带有高精度小型化拉线控制系统的智能肌电假肢手的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能肌电假肢手装置，属于智能助残器械领域。
【背景技术】
[0002]目前，假肢手研究领域的重要难题是设计出同时满足重量轻、体积小、输出力大、动作灵活的多自由度假肢手。对于智能假肢手驱动方式的研究主要分为两种方向:一种注重通过复杂的齿轮组等机械结构精确的再现手部的各种动作。这种方式的优点是精度较高，动作丰富，但是同时带来的不足是故障率高，重量大，且成本极高，其中重量大和成本高这两项劣势尤其难为普通假肢手使用者所接受。
[0003]另一种方向则是通过电机驱动拉线操纵手指关节的运动。其优点是机械结构大为简化，随之重量降低，同时成本较低。且通过对拉线控制假肢手的不断研究，目前可以通过使用较多数量的电机拉线组对假肢手实现高精度的控制。相较于复杂齿轮传动机构，其运动方式与效果更贴近于实际人手的运动。但是为了达到高精度的控制，拉线电机组的数量可以达到十几组，导致动力模块体积重量偏大以及拉线的走线较为繁杂。
[0004]目前对于拉线式假肢手也有两种研究方向，一种是使用更多的拉线电机组对手指关节达到更精确地控制，但是其电机组的重量与体积不能得到很好优化，对于患者的日常使用造成一定负担。另一种是尽量减轻假肢手的重量，仅使用少量的电机满足基本操作，其实用性较高，使用舒适简单，但是不可避免的在控制精度方面有所欠缺。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种带有高精度小型化拉线控制系统的智能肌电假肢手，其目的是为了克服现有的基于拉线操纵的高精度智能假肢拉线繁杂，电机组体积大重量大不利于穿戴的不足。
[0006]技术方案:本发明是通过以下技术方案实现的:
带有高精度小型化拉线控制系统的智能肌电假肢手，其特征在于:该假肢手包括机械手、假肢手臂、连接线、腰挂式电池与控制系统盒和肌电信号传感器；机械手设置在假肢手臂的前端，连接线连接腰挂式电池与控制系统盒和假肢手臂，肌电信号传感器与腰挂式电池与控制系统盒连接。
[0007]在假肢手臂内设置有电机驱动，该电机驱动包括小型化电机以及相配套的齿轮箱和双层滚轮，小型化电机通过齿轮箱连接双层滚轮，小型化电机通过连接线连接腰挂式电池与控制系统盒。
[0008]该假肢手还包括低拉伸系数拉线，该拉线由外皮、端子和内线构成，端子设置在外皮两端，内线穿过外皮和端子，一侧的端子固定于假肢手臂前端的定位盘上，另一侧则固定在所需连接的关节根部，内线一端连接所需关节，另一端与双层滚轮连接，双层滚轮中的每一层滚轮均固定一根内线，两根内线以相反的方向固定，以满足当电机旋转时，实现同时控制两根内线一收一放的要求。
[0009]在双层滚轮的每层滚轮上均设置有拉线固定装置和穿线孔。
[0010]拉线的一端穿过穿线孔固定在拉线固定装置上，另一端从电机滚轮嵌入槽中引出，通过定位盘固定一侧端子，拉线穿过梳线板最后通过软管分组连接到所需的各个关节部位。
[0011]梳线板通过排列成矩形的圆孔对拉线进行梳理分组。
[0012]电机驱动为两组，每7个电机驱动组成一组电机组，每组的7个电机驱动以圆周状均匀排列，每组排列的电机驱动中，以小型化电机向内，双层滚轮向外的方式布置；两组电机驱动相互交错插空布置，即第二电机组的每个电机驱动对应第一电机组的相邻两个电机驱动之间的位置，以方便顺利将拉线引出。
[0013]机械手的每根手指配有两个电机驱动，两个电机驱动共引出四根拉线，即控制线一、控制线二、力量线一与力量线二，控制线一和控制线二相互反向连接一个电机驱动，力量线一与力量线二相互反向连接一个电机驱动，控制线一和控制线二伸进手指内，控制线一设置在靠近手指弯曲外面扩展侧，控制线二设置在靠近手指弯曲内面收缩侧，制线一和控制线二在指尖处相交控制手指的弯曲和伸直；力量线一与力量线二设置在手指根部处，力量线一设置在靠近手指根部旋转的外侧，力量线二设置在靠近手指根部旋转的内侧，力量线一与力量线二控制根部关节的旋转。
[0014]在机械手的机械手腕处设置有带两个滑槽的俯仰转动轴，俯仰转动轴由两个电机驱动分别驱动，一个电机驱动引出两根拉线，两根拉线从两侧，内嵌于滑槽中，进而通过两根拉线一收一放，通过拉线对滑槽的摩擦力实现手掌的俯仰；
在机械手腕的根部设置有带有滑槽的横向转动轴，电机驱动引出两根拉线，两根拉线从两侧，内嵌于滑槽中，进而在电机驱动时两根拉线一收一放，通过拉线对滑槽的摩擦力，现机械手腕横向的旋转。
[0015]在拇指根部设置有带有滑槽的横向转动轴，电机驱动引出两根拉线，两根拉线从两侧，内嵌于滑槽中，进而在电机驱动时两根拉线一收一放，通过拉线对滑槽的摩擦力，实现拇指横向的旋转
