膜片式便攜助殘機械手的制作方法

本發明涉及一種助殘裝置，具體涉及一種膜片式便攜助殘機械手。

背景技術：

機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手最先由美國開始研制開發，最初目的是為了幫助人們擺動繁重的勞動和進行簡單的重復性勞動，以及代替人到危險環境匯中進行作業。隨著機械手技術的長期實踐發展與工藝革新，機械手以其作業的準確性和各種環境中完成作業的突出能力，被廣泛應用于國內外的工業制造、軍事、娛樂、醫療等技術領域。

雖然機械手技術的發展突飛猛進，但在助殘服務領域的開發應用有限。現有的機械手包括安裝于人體手臂上的安裝部，安裝部設置有夾持爪，夾持爪可張開或合攏，用于代替類似抓取及一些簡單的動作，一方面，傳統的夾持爪張開或合攏的動作由電機驅動，電機存在質量重、需要反復充電等弊病，由于機械手需要長時間進行攜帶，質量重會造成使用者的負擔，反復充電的缺點也給使用者帶來諸多局限，及時電池能夠拆卸及更換，也會給使用者增加使用成本。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種利用手臂動作驅動夾持爪張開或合攏的膜片式便攜助殘機械手，具體適用于手部缺少手指及手掌的殘疾者。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：包括安裝部及夾持爪，所述的安裝部安裝于使用者手臂，所述的安裝部設置有驅動夾持爪張開或合攏的驅動裝置，其特征在于：所述的安裝部為安裝于前臂后端的固定套，所述的固定套呈筒狀并環繞于前臂，所述的驅動裝置包括活動套及聯動機構，所述的活動套轉動設置于固定套內并安裝于前臂前端，所述的夾持爪包括成對設置的爪體，各所述的爪體轉動設置于固定套，所述的爪體設置有調節爪體轉動位置的聯動部，所述的聯動機構設置于活動套與聯動部之間，所述的活動套在前臂前端驅動下相對固定套轉動時，聯動機構使各爪體相分離；所述的活動套在前臂前端不施力時，聯動機構使各爪體相靠攏，所述的聯動機構包括繩索安裝板、膜片彈簧、杠桿及繩索，所述的杠桿中部轉動設置于固定套，其一端作為與膜片彈簧相抵的施力端，另一端與繩索固定的牽引端，所述的膜片彈簧相對杠桿的另一側與聯動部相抵配并沿聯動部的擺動方向形變，所述的繩索安裝板相對固定套徑向固定于活動套，所述的繩索固定于杠桿的另一端固定于繩索安裝板，所述的杠桿與活動套之間設置有繩索轉向機構，成對的所述的爪體之間設置有將爪體自動靠攏的靠攏組件。

通過采用上述技術方案，使用者手臂的前臂前端與前臂后端可相對轉動，可利用該轉動力，代替之前由電機產生的驅動力，從而避免因電機所帶來的質量重、成本高、不環保等缺點，前臂前端與前臂后端相對轉動時，即活動套相對固定套轉動，而聯動機構將活動套的運動傳遞至爪體的聯動部，使其能夠根據動作的不同作出分離或靠攏的動作，使機械手能夠以較低的成本應用于廣大人群，減少殘疾人士的負擔，活動套轉動時，通過繩索帶動杠桿的牽引端擺動，與此同時，施力端也同步反向擺動，施力端擺動造成膜片彈簧的擠壓形變，膜片彈簧瞬間形變至相對施力端的另一側，與此同時聯動部受膜片彈簧推動，使成對的爪體相分離，實現夾持爪的張開；當活動套回位時，通過繩索帶動杠桿的牽引端擺動，施力端回歸至初始位置，靠攏組件使成對的爪體相靠近，聯動部擠壓膜片回位，膜片彈簧瞬間形變至相對施力端的同側，實現夾持爪的合攏，利用繩索、杠桿及膜片彈簧將所有組件進行聯動，質量輕且操作方便，便于調整朝向，利用膜片彈簧進行助力，充分減輕使用者負擔。

本發明進一步設置為：所述的繩索轉向機構包括供繩索依次繞設的第一轉向輪及第二轉向輪，所述的第一轉向輪平行安裝于繩索安裝板，所述的第二轉向輪安裝于固定套并垂直于繩索安裝板與杠桿之間。

