专利名称：前臂多功能转换假肢手的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种假肢手，特别是一种前臂多功能转换假肢手。
背景技术：
国内现有假肢中的索控式前臂假肢，其工作原理是截肢者运用自身的力量通过 拉索和牵拉机构来控制假手的开合，实现假手的抓握功能。一般地该手只有张合抓握功能， 其功能单一，抓握不灵活。另有肌电前臂假肢，其工作原理是截肢者通过残肢肌肉的肌电 信号来控制假手的开合或旋腕，该类假肢中安装有微型电机，使用时需要安装电池，一般地 该类假肢手只有两个自由度，而且两个自由度不能同时进行，其抓握速度慢，功能转换也相 当麻烦，并且肌电信号并不是容易找到，控制有时会失效
发明内容
本发明通过充分利用前臂截肢患者残肢的内外旋功能，设计出可以两个自由度同 时进行、多功能轻松转换和选择的多功能转换假肢手。该假肢手充分恢复了手和前臂的主 要功能，并可以根据截肢患者的实际需要，选择如下功能的两种、三种或多种，如单指伸、多 指伸、三指抓握、五指抓握、紧握、旋腕、屈腕等功能。本发明的任务在于提供一种假肢手，该假肢手的任务在于解决已有索控式前臂假 肢功能单一、抓握不灵活和前臂肌电假肢抓握速度慢、功能转换操作困难、造价昂贵等不 足。根据本发明，该任务通过具有权利要求书1的特征的假肢手来解决。本发明的有 利构型和进一步构型在从属权利要求中描述。本发明的假肢手由悬吊装置、内承筒、旋腕传动装置、功能转换装置、驱动装置、手 部功能装置构成。其特征在于，截肢者将前臂残端放入内承筒后，可以通过残端的旋转对功 能转换装置中的功能进行选择和转换。对于前臂残肢比较短的患者，因其前臂的内外旋转 角度比较小，故而需要通过旋腕传动装置对截肢者残端的旋转角度进行必要的增强。当旋 腕传动装置将截肢者残端的旋转角度传递到功能转换装置中后，就会引起功能转换装置中 的功能发生变换，其变换后的功能将在驱动装置的驱动下得以实现。当截肢者完成某项功 能的时候，仍可以通过旋腕来关闭某项功能，使得假肢手回到初始状态，或者进入到另一个 功能状态中。本发明的假肢手，其悬吊装置可以由上臂箍和外承筒构成，也可以由上臂箍、两个 肘关节铰链构成，前者主要用于电动式多功能转换假肢手，后者主要用于索控式多功能转 换假肢手。索控式多功能转换假肢手的肘关节铰链，其一端连接在上臂箍上，另外一端固定 在旋腕传动装置上，如遇到不需要安装旋腕传动装置的时候，就将两个肘关节铰链上的长 支条末端连接在一起。本发明的一个进一步构型提出，该假肢手的功能转换装置可以设计成多种形式。 功能转换装置根据驱动类型的不同，分为索控式和电动式。其索控式功能转换装置主要由功能转换轴，和安装在功能转换轴上的主动功能齿条及能与主动功能齿条相啮合的从动功 能齿条构成。其电动式功能转换装置主要由功能转换轴，和连接在功能转换轴上的功能选 择开关及与功能选择开关耦合的功能转换器构成。作为替换方案，该功能转换装置可以设 计成具有小型封闭缸体的、活塞式的装置，该装置可以利用空气或液体来传递驱动力并对 活塞做功，可以在该装置中设计多个功能缸体，并在每个缸体上设有阀门，通过功能选择轴 的旋转来接通和选择需要的阀门，再通过压缩或拉伸缸内的气体或液体对活塞做功，从而 使选择的功能得以实现。本发明的一个进一步构型提出，该假肢手的功能转换装置设计成当截肢者旋腕到 一定角度时可以利用残端的旋转力作为驱动力，直接对假肢手中的某项功能进行驱动。该 项设计可以实现两种功能同步进行，互不干涉。