[發明專利]一種基于雙輸出纏繞繩驅動器的假肢手

在審

• 申請號: 202010634828.8
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111643234A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 江勵;唐黎明;熊達明
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: A61F2/58
• 分類號: A61F2/58;A61F2/70;B25J9/00;B25J15/00
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 李彥孚

本發明提供一種基于雙輸出纏繞繩驅動器的假肢手，包括手臂、手掌、與手掌連接的大拇指、食指、中指、無名指、小指，所述的假肢手還包括用于驅動大拇指、食指、中指、無名指、小指動作的雙輸出纏繞繩組件。本發明結構緊湊體積小，質量輕，便于實現靈巧手或假肢手的小型化設計；由于該驅動器采用的是單電機雙輸出的驅動方式，使得控制難度大大降低，并可降低控制系統的開發和生產成本；通過調整雙輸出的繩索的預纏繞的圈數可以實現對手指的剛度的調整，從而將外界沖擊載荷作用下手指零部件的損傷降低到最小程度；同時也可以減小假肢手在抓取物體時對物體造成的損傷；由于手指的回復運動不需要彈簧的輔助作用，從而使得手指的最大指尖力得以提升。

技術領域

本發明涉及機械人技術領域，尤其是一種基于雙輸出纏繞繩驅動器的假肢手。

背景技術

近年來，隨著經濟的快速發展，機器人也得到了快速發展，并廣泛運用于各個領域，機械手是機器人工作的最終執行機構，其性能直接決定了機器人的工作能力。與人類相似，具有高度通用性與靈巧性的機械手的開發十分必要。

目前，在機器人靈巧手以及醫療假肢手的設計中，手指的驅動方案大體上可以分為以下幾種：

1、電機、減速器以及齒輪相組合所形成的剛性驅動方案；

2、氣壓缸或液壓缸以及與之相匹配的能源供應裝置所形成的氣、液驅動方案；

3、采用形狀記憶合金、形狀記憶聚合物作為驅動器，電機、減速器、牽引繩索相組合作為驅動器以及氣動肌腱和與之相匹配的氣源系統作為驅動器的類肌腱柔性驅動方案。

然而，對于第一類驅動方案來說盡管可以通過電機的正反方向的轉動而實現手指繞關節的兩個方向的轉動，但是受到驅動以及動力傳遞系統自身特性的影響，在任意狀態下整個手指表現出剛性特性，這使得當外界較大的沖擊載荷作用于手指時會導致傳手指零部件的損壞。

對于氣、液驅動方案來說，其氣壓源或液壓源的安置問題仍然是限制其在機器人靈巧手，尤其是醫療假肢手領域應用的一個關鍵性制約因素。

對于類肌腱柔性驅動方案來說，目前為了實現手指繞關節雙向運動主要采用兩種方法。第一種是兩個驅動器采取拮抗式的布置方法，但是驅動器數量的增加使得整體的質量以及體積難以減小，并且增加了控制難度使得控制系統更加復雜。第二種是采用單個類肌腱驅動器與復位彈簧相結合的方法，由類肌腱驅動器實現手指的向內彎曲運動，而手指的反向復位運動則由復位彈簧實現。但是由于復位彈簧的存在驅動器的輸出力一部分將會用于克服彈簧的反向拉力，從而導致了驅動器的有效作用力的減小，進一步導致指尖力的減小。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于雙輸出纏繞繩驅動器的假肢手，本發明的假肢手可以在相同的條件下提高手指指尖的有效輸出力，實現指尖力的最大化，并且由于本發明采用的纏繞繩本身的剛度系數是有限的，并且繩索的剛度可以通過調整其預纏繞的圈數來改變，這使得在受到沖擊載荷作用時纏繞繩所具有的彈性能夠起到一定的緩沖作用，從而在一定程度上實現了對手指的保護作用。

本發明的技術方案為：一種基于雙輸出纏繞繩驅動器的假肢手，包括手臂、手掌、與手掌連接的大拇指、食指、中指、無名指、小指，所述的假肢手還包括用于驅動大拇指、食指、中指、無名指、小指動作的雙輸出纏繞繩組件。

優選的，所述的手臂包括手臂殼體、手臂連接座，所述的手臂連接座設置在手臂殼體一端，并且所述的手臂殼體內具有一用于安裝雙輸出纏繞繩組件的腔室。

優選的，所述的雙輸出纏繞繩組件包括多個纏繞繩驅動器和多對輸出纏繞繩，輸出端繩座、雙輸出繩連接座，多個纏繞繩驅動器均設置在手臂殼體的腔室內，所述的輸出端繩座、雙輸出繩連接座安裝在手臂殼體內側壁上，多對輸出纏繞繩的一端分別與相應的纏繞繩驅動器連接，然后分別穿過輸出端繩座、雙輸出繩連接座與大拇指、食指、中指、無名指、小指連接。