模块式仿人假肢手指的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种模块式仿人假肢手指，而提供一种尺寸与人手指更接近，夹持力大假肢手指。包括微型电机及微型减速器组件、手指基座、基关节支架、基指节、近指节、叉形连杆以及由微型蜗杆和微型蜗轮啮合组成的驱动机构。微型蜗杆通过其上的D形孔与微型电机及微型减速器组件的输出轴连接，微型蜗杆一端有压力铜垫承受微型电机侧的轴向力，另一端通过深沟轴承与基关节支架连接，基指节与微型蜗轮联接，微型蜗轮的传动轴为基关节的中心，近指节与基指节铰接，叉形连杆一端与近指节铰接，另一端与基关节支架铰接，微型蜗轮位于叉形连杆的叉形内廓空间；微型蜗轮置于手掌的掌心部，微型电机及微型减速器组件和微型蜗杆位于手掌的手背部。
【专利说明】模块式仿人假肢手指
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模块式仿人假肢手指。
【背景技术】
[0002]仿人假肢手指是假肢手的重要部件。仿人假肢手安装于断手残疾人残肢上，实现人手的某些功能。2008年前，世界上运作最成功，应用最广泛的电动型假肢手为德国OttoBock公司出品的OttoBock SUVA手。此型假肢手拾取表面肌点信号，由微处理器处理后形成指令，驱动微型电动机。经微型直齿圆柱齿轮减速，通过连杆，实现假肢手的开合运动。此种假肢手只有I个自由度，不能实现对被抓取物体很好的包络和更多的动作。
[0003]2008年以后，具实用价值的多自由度假肢手被研制出来。英国Blatchford&Sons公司研制了 ilimb假肢手。此款假肢手每个手指由一台微型电机驱动，微电机置于基指节的空腔内。姆指以外的四个手指每指有两个回转关节:基指关节为主动关节，近指关节为从动关节。两个关节的运动是耦合的。基关节运动的传动路线是:微电机的回转运动经一对锥齿轮传动，再经蜗杆蜗轮传动，带动基指节回转。锥齿轮的作用是为了缩短机械传动链的长度，进而缩短了基指节的长度。蜗轮是固定不动的，蜗杆带动基指节绕蜗轮转动。近指关节的运动是索控的。拉动绳索使近指节做屈指运动，伸指运动则由弹簧复位实现。每个手指设计成一个独立模块。此种手主要优点是外形比较美观。手指为模块式。主要缺点是微电机置于基指节空腔内，难以容下大力矩电机。英国Steeper公司研制了 Bebionic假肢手。此款假肢手每个手指亦由一台微型电机驱动。拇指以外的手指，微电机置于手掌内。基指关节为主动关节，其回转运动的传动路线:微电机通过一对直齿轮将运动传递给滑动螺杆，螺杆通过滑动螺母将回转运动转化为螺母的线性运动。螺母通过连杆拉动基指节做回转运动。如果电机直接带动螺杆，由于机械尺度的关系，手掌会很长。一对直齿轮将运动链分为两节。布置为两层。缩短了手掌的长度。近指关节为从动关节。采用双摆杆形式的四连杆机构。基指节为一个摆杆，连架杆为另一个摆杆。近指节为连杆。主从两个运动是耦合的。此种手的主要缺点是手掌比较厚大。结构为非模块式。上海科生假肢有限公司提出了一种科生仿生假手。手指基关节用蜗杆蜗轮传动。微电机减速器组件，蜗杆置于手掌心部。蜗轮置于手掌背部。基指节设计成带凹槽形状以避免与蜗杆运动干涉，基指节为非对称外形。减速器输出轴与蜗杆轴通过联轴器连接，使手掌尺寸较长。近指节用连杆传动。该手指没有设计为模块式。由于外观的原因，此种手较适于带手皮工作。
[0004]虽然基于表面肌电信号(EMG)的多指欠驱动假肢手技术得到了发展，但尚存在很多问题影响了其使用效果。
[0005]最主要的问题包括:
[0006]1、外形欠美观:一般所研制的假肢手与人手在尺寸上存在差别。当电机置于基指节内，假肢手手指长于人的手指。当电机置于手掌内，假肢手手掌长于人的手掌。当把电机及机械传动链布置为两层，假肢手手掌厚于人的手掌。假肢手基指关节的厚度一般大于人手的基指关节达8毫米之多。虽然已尽相当的努力，尚不能满足残疾人对美的追求。[0007]2.假肢手抓取力比较小:其原因有二；首先，受安装空间的限制，难以选择输出力矩比较大的微电机，输出力矩比较大的电机其直径或长度尺寸较大，特别是长度尺寸比较大。无论是置于基指节空腔还是置于手掌内都会增加基指节或手掌的长度。另一方面，很多假肢手用弹簧实现复位运动，简化了机构的设计。但处于工作阶段的屈指运动则需拉伸弹簧，这占用了电机的大部分驱动力矩。
