具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能的外骨骼手指

摘要

具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能的外骨骼手指，它涉及一种具有双向主动驱动和力反馈的数据手套手指。本发明的目的是为解决现有力反馈数据手套存在的需与人手手指指节配合才能运动；不能实现双向主动驱动；结构臃肿，集成度低；力反馈时，不能很好的区分“接触”和“非接触”模式。摩擦问题突出，不利于控制的缺陷。本发明的电机驱动系统的输出端与可伸长外骨骼机构的输入端相连接，可伸长外骨骼机构的输出端与指尖力反馈装置和位置跟随装置连接，组成一个模块化的力反馈手指，其优点是结构更为紧凑、系统带宽较高、能根据从手工作在自由空间或者约束空间进而实现对操作者手指运动的位置跟随或者力反馈，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。

主权项

一种具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能的外骨骼手指，它由电机驱动系统(101)、可伸长外骨骼机构(102)和手指指尖(103)组成，其特征在于：电机驱动系统(101)的输出端与可伸长外骨骼机构(102)的输入端相连接，可伸长外骨骼机构(102)的输出端与手指指尖(103)相连接，所述电机驱动机构(101)由直流无刷电机(41)、电机固定螺钉(42)、电机座(43)、电机座安装螺钉(44)、电机输出联轴器(45)、电机座定位销(46)、安装垫套(47)、减速箱安装螺钉(48)、减速箱安装基座(49)、垫片(50)、第一机架(51)、伞齿轮固定螺钉(52)、输出伞齿轮(53)、内套筒(54)、外套筒(55)、套筒固定螺钉(56)、谐波减速器输出联轴器(57)和谐波减速箱(58)组成，直流无刷电机(41)通过电机固定螺钉(42)固定在电机座(43)上，减速箱安装基座(49)与电机座(43)之间连接有电机座安装螺钉(44)，减速箱安装基座(49)后端的边沿处设有减速箱安装螺钉(48)，减速箱安装基座(49)的后部设有安装垫套(47)，电机输出联轴器(45)设置在安装垫套(47)的后部并通过电机座定位销(46)与减速箱安装基座(49)的后部相连接，谐波减速箱(58)的后部与减速箱安装基座(49)的前部相连接，谐波减速箱(58)与减速箱安装基座(49)之间设有垫片(50)，谐波减速箱(58)的前端与谐波减速器输出联轴器(57)的后端相连接，内套筒(54)和外套筒(55)均设置在谐波减速器输出联轴器(57)的前部上面，内套筒(54)和外套筒(55)均通过套筒固定螺钉(56)与谐波减速器输出联轴器(57)固定连接，输出伞齿轮(53)通过伞齿轮固定螺钉(52)固定在谐波减速器输出联轴器(57)的前端上面，输出伞齿轮(53)设置在第一机架(51)内，所述可伸长外骨骼机构(102)由输入伞齿轮(1)、第二机架(81)、第三机架(82)、两个第一连接板(18)、两个第二连接板(21)、指尖接口(15)、第一平行四边形连杆机构(2)、第二平行四边形连杆机构(8)、第三平行四边形连杆机构(14)、第一钢丝绳传动机构(5)和第二钢丝绳传动机构(11)组成，两个第一连接板(18)分别设置在第三机架(82)的两侧上，两个第二连接板(21)分别设置在第二机架(81)的两侧上，所述第一平行四边形连杆机构(2)由第一连杆(2-1)、第二连杆(2-2)、第三连杆(2-3)和第四连杆(2-4)组成，第二平行四边形连杆机构(8)由一号连杆(8-1)、二号连杆(8-2)、三号连杆(8-3)和四号连杆(8-4)组成，第三平行四边形连杆机构(14)由连杆一(14-1)、连杆二(14-2)、连杆三(14-3)和连杆四(14-4)组成，输入伞齿轮(1)设置在第一机架(51)内且与输出伞齿轮(53)啮合，第一连杆(2-1)的一端与输入伞齿轮(1)的中部固接，第一连杆(2-1)的另一端与第二连杆(2-2)的一端铰接，第二连杆(2-2)的中心和第三连杆(2-3)的中心铰接，第三连杆(2-3)的一端与第一机架(51)的下部铰接，第二连杆(2-2)的另一端与第二机架(81)下部的一端铰接，第三连杆(2-3)的另一端与第