi)收和基關節(jié)與指間關節(jié)的運動獨立性。雖然手指的外展-內(nèi)收對于靈巧性抓取任務具有重要作用，但在靜態(tài)抓取時，不同的抓取任務中手指外展-內(nèi)收的關節(jié)角度較為一致，變化不明顯。但在假手設計中，考慮到外形擬人、尺寸小、重量低的要求，在當前科技水平的限制下，當前研究型假手及商業(yè)假手的設計中常忽略手指的外展-內(nèi)收自由度，又由于其在靜態(tài)抓取中表現(xiàn)出的高度一致性，因此常采用手指關節(jié)轉軸的擬人的偏置來實現(xiàn)手指間固定的開合動作。手指基關節(jié)與指間關節(jié)的運動獨立性一直以來都是假手以及新型欠驅動手指機構研究的重點。

而當前假肢手基關節(jié)和指間關節(jié)的驅動多采用全局耦合的設計方式，將每根手指的自由度縮減為一個。除此之外還有一部分假肢手采用了欠驅動的方式來實現(xiàn)包絡抓取。但無論是全耦合設計，還是欠驅動設計，都有一個缺陷，就是手指的近關節(jié)和遠關節(jié)無法獨立運動，因此無法完成諸如抓圓盤等一系列動作，不能完全復現(xiàn)人手的靈巧性。從仿生的角度來看，人手抓取物體的協(xié)同性理論分析結果表明，人手完成多種抓取任務的抓取姿勢可以由少數(shù)幾種特征姿勢線性組合而復現(xiàn)，同時復現(xiàn)準確性能夠保持在可接受的范圍內(nèi)。研究結果表明，人手在抓取物體時的第一特征姿勢往往表現(xiàn)為手基關節(jié)的運動，第二特征姿勢往往表現(xiàn)為手指指間關節(jié)的運動，從復現(xiàn)人手靈巧的抓取能力來看，目前的高仿手指仍然未有近關節(jié)和遠關節(jié)無法獨立運動的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基關節(jié)與指間關節(jié)各自獨立驅動的仿人手指，以解決現(xiàn)有仿人手指中的近關節(jié)和遠關節(jié)無法各自獨立運動，使手指實現(xiàn)動作具有局限性，無法完全復現(xiàn)人手靈巧性的問題。

本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

基關節(jié)與指間關節(jié)各自獨立驅動的仿人手指，它包括手指基座、近指節(jié)、中指節(jié)、遠指節(jié)和連桿機構；

所述近指節(jié)包括近指節(jié)用外殼、基關節(jié)、基關節(jié)用電位計、第一扭簧、第一滑輪和第一鋼絲，所述手指基座的一端位于近指節(jié)用外殼內(nèi)且該端通過基關節(jié)與近指節(jié)用外殼相鉸接，所述手指基座的另一端設置在手掌部件上，所述基關節(jié)用電位計套裝在基關節(jié)外且其分別與近指節(jié)用外殼和基關節(jié)相連接，所述第一扭簧位于近指節(jié)用外殼內(nèi)且其套裝在手指基座上，所述第一滑輪固定安裝在近指節(jié)用外殼內(nèi)，所述第一鋼絲的一端固定連接在手掌部件上，所述第一鋼絲的另一端繞過基關節(jié)固定連接在第一滑輪上；

所述中指節(jié)包括中指節(jié)用外殼、指間關節(jié)、指間關節(jié)用電位計、第二滑輪、鋼絲套管和第二鋼絲，所述近指節(jié)用外殼通過指間關節(jié)設置在中指節(jié)用外殼內(nèi)，所述指間關節(jié)用電位計套裝在指間關節(jié)外且其分別與中指節(jié)用外殼和指間關節(jié)相連接，鋼絲套管設置在近指節(jié)用外殼內(nèi)，第二滑輪固定安裝在中指節(jié)用外殼內(nèi)，所述第二鋼絲的一端設置在手掌部件上，所述第二鋼絲的另一端穿過鋼絲套管固定連接在第二滑輪上；

所述遠指節(jié)設置在中指節(jié)遠離近指節(jié)的一端，所述遠指節(jié)通過連桿機構與近指節(jié)中的近指節(jié)用外殼相連接。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明中近指節(jié)通過第一鋼絲驅動，中指節(jié)通過第二鋼絲和鋼絲套管相配合實現(xiàn)驅動，第二鋼絲和和鋼絲套管之間配合設置使指間關節(jié)到手掌間的鋼絲長度在手指的彎曲過程中保持不變，最大限度的減少了由于近指節(jié)轉動引起的指間關節(jié)轉動。由于近指節(jié)和中指節(jié)用兩根鋼絲分別驅動，因此可以獨立運動。

2、本發(fā)明中基關節(jié)和指間關節(jié)各自獨立運動，提高本發(fā)明的靈巧性，能夠復現(xiàn)抓圓盤及其他一系列的人手抓握動作。

3、本發(fā)明還能夠實現(xiàn)抓握的主從分治。主從分治是一個前沿且實用的假手設計方法，在未碰到物體之前，以耦合的方式主動完成抓握動作，在手指碰到物體之后，可以順應地實現(xiàn)包絡。這樣就能夠同時繼承全耦合假手抓握姿勢美觀和傳統(tǒng)欠驅動假手抓握穩(wěn)定的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的主視結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的主視結構剖面圖；

圖3為本發(fā)明的側視結構示意圖，圖中去掉第一鋼絲2-6和第二鋼絲3-6；

圖4為本發(fā)明的側視結構剖面圖，圖中去掉第一鋼絲2-6和第二鋼絲3-6。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式包括手指基座1、近指節(jié)2、中指節(jié)3、遠指節(jié)4和連桿機構；