模塊式仿人假肢手指的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種模塊式仿人假肢手指，而提供一種尺寸與人手指更接近，夾持力大假肢手指。包括微型電機及微型減速器組件、手指基座、基關節支架、基指節、近指節、叉形連桿以及由微型蝸桿和微型蝸輪嚙合組成的驅動機構。微型蝸桿通過其上的D形孔與微型電機及微型減速器組件的輸出軸連接，微型蝸桿一端有壓力銅墊承受微型電機側的軸向力，另一端通過深溝軸承與基關節支架連接，基指節與微型蝸輪聯接，微型蝸輪的傳動軸為基關節的中心，近指節與基指節鉸接，叉形連桿一端與近指節鉸接，另一端與基關節支架鉸接，微型蝸輪位于叉形連桿的叉形內廓空間；微型蝸輪置于手掌的掌心部，微型電機及微型減速器組件和微型蝸桿位于手掌的手背部。
【專利說明】模塊式仿人假肢手指
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種模塊式仿人假肢手指。
【背景技術】
[0002]仿人假肢手指是假肢手的重要部件。仿人假肢手安裝于斷手殘疾人殘肢上，實現人手的某些功能。2008年前，世界上運作最成功，應用最廣泛的電動型假肢手為德國OttoBock公司出品的OttoBock SUVA手。此型假肢手拾取表面肌點信號，由微處理器處理后形成指令，驅動微型電動機。經微型直齒圓柱齒輪減速，通過連桿，實現假肢手的開合運動。此種假肢手只有I個自由度，不能實現對被抓取物體很好的包絡和更多的動作。
[0003]2008年以后，具實用價值的多自由度假肢手被研制出來。英國Blatchford&Sons公司研制了 ilimb假肢手。此款假肢手每個手指由一臺微型電機驅動，微電機置于基指節的空腔內。姆指以外的四個手指每指有兩個回轉關節:基指關節為主動關節，近指關節為從動關節。兩個關節的運動是耦合的。基關節運動的傳動路線是:微電機的回轉運動經一對錐齒輪傳動，再經蝸桿蝸輪傳動，帶動基指節回轉。錐齒輪的作用是為了縮短機械傳動鏈的長度，進而縮短了基指節的長度。蝸輪是固定不動的，蝸桿帶動基指節繞蝸輪轉動。近指關節的運動是索控的。拉動繩索使近指節做屈指運動，伸指運動則由彈簧復位實現。每個手指設計成一個獨立模塊。此種手主要優點是外形比較美觀。手指為模塊式。主要缺點是微電機置于基指節空腔內，難以容下大力矩電機。英國Steeper公司研制了 Bebionic假肢手。此款假肢手每個手指亦由一臺微型電機驅動。拇指以外的手指，微電機置于手掌內。基指關節為主動關節，其回轉運動的傳動路線:微電機通過一對直齒輪將運動傳遞給滑動螺桿，螺桿通過滑動螺母將回轉運動轉化為螺母的線性運動。螺母通過連桿拉動基指節做回轉運動。如果電機直接帶動螺桿，由于機械尺度的關系，手掌會很長。一對直齒輪將運動鏈分為兩節。布置為兩層。縮短了手掌的長度。近指關節為從動關節。采用雙擺桿形式的四連桿機構。基指節為一個擺桿，連架桿為另一個擺桿。近指節為連桿。主從兩個運動是耦合的。此種手的主要缺點是手掌比較厚大。結構為非模塊式。上海科生假肢有限公司提出了一種科生仿生假手。手指基關節用蝸桿蝸輪傳動。微電機減速器組件，蝸桿置于手掌心部。蝸輪置于手掌背部。基指節設計成帶凹槽形狀以避免與蝸桿運動干涉，基指節為非對稱外形。減速器輸出軸與蝸桿軸通過聯軸器連接，使手掌尺寸較長。近指節用連桿傳動。該手指沒有設計為模塊式。由于外觀的原因，此種手較適于帶手皮工作。
[0004]雖然基于表面肌電信號(EMG)的多指欠驅動假肢手技術得到了發展，但尚存在很多問題影響了其使用效果。
[0005]最主要的問題包括:
[0006]1、外形欠美觀:一般所研制的假肢手與人手在尺寸上存在差別。當電機置于基指節內，假肢手手指長于人的手指。當電機置于手掌內，假肢手手掌長于人的手掌。當把電機及機械傳動鏈布置為兩層，假肢手手掌厚于人的手掌。假肢手基指關節的厚度一般大于人手的基指關節達8毫米之多。雖然已盡相當的努力，尚不能滿足殘疾人對美的追求。[0007]2.假肢手抓取力比較小:其原因有二；首先，受安裝空間的限制，難以選擇輸出力矩比較大的微電機，輸出力矩比較大的電機其直徑或長度尺寸較大，特別是長度尺寸比較大。無論是置于基指節空腔還是置于手掌內都會增加基指節或手掌的長度。另一方面，很多假肢手用彈簧實現復位運動，簡化了機構的設計。但處于工作階段的屈指運動則需拉伸彈簧，這占用了電機的大部分驅動力矩。
