專利名稱：機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)構(gòu)件、關(guān)節(jié)支承件以及關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)，具體而言，涉及一種機(jī)械手拇指指骨與掌骨之間的鞍形連接關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用越來越廣泛。為了使機(jī)械手更靈活，更準(zhǔn)確地模仿人手的動(dòng)作，有必要對(duì)人手的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作機(jī)理進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，人手的動(dòng)作主要由骨骼、關(guān)節(jié)和骨骼肌實(shí)現(xiàn)。骨骼之間由關(guān)節(jié)連接，通過附著于骨骼的骨骼肌的收縮和舒張使骨骼運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)人手的各種動(dòng)作。引證文件I 2對(duì)人手進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，人手骨骼可以分為腕骨、掌骨和指骨。掌骨和指骨之間，以及指骨各節(jié)之間，通過關(guān)節(jié)連接。這些關(guān)節(jié)可以分為三類鞍形連接(saddle joint),如圖1 (a)所示；媒狀連接(condyloid joint),如圖1 (b)所示；以及鉸鏈連接(hinge joint),如圖1 (c)所示。指骨各節(jié)之間，使用的是鉸鏈連接。除拇指之外的其余四指指骨與掌骨之間，使用的是髁狀連接。拇指指骨與掌骨之間，使用的是鞍形連接。在此基礎(chǔ)上，引證文件I 2提出了一種機(jī)械手，在掌骨和指骨之間以及指骨各節(jié)之間使用上述關(guān)節(jié)，并且使細(xì)線穿過各關(guān)節(jié)上的通孔固定在各骨骼上，以模仿骨骼肌。通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)雙向拉伸細(xì)線，來模仿骨骼肌收縮和舒張。其中，如圖2所示，拇指的鞍形連接關(guān)節(jié)構(gòu)件10的周面呈越靠近中間越朝著軸線凹的曲面，即，越靠近中間，直徑越小。因此，鞍形連接關(guān)節(jié)構(gòu)件10既可以繞著軸線在方向X上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，又可以在方向Y上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)均不受限制。然而，在方向Y上不受限制的運(yùn)動(dòng)既與實(shí)際的人手不符，又不容易控制。此外，因?yàn)橹虚g處的直徑小，導(dǎo)致中間處的強(qiáng)度低，而在中間處具有用于使細(xì)線穿過的通孔，因此，容易損壞。弓Ii正文件 I Markus Grebenstein, Maxime Chalon, GerdHirzinger and RolandSiegwart,Antagonistically DrivenFinger Design for the Anthropomorphic DLR HandArm System,2010 IEEE-RAS International Conference on HumanoidRobots,Nashvilie,TN, USA, December6-8,2010弓Ii正文件 2 Markus Grebenstein and Patrick van derSmagt, Antagonism fora Highly Anthropomorphic Hand-ArmSystem, Advanced Robotics 22 (2008)39-5
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)，既更加符合實(shí)際的人手，容易控制，又具有高強(qiáng)度，不容易損壞。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)構(gòu)件，包括在軸線方向上的兩個(gè)端面；連接兩個(gè)所述端面的外輪廓面；以及通孔，其貫穿所述外輪廓面，當(dāng)垂直于所述軸線橫剖所述關(guān)節(jié)構(gòu)件時(shí)，所述關(guān)節(jié)構(gòu)件的每個(gè)橫剖面均呈圓形，并且各所述橫剖面的圓心相同。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)支承件，呈柱狀，包括支承面，用于與機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)構(gòu)件相接觸；以及非支承面，所述支承面具有與所述關(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓面相對(duì)應(yīng)的形狀。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供還一種機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)，包括上述關(guān)節(jié)構(gòu)件；以及上述關(guān)節(jié)支承件。


