假肢手的制作方法

本发明涉及康复医疗器械技术领域，特别涉及一种假肢手。

背景技术：

仿人假肢手为上肢缺失的残疾人的日常生活提供了便利，是康复工程领域的重要研究方向。目前已经商品化的假肢手有公司的安全比例控制肌电手、英国苏格兰公司(Touch bionics)生产的高精度肌电控制假肢iLimb等。该安全比例控制肌电手有三个手指(拇指、食指和中指)，能完成手的开合动作以实现抓取功能；但其手指是整体的，不能实现多指节耦合运动。该iLimb是有五根手指的假肢手，除无名指与小指进行耦合运动以外，能单独控制每一根手指运动，可以完成多种手部动作；并且其除拇指以外的四指具备两个指节耦合运动的特点，在一定程度上实现了动作仿人。

上述多自由度假肢手由于安排了多个驱动器以及传感器，控制器相当复杂，整手质量较大、制造与维护成本高，限制了假肢手的实用性与产品化，通过调研，抓取(Power Grasp)、两指/三指捏取(Precision Grasp)与侧捏(Lateral Grasp)这三类ADL(Activities of Daily Living，在康复医学中指日常生活能力)中最常用的手部动作，能满足绝大多数残疾患者的日常动作功能需求，因此，现有技术中还有一种腱传动假肢手，该假肢手包含三根手指，采用单个驱动器驱动，通过腱绳传动实现各手指屈/伸，完成抓握动作。虽然采用单个驱动器驱动，可以降低整手重量、降低成本，但是由于腱绳本身具有弹性，并且腱绳容易打滑，使得腱传动假肢手存在手指刚度低，难以精确控制抓握过程中手指的位置。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种假肢手，以解决现有技术中腱传动假肢手存在的手指刚度低、难以精确控制抓握过程中手指的位置的技术问题。该假肢手包括：手掌；五根 手指，所述五根手指按照人类手指的相对位置设置在所述手掌上，所述五根手指分别具有至少2个指节；一个驱动器，设置在所述手掌内，用于输出驱动力；第一同步带，设置在所述手掌内，用于利用所述驱动器输出的驱动力传动所述五根手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动。

在一个实施例中，还包括：在所述手掌内设置有驱动器固定座、梯形丝杆、螺母、拇指滑块以及滑块，其中，所述驱动器固定座固定在所述手掌内，所述驱动器固定在所述驱动器固定座上；所述梯形丝杆的下端固定在所述驱动器固定座上，所述梯形丝杆的上端通过丝杆上盖板固定在所述手掌上；所述第一同步带的主动轮与所述驱动器的输出轴连接，所述第一同步带的从动轮与所述梯形丝杠连接，用于将所述驱动器输出的驱动力传动给所述梯形丝杠；所述螺母与所述梯形丝杠螺纹连接，通过与所述梯形丝杠的螺纹传动，沿所述梯形丝杠的轴线方向运动；所述拇指滑块，与所述螺母和所述五根手指中拇指的近指节连接，用于在所述螺母的带动下沿着所述梯形丝杠的轴线方向平移运动，传动所述拇指的近指节进行屈曲和伸展运动，近指节是指各手指中距离手掌最近的指节，远指节是指各手指中距离手掌最远的指节；所述滑块，与所述螺母和所述五根手指中除了拇指之外的四根手指的近指节连接，用于在所述螺母的带动下沿着所述梯形丝杠的轴线方向平移运动，传动所述四根手指的近指节进行屈曲和伸展运动。

在一个实施例中，所述拇指包括2个指节，所述拇指的近指节包括左侧近指节和右侧近指节，左侧近指节和右侧近指节固定连接，所述假肢手还包括：拇指机架，设置在所述丝杆上盖板处，与所述拇指的左侧近指节和右侧近指节铰接；拇指连杆，所述拇指连杆的一端连接所述拇指滑块，所述拇指连杆的另一端连接所述拇指的近指节，用于将拇指滑块的平移运动转换成所述拇指的近指节的屈曲和伸展运动。

