[发明专利]基关节与指间关节各自独立驱动的仿人手指

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基关节与指间关节各自独立驱动的仿人手指。

背景技术

根据抓取分类学研究表明，人手在进行灵巧操作时，人手的灵巧性集中体现在手指的外展-内收和基关节与指间关节的运动独立性。虽然手指的外展-内收对于灵巧性抓取任务具有重要作用，但在静态抓取时，不同的抓取任务中手指外展-内收的关节角度较为一致，变化不明显。但在假手设计中，考虑到外形拟人、尺寸小、重量低的要求，在当前科技水平的限制下，当前研究型假手及商业假手的设计中常忽略手指的外展-内收自由度，又由于其在静态抓取中表现出的高度一致性，因此常采用手指关节转轴的拟人的偏置来实现手指间固定的开合动作。手指基关节与指间关节的运动独立性一直以来都是假手以及新型欠驱动手指机构研究的重点。

而当前假肢手基关节和指间关节的驱动多采用全局耦合的设计方式，将每根手指的自由度缩减为一个。除此之外还有一部分假肢手采用了欠驱动的方式来实现包络抓取。但无论是全耦合设计，还是欠驱动设计，都有一个缺陷，就是手指的近关节和远关节无法独立运动，因此无法完成诸如抓圆盘等一系列动作，不能完全复现人手的灵巧性。从仿生的角度来看，人手抓取物体的协同性理论分析结果表明，人手完成多种抓取任务的抓取姿势可以由少数几种特征姿势线性组合而复现，同时复现准确性能够保持在可接受的范围内。研究结果表明，人手在抓取物体时的第一特征姿势往往表现为手基关节的运动，第二特征姿势往往表现为手指指间关节的运动，从复现人手灵巧的抓取能力来看，目前的高仿手指仍然未有近关节和远关节无法独立运动的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基关节与指间关节各自独立驱动的仿人手指，以解决现有仿人手指中的近关节和远关节无法各自独立运动，使手指实现动作具有局限性，无法完全复现人手灵巧性的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

基关节与指间关节各自独立驱动的仿人手指，它包括手指基座、近指节、中指节、远指节和连杆机构；

所述近指节包括近指节用外壳、基关节、基关节用电位计、第一扭簧、第一滑轮和第一钢丝，所述手指基座的一端位于近指节用外壳内且该端通过基关节与近指节用外壳相铰接，所述手指基座的另一端设置在手掌部件上，所述基关节用电位计套装在基关节外且其分别与近指节用外壳和基关节相连接，所述第一扭簧位于近指节用外壳内且其套装在手指基座上，所述第一滑轮固定安装在近指节用外壳内，所述第一钢丝的一端固定连接在手掌部件上，所述第一钢丝的另一端绕过基关节固定连接在第一滑轮上；

所述中指节包括中指节用外壳、指间关节、指间关节用电位计、第二滑轮、钢丝套管和第二钢丝，所述近指节用外壳通过指间关节设置在中指节用外壳内，所述指间关节用电位计套装在指间关节外且其分别与中指节用外壳和指间关节相连接，钢丝套管设置在近指节用外壳内，第二滑轮固定安装在中指节用外壳内，所述第二钢丝的一端设置在手掌部件上，所述第二钢丝的另一端穿过钢丝套管固定连接在第二滑轮上；

所述远指节设置在中指节远离近指节的一端，所述远指节通过连杆机构与近指节中的近指节用外壳相连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明中近指节通过第一钢丝驱动，中指节通过第二钢丝和钢丝套管相配合实现驱动，第二钢丝和和钢丝套管之间配合设置使指间关节到手掌间的钢丝长度在手指的弯曲过程中保持不变，最大限度的减少了由于近指节转动引起的指间关节转动。由于近指节和中指节用两根钢丝分别驱动，因此可以独立运动。

2、本发明中基关节和指间关节各自独立运动，提高本发明的灵巧性，能够复现抓圆盘及其他一系列的人手抓握动作。

3、本发明还能够实现抓握的主从分治。主从分治是一个前沿且实用的假手设计方法，在未碰到物体之前，以耦合的方式主动完成抓握动作，在手指碰到物体之后，可以顺应地实现包络。这样就能够同时继承全耦合假手抓握姿势美观和传统欠驱动假手抓握稳定的优点。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的主视结构剖面图；

图3为本发明的侧视结构示意图，图中去掉第一钢丝2-6和第二钢丝3-6；

图4为本发明的侧视结构剖面图，图中去掉第一钢丝2-6和第二钢丝3-6。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式包括手指基座1、近指节2、中指节3、远指节4和连杆机构；