分类组合轻型假手的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种分类组合轻型假手，通过不同功能模块的组合，能够适用于不同等级手指残疾人士，在一定程度上辅助完成日常正常人手所能完成的拿、捏、弯曲等动作。包括主体模块、运动源模块、大拇指模块和指模块。其中大拇指根据不同的残疾情况分为残疾至掌骨和残疾至近节指骨两类，其它四指根据不同的残疾情况分为残疾至掌骨、残疾至近节指骨和残疾至中节指骨三类。该假手采用模块化设计，将适应不同情况的假肢划分成不同的模块，方便拆装、修理和更换；对于不同的手指残疾情况选用不同的控制方式，使控制假肢的机构对手部的其他的活动影响小，最大程度的拓展了残疾人的手部活动；结构紧凑，外形上接近人手的形状，满足残疾人的心理需求。
【专利说明】分类组合轻型假手
【技术领域】
[0001] 发明涉及一种轻型假手，具体涉及一种分类组合轻型假手。
【背景技术】
[0002] 目前，市场上销售的手指假肢占最大比例的是装饰性的手指假肢，也就是用硅胶 制作的假肢，不具有运动的功能，而且由于需要单独定做和以及材料的特殊性，价格较高。 在手指假肢的市场上，只有很少比例的机械类的假肢，而且基本都是从国外进口的，而机械 类假肢又分为两种类型：一种是电机驱动，智能系统处理，机械控制，传感器器反馈；此类 假肢价格高昂，重量较大，虽然功能强大，但是有很大的局限性。另一种是纯机械的，以牺 牲手部一定的自由度来换取手指处机械结构的驱动力。由著名医生Dan Didrick发明的 "X-Finger"就是纯机械式的假肢，但是其应用空间有限，不能针对各种纷繁发杂的残疾状 况都提出解决方案，并且其需要近数千美元，高额的价格使其难于普及，让每一位残疾人收 益。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供一种分类组合轻型假手，通过不同功能模块的组合，能够适 用于不同等级手指残疾人士，在一定程度上辅助完成日常正常人手所能完成的拿、捏、弯曲 等动作。
[0004] 所述的分类组合轻型假手包括：主体模块、运动源模块、大拇指模块和指模块；所 述指模块对应除大拇指以外的其它手指。
[0005] 所述主体模块包括手心盖和手背支撑；所述手心盖和手背支撑板连接在一起形成 用于套装在手掌外面的壳体。
[0006] 所述运动源模块包括：手腕套环、横向运动支撑杆、转接轴和传动部件；所述传动 部件包括：滑块、齿轮、齿条、滚轮A和钢丝绳B。
[0007] 以垂直于手掌的方向为z轴方向，以手指自然伸展的方向为y轴方向，垂直于yz 平面的方向为X轴方向，所述运动源模块的连接关系为：所述转接轴的一端与手腕套环上 的凸起销接；另一端与横向运动支撑杆的一端销接；所述横向运动支撑杆的另一端与设置 在手背支撑板小拇指所在侧的齿轮相连，所述齿轮轴线沿z轴方向，所述齿轮与沿y轴方向 的齿条啮合；所述滚轮A与齿轮同轴固接，所述手背支撑板上与指模块对应的位置设置有 用于缠绕钢丝绳B的柱形凸起；所述钢丝绳B的一端固接在滚轮A上，另一端与指模块的根 部连接。
[0008] 当有两个以上指模块时，所述钢丝绳B的一端固接在滚轮A上，另一端通过离其最 远的指模块所对应的柱形凸起与该指模块的根部连接，然后在其余每个指模块的柱形凸起 处分出一路，与对应指模块的根部相连。
[0009] 若大拇指残疾至掌骨，所述大拇指模块包括：拇指掌骨套、拇指背部支撑杆、拇指 杆、用于模拟大拇指远节指的拇指A、用于模拟大拇指近节指的拇指B和由滚轮B和钢丝绳 C形成的传动部件；其连接关系为：所述拇指背部支撑杆的一端与手背支撑板固接，另一端 与拇指掌骨套A销接，使拇指掌骨套能够沿拇指背部支撑杆绕y轴方向转动；所述拇指杆A 的一端与拇指A的端点处铰接，另一端与拇指掌骨套A铰接；拇指B的一端与拇指A的非端 点处铰接，另一端与拇指掌骨套A铰接；且在拇指B与拇指掌骨套A的铰接轴上同轴固接滚 轮B，钢丝绳C的一端固接在滚轮B上，另一端固接在拇指背部支撑杆上。
[0010] 若大拇指残疾至近节指骨且残肢部分能够运动，所述的大拇指模块与当大拇指残 疾至掌骨时的大拇指模块相比：不包括所述由滚轮B和钢丝绳C形成的传动部件，所述拇指 B为套装在大拇指残指的近节指上的指套。
[0011] 若除大拇指以外的其它手指残疾至掌骨，所述的指模块包括：手指支撑座、用于模 拟手指远节指的手指A、用于模拟手指中节指的手指B、用于模拟手指近节指的手指C、手指 杆A和手指杆B ;所述手指支撑座固接在主体模块的手背支撑板上，运动源模块中的钢丝绳 B与手指C相连，手指C和手指杆B的一端分别与手指支撑座铰接，手指C的另一端与手指 B的非端点处铰接，手指杆B的另一端手指B的一端铰接，手指B的另一端与手指A的非端 点处铰接，手指杆A的一端与手指杆B的非端点处铰接，另一端与手指A的端点处铰接。