如上所述的索控式功能转换装置其工作原理如下通过截肢者残端的旋转来控制 功能选择轴的旋转，进而使促主动功能齿条旋转并逐渐与从动功能齿条相啮合，当主动功 能齿条与从动功能齿条完全啮合后，继续旋转功能选择轴则主动功能齿条的齿端会受到从 动功能齿条基座的阻挡无法继续旋转，由于该功能转换装置是固定在手掌外框架上的，且 手掌外框架通过滑动轴承安装在旋腕传动装置上的，所以此时继续旋转功能选择轴，只会 带动手掌外框架旋转，以实现旋腕的功能。当功能选择轴带动手掌外框架旋转的时候，同时 拉动功能选择轴中的控制索和主动功能齿条，进而带动与主动功能齿条相啮合的从动功能 齿条，因为从动功能齿条连接着手部的功能，所以会带动手部的功能得以实现，又因为此时 腕部也是旋转的，所以使得两种功能，即手部功能和旋腕功能得以同时实现。如上所述的索控式功能转换装置，作为替换方案，其中的从动功能齿条与齿条滑 道可以环形分布于功能选择轴周围，以实现安装更多的从动功能齿条，丰富假肢手的功能。 在该替换方案的索控式功能转换装置中可以另设限制主动功能齿条旋转角度的角度挡板， 以实现两种功能同时进行的目的。如上所述的电动式功能转换装置其工作原理如下通过前臂末端的旋转来控制功 能选择轴的旋转，进而来控制功能选择开关的方向，当功能选择开关指向功能转换器上的 某个功能键并与之耦合的时候会形成一个闭合电路，该电路上串联有电源和马达，电源会 驱动马达运转，由于马达驱动手部的某项功能，所以当功能选择开关指向某个功能键的时 候，会使该功能键下的手部功能得以实现。可以在电动式功能转换装置中设置能够限制功 能选择开关旋转角度的挡板，以实现在一定角度内可以旋腕的功能。根据本发明的假肢手，其手部功能装置由手指、拉伸弹簧、控制索、手掌外框架构 成，所述手指的内外侧具有控制索，其内部的控制索连接有拉伸弹簧，该拉伸弹簧能够使手 指在自然状态下保持屈曲状态，其外侧的控制索连接在从动功能齿条或者缠绕在马达上， 能够在从动功能齿条的拉动下或者马达的驱动下驱动手指的伸展。如上所述的手指铰接在 手掌外框架上，其手指和手掌外框架的外部覆盖有手皮，该手皮在腕部延伸到旋腕传动装 置上并与旋腕传动装置之间有摩擦阻力，该摩擦阻力应大于旋转功能旋转轴时产生的摩擦 阻力。
图1索控式前臂多功能转换假肢手整体示意图。
图2索控式功能转换装置立体解剖图。图3索控式功能转换装置侧视图。图4电动式前臂多功能转换假肢手立体解剖图。图5电动式功能转换装置立体示意图。图6手部功能装置外形示意图。图中1悬吊装置、1. 1上臂箍、1. 2肘关节铰链、1. 2. 1短支条、1. 2. 2长支条、2内承筒、3旋腕传动装置、3. 1主动齿轮、3. 2从动齿轮、3. 3从动齿轮、3. 4从动齿轮、3. 5旋转 轴、3. 6开口、3. 7手腕外框架、3. 8滑动轴承、4功能转换装置、4. 1索控式功能转换装置、
4.1. 1功能选择轴、4. 1. 2主动功能齿条、4. 1. 3从动功能齿条、4. 1. 4齿条基座、4. 1. 5齿条 滑道、4. 1. 6弹簧、4. 2电动式功能转换装置、4. 2. 1功能选择轴、4. 2. 2功能选择开关、4. 2. 3 功能键、4. 2. 4功能转换器、4. 2. 5角度挡板、5驱动装置、5. 1索控式驱动装置、5. 1. 1控制 索、5. 2电动式驱动装置、5. 2. 1电池、5. 2. 2导线、5. 2. 3马达、6手部功能装置、6. 1手指、 6. 2拉伸弹簧、6. 3A控制索、6. 3B控制索、6. 4手掌外框架
