[发明专利]具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能的外骨骼手指

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有双向主动驱动和力反馈的数据手套手指。

背景技术

目前，国内外常用的力反馈数据手套主要有以下几种Cyber-Grasp(力反馈数据手套)，Sensor Glove II力反馈数据手套，中国科学院自动化研究所的力反馈数据手套CAS-Grasp等，这些数据手套手指存在以下缺点：一、需与人手手指的每段指节配合组成多边形连杆机构才能运动。二、都不能实现双向主动驱动只能使人手产生伸展运动，且运动源自人手，因而，只能实现指腹的力反馈，无法实现指背的力反馈。三、结构臃肿、集成度低。四、在力反馈时，不能很好的区分“接触”和“非接触”模式。五、采用绳索传动，带来强摩擦问题，不利于控制。

发明内容

本发明的目的是针对现有(力反馈数据)手套手指存在的上述各种缺点，提出了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。本发明由电机驱动系统、可伸长外骨骼机构和手指指尖组成，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手指指尖相连接。所述电机驱动机构由直流无刷电机、电机固定螺钉、电机座、电机座安装螺钉、电机输出联轴器、电机座定位销、安装垫套、减速箱安装螺钉、减速箱安装基座、垫片、第一机架、伞齿轮固定螺钉、输出伞齿轮、内套筒、外套筒、套筒固定螺钉、谐波减速器输出联轴器和谐波减速箱组成，直流无刷电机通过电机固定螺钉固定在电机座上，减速箱安装基座与电机座之间连接有电机座安装螺钉，减速箱安装基座后端的边沿处设有减速箱安装螺钉，减速箱安装基座的后部设有安装垫套，电机输出联轴器设置在安装垫套的后部并通过电机座定位销与减速箱安装基座的后部相连接，谐波减速箱的后部与减速箱安装基座的前部相连接，谐波减速箱与减速箱安装基座之间设有垫片，谐波减速箱的前端与谐波减速器输出联轴器的后端相连接，内套筒和外套筒均设置在谐波减速器输出联轴器的前部上面，内套筒和外套筒均通过套筒固定螺钉与谐波减速器输出联轴器固定连接，输出伞齿轮通过伞齿轮固定螺钉固定在谐波减速器输出联轴器的前端上面，输出伞齿轮设置在第一机架内，所述可伸长外骨骼机构由输入伞齿轮、第二机架、第三机架、两个第一连接板、两个第二连接板、指尖接口、第一平行四边形连杆机构、第二平行四边形连杆机构、第三平行四边形连杆机构、第一钢丝绳传动机构和第二钢丝绳传动机构组成，两个第一连接板分别设置在第三机架的两侧上，两个第二连接板分别设置在第二机架的两侧上，所述第一平行四边形连杆机构由第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆组成，第二平行四边形连杆机构由一号连杆、二号连杆、三号连杆和四号连杆组成，第三平行四边形连杆机构由连杆一、连杆二、连杆三和连杆四组成，输入伞齿轮设置在第一机架内且与输出伞齿轮啮合，第一连杆的一端与输入伞齿轮的中部固接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，第二连杆的中心和第三连杆的中心铰接，第三连杆的一端与第一机架的下部铰接，第二连杆的另一端与第二机架下部的一端铰接，第三连杆的另一端与第四连杆的一端铰接，第四连杆的另一端与第二机架上部的一端铰接；一号连杆的一端与第二机架上部的另一端铰接，三号连杆的一端与第二机架下部的另一端铰接，二号连杆的一端与一号连杆的另一端铰接，二号连杆的中心和三号连杆的中心铰接，三号连杆的另一端与四号连杆的一端铰接，四号连杆的另一端与第三机架上部的一端铰接，二号连杆的另一端与第三机架下部的一端铰接；连杆一的一端与第三机架上部的另一端铰接，连杆一的另一端与连杆二的一端铰接，连杆三的一端与第三机架下部的另一端铰接，连杆二的中心和连杆三的中心铰接，连杆三的另一端与连杆四的一端铰接，连杆四的另一端与指尖接口的一侧铰接，连杆二的另一端铰接指尖接口的另一侧铰接；所述第一钢丝绳传动机构由第一线轮、第二线轮、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一调整螺钉、第一调整滑块、第二调整螺钉、第二调整滑块、压板和固定螺钉组成，第一线轮和第二线轮分别设置在第二机架上部的两侧上，第一线轮与第四连杆的一端同轴，第二线轮与一号连杆的一端同轴，第一调整滑块设置在第四连杆上，第一调整螺钉设置在第一调整滑块上，第二调整螺钉设置在第二调整滑块上，固定螺钉和压板均设置在第一线轮上，第一钢丝绳的一端与一号连杆固定连接，第一钢丝绳的另一端与第一调整滑块相连接，第二钢丝绳的一端与压板相连接，第二钢丝绳的另一端设置在第二调整滑块上，第二钢丝绳传动机构由第三线轮、第四线轮、第三钢丝绳、第四钢丝绳、第二固定导向块、螺钉、第三调整螺钉、第一固定导向块、第一随动滑块和第二随动滑块组成，第一随动滑块设置在连杆一上，第三调整螺钉和第一固定导向块均设置在第一随动滑块上，第二随动滑块设置在四号连杆上，第二固定导向块和螺钉均设置在第二随动滑块上，第四钢丝绳的一端与四号连杆固定连接，第四钢丝绳的另一端与第一固定导向块相连接，第三钢丝绳的一端与连杆一固定连接，第三钢丝绳的另一端与螺钉相连接，第三线轮和第四线轮分别设置在第三机架上部的两侧上，第三线轮和四号连杆同轴，第四线轮和连杆四同轴，所述手指指尖由指背固定基座、第一安装基座、第一压阻传感器、第一覆盖层、第二安装基座、第二压阻传感器、第二覆盖层、指面固定基座安装螺钉、位置跟踪检测部件、指面固定基座、指尖挡板和指尖安装基座辅助固定帽组成，指尖挡板固定在指面固定基座一端的外侧面上，第二安装基座由指尖安装基座辅助固定帽固定在指面固定基座一端的内侧面上，第二压阻传感器固定在第二安装基座上，第二覆盖层固定在第二压阻传感器上，指背固定基座由指面固定基座安装螺钉固定在指面固定基座的另一端上，位置跟踪检测部件设置在指背固定基座和指尖挡板之间，位置跟踪检测部件的一端与指背固定基座的一端铰接，第一安装基座固定在指背固定基座朝向位置跟踪检测部件的一侧上，第一压阻传感器固定在第一安装基座上，第一覆盖层固定在第一压阻传感器上。