一种欠驱动假肢手的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种欠驱动假肢手，包括手掌、拇指和四根手指，手指由手指本体和手指内传动机构构成，拇指由拇指本体和拇指内传动机构构成，手掌内设有指间驱动机构和拇指驱动机构；手指本体以滑轮为主要部件，手指内传动机构采用张紧绳和放松绳依次交替缠绕于手指的各滑轮上，指间驱动机构采用单个电机驱动两个手指以及其多个自由度；拇指本体内以滑轮为主要部件，手指本体内传动机构采用传动绳作为传动介质，指间驱动机构采用槽轮组件、齿轮组件和曲柄滑块组件配合传动，实现单个电机控制拇指的多个自由度。本发明手指和拇指及其驱动机构配合形成一个欠驱动机构，完成对各种物体的包络自适应抓取，结构简单，体积小，重量轻，美观实用。
【专利说明】一种欠驱动假肢手
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种欠驱动假肢手。
【背景技术】
[0002]理想的假肢手应该不仅仅具有装饰功能，而且能够在感觉和运动功能上替代人手，但是现在国内外实验室研究的假肢手还不能到达这种理想的要求。作为残疾人假肢使用的假肢手，如加拿大的TBM手，英国的1-1imb手等，其结构简单，体积重量与人手相近，具有装饰功能。目前已投入使用的商用假肢手多数只有I~3个自由度。国内哈尔滨工业大学和德国宇航中心最新研制了集成度和拟人化程度高的五指仿人手，该手具有很强的操作能力，但质量有1.5kg，不适用于假肢场合。为了实时有效地控制机器人多指手，机器人多指手自由度不宜过多，最近有研究称假肢手的最佳驱动数为3个。为了减少驱动数，一些假肢手尝试用一个电机同时驱动拇指的弯曲和侧摆，例如MANUS手，但是传动机构过于复杂。
[0003]传统驱动方式控制电路复杂、体积大，影响控制的可靠性，软件设计工作量也大。Shigeo Hirose于1978年首先提出了绳索式欠驱动机构，奠定了欠驱动研究的基础，欠驱动机构的基本原理是系统的驱动数少于自由度数，给控制系统带来了方便。
【发明内容】
[0004]基于现有技术的改进需求，本发明提供一种假肢手，采用三个动力源控制假肢手的多个自由度，完成对各 种物体的包络自适应抓取，解决传统假手结构复杂、体积大、重量重的问题。
[0005]一种假肢手，包括手掌、食指、中指、无名指、小指、姆指；食指、中指、无名指和小指结构相同，统一采用手指表示，手指由手指本体和手指内传动机构构成，拇指由拇指本体和拇指内传动机构构成，手掌内设有指间驱动机构和拇指驱动机构，其特征在于，
[0006]手指本体由近及远依次包括手指掌指关节、手指近指节、手指近端指间关节、手指中指节、手指远端指间关节和手指远指节；
[0007]手指掌指关节包括第二滑轮、第一扭簧、掌指关节旋转轴和第一扭簧限位杆，第二滑轮和第一扭簧套放于掌指关节旋转轴上，第一扭簧限位杆用于对第一扭簧限位；
[0008]手指近指节包括第三滑轮、手指近指节旋转轴、手指近指节左支撑板和手指近指节右支撑板，第三滑轮套放于手指近指节旋转轴上，手指近指节旋转轴两端分别连接手指近指节左支撑板远端和手指近指节右支撑板远端，另有手指掌指关节的掌指关节旋转轴两端分别连接手指近指节的手指近指节左支撑板近端和手指近指节右支撑板近端；
[0009]手指近端指间关节包括第四滑轮、第二扭簧和手指近端指间关节旋转轴，第四滑轮和第二扭簧套放于手指近端指间关节旋转轴上；
[0010]手指中指节包括第五滑轮、手指中指节旋转轴、手指中指节左支撑板和手指中指节右支撑板，第五滑轮套放于手指中指节旋转轴上，手指中指节旋转轴两端分别连接手指中指节左支撑板和手指中指节右支撑板之间，手指中指节左支撑板和手指中指节右支撑板近端插入手指近指节左支撑板远端和手指近指节右支撑板远端之间、套在手指近端指间关节旋转轴上；
[0011]手指远端指间关节包括第六滑轮、第三扭簧和手指远端指间关节旋转轴，第六滑轮和第三扭簧套放于手指远端指间关节旋转轴上，手指远端指间关节旋转轴分别连接手指中指节左支撑板远端和手指中指节右支撑板远端；
[0012]手指远指节为一体成型的块状结构，套放在手指远端指间关节旋转轴；
[0013]上述手指掌指关节、手指近端指间关节和手指远端指间关节处的滑轮位置远近对应、扭簧位置远近对应；
