一种手臂驱动仿生机械手的制作方法

1.本技术实施例涉及机械手结构技术领域，尤其涉及一种手臂发力驱动的机械手。


背景技术：

2.上肢不健全的人士，特别是手前臂以下残缺的人士无法正常拿放物品，严重影响正常的生活与工作。目前部分机械手虽然可以做拿放物品的动作，但使用者无法感受到拿放物品所施加作用力的大小，抓取时输出力矩大小也不易控制，容易造成物品滑落与损伤。而且传统机械手结构复杂、重量大、配戴舒适感差。导致使用体验效果欠佳与不方便。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种手臂驱动仿生机械手，以使用者手臂运动提供动力驱动仿生手指弯曲。解决传统机械手输出力矩大小不易控制、结构复杂、重量大、配戴使用舒适感差等问题。为达到上述目的，本技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本技术实施例提供一种手臂驱动仿生机械手，主要包括机械手上臂部分，机械手前臂部分，仿生手掌和仿生手指部分。仿生手指与仿生手掌相连接，仿生手掌与机械手前臂部分相连接，机械手前臂部分与机械手上臂部分相连接。仿生手指和仿生手掌模拟人的手指与手掌外形制造，且仿生手指各关节可活动。机械手前臂部分与机械手上臂部分连接处可活动弯曲。机械手上臂部分与人体上臂固定，机械手前臂部分与人体前臂固定。固定后人体手臂可做弯曲、伸直动作。
4.结合第一方面，本技术提供的实施例中，仿生手指有拇指、食指、中指、无名指、小指。各仿生手指指节相互独立。以仿生中指为例：第一指节在指背处与仿生手掌连接，连接后第一指节可向内转动至少90度。第二指节在指背处与第一指节在指背处连接，连接后第二指节可向内转动至少90度。第三指节在指背处与第二指节在指背处连接，连接后第三指节可向内转动至少90度。在各指节指腹一侧有拉线穿过。牵扯拉线可使各指节向内弯曲。
5.拉线一端与仿生手指远端指节固定，另一端固定在机械手上臂部分。使用时，机械手上臂部分与人体上臂固定，机械手前臂部分与人体前臂固定，当使用者手臂做弯曲、伸直动作时，本实施例中机械手上臂部分与机械手前臂部分同样随人体手臂弯曲、伸直。上述动作通过杠杆原理带动拉线牵动各仿生手指弯曲，即完成机械手手指抓取物品动作。
6.结合第一方面，各仿生手指关节在连接处安装有扭力弹簧或其它弹性装置，当人手臂完全伸直时，拉线对各仿生手指没有作用力。在扭力弹簧或其它弹性装置作用下，各仿生手指伸直，即完成机械手手指松放物品。
7.结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，使用人的手臂施加作用力小，当手臂弯曲时产生的力量不足以拉动机械手手指弯曲。即可在机械手臂上安装助力电机、信号感应器、控制器、电池、齿轮。在本实施例中机械手前臂与机械手上臂连接处安装有齿轮，助力电机与齿轮连接。当信号感应器感应到人体手臂做弯曲或伸直动作时力的大小与方向后，信号感应器把信息反馈给控制器，控制器根据信息决定助力电机旋转方向和
助力电流的大小，同样可完成机械手手指抓放物品。
附图说明
8.图1、图2为本技术实例提供的机械手仿生手指指节示意图和剖面图。
9.图3为本技术实例提供的机械手仿生手指指节连接截面示意图。
10.图4为本技术实例提供的机械手在手臂伸直状态下的截面示意图。
11.图5为本技术实例提供的机械手在手臂弯曲状态下的截面示意图。
12.图6为本技术实例提供的机械手在安装有助力电机时，手臂弯曲状态下的示意图。
13.图7为本技术另一实施例提供的手部拉线装配示意图。
14.图8为本技术另一实施例提供的手部拉线装配示意图。
15.图9为本技术实施例提供的手部拉线装配示意图。
具体实施方式
16.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
17.在本技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
18.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个以上，除非另有明确具体的限定。
19.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
20.目前部分机械手虽然可以做拿放物品的动作，但使用者无法感受到拿放物品所施加作用力的大小，抓取时输出力矩大小也不易控制，容易造成物品滑落与损伤。而且传统机械手结构复杂、重量大、配戴舒适感差。虽然可以使用轻型材料制作，但机械手结构复杂，各种零配件多，重量大，而且价格不菲。
21.本技术实施例提供一种手臂驱动仿生机械手。以使用者手臂运动提供动力驱动仿生手指弯曲，机械手结构简单操作方便。机械手的抓取力大小全部由使用者的手臂控制。使用者能随时感知抓取物的软硬程度与反作用力。