通過采用上述技術方案，由兩個轉向輪完成的繩索轉向機構實現繩索的轉向，在活動套轉動時杠桿能夠穩定往復直線移動，合理利用前臂前端相對前臂后端的轉動。

本發明進一步設置為：所述的靠攏組件包括靠攏環，所述的靠攏環安裝于相對的爪體之間，各所述的爪體設置有與靠攏環限位并可相對轉動的卡槽，所述的靠攏環設置有空缺段，該空缺端設置有呈拉伸狀態并將靠攏環相銜接的靠攏彈簧。

通過采用上述技術方案，靠攏環依賴靠攏彈簧在無外力作用下會自動收縮，由于其與爪體卡配，收縮過程中帶動相對的爪體靠攏，優化結構，便于拆裝。

本發明進一步設置為：所述的膜片彈簧中部可拆卸設置有與杠桿的施力端對應的施力塊，所述的施力塊設置有穿過膜片彈簧的配合環，所述的配合環外周嵌裝有卡環，所述的卡環與施力塊之間構成與膜片彈簧形狀相適配的限位腔。

通過采用上述技術方案，施力塊作為杠桿的施力位，使膜片彈簧各處的受力更加均勻，將施力塊設計與膜片彈簧可拆卸配合，根據不同的杠桿更換不同規格的施力塊，也使卡環配合施力塊可夾持不同厚度的膜片彈簧，膜片彈簧作為該裝置的主要消耗件，提高易更換性。

本發明進一步設置為：所述的固定套設置有繩索經過的牽引力放大機構，所述的牽引力放大機構包括滑輪組及滑輪安裝架，所述的滑輪安裝架固定于固定套內，所述的滑輪組包括分別轉動設置于滑輪安裝架的第一滑輪及第二滑輪，所述的第一滑輪設置有轉動配合的滑輪塊，所述的滑輪安裝架沿第一滑輪朝向第二滑輪的方向設置有與滑輪塊滑移配合的滑塊槽，所述的繩索經過滑輪組的部分沿第一轉向輪向第二轉向輪的方向依次包括輸入段及輸出段，所述的輸入段從外界的繩索進入，依次繞設于第一滑輪及第二滑輪，最終固定于滑輪塊，所述的輸出段從滑輪塊延伸至外界的繩索。

通過采用上述技術方案，牽引力放大機構使活動套提供的轉動牽引力被放大，減少使用者的操作負擔，而牽引力放大機構可選擇多種方案，優選滑輪組進行放大，結構簡單，放大效果好，質量較小。

本發明進一步設置為：所述的滑輪安裝架位于繩索安裝板相對第一轉向輪的另一側設置有配合部，所述的配合部與繩索安裝板之間構成與第一轉向輪形狀相適配的安裝腔，所述的第一轉向輪設置有轉動配合的輪軸，所述的輪軸一端與繩索安裝板固定配合，另一端與配合部固定配合。

通過采用上述技術方案，滑輪安裝架在安裝的同時構成第一轉向輪的安裝腔，簡化內部結構的同時簡化安裝步驟，此外，輪軸也作為繩索安裝板及配合部的定位，提高各組件之間的配合穩定性。

本發明進一步設置為：所述的爪體數量為兩個，分別為鉤取用爪體及抓取用爪體，所述的鉤取用爪體及抓取用爪體之間的空間組合構成夾持腔，所述的鉤取用爪體包括呈弧形狀且向抓取用爪體彎曲的主鉤取體，所述的抓取用爪體包括平行設置的第一副抓取體及第二副抓取體，所述的第一副抓取體及第二副抓取體呈弧形狀且向鉤取用爪體彎曲，所述的副抓取體兩端分別設置有將第一副抓取體及第二副抓取體固定連接的連接板，所述的主鉤取體的端部設置有與連接板抵配并形狀適配的配合板，所述的主鉤取體朝向抓取用爪體的端面由陡面部及緩面部組成，所述的陡面部的弧度大于緩面部的弧度，所述的緩面部及陡面部沿遠離固定套方向依次設置。