在一个实施例中，还包括：拇指第一轴，用于连接所述拇指的近指节和所述拇指的远指节；第一弹性元件，所述第一弹性元件连接所述拇指的右侧近指节和所述拇指的远指节。

在一个实施例中，还包括：螺钉，设置在所述丝杆上盖板和所述拇指机架之间，用于调节所述丝杆上盖板和所述拇指机架之间的摩擦力大小。

在一个实施例中，所述四根手指分别包括3个指节，按照指节距离所述手掌由近到远的顺序将3个指节分为近指节、中指节和远指节，所述四根手指的近指节包括左 半近指节和右半近指节，左半近指节和右半近指节连接，所述四根手指的中指节包括左半中指节和右半中指节，左半中指节和右半中指节连接，所述假肢手还包括：第一传动连杆，与所述滑块铰接，用于在所述滑块的带动下做平移运动；4个第二传动连杆，均与所述第一传动连杆连接，同时4个所述第二传动连杆与所述四根手指的左半近指节一一对应连接，用于在所述第一传动连杆的传动下，带动所述四根手指的近指节进行旋转。

在一个实施例中，还包括：在所述四根手指中均设置有第二同步带、第三轴、第一齿轮以及第二齿轮，其中，所述第二同步带的主动轮设置在左半近指节内，固定在近指节与所述手掌的连接处；所述第三轴设置在近指节内，穿过所述第二同步带的从动轮，用于在近指节旋转下，通过所述第二同步带带动所述第二同步带的从动轮绕该第三轴转动；所述第一齿轮设置在近指节内，设置在所述第三轴上，用于在所述第二同步带的从动轮的带动下绕所述第三轴转动；所述第二齿轮，设置在中指节内，与所述第一齿轮啮合，用于在所述第一齿轮的传动下转动，带动中指节进行屈曲和伸展运动。

在一个实施例中，还包括：4个第二弹性元件，分别设置在所述四根手指中，在所述四根手指中，所述第二弹性元件连接右半中指节和远指节。

在一个实施例中，所述五根手指的远指节的指尖处设置有手指肚，所述手指肚的材质为弹性材料，远指节是指各手指中距离手掌最远的指节。

在一个实施例中，所述手掌的材质为非金属材料。

在本发明实施例中，通过在手掌上按照人类手指的相对位置设置五根手指(例如，该五根手指包括拇指、食指、中指、无名指以及小指)，各手指包括至少2个指节，使得该假肢手在外观上更接近人手外观，采用一个驱动器配合同步带来驱动五根手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动，在降低假肢手重量的同时，与现有技术相比，可以避免腱传动假肢手存在的手指刚度低、难以精确控制抓握过程中手指的位置的技术问题，从而有助于假肢手精确、稳定地完成抓取、捏取以及捏取等动作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种假肢手的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种手掌的剖视图；

图3是本发明实施例提供的一种拇指的主视图；

图4是本发明实施例提供的一种图3的A-A向剖视图；

图5是本发明实施例提供的一种食指的主视图；

图6是本发明实施例提供的一种图5的B-B向剖视图；

图7是本发明实施例提供的一种食指与手掌连接方式的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种假肢手，如图1所示，该假肢手包括：

手掌101；

五根手指，所述五根手指按照人类手指的相对位置设置在所述手掌上，所述五根手指分别具有至少2个指节；例如，如图1所示，该五根手指包括拇指102、食指103、中指104、无名指105及小指106；

一个驱动器13(例如，该驱动器可以是电机，也可以是液/气压驱动器、形状记忆合金驱动器等其他驱动器)，如图2所示，设置在所述手掌101内，用于输出驱动力；

第一同步带11，如图2所示，设置在所述手掌内，用于利用所述驱动器输出的驱动力传动所述五根手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动。

由图1所示可知，在本发明实施例中，通过在手掌上按照人类手指的相对位置设置五根手指(例如，该五根手指包括拇指、食指、中指、无名指以及小指)，各手指包括至少2个指节，使得该假肢手在外观上更接近人手外观，采用一个驱动器配合同步带来驱动五根手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动，在降低假肢手重量的同时，与现有技术相比，可以避免腱传动假肢手存在的手指刚度低、难以精确控制抓握过程中手指的位置的技术问题，从而有助于假肢手精确、稳定地完成抓取、捏取以及捏取等动作。