22.参阅图1、图2，机械手仿生手指第二指节01b示意图，拉线04从仿生手指各指节01b指腹一侧03穿过，02为各指节连接位置。
23.参阅图3，仿生手指由各独立指节01(a.b.c)组成，各指节在指背02处连接，第一指节01a与仿生手掌06在05处连接。
24.指节连接处02及仿生手指与仿生手掌06连接处05，上述连接处安装有扭力弹簧或其它弹性装置，让手指在没有其它外力作用下保持伸直状态。
25.参阅图3，以仿生中指为例：第一指节01a在指背处与仿生手掌06在05处连接，第一指节01a可向内转动至少90度。第二指节01b在指背处与第一指节01a在指背02处连接，第二指节01b可向内转动至少90度。第三指节01c在指背处02与第二指节01b在指背处02连接，第三指节01c可向内转动至少90度。拉线04一端固定在第三指节01c，然后依次从第二指节01b、第一指节01a指腹一侧03穿过，牵扯拉线04另一端可使各指节向内弯曲运动。
26.参阅图4，本技术实施例提供一种手臂驱动仿生机械手，其包括机械手上臂部分08，机械手前臂部分07，仿生手掌06，指节01(a.b.c)，拉线04，指节连接处02，指节01a与仿生手掌06连接处05，拉线04在机械手上臂部分08固定处09，机械手上臂部分08与机械手前臂部分07固定处10。仿生手掌06与机械手前臂部分07连接。
27.参阅图4，使用时，机械手上臂部分08与使用者上臂固定，机械手前臂部分07与使用者前臂固定。当使用者手臂伸直或弯曲时，机械手上臂部分08与械手前臂部分07同样随之伸直或弯曲。机械手前臂部分07上某一位置可以旋转，当使用者前臂做外旋或内旋运动时，可带动机械手前臂旋转，即可完成机械手仿生手掌翻转动作。
28.当使用者需要抓取物品时，一、向前伸直手臂，此时机械手状态如图4所示。二、让机械手仿生手指与仿生手掌06靠近抓取物。三、保持机械手前臂部分07空间位置基本不变。四、身体略微前倾，配合机械手前臂部分07空间位置基本不变，让手臂弯曲，感觉是上臂部分08在向前弯曲。参阅图5，此时机械手上臂部分08与械手前臂部分07同样随之弯曲，拉线04在机械手上臂部分08固定处09离开原来位置09a。五、拉线牵动机械手仿生手指弯曲。当上述动作弯曲到一定程度即可抓取起物品。
29.物品抓取后，人手臂是弯曲状态，此时抓取物是靠近使用者身体的。上述恰好符合人体自然使用习惯。
30.当使用者准备放下抓取的物品时，一、把物品拿到需要放置的位置。二、保持机械手前臂部分07空间位置基本不变，使物品正好放置到指定位置。三、身体略微向后仰，配合前臂部分07空间位置基本不变，让手臂伸直，感觉是上臂部分08在用力伸直。四、手臂慢慢伸直时，在02、05处的扭力弹簧或其它弹性装置的作用下，机械手仿生手指会由弯曲状态变成伸直状态，即可放下抓取在机械手中的物品。
31.此时要放下物品，人体手臂会伸直，物品远离身体，同样符合人体自然使用习惯。
32.参阅图6，第二种可能的实现方式中，使用人的手臂弯曲时产生的力量不足以拉动机械手手指弯曲。即可在机械手臂上安装助力电机12、信号感应器13、控制器14、电池18、齿轮11。在本实施例中机械手前臂07与机械手上臂08连接处安装有齿轮11。
33.当信号感应器13感应到人体前臂上抬、下放、向内弯曲、向外伸直时，信号感应器13把信息反馈给控制器14，控制器14根据信号感应器13所反馈的压力大小与方向，决定助力电机12旋转方向和助力电流的大小，那么就会完成实时伸直或弯曲机械手手臂。同样可顺利完成机械手手指抓放物品。
34.在一些实施例中，被抓取物表面不规则。参阅图7，在仿生手掌06内部，安装固定滑
轮16，拉线04从手指中穿过后直接连接可移动滑轮17，拉线04a依次从移动滑轮17、固定滑轮16中穿过，穿过后与手臂端拉线04连接，当手臂弯曲时，在移动滑轮17、固定滑轮16的作用下机械手各手指均会贴紧被抓取物，即可完成对表面不规则物品的抓取。
35.在一些实施例中，被抓取物表面不规则。参阅图8，拉线从手指中穿过后在中间安装有拉力弹簧或其它弹性装置15，当手臂弯曲时，在拉力弹簧或其它弹性装置15的作用下各手指会先后接触到不规则物品表面，即可完成对表面不规则物品的抓取。
36.参阅图1至图9，本技术实施例提供一种手臂驱动仿生机械手，包括仿生手指、仿生手掌06，拉线04、机械手前臂部分07、机械手上臂部分08、助力电机12、信号感应器13、控制器14、电池18、齿轮11。由于本机械手采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
37.最后应说明的是：以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。