通過采用上述技術方案，爪體分為模擬大拇指的鉤取用爪體及模擬其他手指的抓取用爪體，主鉤取體用于鉤取一些帶鉤環的物體，例如塑料袋、手提包、拉桿箱等等，快速進入環體較小的物體，進入后配合板避免上述物體脫手，此外，端面由陡面部及緩面部，當環體進入主鉤取體后，由于弧度較大，陡面部將物體快速滑入主鉤取體的中心部分，亦降低脫手的可能性；而第一副抓取體及第二副抓取體組成的抓取用爪體，構成一個較大的抓取面，用于抓取不定形的物體，例如食物、杯子、錢包等等，增加施力面積，提高抓取穩定性，而連接板與配合板兩者增加鉤取用爪體與抓取用爪體的配合面積，可利用配合位置完成一些簡易的移位動作。

本發明進一步設置為：所述的固定套開設置有與活動套相對應的操作口，所述的活動套內設置有環繞于前臂的內緊固帶，所述的內緊固帶兩端分別延伸至活動套外并設置有魔術貼，所述的固定套內設置有環繞活動套并與操作口聯通的空氣流通腔。

通過采用上述技術方案，由于活動套位于固定套內，增設操作口，便于將內緊固帶與前臂前端安裝，采用魔術貼固定更加方便，提高日常取裝的便捷性，減少取裝所消耗的時長，令使用者更易于接受，更愿意使用，拆下后清理前臂及固定套內部，避免污漬或細菌滋生，造成感染，此外，外界氣流從操作口進入，經空氣流通腔循環一周后，從操作口流出，進一步避免滋生細菌的可能，提高裝置使用的衛生性。

本發明進一步設置為：所述的第一滑輪及第二滑輪外周沿周向設置有滑輪槽，所述的滑輪槽內嵌裝有摩擦件，所述的摩擦件由彈性材料制成，所述的滑輪槽的截面呈梯形設置，所述的摩擦件內周與滑輪槽形狀相適配，外周設置有與繩索抵配的摩擦槽，所述的摩擦槽截面呈梯形設置。

通過采用上述技術方案，繩索被牽引時會擠壓摩擦件，與摩擦件之間產生摩擦力，避免的牽引力變化造成夾持爪急速張開或合攏，當牽引力逐漸增加時，繩索向摩擦件擠壓加深，由于摩擦槽呈梯形狀，空間逐漸收攏，繩索與摩擦件的摩擦力逐漸增加，與此同時，摩擦件擠壓滑輪槽，由于滑輪槽呈梯形狀，空間逐漸收攏，滑輪與摩擦件的摩擦力逐漸增加，由于牽引力過大時出現牽引力的情況更容易發生，故逐漸增加摩擦力，避免急速張開或合攏的情況發生，提高操作穩定性，日常生活中，減少該類情況的發生，減少使用者的操作失誤。

本發明進一步設置為：所述的滑輪安裝架由矩形排布且相互平行的四個柱狀單元組成，各所述的柱狀單元的端部插入固定套內，相鄰所述的柱狀單元之間構成滑塊槽。

通過采用上述技術方案，在逐個安裝柱狀單元的過程中滑塊槽呈開放狀，使滑輪塊快速放置于滑塊槽，再將滑塊槽進行封閉，提高安裝的便捷性。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式的立體圖；