[0014]手指内传动机构包括张紧绳、放松绳、第一滑轮、驱动绳、指前节轴、指前节左支撑板和指前节右支撑板；第一滑轮套放于指前节轴上，指前节轴两端分别连接指前节左支撑板和指前节右支撑板近端，掌指关节的掌指关节旋转轴两端分别连接指前节左支撑板远端和指前节右支撑板远端，指前节左支撑板近端和指前节右支撑板近端还连接手掌；第一滑轮表面开有三个线槽，分别放置张紧绳、放松绳和驱动绳，张紧绳和放松绳对称地依次交替缠绕于第一~六滑轮，最后固定于手指远指节上；驱动绳用于驱动第一滑轮旋转，进而驱使张紧绳张紧和放松绳伸展，使得近指节、中指节和远指节分别绕第一近指节旋转轴、第一中指节旋转轴和远指节旋转轴弯曲，完成抓取动作；驱动绳还用于驱动第一滑轮反向旋转，进而驱使张紧绳伸展和放松绳张紧，完成复位动作；
[0015]指间驱动机构包括两个结构相同的指间传动模块，其中一个连接食指和中指的驱动绳，用于食指和中指的驱动，另一个连接无名指和小指的驱动绳，用于无名指和小指的驱动；
[0016]拇指本体由近及远依次包括拇指近指节、拇指中指节和拇指远指节；
[0017]拇指近指节包括拇指基座、拇指近指节左支撑板、拇指近指节右支撑板、第八滑轮、第四扭簧和拇指近指节旋转轴，第八滑轮和第四扭簧套放于拇指近指节旋转轴上，拇指近指节旋转轴两端分别连接拇指近指节左支撑板和拇指近指节右支撑板，拇指近指节左支撑板和拇指近指节右支撑板下端固定于拇指基座上，拇指基座通过轴承与手掌转动连接；
[0018]拇指中指节包括拇指中指节左支撑板、拇指中指节右支撑板、第九滑轮、第五扭簧和拇指中指节旋转轴，第九滑轮和第五扭簧套在拇指中指节旋转轴上，拇指中指节旋转轴固定于拇指中指节左支撑板和拇指中指节右支撑板之间，拇指中指节左支撑板和拇指中指节右支撑板下端插入拇指近指节左支撑板和拇指近指节右支撑板之间、套在拇指近指节旋转轴上；
[0019]姆指远指节包括姆指远指套、姆指远指节左支撑板和姆指远指节右支撑板，姆指远指节左支撑板和拇指远指节右支撑板分别固接于拇指远指套下端左右两侧，拇指远指节左支撑板和远指节右支撑板下端插入拇指中指节左支撑板和拇指中指节右支撑板之间、套在拇指中指节旋转轴上；
[0020]拇指内传动机构包括第二传动绳和导向轮。第二传动绳的一端连接曲柄滑块组件的第二滑块，另一端经导向轮导向后依次交替缠绕拇指内的第八滑轮和第九滑轮，再连接拇指远指套；第二滑块带动第二传动绳张紧和伸展，完成拇指弯曲动作；
[0021]拇指驱动机构包括拇指驱动电机、拇指减速器、槽轮组件、齿轮组件和曲柄滑块组件；拇指驱动电机和减速器固定于手掌，拇指驱动电机连接减速器连接，减速器连接槽轮组件连接，槽轮组件分别连接齿轮组件和曲柄滑块组件，齿轮组件连接拇指基座，曲柄滑块组件连接拇指内传动机构的第二传动绳；拇指驱动电机输出的动力经过减速器后传送给槽轮组件，槽轮组件再通过齿轮组件将动力传送给拇指基座，完成拇指的内收外摆动作；槽轮组件还用于通过曲柄滑块组件将动力传送给拇指内传动机构的第二传动绳，驱使拇指完成弯曲动作。
[0022]进一步地，所述指间传动模块包括输出轴为丝杆的手指驱动电机、丝杆螺母、第一直线导轨、第一滑块、第七滑轮、第一传动绳、第一导向轮组和拉簧；直线电机的丝杆连接丝杆螺母，丝杆螺母推动第一滑块在第一导轨上直线运动；第一滑块内部设有第七滑轮，第七滑轮上缠绕有第一传动绳，第一传动绳通过导向轮组导向连接两根受控手指的驱动绳；另设有第一拉簧，连接滑块，用于帮助滑块复位。 [0023]进一步地，所述槽轮组件包括主动拨盘、曲柄、从动槽轮和圆销，主动拨盘为中部具有环形凸台的圆筒，环形凸台具有圆弧形缺口，环形凸台一侧的圆筒伸入拇指基座的内孔；曲柄上具有中心孔及其左右两侧的左端孔、右端孔，曲柄的中心孔套于主动拨盘的环形凸台另一侧圆筒并和主动拨盘环形凸台固连，曲柄的右端孔和圆销的一端螺纹连接；从动槽轮具有轴孔和开口的径向直槽，从动槽轮上相应轴孔位置具有圆筒形凸台，从动槽轮边缘分别具有关于径向直槽对称的左锁止弧和右锁止弧，从动槽轮连接齿轮组件；在拇指驱动电机带动下，主动拨盘作等速连续转动，当主动拨盘上的圆销未进入从动槽轮的直槽时，从动槽轮因其内凹的左锁止弧锁住而静止；当圆销进入径向直槽时，左锁止弧和主动拨盘的凸台脱开，减速器的动力传给主动拨盘，从动槽轮在圆销的驱动下转动。