具体实施时，为了实现通过一个驱动器配合同步带来驱动各手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动，在本实施例中，如图2所示，上述假肢手还包括：在所述手掌101内设置有驱动器固定座12、梯形丝杆17、螺母15、拇指滑块14以及滑块16，其中，所述驱动器固定座12固定在所述手掌内，所述驱动器13固定在所述驱动器固定座12上；所述梯形丝杆17的下端固定在所述驱动器固定座12上，所述梯形丝杆17的上端通过丝杆上盖板18固定在所述手掌上；所述第一同步带11的主动轮与所述驱动器13的输出轴连接，所述第一同步带11的从动轮与所述梯形丝杠17连接，用于将所述驱动器输出的驱动力传动给所述梯形丝杠；所述螺母15与所述梯形丝杠17螺纹连接，通过与所述梯形丝杠的螺纹传动，沿所述梯形丝杠的轴线方向运动；所述拇指滑块14，与所述螺母15和所述五根手指中拇指的近指节连接，用于在所述螺母的带动下沿着所述梯形丝杠的轴线方向(即上下方向)平移运动，传动所述拇指的近指节进行屈曲和伸展运动，近指节是指各手指中距离手掌最近的指节，远指节是指各手指中距离手掌最远的指节；所述滑块16，与所述螺母和所述五根手指中除了拇指之外的四根手指的近指节连接，用于在所述螺母的带动下沿着所述梯形丝杠的轴线方向平移运动，传动所述四根手指的近指节进行屈曲和伸展运动。

具体实施时，为了具体实现拇指指节的驱动，在本实施例中，如图2、3、4所示，所述拇指102包括2个指节，所述拇指的近指节包括左侧近指节22和右侧近指节23，左侧近指节22和右侧近指节23固定连接，所述假肢手还包括：拇指机架19，设置在所述丝杆上盖板18处，与所述拇指的左侧近指节22和右侧近指节23铰接；拇指连杆21，所述拇指连杆21的一端连接所述拇指滑块14，拇指连杆21和拇指滑块14构成曲柄滑块机构，所述拇指连杆21的另一端连接所述拇指的近指节，所述拇指连杆21用于将拇指滑块的平移运动转换成所述拇指的近指节的屈曲和伸展运动。

具体实施时，为了实现驱动拇指远指节的运动，在本实施例中，如图3、4所示，上述假肢手还包括：拇指第一轴26，用于连接所述拇指的近指节和所述拇指的远指节24；第一弹性元件，所述第一弹性元件连接所述拇指的右侧近指节和所述拇指的远指节，该第一弹性元件可以是弹簧、压簧、扭簧、气弹簧、橡皮筋等任何弹性元件，以第一弹性元件为第一扭簧27为例，所述第一扭簧27的两臂分别卡在所述拇指的右侧近指节23和所述拇指的远指节24的卡槽内，即右侧近指节23和远指节24内分别设有卡槽，第一扭簧27的一臂卡在右侧近指节23的卡槽内，第一扭簧27的另一臂 卡在远指节24的卡槽内，这样拇指远指节24在第一扭簧27的作用下以一定的角度相对近指节(左侧近指节22、右侧近指节23)弯曲，当远指节24与所抓取物体相接触时，该第一扭簧27会因为外力作用弯曲变形，在一定范围内适应抓取物体的形状，此时拇指102远指节24伸直，远指节24向外界施加的抓取力由第一扭簧27、驱动器和第一同步带共同提供。

具体实施时，拇指滑块14还能被动绕螺母15旋转，拇指机架19也能绕丝杠上盖板18旋转。因此，拇指除了能完成拇指滑块14带动下的屈曲和伸展运动以外，还能在外力的作用下实现向内和向外旋自由度。

具体实施时，在拇指机架19与丝杆上盖板18之间，还设计了能够调节松紧的螺钉1A，在装配时调节1A的松紧，就能够调节拇指机架19与丝杆上盖板181A之间的摩擦力，使拇指向内或向外旋运动能够在任意位置停住不滑动，同时也能在需要时以一定的外力使拇指旋转到指定位置。

