一种基于肌电信号控制的绳驱动仿生机械手

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一种基于肌电信号控制的绳驱动仿生机械手
1.技术领域
2.本发明涉及仿生机械手技术领域，具体涉及一种基于肌电信号控制的绳驱动仿生机械手。

背景技术：

3.随着社会的发展，机械手的应用领域早已不仅仅是在汽车工业，机械工业等范围，一款高度仿生的肌电信号控制的机械手，可以广泛应用于生活中的各个领域，如仿生工业机械手、医疗和康复器械手、假肢用机械手等，在严格的环境中可以进行远程作业并达到人手操作的要求，能够实现一定距离的动作输出。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于肌电信号控制的仿生机械手，结构简单，灵活性高，应用范围广泛。
5.本发明技术方案如下：一种基于肌电信号控制的仿生机械手，包括：手掌，各手指组件以及腱绳驱动系统，手掌与手指组件的掌骨零件进行固定连接，所述手指组件包括拇指组件和其余四指组件，所述腱绳驱动系统有腱绳和舵机组成，舵机输出轴上设有绕线轮。
6.进一步的，所述手指组件包括，拇指组件、食指组件、中指组件、无名指组件、小指组件。
7.进一步的，所述拇指组件有两个指节零件，包括拇指远节指骨零件、拇指近节指骨零件和一个拇指掌骨零件。
8.进一步的，所述食指组件有三个指节零件，包括食指远节指骨零件、食指中节指骨零件、食指近节指骨零件和一个食指掌骨零件。
9.进一步的，所述食指组件、中指组件、无名指组件、小指组件结构相同。
10.进一步的，所述指节零件之间通过连接件进行铰接，相邻的两个指节零件之间设有扭簧，用于指节复位，每个指节零件对应一个腱绳驱动机构，来带动各指节零件进行转动。
11.进一步的，所述食指掌骨零件与食指近节指骨零件之间通过连接件进行铰接，对应一个腱绳驱动机构，来带动指节零件的摆动。
12.进一步的，所述腱绳驱动系统的腱绳穿过各指节零件，一端固定连接在指节零件上，另一端固定连接在舵机输出轴的绕线轮上。
13.进一步的，所述拇指组件的掌骨零件处采用曲柄摇块机构，两侧设有弹簧，用于指节复位。
14.进一步的，所述指节零件之间的铰接处，采用螺栓连接，两侧有连接板，连接板经圆柱销固定。
15.进一步的，所述连接板分为内侧连接板和外侧连接板，连接处经圆柱销固定。
16.所述肌电信号是通过在人手臂上贴表面电极，将神经肌肉活动产生的生物电信号转化为电压信号，进行ad采集后并通过无线传输装置发送给机械手的控制器，以此作为仿生机械手控制给定，实现对仿生机械手的控制；所述的无线传输装置采用lora无线物联网组网技术，lora组网技术可实现远距离、低功耗传输。
17.本发明的有益效果为：本发明的肌电信号控制的仿生机械手，是通过采集使用人的肌电信号并将其转化成电压信号从而达到进一步控制机械手的运动的目的，可以达到在遥操作控制的要求。
18.本发明的肌电信号控制的仿生机械手，机械手为全驱动型，具有20个自由度，相对于传统的仿生机械手，具有更高的灵活性，驱动方式简单，更适用于对工业精度要求较高的场合使用。
附图说明
19.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明拇指组件结构示意图；图3为本发明拇指组件剖视结构示意图；图4为本发明食指组件结构示意图；图5为本发明食指组件剖视结构示意图。
20.图中：1、拇指组件、2、食指组件、3、中指组件、4、无名指组件、5、小指组件、6、手掌、11、拇指远节指骨零件、12、拇指近节指骨零件、13、拇指掌骨零件、14、旋转轴两侧夹板、15、伸缩杆、16、伸缩杆套、17、弹簧、18、旋转轴套、19、旋转轴、101、螺栓ⅰ、102、螺栓ⅱ、103、螺栓ⅲ、104、螺栓ⅳ、111、内侧连接件i、121、外侧连接件i、122、内侧连接件ii、132、外侧连接件ii、151、腱绳ⅰ、152、腱绳ⅱ、153、腱绳ⅲ、161、扭簧ⅰ、162、扭簧ⅱ、21、食指远节指骨零件、22、食指中节指骨零件、23、食指近节指骨零件、24、食指掌骨零件、201、螺栓
ⅴ
、202、螺栓ⅵ、203、螺栓ⅶ、204、螺栓
ⅷ
、211、内侧连接件iii、221、外侧连接件iii、222、内侧连接件iv、232、外侧连接件iv、233、内侧连接件v、243、外侧连接件v、244、连接件vi、245、垫板、251、腱绳ⅳ、252、腱绳
ⅴ
、253、腱绳ⅵ、254、腱绳ⅶ、261、扭簧ⅲ、262、扭簧ⅳ、263、扭簧
ⅴ
。
具体实施方式