[0024]进一步地,所述齿轮组件包括主动齿轮和从动齿轮,主动齿轮与从动槽轮同轴连接，从动齿轮固连拇指基座，从动槽轮将动力传给与其同轴的主动齿轮，通过齿轮啮合传递给从动齿轮，最后输出给拇指基座，完成拇指的内收外摆动作。
[0025]进一步地，曲柄滑块组件包括连杆、第二滑块、第二直线导轨和槽轮组件的曲柄，曲柄远离圆销的一端连接连杆的一端，连杆的另一端连接位于第二直线导轨上的第二滑块，第二滑块连接拇指内传动机构的第二传动绳的一端；曲柄将电机经过减速器产生的主动拨盘的旋转运动转化为滑块沿直线导轨的直线运动，带动拇指完成弯曲动作。
[0026]本发明的技术效果体现在:
[0027]本发明在手指本体内以滑轮为主要构成部件，手指本体内传动机构采用传动绳作为传动介质，指间驱动机构采用差动机构提供动力给两受控手指内的传动介质，实现单个电机驱动两个手指以及其多个自由度；相应地，拇指本体内以滑轮为主要构成部件，手指本体内传动机构采用传动绳作为传动介质，指间驱动机构采用槽轮组件、齿轮组件和曲柄滑块组件配合传动，槽轮组件一方面带动齿轮组件完成拇指的内收外摆动作，另一方面带动曲柄滑块组件完成拇指弯曲动作，实现单个电机控制拇指的多个自由度。手指和拇指及其驱动机构配合形成一个欠驱动机构，完成对各种物体的包络自适应抓取。
[0028]本发明欠驱动假肢手不仅仅具有装饰功能，而且能够在感觉和运动功能上接近人手。本发明共有I根拇指和4根手指，拇指3个关节，两个弯曲和一个侧摆；其他手指各3个弯曲关节，共15个活动关节，仅有三个电机，总重量约为550g，在减少电机数量后，本发明假肢手尺寸、重量和成年人人手相近，结构简单、重量轻、体积小、抓取力大、抓握稳定。
[0029]进一步地，本发明假肢手指间传动模块是基于移动滑轮的。当第一个手指接触到物体后，移动滑轮就开始旋转，滑轮可以继续沿导轨做直线运动，随后第二个手指仍然能够碰到物体。采用绳索滑轮设计后，无论手指的最后抓取位置是如何的，所有的手指施加在物体上面的力都是近似相等的。由于这种设计能够抓取各种各样构型的物体，所以这种手具有较好的灵巧性。
[0030]综上所述，本发明引入欠驱动机构，实现单个电机驱动多个自由度，实现对各种物体的包络自适应抓取。采用欠驱动机构设计原理后，外围电路简单，可靠性高，减少了电路板的尺寸。本发明设计了外形尺寸与成人手相当的3个电机驱动的15关节的五指假肢手，食指和中指以及无名指和小指各利用一个电机采用绳索滑轮差动机构驱动。该手具有包络抓取、精密抓取和侧捏等功能。使该假手更加美观、仿人、实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1本发明的整体示意图(左手，手心朝上)；
[0032]图2三关节欠驱动手指半剖视图；
[0033]图3三关节欠驱动手指正视图；
[0034]图4 二关节欠驱动手指侧视图；
[0035]图5手指间的力传动机构(不包含手掌);
[0036]图6手指间的力传动机构(包含手掌正视图);
[0037]图7为拇指机构的整体示意图(左手拇指，手心朝上)；
[0038]图8为图9的C向视图。
[0039]图9整个拇指机构沿拇指对称面剖视图；
[0040]图10为拇指传动机构77的主视图；
[0041 ]图11为图10的A-A剖视图；
[0042]图12为图10的B-B剖视图；
[0043]图13从动槽轮结构示意图；
[0044]图14从动槽轮机构原理图。
【具体实施方式】
[0045]以下结合附图对本发明进一步说明。
[0046]本发明所提供的一种假肢手，如图1所示，从表观看其由手掌1、食指2、中指3、无名指4、小指5和姆指6组成，食指2、中指3、无名指4、小指5和姆指6分别和手掌I连接。所述食指2、中指3、无名指4和小指5的结构完全相同，为了描述方便，在下文中采用手指表示。手指由手指本体和手指内传动机构构成，拇指由拇指本体和拇指内传动机构构成，除此之外，还包括指间驱动机构和拇指驱动机构，分别驱动手指动作和拇指动作。
[0047]下面参照图2、图3和图4详细说明。特别说明的是，按照人体解剖学定义，将各部件靠近手腕的一端为近端，靠近指尖的一端为远端。
[0048](I)手指本体
[0049]手指本体由近及远依次包括手指掌指关节、手指近指节、手指近端指间关节、手指中指节、手指远端指间关节和手指远指节，具体结构如下:
[0050]手指掌指关节包括第二滑轮10、第一扭簧16、掌指关节旋转轴27和第一扭簧限位杆32，第二滑轮10和第一扭簧16套放于掌指关节旋转轴27上，第一扭簧限位杆32用于对第一扭簧16限位。
[0051]手指近指节包括第三滑轮11、手指近指节旋转轴28、手指近指节左支撑板21和手指近指节右支撑板22，第三滑轮11套放于手指近指节旋转轴28上，手指近指节旋转轴28两端分别固接于手指近指节左支撑板21远端和手指近指节右支撑板22远端，另有手指掌指关节的掌指关节旋转轴27两端分别连接手指近指节的手指近指节左支撑板2近端和手指近指节右支撑板22近端。
[0052]手指近端指间关节包括第四滑轮12、第二扭簧17和手指近端指间关节旋转轴29，第四滑轮12和第二扭簧17套放于手指近端指间关节旋转轴29上。
[0053]手指中指节包括第五滑轮13、手指中指节旋转轴30、手指中指节左支撑板23和手指中指节右支撑板24，第五滑轮13套放于手指中指节旋转轴30上，手指中指节旋转轴30两端分别连接手指中指节左支撑板23和手指中指节右支撑板24之间，手指中指节左支撑板23和手指中指节右支撑板24下端插入手指近指节左支撑板21和手指近指节右支撑板22之间、套在手指近端指间关节旋转轴29上。
[0054]手指远端指间关节包括第六滑轮14、第三扭簧18和手指远端指间关节旋转轴31，第六滑轮14和第三扭簧18套放于手指远端指间关节旋转轴31上，手指远端指间关节旋转轴31分别连接手指中指节左支撑板23远端和手指中指节右支撑板24远端。
[0055]手指远指节为一体成型的块状结构，套放在手指远端指间关节旋转轴31上。
[0056]手指掌指关节、手指近端指间关节和手指远端指间关节处的滑轮位置远近对应，其作为关节滑轮起到驱动关节角的作用；手指掌指关节、手指近端指间关节和手指远端指间关节处的扭簧位置远近对应，用于实现手指的伸展动作，具体地说，第一扭簧16用来实现近指节的伸展，第二扭簧17用来实现中指节的伸展，第三扭簧18用来实现远指节的伸展；扭簧的作用:1、避免弯曲过程中指节的颤动；2、避免整个手指在弯曲和伸直过程中运动的无序状态。这种弹簧力不能太小，因为它们不仅要抵抗机械摩擦力，还要抵抗每个关节的自重。滑轮优选尼龙材料，具有很好的耐磨性，而且密度很小。
[0057]手指近指节、手指中指节和手指远指节处的滑轮用于协助安装食指内传动机构；手指近指节、手指中指节和手指远指节处的旋转轴一方面支撑滑轮，另一方面对其相邻关节处的扭簧限位。
[0058](2)手指内传动机构
[0059]手指内传动机构包括张紧绳7、放松绳8、第一滑轮9、驱动绳15、指前节轴26、指前节左支撑板19和指前节右支撑板20。第一滑轮9套放于指前节轴26上，指前节轴26两端分别连接指前节左支撑板19和指前节右支撑板20近端，掌指关节的掌指关节旋转轴27两端分别连接指前节左支撑板19远端和指前节右支撑板20远端,指前节左支撑板19近端和指前节右支撑板20近端还连接手掌；可见，指前节左支撑板19和指前节右支撑板20除了支撑作用，还用于连接食指与手掌。第一滑轮9表面开有三个线槽，分别放置张紧绳7、放松绳8和驱动绳15，张紧绳7依次交替缠绕于第一滑轮9、第二滑轮10、第三滑轮11、第四滑轮12、第五滑轮13和第六滑轮14，最后通过第一空心钢球33固定在远指节25上；放松绳8相对张紧绳7反向依次交替缠绕于第一滑轮9、第二滑轮10、第三滑轮11、第四滑轮
12、第五滑轮13和第六滑轮14，最后通过第二空心钢球34固定在远指节25上；张紧绳7和放松绳8协作模拟手指的肌腱，具体过程为:驱动绳15驱动第一滑轮9旋转，第一滑轮9驱使张紧绳7张紧和放松绳8伸展，使得近指节、中指节和远指节分别绕第一近指节旋转轴27、第一中指节旋转轴29和远指节旋转轴31弯曲，完成抓取动作；驱动绳15驱动第一滑轮9反向旋转，第一滑轮9驱使张紧绳7伸展和放松绳8张紧，完成复位动作。因为张紧绳7和放松绳8的缠绕方式形成了一个闭环，两个绳子的总长是一个常数，所以绳索永远不会跳出滑轮，这解决了钢丝绳驱动设计上面钢丝绳容易跳出滑轮的难题。这种结构同样能够扩展到不止3个指节的手指上。绳索选用CarlStahl的钢丝绳，末端用配套的固定零件进行固定。