具体实施例方式下面借助于附图来详细描述本发明的实施例。图1中示出了索控式前臂多功能转换假肢手整体图，该索控式前臂多功能转换假 肢手主要由悬吊装置1、内承筒2、旋腕传动装置3、索控式功能转换装置4. 1、索控式驱动装 置5. 1、手部功能装置6构成。图中的悬吊装置1能够通过上臂箍1. 1包容截肢者的上臂， 该上臂箍1. 1采用对皮肤无毒害的制作材料，该上臂箍1. 1对材料硬度要求不高。当截肢 者屈肘或伸肘时将带动索控铰链1. 2屈伸，从而驱动控制索5. 1. 1的拉伸。因为该控制索
5.1. 1的一端固定在肘关节铰链1. 2上，另一端穿过旋转轴3. 5上的开口 3. 6及功能选择轴 4. 1. 1内部的弹簧4. 1.6与主动功能齿条4. 1.2相连接。图中的内承筒2能够包容和固定 前臂残肢末端，该内承筒2用对皮肤无毒害的硬性材质制作，其口型设计成扁口的，用以夹 住尺骨和桡骨的残端。所述的内承筒2与旋转轴3. 5刚性连接，当旋转内承筒2时会带动 旋转轴3. 5旋转，因为旋转轴3. 5上安装有主动齿轮3. 1，所以主动齿轮3. 1会跟随旋转轴 3. 5同步旋转。图中主动齿轮3. 1与从动齿轮3. 2相啮合，当旋转内承筒2时主动齿轮3. 1 将带动与之相啮合的从动齿轮3. 2旋转，因为从动齿轮3. 2与从动齿轮3. 3共用同一个轴 彼此同步旋转，且从动齿轮3. 3与从动齿轮3. 4相啮合，所以内承筒2的旋转角度会在功能 选择轴4. 1. 1上得到增强。如上所述的主动齿轮3. 1，其半径大于从动齿轮3. 2的半径。所 述的从动齿轮3. 2的半径小于从动齿轮3. 3的半径。所述的从动齿轮3. 3的半径大于从动 齿轮3. 4的半径。所述的旋转轴3. 5和功能选择轴4. 1. 1设计成空心的，彼此扣接在一起， 其旋转轴3. 5靠近内承筒2的一端设有开口 3. 6，该开口允许控制索5. 1. 1从中穿过。如上所述的控制索5. 1. 1为了抵抗使手指屈曲的弹簧力，该控制索5. 1. 1的材料 构造成在拉力下刚性的，即，尽可能在控制索5. 1. 1不伸长的情况下来传递拉力。图2和图3中示出了索控式功能转换装置4. 1的结构。图中的索控式功能转换装 置4. 1由功能选择轴4. 1. 1、主动功能齿条4. 1.2、从动功能齿条4. 1.3、齿条基座4. 1. 4、齿 条滑道4. 1. 5、弹簧4. 1. 6构成。所述的主动功能齿条4. 1. 2安装在功能选择轴4. 1. 1内 部，并能在功能选择轴4. 1. 1内部前后滑动，该主动功能齿条4. 1. 2的一端与控制索5. 1. 1相连。所述的功能选择轴4. 1. 1，其内部在主动功能齿条4. 1.2与控制索5. 1. 1相连的一端安装有弹簧4. 1.6，所述的弹簧4. 1.6能在主动功能齿条4. 1.2失去控制索5. 1. 1拉力的情 况下，将主动功能齿条4. 1. 2推到功能选择轴4. 1. 1的末端。如上所述的功能选择轴4. 1. 1，其沿轴两侧有开口，其开口的宽度应与主动功能齿 条4. 1. 2的齿宽一致。当所述的功能选择轴4. 1. 1旋转时将带动其内部的主动功能齿条 4. 1. 2同步旋转，因为主动功能齿条4. 1. 2与从动功能齿条4. 1. 3设计成相啮合的，所以在 主动功能齿条4. 1. 2旋转到一定角度后会与从动功能齿条4. 1. 3相啮合，当主动功能齿条 4. 1. 2与从动功能齿条4. 1. 3完全啮合后，继续旋转主动功能齿条4. 1. 2则会受到齿条基座 4. 1. 