[0008]3.噪声比较大，有的甚至很大。若在机械传动链中使用了微型锥齿轮，由于加工难于控制，啮合噪声很大。若在机械传动链中使用了直齿轮副，尽管在材料选择上进行了考虑。例如，一个为塑料，一个为钢材。还会有较大噪声。使用者感到心理不舒服。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种尺寸与人手指更接近，夹持力大的欠驱动模块式仿人假肢手指。
[0010]为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是:
[0011]一种模块式仿人假肢手指，包括微型电机及微型减速器组件、手指基座、基关节支架、基指节、近指节、叉形连杆以及由微型蜗轮和微型蜗杆啮合组成的驱动机构，所述微型电机及微型减速器组件安装于所述手指基座上，所述微型蜗杆通过所述微型蜗杆内的D形孔与所述微型电机及微型减速器组件的输出轴连接，所述微型蜗杆安装于所述基关节支架内，所述微型蜗杆与所述微型电机及微型减速器组件的输出轴相对应的一端安装有压力铜垫承受所述微型电机侧的轴向力，所述微型蜗杆另一端通过深沟轴承与所述基关节支架连接，所述深沟轴承承受与所述微型电机侧相反的轴向力和径向力；所述微型蜗轮的传动轴安装于所述基关节支架上；所述基指节与所述微型蜗轮通过销钉联接，所述微型蜗轮的传动轴为所述基关节的中心，所述近指节与所述基指节铰接，所述叉形连杆一端与所述近指节铰接，所述叉形连杆的另一端与所述基关节支架铰接，所述微型蜗轮位于所述叉形连杆的叉形内廓空间；所述微型蜗轮置于手掌的掌心部，所述微型电机及微型减速器组件和微型蜗杆位于手掌的手背部。
[0012]所述基指节和近指节均为对称薄壁空腔结构。
[0013]所述手指基座和所述基关节支架均为航空铝合金材料。
[0014]所述近指节和基指节均为材料密度为1.2-1.4g/cm3的高强度聚合物材料。
[0015]所述手指基座通过螺钉与手掌连接板连接。
[0016]所述微型蜗轮的传动轴为空心轴。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0018]1.本实用新型的仿人假肢手指基关节微型减速器的输出轴与蜗杆之间用D形轴孔直接联接，无需联轴器，缩短了轴向尺寸，传动链比较短，可以布置为单层，使假肢手掌的长度与厚度较其他假肢手大幅减小，尺寸与人手相当。
[0019]2.本实用新型的假肢手指中，基关节支架、基指节、叉形连杆、近指节组成交叉双摆杆机构传动，形成近指节传动链，没有复位弹簧。屈指运动时，无需克服弹簧变形的拉力或扭力矩，有效的抓取力也更大。
[0020]3.本实用新型假肢手指近指关节的传动连杆设计为叉形连杆，连杆的叉形内廓空间用于容纳前述的蜗轮，避免了与其的运动干涉。[0021]4.本实用新型假肢手指基指节和近指节由于前述的技术，设计为对称薄壁空腔结构，轻质而美观。
[0022]5.本实用新型的假肢手指设计为模块式，使制造，装配，维修变得更容易。
[0023]6.本实用新型的假肢手指中，基关节传动链中，微电机减速器组件和蜗杆置于手掌背部，蜗轮位于手掌心部。蜗杆与蜗轮置于基关节支架中，两者都作定轴运动，结构简单。
[0024]7.由于本实用新型的假肢手指机械传动链中没有采用锥齿轮和直齿轮传动，有效地减小了噪声。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为模块式仿人假肢手指机械结构示意图；
[0026]图2为模块式仿人假肢手指外形示意图；