[0060]为了防止手指在打开的时候每个关节过度伸展，在每个指节处设置机械限位结构，图4的局部放大图A展示了该结构，其利用手指各指节支撑板的边沿凸台实现了各个关节的机械限位，各个指节能够向手心弯曲90° ,不能反向弯曲。
[0061](3)指间驱动机构
[0062]指间驱动机构包括两个结构相同的指间传动模块，其中一个用于食指和中指的驱动，另一个用于无名指和小指的驱动，均安放于手掌内。
[0063]参见图5和图6，指间传动模块包括输出轴为丝杆的手指驱动电机41、丝杆螺母47、第一直线导轨44、第一滑块46、第七滑轮50、第一传动绳64、第一导向轮组70和拉簧62。直线电机41的输出轴为丝杆，通过丝杆螺母机构将电机的旋转运动转化为丝杆螺母的直线运动，丝杆螺母47推动第一滑块46在第一导轨44上直线运动；第一滑块46内设有第七滑轮50，第七滑轮50上缠绕有第一传动绳64，第一传动绳64通过导向轮组70连接两根受控手指的驱动绳15，第一滑轮50作为动滑轮，通过传动绳64带动两根驱动绳。导向轮组70在这里用于导向传动绳以便连接两手指的驱动绳。另设有第一拉簧62，连接滑块46，帮助滑块复位。手指驱动电机41可采用步进电机。
[0064]如果任意手指在外力的作用下被动弯曲，那么绳索将被放松，然后从导向轮上脱落。那么传动系统将被破坏，本发明的机构能够有效保证绳索始终保持在滑轮上。以下分析手指驱动电机可能出现的两种情况:
[0065]1、主动情况:当手指驱动电机发生旋转，它通过丝杠螺母机构带动丝杆螺母47向下直线移动。丝杆螺母47拉动第一滑块46和第七滑轮50同时向下直线运动，通过第七滑轮50上的第一传动绳64带动食指2和中指3弯曲；
[0066]2、被动情况:当食指2或中指3在外力作用下被弯曲时，手指驱动电机没有发生旋转，电机输出轴静止，丝杆螺母47静止；第一传动绳64会随食指2和中指3的弯曲而放松，此时第一拉簧62吸收了食指2和中指3被动弯曲导致传动绳64增加的长度，同时第一滑块46和丝杆螺母47相互分离。此机构也可叫做分离滑块机构，在第一滑块46和丝杆螺母47之间加上薄片式力传感器，就可以测量出电机驱动力。
[0067](4)拇指本体
[0068]如图7所示，所述拇指本体由近及远依次包括拇指近指节80、拇指中指节81和拇指远指节82 ；
[0069]如图8、 图11所示，所述拇指近指节80包括拇指基座85、拇指近指节左支撑板123、拇指近指节右支撑板124、第八滑轮125、第四扭簧126和拇指近指节旋转轴127，第八滑轮125和第四扭簧126套放于拇指近指节旋转轴127上，拇指近指节旋转轴127固定于拇指近指节左支撑板123和拇指近指节右支撑板124之间，拇指近指节左支撑板123和拇指近指节右支撑板124下端固定于拇指基座85上。
[0070]所述姆指中指节6包括姆指中指节左支撑板128、姆指中指节右支撑板129、弟九滑轮130、第五扭簧131和拇指中指节旋转轴132，第九滑轮130和第五扭簧131套在拇指中指节旋转轴132上，拇指中指节旋转轴132固定于拇指中指节左支撑板128和拇指中指节右支撑板129之间，姆指中指节左支撑板128和姆指中指节右支撑板129下端插入姆指近指节左支撑板123和拇指近指节右支撑板124之间、套在拇指近指节旋转轴127上。第四扭簧126和第五扭簧131用来恢复拇指的初始位置。
[0071]所述拇指远指节82包括拇指远指套133、拇指远指节左支撑板134和拇指远指节右支撑板135,拇指远指节左支撑板134和拇指远指节右支撑板135分别固接于拇指远指套133下端左右两侧,拇指远指节左支撑板134和远指节右支撑板135下端插入拇指中指节左支撑板128和拇指中指节右支撑板129之间、套在拇指中指节旋转轴上。
[0072](5)拇指内传动机构
[0073]如图9所示，拇指内传动机构包括第二传动绳108和导向轮96。第二传动绳108的一端连接曲柄滑块组件的第二滑块105，另一端经导向轮96导向后依次交替缠绕拇指内的第八滑轮125和第九滑轮130，再连接拇指远指套133。所述拇指内传动机构中，用第二传动绳108来传递第二滑块105的动力给拇指，第二滑块105向右沿着曲柄滑块组件的第二直线导轨107做直线运动，将动力传递给第二传动绳108，然后通过第二传动绳108将动力传递给姆指中指节81和姆指远指节82,姆指近指节左支撑板123和姆指近指节右支撑板124是固定在姆指基座85上的，所以姆指近指节80是不能弯曲的，姆指中指节81和姆指远指节82可分别绕拇指近 指节旋转轴127和拇指中指节旋转轴132弯曲。
