一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指

技术特征：
1.一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，它包括假手指本体；所述假手指本体包括近指节(1)、中指节(2)和远指节(3)；近指节(1)腔体内设置有无刷直流电机(5)和减速器(4)，绝对位置磁编码器设置在近指节(1)后部腔体内；无刷直流电机(5)的输出轴连接减速器(4)的输入端，减速器(4)的输出轴作为近指节(1)的输出轴，无刷直流电机(5)的尾部固联有径向磁钢，径向磁钢作用于绝对位置磁编码器；中指节(2)和近指节(1)结构相同，减速器(4)的输出轴连接在相邻指节之间；远指节(3)和中指节(2)通过键绳(3-1)耦合传动；远指节(3)的指肚处设置有压力传感器；绝对位置磁编码器用于获取无刷直流电机(5)转子的绝对角位置和角速度，并将获取的绝对角位置和角速度发送至驱动控制板；压力传感器用于获取指肚和指尖处的压力值，压力传感器输出模拟压力信号，驱动控制板采样模拟压力信号后进行处理获得压力值；近指节(1)和中指节(2)实现两个主动弯曲方向自由度，远指节(3)通过与中指节(2)耦合传动实现弯曲自由度。2.根据权利要求1所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，近指节(1)和中指节(2)之间通过第一轮盘(2-1)和螺钉连接；中指节(2)和远指节(3)之间通过转轴和径向轴承配合连接，且通过插销限制远指节(3)左右方向的自由度。3.根据权利要求2述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述中指节(2)和远指节(3)连接处的外侧安装有第二轮盘(2-2)，键绳(3-1)以“8”字型缠绕在第一轮盘(2-1)和第二轮盘(2-2)上，第二轮盘(2-2)随第一轮盘(2-1)转动，且第二轮盘(2-2)和第一轮盘(2-1)的转动方向和转动角度均相同；所述中指节(2)和远指节(3)之间的关节转角关系为1:1。4.根据权利要求1所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述减速器(4)采用蜗轮蜗杆减速器(4)，传动比为1：236；所述无刷直流电机(5)采用emax1104的六对极直流无刷外转子电机，额定扭矩为1.5mn
·
m；所述绝对位置磁编码器采用as5048a；所述压力传感器采用力敏电阻，输出0-3v的模拟电压。5.根据权利要求4所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述器驱动控制板与绝对位置磁编码通过串行外设接口spi进行通讯，驱动控制板采用32位有符号整数记录绝对位置磁编码器的多圈转动数值。6.根据权利要求5所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述绝对位置磁编码器为圆形，尾部通过螺栓固定在近指节(1)后部腔体内。7.根据权利要求1所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述无刷直流电机(5)的驱动控制算法包括位置环、速度环和电流环，位置环、速度环和电流环均通过比例-积分-微分控制器pid进行控制；
位置环、速度环和电流环的控制频率分别为：32khz、4khz和2khz。8.根据权利要求7所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述电流环通过比例积分控制器pi和磁场定向控制算法控制无刷直流电机(5)的电流q轴分量i
q
和电流d轴分量i
d
。9.根据权利要求8所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述磁场定向控制算法的具体方法为：s1、无刷直流电机(5)的驱动电路采用三相半桥驱动电路，相电流采样电阻串联在半桥的低端mos和驱动地之间；在b相和c相下桥臂导通时，触发adc采样，采集相电流采样电阻的电压，获得b相电流i
b
和c相电流i
c
，再计算获得a相电流i
a
：i
a
＝-(i
b
i
c
)；s2、通过clarke变换和park变换将a相电流、b相电流i
b
和c相电流转换到电机转子iq-id坐标系中：其中：i
q
表示电流q轴分量，i
d
表示电流d轴分量，θ表示电机转子电角度，表示转换中间变量：s3、电流环根据电流q轴分量i
q
和电流d轴分量i
d
获得误差值；s4、采用svpwm算法，将三相mos的八种导通状态划分为六个扇区，依据伏秒定律矢量合成目标电压矢量。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，其特征在于，所述假手指本体的总长度为101.88mm，总宽度为17.3mm，厚度为15.9mm；所述近指节(1)的长度为42.34mm，中指节(2)的长度为37.04mm，远指节(3)的长度为22.5mm。

技术总结
一种小尺寸驱动内置的三自由度假手指，属于残疾人用假手指技术领域，本发明为解决现有假手指无法兼顾体积小和多自由度的问题。它包括近指节、中指节和远指节；近指节腔体内设置有无刷直流电机和减速器，绝对位置磁编码器设置在近指节后部腔体内；中指节和近指节结构相同，减速器输出轴连接在相邻指节之间；远指节和中指节通过键绳耦合传动；远指节指肚处设置有压力传感器；绝对位置磁编码器获取无刷直流电机转子的绝对角位置和角速度；压力传感器获取指肚和指尖处的压力值；近指节和中指节实现两个主动弯曲方向自由度，远指节通过与中指节耦合传动实现弯曲自由度。本发明用于手或手指残缺的残疾人患者。残缺的残疾人患者。残缺的残疾人患者。


技术研发人员：姜力 齐晓放 刘宏 巩克宁
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.06.21
技术公布日：2022/8/26