21.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，特举实施例，并配合附图，并作详细说明如下。
22.如图1所示，一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手包括拇指组件（1）、食指组件（2）、中指组件（3）、无名指组件（4）、小指组件（5）、手掌（6）；所述的食指组件（2）、中指组件（3）、无名指组件（4）、小指组件（5）结构相同，仅选择食指组件（2）为代表进行实施例说明。
23.如图2所示，所述的拇指组件（1）包括有拇指远节指骨零件（11）、拇指近节指骨零件（12）、拇指掌骨零件（13）、旋转轴两侧夹板（14）、伸缩杆（15）、伸缩杆套（16）、弹簧（17）、旋转轴套（18）、旋转轴（19）、螺栓ⅰ（101）、螺栓ⅱ（102）、螺栓ⅲ（103）、螺栓ⅳ（104）、内侧连接件i（111）、外侧连接件i（121）、内侧连接件ii（122）、外侧连接件ii（132）、腱绳i（151）、腱绳ⅱ（152）、腱绳ⅲ（153）、扭簧ⅰ（161）、扭簧ⅱ（162）；
所述的旋转轴套（18）固定安装在旋转轴（19）上，所述的旋转轴套（18）与旋转轴两侧夹板（14）进行固定连接，所述的旋转轴（19）与伸缩杆套（16）进行铰接，所述的旋转轴两侧夹板（14）与拇指掌骨零件（13）经螺栓ⅲ（103）铰接，所述的伸缩杆（15）分别于拇指掌骨零件（13）、伸缩杆套（16）固定连接，所述的伸缩杆套（16）中间设有弹簧（17）；所述的拇指掌骨零件（13）、旋转轴两侧夹板（14）、伸缩杆（15）、伸缩杆套（16）构成曲柄摇块机构；所述的外侧连接件ii（132）固定连接在拇指掌骨零件（13）上，所述的内侧连接件ii（122）与拇指近节指骨零件（12）进行固定连接，所述的内侧连接件ii（122）与外侧连接件ii（132）经螺栓ⅱ（102）铰接；所述的外侧连接件i（121）与拇指近节指骨零件（12）进行固定连接，所述的内侧连接件i（111）与拇指远节指骨零件（11）进行固定连接，所述的内侧连接件i（111）与外侧连接件i（121）经螺栓i（101）铰接；腱绳ⅲ（153）穿过伸缩杆套（16）且一端固定在伸缩杆（15）上，舵机i正转时拉动腱绳ⅲ（153）带动拇指掌骨零件（13）转动，伸缩杆（15）在伸缩杆套（16）内进行滑动，带动拇指掌骨零件（13）弯曲，弹簧（17）受压收缩，而当舵机i反转时，弹簧（17）使拇指掌骨零件（13）复位；腱绳ⅱ（152）穿过拇指掌骨零件（13）且一端固定在拇指近节指骨零件（12）上，舵机ii正转时拉动腱绳ⅱ（152），带动拇指近节指骨零件（12）弯曲，扭簧ⅱ（162）受压收缩，当舵机ii反转时，扭簧ⅱ（162）使拇指近节指骨零件（12）复位；腱绳i（151）穿过拇指近节指骨零件（12）且一端固定在拇指远节指骨零件（11）上，舵机iii正转时拉动腱绳i（151），带动拇指远节指骨零件（11）弯曲，扭簧ⅰ（161）受压收缩，当舵机iii反转时，扭簧ⅰ（161）使拇指远节指骨零件（11）复位。
24.如图4所示，所述的食指组件（2）包括食指远节指骨零件（21）、食指中节指骨零件（22）、食指近节指骨零件（23）、食指掌骨零件（24）、内侧连接件iii（211）、外侧连接件iii（221）、内侧连接件iv（222）、外侧连接件iv（232）、内侧连接件v（233）、外侧连接件v（243）、连接件vi（244）、螺栓
ⅴ
（201）、螺栓ⅵ（202）、螺栓ⅶ（203）、螺栓
ⅷ
（204）、腱绳ⅳ（251）、腱绳
ⅴ
（252）、腱绳ⅵ（253）、腱绳ⅶ（254）、扭簧ⅲ（261）、扭簧ⅳ（262）、扭簧
ⅴ
（263）；所述的食指掌骨零件（24）与连接件vi（244）经过螺栓
ⅷ
（204）铰接，所述的外侧连接件v（243）、连接件vi（244）与垫板（245）固定连接在一起，所述的内侧连接件v（233）与食指近节指骨零件（23）进行固定连接；外侧连接件iv（232）与食指近节指骨零件（23）进行固定连接，所述的内侧连接件
ⅴ
（233）与外侧连接件
ⅴ
（243）经螺栓ⅶ（203）铰接；所述的外侧连接件ⅳ（232）与食指近节指骨零件（23）进行固定连接，所述的内侧连接件ⅳ（222）与食指中节指骨零件（22）进行固定连接，所述的内侧连接件ⅳ（222）与外侧连接件ⅳ（232）经螺栓ⅵ（202）铰接；外侧连接件iii（221）与食指中节指骨零件（22）进行固定连接，内侧连接件iii（211）与食指远节指骨零件（21）进行固定连接，内侧连接件iii（211）与外侧连接件iii（221）经螺栓
ⅴ