[0074](6)拇指驱动机构
[0075]如图7所示，拇指驱动机构79包括拇指基座85、拇指驱动电机77、拇指减速器78、槽轮组件、齿轮组件和曲柄滑块组件。所述拇指驱动电机77和减速器78固定在手掌底板76上，拇指驱动电机77和减速器78连接，减速器78与槽轮组件连接。拇指驱动电机77可采用伺服电机。
[0076]如图10所示，槽轮组件包括主动拨盘93、曲柄97、从动槽轮111和圆销101，主动拨盘93为中部具有环形凸台94的圆筒，环形凸台94具有圆弧形缺口，环形凸台94 一侧的圆筒伸入拇指基座85的内孔；曲柄97上具有中心孔98及其左右两侧的左端孔99、右端孔100，曲柄97的中心孔98套于主动拨盘93的环形凸台94另一侧圆筒并和主动拨盘93环形凸台94固连，曲柄97的右端孔100和圆销101的一端螺纹连接；从动槽轮111具有轴孔112和开口的径向直槽113，从动槽轮111上相应轴孔112位置具有圆筒形凸台114，从动槽轮111边缘分别具有关于径向直槽113对称的左锁止弧115和右锁止弧116，从动槽轮111连接齿轮组件。在拇指驱动电机带动下，主动拨盘93作等速连续转动时，当主动拨盘上的圆销101未进入从动槽轮111的直槽113时，从动槽轮111因其内凹的左锁止弧115锁住而静止；当圆销101进入径向直槽113时，左锁止弧和主动拨盘93的凸台128脱开，减速器78的动力，通过紧定螺钉95传给主动拨盘93，从动槽轮111在圆销101的驱动下转动。
[0077]如图11所示,齿轮组件包括主动齿轮119和从动齿轮89,主动齿轮119与从动槽轮111同轴连接，从动齿轮89固连拇指基座85。从动槽轮111将动力传给与其同轴的主动齿轮119，通过齿轮啮合传递给从动齿轮89，最后输出给拇指基座85，完成拇指的内收外摆动作。
[0078]如图10所示，曲柄滑块组件包括曲柄97 (与槽轮组件的曲柄97为同一部件)、连杆103、第二滑块105和第二直线导轨107，曲柄97远离圆销的一端连接连杆103的一端，连杆103的另一端连接位于第二直线导轨107上的第二滑块105，第二滑块105连接拇指内传动机构的第二传动绳108的一端。曲柄连杆机构把电机经过减速器78产生的主动拨盘93的旋转运动转化为滑块105沿直线导轨的直线运动，带动拇指完成弯曲动作。下面给出一个具体的较佳实施方式实例，曲柄97的右端孔100和圆销101螺纹连接，曲柄97的左端孔99通过销轴102与连杆103 —端转动连接，连杆103另一端通过圆珠滚子轴承转动连接滑块凸台104，滑块凸台104和第二滑块105固连；第二滑块105通过直线轴承106和直线导轨107滑动配合，第二滑块105上具有用于穿过第二传动绳108的通孔，第二直线导轨107两端分别通过左支撑座109和右支撑座110固定在拇指基座85的拇指底板88上连杆103两端分别和曲柄97和滑块凸台10`4形`成转动副，转动轴分别是销轴102和滑块凸台104。
【权利要求】
1.一种假肢手，包括手掌、食指、中指、无名指、小指、姆指；食指、中指、无名指和小指结构相同，统一采用手指表示，手指由手指本体和手指内传动机构构成，拇指由拇指本体和拇指内传动机构构成，手掌内设有指间驱动机构和拇指驱动机构，其特征在于， 手指本体由近及远依次包括手指掌指关节、 手指近指节、手指近端指间关节、手指中指节、手指远端指间关节和手指远指节； 手指掌指关节包括第二滑轮(10)、第一扭簧(16)、掌指关节旋转轴(27)和第一扭簧限位杆(32)，第二滑轮(10)和第一扭簧(16)套放于掌指关节旋转轴(27)上，第一扭簧限位杆(32)用于对第一扭簧(16)限位； 手指近指节包括第三滑轮(11)、手指近指节旋转轴(28)、手指近指节左支撑板(21)和手指近指节右支撑板(22 )，第三滑轮(11)套放于手指近指节旋转轴(28 )上，手指近指节旋转轴(28)两端分别连接手指近指节左支撑板(21)远端和手指近指节右支撑板(22)远端，另有手指掌指关节的掌指关节旋转轴(27)两端分别连接手指近指节的手指近指节左支撑板(2)近端和手指近指节右支撑板(22)近端； 