具体实施时，为了实现驱动四根手指的指节进行屈曲和伸展运动，在本实施例中，如图5、6所示(由于食指103、中指104、无名指105以及小指106除部分零件的尺寸有所差异以外，其运动原理与机构一致，因此图4、5仅以食指103为例对食指103、中指104、无名指105及小指106的运动原理进行统一说明)，上述假肢手还包括：在所述四根手指中均设置有第二同步带3C、第三轴39、第一齿轮3A以及第二齿轮36(即有4个第二同步带3C、4个第三轴39、4个第一齿轮3A以及4个第二齿轮36，分别设置在上述四个手指内)，其中，第二同步带3C的主动轮3D设置在左半近指节内，固定在近指节与所述手掌的连接处(具体的，如图7所示，食指103、中指104、无名指105以及小指106各手指通过左半近指节38上的腰形孔3E与第二传动连杆1C上台阶1F连接传动(腰形孔3E指向台阶1F的箭头表示二者连接)，第二同步带3C的主动轮3D固定在手掌101上的手指固定座1B上)；第三轴39，设置在近指节内，穿过所述第二同步带的从动轮3B，用于在近指节旋转下，通过所述第二同步带3C带动所述第二同步带的从动轮绕该第三轴转动；第一齿轮3A，设置在近指节内，设置在所述第三轴上(其中，第二同步带的从动轮3B和第一齿轮3A均通过键槽与第三轴39固定)，用于在所述第二同步带的从动轮的带动下绕所述第三轴转动；第二齿轮36，设置在中指节内，与所述第一齿轮啮合，用于在所述第一齿轮的传动下转动，带动中指节进行屈曲和伸展运动(即第二齿轮36通过第一齿轮3A啮 合传动，第二齿轮36带动左半中指节34进行屈曲和伸展运动，由于右半中指节35与左半中指节34连接，右半近指节37与左半近指节38连接，因此，左半中指节34与左半近指节38屈曲时，右半中指节35与右半近指节37也同时完成屈曲动作)，因此，实现四根手指的中指节的屈曲和伸展。

具体实施时，如图5、6所示，上述假肢手还包括：4个第二弹性元件，该第二弹性元件可以是弹簧、压簧、扭簧、气弹簧、橡皮筋等任何弹性元件；以第二弹性元件为第二扭簧33为例，第二扭簧33分别设置在所述四根手指中，在所述四根手指中，所述第二扭簧33的两臂分别卡在右半中指节和远指节的卡槽内。在第二扭簧33的作用下，远指节32相对中指节(34、35)以一定的角度屈曲；当手指与抓取物体接触时，远指节32与物体接触而被限位，中指节(34、35)在驱动器13的驱动下继续屈曲，使第二扭簧33受力扭转，远指节32相对中指节(34、35)伸展，使手指在一定范围内适应被抓取物体的外形，同时第二扭簧33给远指节32提供了额外的抓取力，使抓取动作稳定可靠。

具体实施时，为了上述假肢手更美观，在本实施例中，如图3、6所示，五根手指的远指节(远指节是指各手指中距离手掌最远的指节)的指尖处设置有手指肚(拇指的手指肚25，四根手指各自的手指肚31)，手指肚的材质为弹性材料，该手指肚与指尖可以为一体成型结构，手指肚与指尖也可以通过粘接、螺纹连接、扣合等其他方式连接，连接牢固且美观实用，增强用户的使用意愿。

具体实施时，为了进一步降低假肢手的重量，在本实施例中，所述手掌101的材质为非金属材料。

在本发明实施例中，通过在手掌上按照人类手指的相对位置设置五根手指(例如，该五根手指包括拇指、食指、中指、无名指以及小指)，各手指包括至少2个指节，使得该假肢手在外观上更接近人手外观，采用一个驱动器配合同步带来驱动五根手指的指节进行耦合屈曲和伸展运动，在降低假肢手重量的同时，与现有技术相比，可以避免腱传动假肢手存在的手指刚度低、难以精确控制抓握过程中手指的位置的技术问题，从而有助于假肢手精确、稳定地完成抓取、捏取以及捏取等动作。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。