四连杆(2-4)的一端铰接，第四连杆(2-4)的另一端与第二机架(81)上部的一端铰接；一号连杆(8-1)的一端与第二机架(81)上部的另一端铰接，三号连杆(8-3)的一端与第二机架(81)下部的另一端铰接，二号连杆(8-2)的一端与一号连杆(8-1)的另一端铰接，二号连杆(8-2)的中心和三号连杆(8-3)的中心铰接，三号连杆(8-3)的另一端与四号连杆(8-4)的一端铰接，四号连杆(8-4)的另一端与第三机架(82)上部的一端铰接，二号连杆(8-2)的另一端与第三机架(82)下部的一端铰接；连杆一(14-1)的一端与第三机架(82)上部的另一端铰接，连杆一(14-1)的另一端与连杆二(14-2)的一端铰接，连杆三(14-3)的一端与第三机架(82)下部的另一端铰接，连杆二(14-2)的中心和连杆三(14-3)的中心铰接，连杆三(14-3)的另一端与连杆四(14-4)的一端铰接，连杆四(14-4)的另一端与指尖接口(15)的一侧铰接，连杆二(14-2)的另一端铰接指尖接口(15)的另一侧铰接；所述第一钢丝绳传动机构(5)由第一线轮(5-1)、第二线轮(5-2)、第一钢丝绳(21-1)、第二钢丝绳(21-2)、第一调整螺钉(3)、第一调整滑块(4)、第二调整螺钉(7)、第二调整滑块(6)、压板(24)和固定螺钉(23)组成，第一线轮(5-1)和第二线轮(5-2)分别设置在第二机架(81)上部的两侧上，第一线轮(5-1)与第四连杆(2-4)的一端同轴，第二线轮(5-2)与一号连杆(8-1)的一端同轴，第一调整滑块(4)设置在第四连杆(2-4)上，第一调整螺钉(3)设置在第一调整滑块(4)上，第二调整螺钉(7)设置在第二调整滑块(6)上，固定螺钉(23)和压板(24)均设置在第一线轮(5-1)上，第一钢丝绳(21-1)的一端与一号连杆(8-1)固定连接，第一钢丝绳(21-1)的另一端与第一调整滑块(4)相连接，第二钢丝绳(21-2)的一端与压板(24)相连接，第二钢丝绳(21-2)的另一端设置在第二调整滑块(6)上，第二钢丝绳传动机构(11)由第三线轮(11-1)、第四线轮(11-2)、第三钢丝绳(19-1)、第四钢丝绳(19-2)、第二固定导向块(9)、螺钉(10)、第三调整螺钉(12)、第一固定导向块(13)、第一随动滑块(17)和第二随动滑块(20)组成，第一随动滑块(17)设置在连杆一(14-1)上，第三调整螺钉(12)和第一固定导向块(13)均设置在第一随动滑块(17)上，第二随动滑块(20)设置在四号连杆(8-4)上，第二固定导向块(9)和螺钉(10)均设置在第二随动滑块(20)上，第四钢丝绳(19-2)的一端与四号连杆(8-4)固定连接，第四钢丝绳(19-2)的另一端与第一固定导向块(13)相连接，第三钢丝绳(19-1)的一端与连杆一(14-1)固定连接，第三钢丝绳(19-1)的另一端与螺钉(10)相连接，第三线轮(11-1)和第四线轮(11-2)分别设置在第三机架(82)上部的两侧上，第三线轮(11-1)和四号连杆(8-4)同轴，第四线轮(11-2)和连杆四(14-1)同轴，所述手指指尖(103)由指背固定基座(62)、第一安装基座(63-1)、第一压阻传感器(64-1)、第一覆盖层(65-1)、第二安装基座(63-2)、第二压阻传感器(64-2)、第二覆盖层(65-2)、指面固定基座安装螺钉(66)、位置跟踪检测部件(67)、指面固定基座(68)、指尖挡板(69)和指尖安装基座辅助固定帽(70)组成，指尖挡板(69)固定在指面固定基座(68)一端的外侧面上，第二安装基座(63-2)由指尖安装基座辅助固定帽(70)固定在指面固定基座(68)一端的内侧面上，第二压阻传感器(64-2)固定在第二安装基座(63-2)上，第二覆盖层(65-2)固定在第二压阻传感器(64-2)上，指背固定基座(62)由指面固定基座安装螺钉(66)固定在指面固定基座(68)的另一端上，位置跟踪检测部件(67)设置在指背固定基座(62)和指尖挡板(69)之间，位置跟踪检测部件(67)的一端与指背固定基座(62)的一端铰接，第一安装基座(63-1)固定在指背固定基座(62)朝向位置跟踪检测部件(67)的一侧上，第一压阻传感器(64-1)固定在第一安装基座(63-1)上，第一覆盖层(65-1)固定在第一压阻传感器(64-1)上。