[0008]3.噪聲比較大，有的甚至很大。若在機械傳動鏈中使用了微型錐齒輪，由于加工難于控制，嚙合噪聲很大。若在機械傳動鏈中使用了直齒輪副，盡管在材料選擇上進行了考慮。例如，一個為塑料，一個為鋼材。還會有較大噪聲。使用者感到心理不舒服。
實用新型內容
[0009]本實用新型的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種尺寸與人手指更接近，夾持力大的欠驅動模塊式仿人假肢手指。
[0010]為實現本實用新型的目的所采用的技術方案是:
[0011]一種模塊式仿人假肢手指，包括微型電機及微型減速器組件、手指基座、基關節支架、基指節、近指節、叉形連桿以及由微型蝸輪和微型蝸桿嚙合組成的驅動機構，所述微型電機及微型減速器組件安裝于所述手指基座上，所述微型蝸桿通過所述微型蝸桿內的D形孔與所述微型電機及微型減速器組件的輸出軸連接，所述微型蝸桿安裝于所述基關節支架內，所述微型蝸桿與所述微型電機及微型減速器組件的輸出軸相對應的一端安裝有壓力銅墊承受所述微型電機側的軸向力，所述微型蝸桿另一端通過深溝軸承與所述基關節支架連接，所述深溝軸承承受與所述微型電機側相反的軸向力和徑向力；所述微型蝸輪的傳動軸安裝于所述基關節支架上；所述基指節與所述微型蝸輪通過銷釘聯接，所述微型蝸輪的傳動軸為所述基關節的中心，所述近指節與所述基指節鉸接，所述叉形連桿一端與所述近指節鉸接，所述叉形連桿的另一端與所述基關節支架鉸接，所述微型蝸輪位于所述叉形連桿的叉形內廓空間；所述微型蝸輪置于手掌的掌心部，所述微型電機及微型減速器組件和微型蝸桿位于手掌的手背部。
[0012]所述基指節和近指節均為對稱薄壁空腔結構。
[0013]所述手指基座和所述基關節支架均為航空鋁合金材料。
[0014]所述近指節和基指節均為材料密度為1.2-1.4g/cm3的高強度聚合物材料。
[0015]所述手指基座通過螺釘與手掌連接板連接。
[0016]所述微型蝸輪的傳動軸為空心軸。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0018]1.本實用新型的仿人假肢手指基關節微型減速器的輸出軸與蝸桿之間用D形軸孔直接聯接，無需聯軸器，縮短了軸向尺寸，傳動鏈比較短，可以布置為單層，使假肢手掌的長度與厚度較其他假肢手大幅減小，尺寸與人手相當。
[0019]2.本實用新型的假肢手指中，基關節支架、基指節、叉形連桿、近指節組成交叉雙擺桿機構傳動，形成近指節傳動鏈，沒有復位彈簧。屈指運動時，無需克服彈簧變形的拉力或扭力矩，有效的抓取力也更大。
[0020]3.本實用新型假肢手指近指關節的傳動連桿設計為叉形連桿，連桿的叉形內廓空間用于容納前述的蝸輪，避免了與其的運動干涉。[0021]4.本實用新型假肢手指基指節和近指節由于前述的技術，設計為對稱薄壁空腔結構，輕質而美觀。
[0022]5.本實用新型的假肢手指設計為模塊式，使制造，裝配，維修變得更容易。
[0023]6.本實用新型的假肢手指中，基關節傳動鏈中，微電機減速器組件和蝸桿置于手掌背部，蝸輪位于手掌心部。蝸桿與蝸輪置于基關節支架中，兩者都作定軸運動，結構簡單。
[0024]7.由于本實用新型的假肢手指機械傳動鏈中沒有采用錐齒輪和直齒輪傳動，有效地減小了噪聲。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為模塊式仿人假肢手指機械結構示意圖；
[0026]圖2為模塊式仿人假肢手指外形示意圖；
[0027]圖3為模塊式仿人假肢手指構成的假肢手拆去背部外殼的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0029]本實用新型模塊式仿人假肢手指的示意圖如圖1、圖2所示，包括微型電機及微型減速器組件15、手指基座14、基關節支架16、基指節4、近指節1、叉形連桿5以及由微型蝸輪7和微型蝸桿12嚙合組成的驅動機構，所述微型電機及微型減速器組件15安裝于所述手指基座14上，所述微型蝸桿12通過所述微型蝸桿上的D形孔與所述微型電機及微型減速器組件15的輸出軸連接，所述微型蝸桿12安裝于所述基關節支架16內，所述微型蝸桿12與所述微型電機及微型減速器組件15的輸出軸相對應的一端安裝有壓力銅墊13承受所述微型電機側的軸向力，所述微型蝸桿12另一端通過深溝軸承10與所述基關節支架16連接，在深溝軸承10處裝有外圈隔墊9，所述深溝軸承承受與所述微型電機側相反的軸向力和徑向力；所述微型蝸輪7的傳動軸11安裝于所述基關節支架16上，所述微型蝸輪的傳動軸11采用空心軸。