4的阻挡，无法与从动功能齿条4. 1. 3继续相对旋转，只能驱动整个手部旋转。在整个 手部被旋腕驱动旋转的时候，同时伸肘拉动控制索5. 1. 1，会驱动与从动功能齿条4. 1. 3相 关联的功能，从而达到手部两个功能同时进行的目的，使得本发明的假肢手在工作时显得 更加自然。所述的从动功能齿条4. 1. 3具有一个齿条基座4. 1. 4，该齿条基座4. 1. 4的前端固 定连接有控制索6. 3B,当从动功能齿条4. 1. 3前后移动时会拉伸控制索6. 3B,进而带动手 指6. 1的伸展。出于清楚原因，没有示出中指、无名指和小指。图4中示出了电动式前臂多功能转换假肢手的主要结构。该电子式前臂多功能转 换假肢手由悬吊装置1、内承筒2、旋腕传动装置3、电动式功能转换装置4. 2、电动式驱动装 置5. 2、手部功能装置6构成。所述的电动式功能转换装置4. 2通过功能选择轴4. 2. 1与旋 腕传动装置3相连。当内承筒2旋转时会带动功能选择轴4. 2. 1旋转，进而带动功能选择 开关4. 2. 2的旋转，并进行功能的转换和选择。所述的功能选择开关4. 2. 2旋转到一定角 度的时候会遇到角度挡板4. 2. 5的阻挡，此时继续旋转功能选择轴4. 2. 1则会带动假肢手 腕部的旋转。图5中示出了电动式功能转换装置4. 2的结构。所述的电动式功能转换装置 4. 2由功能选择轴4. 2. 1、功能选择开关4. 2. 2、功能键4. 2. 3、功能转换器4. 2. 4、角度挡 板4. 2. 5构成。所述的功能选择开关4. 2. 2固定在功能选择轴4. 2. 1上，能与功能转换器
4.2. 4上的功能键4. 2. 3相耦合。当功能选择开关4. 2. 2与环形排列在功能转换器4. 2. 4 上的功能键4. 2. 3相耦合时能够形成一闭合电路，该闭合电路上串联有电池5. 2. 1和马达
5.2. 3，所述的闭合电路是通过导线5. 2. 2连接的，所述的马达5. 2. 3在通电的情况下能够 拉动控制索6. 3B，进而驱动手指6. 1申展。所述的手指6. 1在失去控制索6. 3B的拉动下能 够恢复到屈曲状态。如上所述的功能转换器4. 2. 4可以设计成电子元件，用于处理复杂的 电路。图6中示出了手部功能装置外形示意图。图中所示的手指和手掌外框架6. 4外部 还应覆盖有手皮，而且在手皮与旋腕传动装置3之间应该存在摩擦阻力用于抵抗旋转功能 选择轴4. 1. 1或功能选择轴4. 1. 2时所产生的摩擦阻力。
权利要求
一种假肢手，它由悬吊装置(1)、内承筒(2)、旋腕传动装置(3)、功能转换装置(4)、驱动装置(5)、手部功能装置(6)构成，其特征在于所述的悬吊装置(1)由上臂箍(1.1)、两个肘关节铰链(1.2)构成。所述的肘关节铰链(1.2)由一条短支条(1.2.1)和一条长支条(1.2.2)及两支条之间的活动关节(1.2.3)构成，所述的长支条(1.2.2)和短支条(1.2.1)连接在活动关节(1.2.3)上。所述的上臂箍(1.1)固定连接在两个短支条(1.2.1)之间。所述的旋腕传动装置(3)固定连接在两个长支条(1.2.2)之间；所述的旋腕传动装置(3)由主动齿轮(3.1)、从动齿轮(3.2，3.3，3.4)、旋转轴(3.5)、开口(3.6)、手腕外框架(3.7)、滑动轴承(3.8)构成。其特征在于所述的主动齿轮(3.1)固定连接在旋转轴(3.5)上，所述的旋转轴(3.5)，其靠近内承筒(2)的一端有开口(3.6)。