[0027]图3为模块式仿人假肢手指构成的假肢手拆去背部外壳的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0029]本实用新型模块式仿人假肢手指的示意图如图1、图2所示，包括微型电机及微型减速器组件15、手指基座14、基关节支架16、基指节4、近指节1、叉形连杆5以及由微型蜗轮7和微型蜗杆12啮合组成的驱动机构，所述微型电机及微型减速器组件15安装于所述手指基座14上，所述微型蜗杆12通过所述微型蜗杆上的D形孔与所述微型电机及微型减速器组件15的输出轴连接，所述微型蜗杆12安装于所述基关节支架16内，所述微型蜗杆12与所述微型电机及微型减速器组件15的输出轴相对应的一端安装有压力铜垫13承受所述微型电机侧的轴向力，所述微型蜗杆12另一端通过深沟轴承10与所述基关节支架16连接，在深沟轴承10处装有外圈隔垫9，所述深沟轴承承受与所述微型电机侧相反的轴向力和径向力；所述微型蜗轮7的传动轴11安装于所述基关节支架16上，所述微型蜗轮的传动轴11采用空心轴。所述基指节4与所述微型蜗轮7通过销钉8联接，所述微型蜗轮7的传动轴11为所述基关节4的中心，所述近指节I与所述基指节4通过销轴2铰接，所述叉形连杆5 —端与所述近指节I通过销轴3铰接，所述叉形连杆5的另一端通过销轴6与所述基关节支架16铰接，所述微型蜗轮7位于所述叉形连杆5的叉形内廓空间。所述微型蜗轮7置于手掌的掌心部，所述微型电机及微型减速器组件15和微型蜗杆12位于手掌的手背部。所述手指基座14通过螺钉与手掌连接板连接。手指的初始状态如图1中的实线所示，使用时，微型电机及微型减速器组件15的输出轴带动微型蜗杆和微型蜗轮组成的驱动机构，微型蜗轮带动基指节、近指节弯曲，成为图1中虚线所示的形状。当完成动作后，微型电机反向转动，驱动微型蜗杆微型蜗轮，带动基指节和近指节复位。
[0030]其中，所述基指节4和近指节I均设计为对称薄壁空腔结构。
[0031]所述手指基座14和所述基关节支架16为航空招合金材料；所述近指节I和基指节4均为材料密度为1.2-1.4g/cm3的高强度聚合物材料，如PA6060，假肢手指既有很高的强度，刚度又很轻巧。
[0032]本实用新型的模块式仿人假肢手指构成的假肢手拆去背部外壳的示意图如图3所示，组装时，基指节与手掌初始夹角为19°。[0033]本实用新型的假肢手指尺寸接近人指，外形美观，具有更大的夹持力。
[0034]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种模块式仿人假肢手指，其特征在于，包括微型电机及微型减速器组件(15)、手指基座(14)、基关节支架(16)、基指节(4)、近指节(I)、叉形连杆(5)以及由微型蜗轮(7)和微型蜗杆(12)啮合组成的驱动机构，所述微型电机及微型减速器组件(15)安装于所述手指基座(14)上，所述微型蜗杆(12)通过所述微型蜗杆内的D形孔与所述微型电机及微型减速器组件(15)的输出轴连接，所述微型蜗杆(12)安装于所述基关节支架(16)内，所述微型蜗杆(12)与所述微型电机及微型减速器组件(15)的输出轴相对应的一端安装有压力铜垫承受所述微型电机侧的轴向力，所述微型蜗杆(12)另一端通过深沟轴承(10)与所述基关节支架(16)连接，所述深沟轴承(10)承受与所述微型电机侧相反的轴向力和径向力；所述微型蜗轮(7)的传动轴安装于所述基关节支架(16)上；所述基指节(4)与所述微型蜗轮(7 )通过销钉联接，所述微型蜗轮(7 )的传动轴为所述基关节(4 )的中心，所述近指节(I)与所述基指节(4)铰接，所述叉形连杆(5) —端与所述近指节(I)铰接，所述叉形连杆(5)的另一端与所述基关节支架(16 )铰接，所述微型蜗轮(7 )位于所述叉形连杆(5 )的叉形内廓空间；所述微型蜗轮(7)置于手掌的掌心部，所述微型电机及微型减速器组件(15)和微型蜗杆(12)位于手掌的手背部。
2.根据权利要求1所述的模块式仿人假肢手指，其特征在于，所述基指节(4)和近指节(I)均为对称薄壁空腔结构。
3.根据权利要求1或2所述的模块式仿人假肢手指，其特征在于，所述手指基座(14)和所述基关节支架(16)均为航空铝合金材料。
4.根据权利要求1或2所述的模块式仿人假肢手指，其特征在于，所述近指节(I)和基指节(4)均为材料密度为1.2-1.4g/cm3的高强度聚合物材料。
5.根据权利要求1或2所述的模块式仿人假肢手指，其特征在于，所述手指基座(14)通过螺钉与手掌连接板连接。
6.根据权利要求1或2所述的模块式仿人假肢手指，其特征在于，所述微型蜗轮的传动轴(11)为空心轴。
【文档编号】A61F2/54GK203598078SQ201320618513
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】王博成 申请人:王博成