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圖1示出指骨關(guān)節(jié)的分類，其中，Ca)是鉸鏈連接，(b)是髁狀連接，(c)是鞍形連接。圖2示出拇指的鞍形連接關(guān)節(jié)。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)構(gòu)件的立體圖。圖4是圖3所示的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)構(gòu)件的剖面圖。圖5是與圖3所示的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)構(gòu)件相配合的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)支承件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)由關(guān)節(jié)構(gòu)件(圖3、4)和關(guān)節(jié)支承件(圖5)兩部分構(gòu)成。如圖3所示，關(guān)節(jié)構(gòu)件大致呈沙漏狀，由兩邊高、中間低的曲線繞著軸線旋轉(zhuǎn)而成。即，當(dāng)垂直于軸線剖時(shí)，關(guān)節(jié)構(gòu)件的每個(gè)剖面均呈同心的圓形。而且，關(guān)節(jié)構(gòu)件關(guān)于與軸線垂直的平面對(duì)稱。圖4是關(guān)節(jié)構(gòu)件的剖面圖，示出關(guān)節(jié)構(gòu)件周面的外輪廓(B卩，上述兩邊高、中間低的曲線)。如圖4所示，外輪廓由兩邊到中間依次包括傾斜部20、第一凹部30、凸部40、第二凹部50。傾斜部20從外輪廓的端部開始，越向中間(越遠(yuǎn)離端部)越靠近軸線地傾斜。第一凹部30與傾斜部20相連續(xù)，呈U形。第一凹部30的數(shù)量是兩個(gè)。凸部40與第一凹部30相連續(xù)，呈倒U形。凸部40的數(shù)量是兩個(gè)。第二凹部50與兩個(gè)凸部40相連續(xù)，呈U形。第二凹部50的數(shù)量是一個(gè)。圖5是與關(guān)節(jié)構(gòu)件相配合的關(guān)節(jié)支承件的剖面圖。關(guān)節(jié)支承件呈柱狀，具有與關(guān)節(jié)構(gòu)件相接觸的支承面和不與關(guān)節(jié)構(gòu)件相接觸的非支承面。根據(jù)需要，非支承面可以為任意形狀。如圖5所示，關(guān)節(jié)支承件的支承面具有與關(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓相對(duì)應(yīng)的形狀。具體來說，支承面由兩邊到中間依次包括傾斜部20a、第一凸部30a、凹部40a、第二凸部50a。傾斜部20a從支承面的端部開始，越向中間(越遠(yuǎn)離端部)越遠(yuǎn)離非支承面地傾斜。第一凸部30a與傾斜部20a相連續(xù)，呈倒U形(當(dāng)支承面在上、非支承面在下時(shí))。第一凸部30a的數(shù)量是兩個(gè)。凹部40a與第一凸部30a相連續(xù)，呈U形(當(dāng)支承面在上、非支承面在下時(shí))。凹部40的數(shù)量是兩個(gè)。第二凸部50a與兩個(gè)凹部40a相連續(xù)，呈倒U形(當(dāng)支承面在上、非支承面在下時(shí))。第二凸部50a的數(shù)量是一個(gè)。這樣，將關(guān)節(jié)構(gòu)件安裝到關(guān)節(jié)支承件，使得關(guān)節(jié)支承件的支承面與關(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓相接觸。具體來說，關(guān)節(jié)構(gòu)件的傾斜部20對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)支承件的傾斜部20a，關(guān)節(jié)構(gòu)件的第一凹部30對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)支承件的第一凸部30a，關(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部40對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)支承件的凹部40a，關(guān)節(jié)構(gòu)件的第二凹部50對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)支承件的第二凸部50a。需要注意的是，關(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓的尺寸并非與關(guān)節(jié)支承件的支承面的尺寸完全一致，而是類似于間隙配合。具體來說，關(guān)節(jié)構(gòu)件的第一凹部30沿軸線方向的寬度大于關(guān)節(jié)支承件的第一凸部30a沿軸線方向的寬度，關(guān)節(jié)構(gòu)件的第一凹部30沿與軸線垂直的方向的高度大于關(guān)節(jié)支承件的第一凸部30a沿與軸線垂直的方向的高度。關(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部40沿軸線方向的寬度小于關(guān)節(jié)支承件的凹部40a沿軸線方向的寬度，關(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部40沿與軸線垂直的方向的高度小于關(guān)節(jié)支承件的凹部40a沿與軸線垂直的方向的高度。關(guān)節(jié)構(gòu)件的第二凹部50沿軸線方向的寬度大于關(guān)節(jié)支承件的第二凸部50a沿軸線方向的寬度，關(guān)節(jié)構(gòu)件的第二凹部50沿與軸線垂直的方向的高度大于關(guān)節(jié)支承件的第二凸部50a沿與軸線垂直的方向的高度。因?yàn)殛P(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓是圓形的，因此，當(dāng)關(guān)節(jié)構(gòu)件安裝到關(guān)節(jié)支承件后，關(guān)節(jié)構(gòu)件能繞著其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，即，具有一個(gè)自由度。