所述的手腕外框架(3.7)两侧分别固定连接有长支条(1.2.2)，该手腕外框架(3.7)靠近内承筒(2)的一端安装有旋转轴(3.5)。所述内承筒(2)的末端固定连接在旋转轴(3.5)的一端；所述的功能转换装置(4)分为索控式功能转换装置(4.1)和电动式功能转换装置(4.2)，其索控式功能转换装置(4.1)由功能选择轴(4.1.1)、主动功能齿条(4.1.2)、从动功能齿条(4.1.3)、齿条基座(4.1.4)、齿条滑道(4.1.5)、弹簧(4.1.6)构成。其电动式功能转换装置(4.2)由功能选择轴(4.2.1)、功能选择开关(4.2.2)、功能键(4.2.3)、功能转换器(4.2.4)、角度挡板(4.2.5)构成。其特征在于所述的功能选择轴(4.1.1)或功能选择轴(4.2.1)通过滑动轴承(3.8)固定在手腕外框架(3.7)上，并延伸进旋腕传动装置(3)中。所述的功能选择轴(4.1.1)或功能选择轴(4.2.1)，其延伸进旋腕传动装置(3)中的一端固定有从动齿轮(3.4)。所述的驱动装置(5)分为索控式驱动装置(5.1)和电动式驱动装置(5.2)，其索控式驱动装置(5.1)主要由控制索(5.1.1)构成，所述的电动式驱动装置(5.2)由电池(5.2.1)、导线(5.2.2)、马达(5.2.3)构成，其特征在于该控制索(5.1.1)的一端固定在肘关节铰链(1.2)的短支条(1.2.1)上，另一端穿过旋转轴(3.5)上的开口(3.6)及功能选择轴(4.1.1)内部的弹簧(4.1.6)与主动功能齿条(4.1.2)固定连接；所述的手部功能装置(6)由手指(6.1)、拉伸弹簧(6.2)、控制索(6.3A，6.3B)、手掌外框架(6.4)构成。其特征在于所述的手指(6.1)具有可活动的手指关节(6.1.1)。所述的拉伸弹簧(6.2)，其一端固定连接在手掌外框架(6.4)上，另一端连接在控制索(6.3A)上。所述的手掌外框架(6.4)固定在滑动轴承(3.8)上，该手掌外框架(6.4)与手腕外框架(3.7)通过滑动轴承(3.8)连接的部分紧密贴合，彼此之间存在摩擦阻力。
2.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的主动齿轮(3.1)通过旋转轴(3. 5)与 内承筒(2)连接，可与内承筒(2)同步旋转。所述的主动齿轮(3. 1)与从动齿轮(3.2)相 啮合，从动齿轮(3. 3)与从动齿轮(3. 4)相啮合。所述的从动齿轮(3. 2)与从动齿轮(3. 3) 共用同一个轴彼此同步旋转，该轴的两端固定在手腕外框架(3. 7)上。
3.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的功能选择轴(4.1. 1)设置成空心的， 并且沿轴一侧或两侧有开口，该功能选择轴(4. 1. 1)内部装有弹簧(4. 1.6)及可沿功能选 择轴(4. 1. 1)滑动的主动功能齿条(4. 1. 2)。
4.根据权利要求1和3的假肢手，其特征在于所述的主动功能齿条(4.1. 2)可以构 造成双侧有齿，也可以构造成单侧有齿。该主动功能齿条(4. 1. 2)与控制索(5. 1. 1)相连，当该主动功能齿条(4. 1. 2)旋转到一定角度时能与从动功能齿条(4. 1. 3)相啮合。当该从 动功能齿条(4. 1. 3)在与主动功能齿条(4. 1. 2)相啮合时，能在主动功能齿条(4. 1. 2)的 拉动下沿自身的齿条滑道(4. 1. 5)滑动。