圖2為本發明具體實施方式的內部結構圖；

圖3為本發明具體實施方式中第一滑輪的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1—圖3所示，本發明公開了一種膜片式便攜助殘機械手，包括安裝部及夾持爪，安裝部安裝于使用者手臂，安裝部設置有驅動夾持爪張開或合攏的驅動裝置，安裝部為安裝于前臂后端的固定套1，固定套1呈筒狀并環繞于前臂，驅動裝置包括活動套2及聯動機構，活動套2轉動設置于固定套1內并安裝于前臂前端，夾持爪包括成對設置的爪體，各爪體轉動設置于固定套1，爪體設置有調節爪體轉動位置的聯動部31，聯動機構設置于活動套2與聯動部31之間，活動套2在前臂前端驅動下相對固定套1轉動時，聯動機構使各爪體相分離；活動套2在前臂前端不施力時，聯動機構使各爪體相靠攏，聯動機構包括繩索安裝板21、膜片彈簧5、杠桿6及繩索7，杠桿6中部轉動設置于固定套1，其一端作為與膜片彈簧5相抵的施力端61，另一端與繩索7固定的牽引端62，膜片彈簧5相對杠桿6的另一側與聯動部31相抵配并沿聯動部31的擺動方向形變，繩索安裝板21相對固定套1徑向固定于活動套2，繩索7固定于杠桿6的另一端固定于繩索安裝板21，杠桿6與活動套2之間設置有繩索轉向機構，成對的爪體之間設置有將爪體自動靠攏的靠攏組件，使用者手臂的前臂前端與前臂后端可相對轉動，可利用該轉動力，代替之前由電機產生的驅動力，從而避免因電機所帶來的質量重、成本高、不環保等缺點，前臂前端與前臂后端相對轉動時，即活動套2相對固定套1轉動，而聯動機構將活動套2的運動傳遞至爪體的聯動部31，使其能夠根據動作的不同作出分離或靠攏的動作，使機械手能夠以較低的成本應用于廣大人群，減少殘疾人士的負擔，活動套2轉動時，通過繩索7帶動杠桿6的牽引端62擺動，與此同時，施力端61也同步反向擺動，施力端61擺動造成膜片彈簧5的擠壓形變，膜片彈簧5瞬間形變至相對施力端61的另一側，與此同時聯動部31受膜片彈簧5推動，使成對的爪體相分離，實現夾持爪的張開；當活動套2回位時，通過繩索7帶動杠桿6的牽引端62擺動，施力端61回歸至初始位置，靠攏組件使成對的爪體相靠近，聯動部31擠壓膜片回位，膜片彈簧5瞬間形變至相對施力端61的同側，實現夾持爪的合攏，利用繩索7、杠桿6及膜片彈簧5將所有組件進行聯動，質量輕且操作方便，便于調整朝向，利用膜片彈簧5進行助力，充分減輕使用者負擔。

繩索轉向機構包括供繩索7依次繞設的第一轉向輪71及第二轉向輪72，第一轉向輪71平行安裝于繩索安裝板21，第二轉向輪72安裝于固定套1并垂直于繩索安裝板21與杠桿6之間，由兩個轉向輪完成的繩索轉向機構實現繩索7的轉向，在活動套2轉動時杠桿6能夠穩定往復直線移動，合理利用前臂前端相對前臂后端的轉動。

靠攏組件包括靠攏環32，靠攏環32安裝于相對的爪體之間，各爪體設置有與靠攏環32限位并可相對轉動的卡槽33，靠攏環32設置有空缺段，該空缺端設置有呈拉伸狀態并將靠攏環32相銜接的靠攏彈簧321，靠攏環32依賴靠攏彈簧321在無外力作用下會自動收縮，由于其與爪體卡配，收縮過程中帶動相對的爪體靠攏，優化結構，便于拆裝。

膜片彈簧5中部可拆卸設置有與杠桿6的施力端61對應的施力塊51，施力塊51設置有穿過膜片彈簧5的配合環511，配合環511外周嵌裝有卡環512，卡環512與施力塊51之間構成與膜片彈簧5形狀相適配的限位腔，施力塊51作為杠桿6的施力位，使膜片彈簧5各處的受力更加均勻，將施力塊51設計與膜片彈簧5可拆卸配合，根據不同的杠桿6更換不同規格的施力塊51，也使卡環512配合施力塊51可夾持不同厚度的膜片彈簧5，膜片彈簧5作為該裝置的主要消耗件，提高易更換性。

固定套1設置有繩索7經過的牽引力放大機構，牽引力放大機構包括滑輪組及滑輪安裝架8，滑輪安裝架8固定于固定套1內，滑輪組包括分別轉動設置于滑輪安裝架8的第一滑輪81及第二滑輪82，第一滑輪81設置有轉動配合的滑輪塊83，滑輪安裝架8沿第一滑輪81朝向第二滑輪82的方向設置有與滑輪塊83滑移配合的滑塊槽84，繩索7經過滑輪組的部分沿第一轉向輪71向第二轉向輪72的方向依次包括輸入段73及輸出段74，輸入段73從外界的繩索7進入，依次繞設于第一滑輪81及第二滑輪82，最終固定于滑輪塊83，輸出段74從滑輪塊83延伸至外界的繩索7，牽引力放大機構使活動套2提供的轉動牽引力被放大，減少使用者的操作負擔，而牽引力放大機構可選擇多種方案，優選滑輪組進行放大，結構簡單，放大效果好，質量較小。

滑輪安裝架8位于繩索安裝板21相對第一轉向輪的另一側設置有配合部85，配合部85與繩索安裝板21之間構成與第一轉向輪71形狀相適配的安裝腔86，第一轉向輪71設置有轉動配合的輪軸711，輪軸一端與繩索安裝板固定配合，另一端與配合部固定配合，滑輪安裝架在安裝的同時構成第一轉向輪的安裝腔，簡化內部結構的同時簡化安裝步驟，此外，輪軸也作為繩索安裝板及配合部的定位，提高各組件之間的配合穩定性。