（201）铰接；腱绳ⅶ（254）穿过食指掌骨零件（24）固定在连接件vi（244）的两侧，腱绳拉动时可以让食指组件（2）进行摆动；腱绳ⅵ（253）一端固定在食指近节指骨零件（23）上，舵机iv正转时拉动腱绳ⅵ（253），带动拇指近节指骨零件（23）弯曲，扭簧
ⅴ
（263）受压收缩，当舵机iv反转时，扭簧
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（263）使拇指近节指骨零件（23）复位；同理腱绳
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（252）穿过食指近节指骨零件（23）且一端固定在食指中节指骨零件（22）上，舵机v正转时拉动腱绳
ⅴ
（252），带动拇指中节指骨零件（22）弯曲，扭簧ⅳ（262）受压收缩，当舵机v反转时，扭簧ⅳ（262）使拇指中节指骨零件（23）复位；同理腱绳ⅳ（251）穿过食指中节指骨零件（22）且一端固定在食指远节指骨零件（21）上，舵机vi正转时拉动腱绳ⅳ（251），带动拇指远节指骨零件
（21）弯曲，扭簧ⅲ（261）受压收缩，当舵机vi反转时，扭簧ⅲ（261）使拇指远节指骨零件（21）复位。
25.基于上述实施例，指节零件选用材料为较轻的树脂材料或较轻的铝合金。
26.基于上述实施例，固定销均采用m2圆柱销，螺栓ⅰ（101）、螺栓ⅱ（102）、螺栓ⅲ（103）、螺栓ⅳ（104）、螺栓
ⅴ
（201）、螺栓ⅵ（202）、螺栓ⅶ（203）、螺栓
ⅷ
（204）均采用m3内六角圆柱头螺栓，其余选用m2内六角圆柱头螺栓。
27.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：包括手掌（6）、各手指组件以及腱绳驱动系统，所述手掌（6）与手指组件的掌骨零件进行固定连接，所述手指组件包括拇指组件（1）和其余四指组件，所述腱绳驱动系统有腱绳和舵机组成，舵机上输出轴上设有绕线轮。2.根据权利要求1所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述手指组件包括，拇指组件（1）、食指组件（2）、中指组件（3）、无名指组件（4）、小指组件（5）；所述腱绳驱动系统的腱绳穿过各指节零件，一端固定连接在指节零件上，另一端固定连接在舵机输出轴的绕线轮上。3.根据权利要求2所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述拇指组件（1）有两个指节零件，包括拇指远节指骨零件（11）、拇指近节指骨零件（12）和一个拇指掌骨零件（13）。4.根据权利要求2所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述食指组件（2）有三个指节零件，包括食指远节指骨零件（21）、食指中节指骨零件（22）、食指近节指骨零件（23）和一个食指掌骨零件（24）；所述食指组件（2）、中指组件（3）、无名指组件（4）、小指组件（5）结构相同。5.根据权利要求3所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述指节零件之间通过连接件进行铰接，相邻的两个指节零件之间设有扭簧，用于指节复位，每个指节零件对应一个腱绳驱动机构，来带动各指节零件进行转动。6.根据权利要求4所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述食指掌骨零件（24）与食指近节指骨零件（23）之间通过连接件进行铰接，对应一个腱绳驱动机构，来带动指节零件的摆动。7.根据权利要求3所述的一种肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，其特征在于：所述拇指组件的拇指掌骨零件（13）处采用曲柄摇块机构，两侧设有弹簧（17），用于指节复位；所述指节零件之间的铰接处，采用螺栓连接，两侧有连接件，连接件经圆柱销固定；所述连接件分为内侧连接件和外侧连接件，连接处使用圆柱销进行固定。

技术总结

本发明涉及一种基于肌电信号控制的绳驱动仿生机械手，包括手掌和手指组件，每个手指组件的指节零件进行依次铰接，每个指节零件对应一个腱绳驱动系统，腱绳驱动系统一端固定在指节零件，另一端固定在舵机输出轴的绕线轮上，通过在人手臂上贴表面电极采集肌电信号，将生物电信号转化成电压信号，通过无线传输装置发送给机械手的控制器，实现对仿生手的控制，机械手位全驱动型，灵活度高，在工业领域可以完成精准度较高的遥操作控制工作。以完成精准度较高的遥操作控制工作。以完成精准度较高的遥操作控制工作。