超声电机驱动的五指灵巧手

摘要

一种超声电机驱动的五指灵巧手，属机器人领域。它由结构独立的五个手指、连接组件构成。五个手指分别是拇指、食指、中指、无名指、小指，布局上与人手相仿。五个手指每个各具有四个关节和四个自由度，由超声电机作为驱动单元，弹性线作为传动装置，带动各关节的转动。电机全部置于掌内，掌内设有供电缆引出的走线孔。连接组件包括底座、手掌面。底座和手掌面上设有安装孔，食指、中指、无名指、小指分别固定在底座和手掌面上，拇指固定在底座上。驱动和控制系统由超声电机、驱动器、DSP、CPLD和计算机及控制软件组成，测量系统由力传感器、电位计构成。

主权项

1.一种超声电机驱动的五指灵巧手，包括拇指(5)、食指(1)、中指(2)、无名指(3)、小指(4)五个手指、底座(6)和手掌面(7)，食指(1)、中指(2)、无名指(3)、小指(4)分别固定在底座(6)和手掌面(7)上，拇指(5)固定在底座(6)上，其特征在于，所述的食指(1)、中指(2)、无名指(3)、小指(4)的结构相同，分别具有远端指节(8)、近端指节(9)、掌骨指节(10)和掌骨体(11)及四个关节和四个自由度，四个关节是从指根向外分别是掌指关节MPI(14)、MPII(15)，近端指间关节PIP(13)及远端指间关节DIP(12)，每个关节具有一个相对应的自由度，远端指节(8)通过远端指间关节DIP(12)连于近端指节(9)，近端指节(9)再通过近端指间关节PIP(13)连于掌骨指节(10)，掌骨指节(10)再通过掌指关节MPII(15)连于掌骨体(11)；所述的远端指节(8)包括指尖帽(16)、远端指节体(17)、远端指间DIP关节轴(18)及远端从动轮(19)和测量远端指间关节DIP转角的电位计(20)，指尖帽(16)与远端指节体(17)以螺纹连接，远端指节体(17)通过远端指节体支撑架固定在远端指间DIP关节轴(18)上，远端从动轮(19)固定在远端指节体支撑架左边的远端指间DIP关节轴(18)上并与远端指节体支撑架固连，在远端指节体支撑架右边远端指间DIP关节轴(18)安装有测量远端指间关节DIP(12)转角的电位计(20)；所述的近端指节(9)包括近端指节体(21)、近端指间PIP关节轴(22)、近端从动轮(23)、近端过渡轮(24)、测量近端指间关节PIP转角的电位计(25)，近端指节体(21)通过近端指节体支撑架固定在近端指间PIP关节轴(18)上，近端从动轮(23)固定在近端指节体支撑架左边的近端指间PIP关节轴(22)上并与近端指节体支撑架固连，近端过渡轮(24)通过轴承安装在近端指节体支撑架右边的近端指间PIP关节轴(22)上，近端指间PIP关节轴(22)的右端安装有测量近端指间关节PIP(13)转角的电位计(25)，该电位计(25)置于近端过渡轮(24)的右边，远端指间关节DIP关节轴(18)通过一对轴承安装在近端指节(9)的指节体(21)上；所述掌骨指节(10)包括掌骨指节体(32)、左掌骨指节侧板(30)、右掌骨指节侧板(27)、带动掌骨关节MPI(14)运动的从动轮(29)、带动掌骨关节MPII(15)运动的从动轮(35)、掌骨过渡轮(31)、驱动远端指间关节DIP(12)的主动轮(28)、驱动远端指间关节DIP(12)的超声电机(26)、上立柱板(34)、下立柱板(33)、测量掌骨关节MPII(15)转角的电位计(36)、测量掌骨关节MPI(14)转角的电位计(37)，驱动远端指间关节DIP(12)的超声电机(26)输出轴通过轴承安装在右掌骨指节侧板(27)上，驱动远端指间关节DIP(12)的主动轮(28)固连在驱动远端指间关节DIP(12)的超声电机(26)输出轴上，掌骨过渡轮(31)和掌骨指节体(32)通过轴承安装在驱动远端指间关节DIP(12)的超声电机(26)输出轴上，掌骨过渡轮(31)置于驱动远端指间关节DIP(12)的主动轮(28)的左侧，掌骨指节体(32)置于掌骨过渡轮(31)的左侧、装在驱动远端指间关节DIP(12)的超声电机(26)输出轴末端，带动掌骨关节MPI(14)运动的从动轮(29)通过螺钉与掌骨指节体(32)固连，其右端设计有一体轴，轴上安装有测量掌骨关节MPI(14)转角的电位计(37)并通过轴承安装在左掌骨关节侧板(30)上，左掌骨指节侧板(30)、右掌骨指节侧板(27)、上立柱板(34)、下立柱板(33)通过螺钉连接成起支撑作用的长方形结构，上立柱板(34)轴上安装有测量掌骨关节MPII(15)转角的电位计(36)和带动MPII关节(15)运动的从动轮(35)，近端指间PIP关节轴(22)安装在掌骨指节体(32)上；所述的掌骨体(11)包括左掌骨面板(