所述基指節4與所述微型蝸輪7通過銷釘8聯接，所述微型蝸輪7的傳動軸11為所述基關節4的中心，所述近指節I與所述基指節4通過銷軸2鉸接，所述叉形連桿5 —端與所述近指節I通過銷軸3鉸接，所述叉形連桿5的另一端通過銷軸6與所述基關節支架16鉸接，所述微型蝸輪7位于所述叉形連桿5的叉形內廓空間。所述微型蝸輪7置于手掌的掌心部，所述微型電機及微型減速器組件15和微型蝸桿12位于手掌的手背部。所述手指基座14通過螺釘與手掌連接板連接。手指的初始狀態如圖1中的實線所示，使用時，微型電機及微型減速器組件15的輸出軸帶動微型蝸桿和微型蝸輪組成的驅動機構，微型蝸輪帶動基指節、近指節彎曲，成為圖1中虛線所示的形狀。當完成動作后，微型電機反向轉動，驅動微型蝸桿微型蝸輪，帶動基指節和近指節復位。
[0030]其中，所述基指節4和近指節I均設計為對稱薄壁空腔結構。
[0031]所述手指基座14和所述基關節支架16為航空招合金材料；所述近指節I和基指節4均為材料密度為1.2-1.4g/cm3的高強度聚合物材料，如PA6060，假肢手指既有很高的強度，剛度又很輕巧。
[0032]本實用新型的模塊式仿人假肢手指構成的假肢手拆去背部外殼的示意圖如圖3所示，組裝時，基指節與手掌初始夾角為19°。[0033]本實用新型的假肢手指尺寸接近人指，外形美觀，具有更大的夾持力。
[0034]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出的是，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種模塊式仿人假肢手指，其特征在于，包括微型電機及微型減速器組件(15)、手指基座(14)、基關節支架(16)、基指節(4)、近指節(I)、叉形連桿(5)以及由微型蝸輪(7)和微型蝸桿(12)嚙合組成的驅動機構，所述微型電機及微型減速器組件(15)安裝于所述手指基座(14)上，所述微型蝸桿(12)通過所述微型蝸桿內的D形孔與所述微型電機及微型減速器組件(15)的輸出軸連接，所述微型蝸桿(12)安裝于所述基關節支架(16)內，所述微型蝸桿(12)與所述微型電機及微型減速器組件(15)的輸出軸相對應的一端安裝有壓力銅墊承受所述微型電機側的軸向力，所述微型蝸桿(12)另一端通過深溝軸承(10)與所述基關節支架(16)連接，所述深溝軸承(10)承受與所述微型電機側相反的軸向力和徑向力；所述微型蝸輪(7)的傳動軸安裝于所述基關節支架(16)上；所述基指節(4)與所述微型蝸輪(7 )通過銷釘聯接，所述微型蝸輪(7 )的傳動軸為所述基關節(4 )的中心，所述近指節(I)與所述基指節(4)鉸接，所述叉形連桿(5) —端與所述近指節(I)鉸接，所述叉形連桿(5)的另一端與所述基關節支架(16 )鉸接，所述微型蝸輪(7 )位于所述叉形連桿(5 )的叉形內廓空間；所述微型蝸輪(7)置于手掌的掌心部，所述微型電機及微型減速器組件(15)和微型蝸桿(12)位于手掌的手背部。
2.根據權利要求1所述的模塊式仿人假肢手指，其特征在于，所述基指節(4)和近指節(I)均為對稱薄壁空腔結構。
3.根據權利要求1或2所述的模塊式仿人假肢手指，其特征在于，所述手指基座(14)和所述基關節支架(16)均為航空鋁合金材料。
4.根據權利要求1或2所述的模塊式仿人假肢手指，其特征在于，所述近指節(I)和基指節(4)均為材料密度為1.2-1.4g/cm3的高強度聚合物材料。
5.根據權利要求1或2所述的模塊式仿人假肢手指，其特征在于，所述手指基座(14)通過螺釘與手掌連接板連接。
6.根據權利要求1或2所述的模塊式仿人假肢手指，其特征在于，所述微型蝸輪的傳動軸(11)為空心軸。
【文檔編號】A61F2/54GK203598078SQ201320618513
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】王博成 申請人:王博成