手指近端指间关节包括第四滑轮(12)、第二扭簧(17)和手指近端指间关节旋转轴(29)，第四滑轮(12)和第二扭簧(17)套放于手指近端指间关节旋转轴(29)上； 手指中指节包括第五滑轮(13)、手指中指节旋转轴(30)、手指中指节左支撑板(23)和手指中指节右支撑板(24)，第五滑轮(13)套放于手指中指节旋转轴(30)上，手指中指节旋转轴(30)两端分别连接手指中指节左支撑板(23)和手指中指节右支撑板(24)之间，手指中指节左支撑板(23)和手指中指节右支撑板(24)近端插入手指近指节左支撑板(21)远端和手指近指节右支撑板(22)远端之间、套在手指近端指间关节旋转轴(29)上； 手指远端指间关节包括第六滑轮(14)、第三扭簧(18)和手指远端指间关节旋转轴(31)，第六滑轮(14)和第三扭簧(18)套放于手指远端指间关节旋转轴(31)上，手指远端指间关节旋转轴(31)分别连接手指中指节左支撑板(23)远端和手指中指节右支撑板(24)远端; 手指远指节为一体成型的块状结构，套放在手指远端指间关节旋转轴(31)； 上述手指掌指关节、手指近端指间关节和手指远端指间关节处的滑轮位置远近对应、扭簧位置远近对应； 手指内传动机构包括张紧绳(7)、放松绳(8)、第一滑轮(9)、驱动绳(15)、指前节轴(26)、指前节左支撑板(19)和指前节右支撑板(20);第一滑轮(9)套放于指前节轴(26)上，指前节轴(26)两端分别连接指前节左支撑板(19)和指前节右支撑板(20)近端，掌指关节的掌指关节旋转轴(27)两端分别连接指前节左支撑板(19)远端和指前节右支撑板(20)远端，指前节左支撑板(19)近端和指前节右支撑板(20)近端还连接手掌；第一滑轮(9)表面开有三个线槽，分别放置张紧绳(7)、放松绳(8)和驱动绳(15)，张紧绳(7)和放松绳(8)对称地依次交替缠绕于第一~六滑轮(9)~(14)，最后固定于手指远指节(25)上；驱动绳(15)用于驱动第一滑轮(9)旋转，进而驱使张紧绳(7)张紧和放松绳(8)伸展，使得近指节、中指节和远指节分别绕第一近指节旋转轴(27)、第一中指节旋转轴(29)和远指节旋转轴(31)弯曲，完成抓取动作；驱动绳(15)还用于驱动第一滑轮(9)反向旋转，进而驱使张紧绳(7)伸展和放松绳(8)张紧，完成复位动作； 指间驱动机构包括两个结构相同的指间传动模块，其中一个连接食指和中指的驱动绳(15)，用于食指和中指的驱动，另一个连接无名指和小指的驱动绳(15)，用于无名指和小指的驱动； 拇指本体由近及远依次包括拇指近指节(80)、拇指中指节(81)和拇指远指节(82)；姆指近指节(80)包括姆指基座(85)、姆指近指节左支撑板(123)、姆指近指节右支撑板(124)、第八滑轮(125)、第四扭簧(126)和拇指近指节旋转轴(127)，第八滑轮(125)和第四扭簧(126)套放于拇指近指节旋转轴(127)上，拇指近指节旋转轴(127)两端分别连接拇指近指节左支撑板(123)和拇指近指节右支撑板(124)，拇指近指节左支撑板(123)和拇指近指节右支撑板(124)下端固定于拇指基座(85)上，拇指基座(85)通过轴承与手掌转动连接； 姆指中指节(6)包括姆指中指节左支撑板(128)、姆指中指节右支撑板(129)、弟九滑轮(130)、第五扭簧(131)和拇指中指节旋转轴(132)，第九滑轮(130)和第五扭簧(131)套在拇指中指节旋转轴(132)上，拇指中指节旋转轴(132)固定于拇指中指节左支撑板(128)和姆指中指节右支撑板(129)之间，姆指中指节左支撑板(128)和姆指中指节右支撑板(129)下端插入拇指近指节左支撑板(123)和拇指近指节右支撑板(124)之间、套在拇指近指节旋转轴(127)上； 姆指远指节(82)包括姆指远指套(133)、姆指远指节左支撑板(134)和姆指远指节右支撑板(135),拇指远指节左支撑板(134)和拇指远指节右支撑板(135)分别固接于拇指远指套(133 )下端左右两侧，拇指远指节左支撑板(134)和远指节右支撑板(135)下端插入拇指中指节左支撑板(128)和拇指中指节右支撑板(129)之间、套在拇指中指节旋转轴上；拇指内传动机构包括第二传动绳(108)和导向轮(96)。