一种具有快速反射抓取功能的耦合自适应欠驱动仿人手指装置

摘要

具有快速反射抓取功能的耦合自适应欠驱动仿人手指装置，它涉及一种残疾人假肢手上的仿人手指装置。本发明采用电机和微驱动器联合驱动主、次两套运动机构，次运动具备快速反射运动功能，解决了已有假肢手仿人手指存在抓取不稳定等问题。本发明所述的主运动机构由传动齿轮、传动连杆、耦合弹性连杆和弹性限位元件构成，采用电机驱动，可实现三关节仿人手指拟人化的耦合抓取过程与欠驱动自适应抓取过程融为一体的功能；本发明特别涉及的次运动机构由加装微驱动器的连杆机构构成，其中微驱动器安装于第一传动连杆和第二传动连杆中，当主运动机构完成对物体的包络抓取后、若安装于指尖的滑动传感器检测到物体与手指之间有相对滑动时，微驱动器可产生快速响应，联合主运动连杆机构实现对物体的稳定抓取，防止物体滑落。该手指装置结构简单、制造成本低，可输出力大，在外观与动作上都具有拟人特性，特别适合应用在残疾人假肢手上。

主权项

一种具有快速反射抓取功能的耦合自适应欠驱动仿人手指装置，其特征在于：所述的耦合自适应欠驱动仿人手指装置，包括主、次两套运动机构，所述的主运动机构包括基座(1)、电机(2)、减速器(3)、小伞齿轮(22)、大伞齿轮(23)、近指节(19)、中指节(20)和远指节(21)；所述的次运动机构由第一传动连杆(6)、第二传动连杆(13)以及嵌入在这两个连杆中的微驱动器(7)构成；所述的电机(2)与基座(1)固接，电机(2)的输出轴与所述的减速器(3)的输入轴相连接，所述的减速器(3)的输出轴与小伞齿轮(22)连接，所述的小伞齿轮(22)与大伞齿轮(23)啮合，所述的大伞齿轮(22)与近关节轴(4)采用键连接，所述的近指节(19)与基座(1)通过近关节轴(4)转动连接，中指节(20)与近指节(19)通过中关节轴(11)转动连接，中指节(20)与远指节(21)通过远关节轴(17)转动连接，所述的近关节轴(4)、中关节轴(11)和远关节轴(17)的轴线相互平行；该具有快速反射抓取功能的耦合自适应欠驱动仿人手指装置，其主运动机构还包括第一传动连杆(6)、近关节连杆(8)、第一连杆轴(5)、第一耦合弹性连杆(10)、第一耦合弹性连杆轴(9)、第二连杆轴(12)、第二传动连杆(13)、中关节连杆(14)、第二耦合弹性连杆(16)、第二耦合弹性连杆轴(15)、第三连杆轴(18)、近关节扭簧(24)、中关节扭簧(25)；所述的近关节连杆(8)一端与近关节轴(4)固接，近关节连杆(8)的另一端通过第一连杆轴(5)与所述的第一传动连杆(6)的一端转动连接，第一传动连杆(6)的另一端通过第二连杆轴(12)与所述的中关节连杆(14)一端转动连接，中关节连杆(14)的另一端与所述的中关节轴(11)转动连接，所述的第一耦合弹性连杆(10)一端与基座通过第一耦合弹性连杆轴(9)转动连接，第一耦合弹性连杆(10)的另一端与中关节连杆(14)通过第二连杆轴(12)转动连接；所述的第二传动连杆(13)一端与中关节连杆(14)通过第二连杆轴(12)转动连接，第二传动连杆(13)的另一端与远指节(21)通过第三连杆轴(18)转动连接，所述的第二耦合弹性连杆(16)一端与近指节通过第二耦合弹性连杆轴(15)转动连接，第二耦合弹性连杆(16)的另一端与远指节(20)通过第三连杆轴(18)转动连接；所述的近关节扭簧(24)的两端分别连接近指节(19)和近关节连杆(8)，所述的中关节扭簧(25)的两端分别连接中指节(20)和中关节连杆(14)；所述的近关节轴(4)、中关节轴(11)、远关节轴(17)、第一连杆轴(5)、第二连杆轴(12)、第一耦合弹性连杆轴(9)，第二耦合弹性连杆轴(15)与第三连杆轴(18)的轴线相互平行，且满足如下的位置关系：设近关节轴(4)轴线与中关节轴(11)轴线所在平面为A，中关节轴(11)轴线与远关节轴(17)轴线所在平面为B，则第一连杆轴(5)和第二连杆轴(12)在平面A的同侧，第一耦合弹性连杆轴(9)位于平面A的另一侧；第二连杆轴(12)和第三连杆轴(18)位于平面B同侧，第二耦合弹性连杆轴(15)位于平面B的另一侧；所述的第一耦合弹性连杆(10)、第二耦合弹性连杆(16)，由普通连杆和弹性元件组成，具有弹性拉伸与收缩功能的连杆，实现前级指节接触物体(28)后，后级其余指节对被抓物体(28)的进一步自适应包络抓取；所述的近关节扭簧(24)、中关节扭簧(25)的刚度较小，用以维持手指动作前各指节的初始形态；所述的第一耦合弹性连杆(10)、第二耦合弹性连杆(16)压簧的刚度比近关节扭簧(24)、中关节扭簧(25)的刚度稍大；所述的耦合自适应欠驱动仿人手指装置，所述的次运动机构由安装于第一传动连杆以及第二连杆中微驱动器组成，若手指与物体有相对滑动，则微驱动器工作快速伸长。