5.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的主动功能齿条(4.1. 2)能在控制索 (5. 1. 1)的拉动下压缩弹簧(4. 1.6)，并能在失去控制索(5. 1. 1)的拉力及主动功能齿条 (4. 1. 2)与从动功能齿条(4. 1. 3)非啮合的情况下恢复原来的位置。
6.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的从动功能齿条(4.1. 3)具有齿条基 座(4. 1. 4)，该齿条基座(4. 1. 4)安装在齿条滑道(4. 1. 5)上，可沿齿条滑道(4. 1. 5)前后 移动。所述齿条基座(4. 1.4)的前端固定连接有控制索(6.3B)。
7.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的功能选择开关(4.2. 2)固定在功能 选择轴(4. 2. 1)上，能与功能转换器(4. 2. 4)上的功能键(4. 2. 3)相耦合。当功能选择开 关(4. 2. 2)与环形排列在功能转换器(4. 2. 4)上的功能键(4. 2. 3)相耦合时能够形成一个 闭合电路，该闭合电路上串联有电池(5. 2. 1)和马达(5. 2. 3)。
8.根据权利要求1的假肢手，其特征在于所述的手指(6.1)内外侧具有控制索 (6. 3A，6. 3B)，其内部的控制索(6. 3A) 一端固定连接在指尖上，另一端固定连接在拉伸弹 簧(6. 2)上，该拉伸弹簧(6. 2)能够使手指在自然状态下保持屈曲状态，其外侧的控制索 (6. 3B)连接在从动功能齿条(4. 1. 3)或者缠绕在马达(5. 2. 3)上，能够在从动功能齿条 (4. 1. 3)的拉动下或者马达(5. 2. 3)的驱动下驱动手指(6. 1)的伸展。
9.根据如上权利要求中的假肢手，其特征在于当所述的功能选择轴(4.1. 1,4. 1. 2) 旋转到一定的角度时会受到来自角度挡板(4.2.5)或者齿条基座(4. 1.4)的阻挡，将不会 继续与功能转换装置(4)之间发生相对旋转，而是带动手部功能装置(6)整体旋转，从而实 现了手部旋腕的功能。
10.根据如上权利要求中的假肢手，其特征在于所述的齿条滑道(4.1.5)、电池 (5.2. 1)、马达(5. 2. 3)、功能转换器(4. 2. 4)、角度挡板(4.2.5)固定安装在手掌外框架 (6. 4)上。所述的手指(6. 1)铰接在手掌外框架(6. 4)上。
全文摘要
本发明一种前臂多功能转换假肢手。本发明涉及一种假肢手，特别是一种前臂多功能转换假肢手。本发明的假肢手由悬吊装置(1)、内承筒(2)、旋腕传动装置(3)、功能转换装置(4)、驱动装置(5)、手部功能装置(6)构成。其特征在于，所述的假肢手能够充分利用前臂截肢患者残肢的内外旋功能，设计出可以两个自由度同时进行、多功能轻松转换和选择的多功能转换假肢手。当截肢者将前臂残端放入内承筒(2)后，能够通过旋转内承筒(2)来控制功能的转换和选择，其功能的转换和选择功能设置在功能转换装置(4)中，所述的功能转换装置(4)根据驱动力类型的不同分别设计了索控式功能转换装置(4.1)和电动式功能转换装置(4.2)。
文档编号A61F2/54GK101843534SQ201010169519
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者不公告发明人 申请人:王永玉