此外，因?yàn)殛P(guān)節(jié)構(gòu)件與關(guān)節(jié)支承件之間在關(guān)節(jié)構(gòu)件的軸線方向上具有間隙，因此，關(guān)節(jié)構(gòu)件能在與關(guān)節(jié)構(gòu)件的軸線垂直的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，即，具有另一個(gè)自由度。同時(shí)，因?yàn)殛P(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部40插入關(guān)節(jié)支承件的凹部40a，并且關(guān)節(jié)支承件的第一凸部30a插入關(guān)節(jié)構(gòu)件的第一凹部30，因此，關(guān)節(jié)構(gòu)件在與關(guān)節(jié)構(gòu)件的軸線垂直的平面上的轉(zhuǎn)動(dòng)受到限制。此外，因?yàn)殛P(guān)節(jié)構(gòu)件具有凸部40，因此，與不具有凸部40時(shí)相比，關(guān)節(jié)構(gòu)件的中間處的直徑更大，從而強(qiáng)度更大，即使在中間處具有用于使細(xì)線穿過的通孔，也不容易損壞。而且，可以將通孔設(shè)置在凸部40處，因?yàn)橥共?0處的直徑比第二凹部50處的直徑更大，因此強(qiáng)度更大，更不容易損壞。此外，在上述實(shí)施方式中，關(guān)節(jié)構(gòu)件具有兩個(gè)凸部，相應(yīng)地，關(guān)節(jié)支承件具有兩個(gè)凹部。因?yàn)殛P(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部的數(shù)量多于一個(gè)，因此，更容易設(shè)置通孔。但是，關(guān)節(jié)構(gòu)件的凸部和關(guān)節(jié)支承件的凹部的數(shù)量不限于此，而是可以是其它數(shù)量。例如，關(guān)節(jié)構(gòu)件具有一個(gè)凸部，關(guān)節(jié)支承件具有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的凹部，或者三個(gè)凸部和凹部。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)構(gòu)件，包括 在軸線方向上的兩個(gè)端面； 連接兩個(gè)所述端面的外輪廓面；以及 通孔，其貫穿所述外輪廓面， 當(dāng)垂直于所述軸線橫剖所述關(guān)節(jié)構(gòu)件時(shí)，所述關(guān)節(jié)構(gòu)件的每個(gè)橫剖面均呈圓形，并且各所述橫剖面的圓心相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)構(gòu)件，其特征在于，所述關(guān)節(jié)構(gòu)件關(guān)于與所述軸線垂直的平面對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的關(guān)節(jié)構(gòu)件，其特征在于，所述外輪廓面包括從所述端面開始、越遠(yuǎn)離所述端面越靠近所述軸線地傾斜的傾斜部，與所述傾斜部相連續(xù)的凹部，以及與所述凹部相連續(xù)的凸部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的關(guān)節(jié)構(gòu)件，其特征在于，所述通孔位于所述凸部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的關(guān)節(jié)構(gòu)件，其特征在于，所述凸部的數(shù)量為兩個(gè)以上。
6.一種機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)支承件，呈柱狀，包括 支承面，用于與機(jī)械手拇指的關(guān)節(jié)構(gòu)件相接觸；以及 非支承面， 所述支承面具有與所述關(guān)節(jié)構(gòu)件的外輪廓面相對(duì)應(yīng)的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的關(guān)節(jié)支承件，其特征在于，所述支承面包括從所述支承面的端部開始、越遠(yuǎn)離所述端部越遠(yuǎn)離所述非支承面地傾斜的傾斜部，與所述傾斜部相連續(xù)的凸部，以及與所述凸部相連續(xù)的凹部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的關(guān)節(jié)支承件，其特征在于，所述凹部的數(shù)量為兩個(gè)以上。
9.一種機(jī)械手姆指關(guān)節(jié)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)構(gòu)件；以及 根據(jù)權(quán)利要求6 8中任一項(xiàng)所述的關(guān)節(jié)支承件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)構(gòu)件與所述關(guān)節(jié)支承件在所述軸線方向上具有間隙。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)構(gòu)件、關(guān)節(jié)支承件以及關(guān)節(jié)。所述關(guān)節(jié)構(gòu)件包括在軸線方向上的兩個(gè)端面；連接兩個(gè)所述端面的外輪廓面；以及通孔，其貫穿所述外輪廓面，當(dāng)垂直于所述軸線橫剖所述關(guān)節(jié)構(gòu)件時(shí)，所述關(guān)節(jié)構(gòu)件的每個(gè)橫剖面均呈圓形，并且各所述橫剖面的圓心相同。本發(fā)明的機(jī)械手拇指關(guān)節(jié)，既更加符合實(shí)際的人手，容易控制，又具有高強(qiáng)度，不容易損壞。
文檔編號(hào)B25J17/02GK103009400SQ20121059019
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者李實(shí) 申請(qǐng)人:李實(shí)