腰挂式电池与控制系统盒，包括控制模块、电池组、通讯接口和控制面板，控制模块连接电池组和设置在电池组上的通讯接口，通讯接口连接连接线和肌电信号传感器。
[0016]优点及效果:本发明提供一种带有高精度小型化拉线控制系统的智能肌电假肢手，其不仅可以完成对五根手指和腕部关节的高精度控制，而且使得智能假肢手可以进行较长时间的舒适佩戴与使用。本发明设计高精度小型化拉线控制系统，在假肢手臂中部设计电机组嵌入槽，共十四个槽分两组呈圆周排列，每个电机槽带有相应的拉线通道以便于拉线引出。选用带霍尔感应器的小型无刷直流电机，将带齿轮箱的电机嵌入电机槽中，电机通过齿轮箱减速后带动转轮控制拉线的收放，其中，双层式转轮可同时带动两根拉线反向转动，实现一根收一根放的效果。在电机组前端固定一个圆盘定位片，固定从电机槽内引出的28根拉线的端子。之后使用带有28个圆孔的理线板对拉线进行梳理。在假肢手臂最前端设计通道将拉线按需分组导出，到达各个手指以及手腕关节。本发明设计腰挂式电池组及控制系统盒，将重量较大的电池组以及控制模块集成在腰挂盒中。假肢手主体与腰挂盒之间通过一根具有良好柔韧性的数据线相连。通过绑带固定于使用者身上。
[0017]综上所述，本发明可以在对五根手指和手腕关节进行精确控制的同时，将重量体积都较大的电机齿轮箱组，通过小型化电机内嵌的方式置假肢手臂内部，大幅减小了模块的尺寸，更适合智能假肢手对于重量和体积的要求，便于佩戴使用的同时减少了拉线的行程。拉线长度缩短，且大部分都从假肢臂内部走线，使用过程中更加稳定，不易出现与其它物体的缠绕刮碰而影响假肢手稳定工作的情况。腰挂盒上集成了较重的电池组和控制模块，由于是佩戴于腰带上，使用舒适的同时对于重量限制大大放宽，对于增大电池容量，延长使用时间，升级硬件性能极为有利。同时由于采取拉线控制的方式，结构简洁，故障率较低，成本较低，适合普通患者的日常使用需求。
[0018]【附图说明】:
图1为本发明的整体结构总图；
图2为小型化电机模块图；
图3为拉线结构图；
图4为高精度小型化拉线控制系统示意图；
图5为电机内嵌方式示意图；
图6为电机组剖面图；
图7为手指关节拉线布线方式示意图；
图8为腰挂式电池与控制系统盒示意图；
图9为手掌根部滑槽示意图；
图10为大拇指根部滑槽示意图。
[0019]
【具体实施方式】:下面结合附图对本发明做进一步的说明:
本发明提供一种带有高精度小型化拉线控制系统的智能肌电假肢手，该假肢手包括机械手1、假肢手臂2、连接线3、腰挂式电池与控制系统盒4和肌电信号传感器5 ;机械手I设置在假肢手臂2的前端，连接线3连接腰挂式电池与控制系统盒4和假肢手臂2，肌电信号传感器5与腰挂式电池与控制系统盒4连接。
[0020]在假肢手臂2内设置有电机驱动，该电机驱动包括小型化电机6以及相配套的齿轮箱7和双层滚轮8，小型化电机6通过齿轮箱7连接双层滚轮8，小型化电机6通过连接线3连接腰挂式电池与控制系统盒4。
[0021]该假肢手还包括低拉伸系数拉线，该拉线由外皮10、端子11和内线12构成，端子11设置在外皮10两端，内线12穿过外皮10和端子11，一侧的端子固定于假肢手臂2前端的定位盘上，另一侧则固定在所需连接的关节根部，内线12 —端连接所需关节，另一端与双层滚轮8连接，双层滚轮8中的每一层滚轮均固定一根内线12，两根内线12以相反的方向固定，以满足当电机旋转时，实现同时控制两根内线一收一放的要求。
[0022]在双层滚轮8的每层滚轮上均设置有拉线固定装置9和穿线孔。
[0023]拉线的一端穿过穿线孔固定在拉线固定装置9上，另一端从电机滚轮嵌入槽13中引出，通过定位盘14固定一侧端子11，拉线穿过梳线板15最后通过软管16分组连接到所需的各个关节部位。
[0024]梳线板15通过排列成矩形的圆孔对拉线进行梳理分组。
[0025]电机驱动为两组，每7个电机驱动组成一组电机组，每组的7个电机驱动以圆周状均匀排列，每组排列的电机驱动中，以小型化电机6向内，双层滚轮8向外的方式布置；两组电机驱动相互交错插空布置，即第二电机组18的每个电机驱动对应第一电机组17的相邻两个电机驱动之间的位置，以方便顺利将拉线引出。
[0026]机械手I的每根手指配有两个电机驱动，两个电机驱动共引出四根拉线，即控制线一 20、控制线二 21、力量线一 22与力量线二 23，控制线一 20和控制线二 21相互反向连接一个电机驱动，力量线一 22与力量线二 23相互反向连接一个电机驱动，控制线一 20和控制线二 21伸进手指内，控制线一 20设置在靠近手指弯曲外面扩展侧，控制线二 21设置在靠近手指弯曲内面收缩侧，制线一 20和控制线二 21在指尖处相交控