第二传动绳(108)的一端连接曲柄滑块组件的第二滑块(105)，另一端经导向轮(96)导向后依次交替缠绕拇指内的第八滑轮(125)和第九滑轮(130)，再连接拇指远指套(133);第二滑块(105)带动第二传动绳(108)张紧和伸展，完成拇指弯曲动作； 拇指驱动机构(79)包括拇指驱动电机(77)、拇指减速器(78)、槽轮组件、齿轮组件和曲柄滑块组件；拇指驱动电机(77)和减速器(78)固定于手掌，拇指驱动电机(77)连接减速器(78)连接，减速器(78)连接槽轮组件连接，槽轮组件分别连接齿轮组件和曲柄滑块组件，齿轮组件连接拇指基座(85)，曲柄滑块组件连接拇指内传动机构的第二传动绳(108)；拇指驱动电机(77)输出的动力经过减速器(78)后传送给槽轮组件，槽轮组件再通过齿轮组件将动力传送给拇指基座，完成拇指的内收外摆动作；槽轮组件还用于通过曲柄滑块组件将动力传送给姆指内传动机构的弟~.传动绳(108),驱使姆指完成弯曲动作。
2.根据权利要求1所述的欠驱动假肢手，其特征在于，所述指间传动模块包括输出轴为丝杆的手指驱动电机(41)、丝杆螺母(47)、第一直线导轨(44)、第一滑块(46)、第七滑轮(50)、第一传动绳(64)、第一导向轮组(70)和拉簧(62);直线电机(41)的丝杆连接丝杆螺母(47)，丝杆螺母(47)推动第一滑块(46)在第一导轨(44)上直线运动；第一滑块(46)内部设有第七滑轮(50 )，第七滑轮(50 )上缠绕有第一传动绳(64 )，第一传动绳(64 )通过导向轮组(70)导向连接两根受控手指的驱动绳(15);另设有第一拉簧(62)，连接滑块(46)，用于帮助滑块复位。
3.根据权利要求1或2所述的欠驱动假肢手，其特征在于，所述槽轮组件包括主动拨盘(93)、曲柄(97)、从动槽轮(111)和圆销(101)，主动拨盘(93)为中部具有环形凸台(94)的圆筒，环形凸台(94)具有圆弧形缺口，环形凸台(94) 一侧的圆筒伸入拇指基座(85)的内孔；曲柄(97)上具有中心孔(98)及其左右两侧的左端孔(99)、右端孔(100)，曲柄(97)的中心孔(98)套于主动拨盘(93)的环形凸台(94)另一侧圆筒并和主动拨盘(93)环形凸台(94)固连，曲柄(97)的右端孔(100)和圆销(101)的一端螺纹连接；从动槽轮(111)具有轴孔(112)和开口的径向直槽(113)，从动槽轮(111)上相应轴孔(112)位置具有圆筒形凸台(114 )，从动槽轮(111)边缘分别具有关于径向直槽(113 )对称的左锁止弧(115 )和右锁止弧(116)，从动槽轮(111)连接齿轮组件；在拇指驱动电机带动下，主动拨盘(93)作等速连续转动，当主动拨盘上的圆销(101)未进入从动槽轮(111)的直槽(113)时，从动槽轮(111)因其内凹的左锁止弧(115)锁住而静止；当圆销(101)进入径向直槽(113)时，左锁止弧和主动拨盘(93)的凸台(128)脱开，减速器(78)的动力传给主动拨盘(93)，从动槽轮(111)在圆销(101)的驱动下转动。
4.根据权利要求3所述的欠驱动假肢手，其特征在于，所述齿轮组件包括主动齿轮(119)和从动齿轮(89)，主动齿轮(119)与从动槽轮(111)同轴连接，从动齿轮(89)固连拇指基座(85)，从动槽轮(111)将动力传给与其同轴的主动齿轮(119)，通过齿轮啮合传递给从动齿轮(89)，最后输出给拇指基座(85)，完成拇指的内收外摆动作。
5.根据权利要求3或4所述的欠驱动假肢手，其特征在于，曲柄滑块组件包括连杆(103)、第二滑块(105)、第二直线导轨(107)和槽轮组件的曲柄(97)，曲柄(97)远离圆销的一端连接连杆(103)的一端，连杆(103)的另一端连接位于第二直线导轨(107)上的第二滑块(105)，第二滑块(105)连接拇指内传动机构的第二传动绳(108)的一端；曲柄(97)将电机经过减速器(78)产生的主动拨盘(93)的旋转运动转化为滑块(105)沿直线导轨的直线运动，带动拇指完成弯曲动作。`
【文档编号】A61F2/70GK103565562SQ201310335089
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】熊蔡华, 贺磊, 毛镠, 张乔飞 申请人:华中科技大学