39)、右掌骨面板(43)、掌骨上板(38)、掌骨下板(40)、驱动掌骨关节MPI(14)的超声电机(45)、驱动近端指间关节PIP(13)的超声电机(46)、驱动掌骨关节MPII的超声电机(47)、驱动掌骨关节MPI(14)的主动轮(41)、驱动掌骨关节MPII的主动轮(42)、驱动近端指间关节PIP(13)的主动轮(44)，其中左掌骨面板(39)和右掌骨面板(43)与掌骨上板(38)和掌骨下板(40)通过螺钉连接成起支撑作用的长方形结构，右掌骨面板(43)上分别安装有驱动近端指间关节PIP(13)的的超声电机(46)和驱动掌骨关节MPI(14)的超声电机(45)，驱动近端指间关节PIP(13)的主动轮(44)固连在驱动近端指间关节PIP(13)的超声电机(46)的轴上；驱动掌骨关节MPI(14)的主动轮(41)固连在驱动掌骨关节MPI(14)的超声电机(45)的轴上，掌骨上板(38)上安装有驱动掌骨关节MPII(15)的超声电机(47)，驱动掌骨关节MPII(15)的主动轮(42)固连在驱动掌骨关节MPII的超声电机(47)的轴上；所述掌骨指节(10)中的上立柱板(34)和下立柱板(33)通过轴承分别安装在掌骨上板(38)和掌骨下板(40)上，食指(1)、中指(2)、无名指(3)、小指(4)的掌骨体(11)固定在底座(6)及手掌面(7)上连成一体；所述的食指(1)、中指(2)、无名指(3)、小指(4)的远端指节(8)由安装在右掌骨指节侧板(27)上的超声电机(26)驱动，超声电机(26)带动超声电机(26)轴上的主动轮(28)经弹性线带动近端过渡轮(24)，近端过渡轮(24)经弹性线带动远端从动轮(19)实现远端指节(8)的弯曲-伸展运动；近端指节(9)由安装在右掌骨面板(43)上的超声电机(46)带动主动轮(44)转动经弹性线带动掌骨过渡轮(31)，掌骨过渡轮(31)经弹性线带动近端从动轮(23)实现弯曲-伸展运动；掌骨关节MPI(14)由安装在右掌骨面板(43)上的超声电机(45)带动主动轮(41)经弹性线驱动从动轮(29)实现弯曲-伸展运动；掌骨关节MPII(15)由安装在掌骨上板(38)上的超声电机(47)带动主动轮(42)经弹性线驱动从动轮(35)实现内收-外展运动；所述的拇指(5)具有三个指节和四个关节，三个指节为拇指远端指节(48)、拇指近端指节(49)和拇指掌骨指节(50)，四个关节为拇指根关节TMI(54)和TMII(53)、掌指关节MP(52)、指间关节IP(51)，四个关节对应四个自由度，拇指根关节TMI(54)和掌指关节MP(52)和指间关节IP(51)为弯曲-伸展运动；拇指根关节TMII(53)为内收-外展运动，拇指远端指节(48)通过指间关节IP(51)连于拇指近端指节(49)；拇指近端指节(49)通过掌指关节MP(52)连于拇指掌骨指节(50)，拇指远端指节体(48)、驱动指间关节IP(51)的从动轮(55)与IP关节轴(56)固连且驱动指间关节IP(51)的从动轮(55)通过螺钉与拇指近端指节(49)固连，IP关节轴(56)上安装有用于测量指间关节IP(51)转角的电位计，驱动指间关节IP(51)运动的超声电机(57)安装在拇指掌骨指节左侧板(58)上，驱动指间关节IP(51)的主动轮(59)与驱动指间关节IP(51)的超声电机(57)轴固连，经弹性线驱动指间关节IP(51)的从动轮(55)，拇指近端指节(49)通过轴承安装在驱动指间关节IP(51)的超声电机(57)轴上，带动拇指近端指节(49)运动的从动轮(60)通过螺钉与拇指近端指节(49)固连，其右端设计有一体轴，轴上安装有测量掌指关节MP(52)转角的电位计并通过轴承安装在拇指掌骨指节右侧板(62)上，驱动掌指关节MP(52)的超声电机(63)安装在拇指掌骨指节右侧板(62)上，驱动掌指关节MP(52)的主动轮(61)与驱动掌指关节MP(52)的超声电机(63)轴固连经弹性线驱动带动拇指近端指节(49)的从动轮(60)，拇指根关节TMII(53)由安装在拇指掌骨指节根部(66)的超声电机(64)驱动，拇指根关节TMII(53)的主动轮(68)固定在驱动拇指根关节TMII(53)的超声电机(64)轴上，经弹性线驱动从动轮(70)，拇指根关节TMI(54)由安装在连接板(67)上的超声电机(65)驱动，驱动拇指根关节TMI(54)主动轮(69)固定在驱动拇指根关节TMI(54)的超声电机(65)轴上经弹性线驱动从动轮(71)，TMII关节(53)和TMI关节(54)轴上分别固定从动轮(70)和从动轮(71)并各安装有一个测量关节转角的电位计，拇指(5)通过连接板(67)与底座(6)连成一体。