爪體數量為兩個，分別為鉤取用爪體3及抓取用爪體4，鉤取用爪體3及抓取用爪體4之間的空間組合構成夾持腔34，鉤取用爪體3包括呈弧形狀且向抓取用爪體4彎曲的主鉤取體35，抓取用爪體4包括平行設置的第一副抓取體41及第二副抓取體42，第一副抓取體41及第二副抓取體42呈弧形狀且向鉤取用爪體3彎曲，副抓取體兩端分別設置有將第一副抓取體41及第二副抓取體42固定連接的連接板43，主鉤取體35的端部設置有與連接板43抵配并形狀適配的配合板36，主鉤取體35朝向抓取用爪體4的端面由陡面部351及緩面部352組成，陡面部351的弧度大于緩面部352的弧度，緩面部352及陡面部351沿遠離固定套1方向依次設置，爪體分為模擬大拇指的鉤取用爪體3及模擬其他手指的抓取用爪體4，主鉤取體35用于鉤取一些帶鉤環的物體，例如塑料袋、手提包、拉桿箱等等，快速進入環體較小的物體，進入后配合板36避免上述物體脫手，此外，端面由陡面部351及緩面部352，當環體進入主鉤取體35后，由于弧度較大，陡面部351將物體快速滑入主鉤取體35的中心部分，亦降低脫手的可能性；而第一副抓取體41及第二副抓取體42組成的抓取用爪體4，構成一個較大的抓取面，用于抓取不定形的物體，例如食物、杯子、錢包等等，增加施力面積，提高抓取穩定性，而連接板43與配合板36兩者增加鉤取用爪體3與抓取用爪體4的配合面積，可利用配合位置完成一些簡易的移位動作。

固定套1開設置有與活動套2相對應的操作口11，活動套2內設置有環繞于前臂的內緊固帶21，內緊固帶21兩端分別延伸至活動套2外并設置有魔術貼，固定套1內設置有環繞活動套2并與操作口11聯通的空氣流通腔12，由于活動套2位于固定套1內，增設操作口11，便于將內緊固帶21與前臂前端安裝，采用魔術貼固定更加方便，提高日常取裝的便捷性，減少取裝所消耗的時長，令使用者更易于接受，更愿意使用，拆下后清理前臂及固定套1內部，避免污漬或細菌滋生，造成感染，此外，外界氣流從操作口11進入，經空氣流通腔12循環一周后，從操作口11流出，進一步避免滋生細菌的可能，提高裝置使用的衛生性，魔術貼為現有構件，未在附圖中表示，固定套1上設置有與內緊固帶21結構相同的外緊固帶13。

第一滑輪81及第二滑輪82外周沿周向設置有滑輪槽811，滑輪槽811內嵌裝有摩擦件812，摩擦件812由彈性材料制成，滑輪槽811的截面呈梯形設置，摩擦件812內周與滑輪槽811形狀相適配，外周設置有與繩索7抵配的摩擦槽813，摩擦槽813截面呈梯形設置，繩索7被牽引時會擠壓摩擦件812，與摩擦件812之間產生摩擦力，避免的牽引力變化造成夾持爪急速張開或合攏，當牽引力逐漸增加時，繩索7向摩擦件812擠壓加深，由于摩擦槽813呈梯形狀，空間逐漸收攏，繩索7與摩擦件812的摩擦力逐漸增加，與此同時，摩擦件812擠壓滑輪槽811，由于滑輪槽811呈梯形狀，空間逐漸收攏，滑輪與摩擦件812的摩擦力逐漸增加，由于牽引力過大時出現牽引力的情況更容易發生，故逐漸增加摩擦力，避免急速張開或合攏的情況發生，提高操作穩定性，日常生活中，減少該類情況的發生，減少使用者的操作失誤。

滑輪安裝架8由矩形排布且相互平行的四個柱狀單元87組成，各柱狀單元87的端部插入固定套1內，相鄰柱狀單元87之間構成滑塊槽84，在逐個安裝柱狀單元的過程中滑塊槽84呈開放狀，使滑輪塊快速放置于滑塊槽，再將滑塊槽進行封閉，提高安裝的便捷性。