[0012] 若除大拇指以外的其它手指残疾至近节指骨且残肢部分能够运动，所述的指模块 与残疾至掌骨时的指模块相比：所述手指C为套装在手指残肢近节指上的指套，不与运动 源模块中的钢丝绳B相连。
[0013] 当除大拇指以外的其它手指残疾至中节指骨或远节指骨，所述指模块为与手指残 肢相连的指套。
[0014] 有益效果：
[0015] (1)该轻型假手不需要外部提供动力源，仅运用残指和掌骨通过杆系结构和齿轮 齿条等结构实现模拟手指的弯曲等作用，大大降低了成本并且由于无外动力源和传感器使 得可靠性大大增加。
[0016] (2)该假手采用模块化设计，使用者能够依据自己手指的残疾程度以及残疾部位， 选用不同的功能模块进行组装，满足不同残疾情况人群的需求，灵活性强，使用范围广。且 对于不同的手指残疾情况选用不同的控制方式，使控制假肢的机构对手部的其他的活动影 响小，最大程度的拓展了残疾人的手部活动；结构紧凑，外形上接近人手的形状，满足残疾 人的心理需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1和图2为五个手指均残疾至掌骨时的轻型假手的结构示意图；
[0018] 图3为图2中A处的局部放大图；
[0019] 图4为大拇指模块A中三杆机构的运动原理图；
[0020] 图5为指模块A中五杆机构的运动原理图图；
[0021] 图6为五个手指均残疾至近节指骨时的轻型假手的结构示意图；
[0022] 图7为残疾至中节指骨或远节指骨时假指套套的结构示意图。
[0023] 其中，1-手腕套环、2-手背保护盖、3-食指Ap 4-食指&、5-手心盖、6-拇指背部支 撑杆A、7-拇指掌骨套A、8-拇指Βρ9-拇指An 10-横向运动支撑杆、11-螺钉螺母、12-齿 轮、13-滑块、14-滚轮、15-食指Q、16-手背支撑板、17-拇指掌骨套B、18-拇指A 2、19-拇 指B2、20-食指A2、21-食指B2、22-食指C2
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0025] 本实施例提供一种分类组合轻型假手，结构简单，造价低，且使用者能够根据不同 的残疾状况进行多种分类组合，灵活性强，该假手能够协助残疾人完成拿、捏等日常活动。
[0026] 为适应不同残疾人士残疾程度以及残疾部位的不同，根据大拇指和其它四指缺失 节数目和残疾情况的不同分别进行分类设计。大拇指根据不同的残疾情况分为残疾至掌骨 和残疾至近节指骨两类，其它四指（食指、中指、无名指和小拇指）根据不同的残疾情况分 为残疾至掌骨、残疾至近节指骨和残疾至中节指骨三类。
[0027] 下面分别针对三种不同的残疾情况进行详细介绍。
[0028] (一）残疾至掌骨的情况
[0029] 对于五个手指中至少有一个手指残疾至掌骨（或者近节指骨残指部分长度不够， 不能提供手指弯曲的动力）时，其设计机理为：当残指为大拇指时，以大拇指掌骨相对于手 背平面的活动为驱动，控制大拇指的弯曲。当残指为除大拇指以外的其它四指时，以手腕的 横向运动为驱动，控制手指的弯曲；对于有两个或两个以上的手指需要手腕控制的情况，在 主体模块的传递中并联，实现并行控制。
[0030] 基于此，所提供的轻型假手结构如图1和图2所示（图1和图2中显示的为五个 手指均残疾至掌骨时的轻型假手的结构），当只有大拇指残疾至掌骨时，对应的轻型假手包 括：主体模块和大拇指模块A ;当其它四指中至少有一个手指残疾至掌骨时，对应的轻型假 手包括：主体模块、与残指对应的指模块A和运动源模块。
[0031] 其中主体模块包括：手背保护盖、手心盖和手背支撑板。所述手心盖和手背支撑板 连接在一起形成用于套装在手掌外面的壳体，手背保护盖直接套装在手背支撑板外，避免 其上运动部件直接裸露在外面影响美观。
[0032] 运动源模块包括：手腕套环、横向运动支撑杆、转接轴和传动部件。其中传动部件 包括：滑块、齿轮、滚轮和钢丝绳B。为描述方便，以垂直于手掌的方向为z轴方向，以手指 自认伸展的方向为y轴方向，垂直于yz平面的方向为X轴方向。其连接关系为：手腕套环 用于套接在使用者的手腕上，由于采用3D打印技术，能够依据使用者的实际参数获得对应 的假手，由此获得的手腕套环能够与使用者手腕尺寸匹配。且将手腕套环设计为可开合的 结构形式，以方便拆卸。转接轴的一端与手腕套环上的凸起销接（使转向轴能够相对于手 腕套环沿z轴方向转动），另一端与横向运动支撑杆的一端销接（使横向运动支撑杆能够相 对于转接轴沿X轴方向转动）；横向运动支撑杆的另一端与设置在手背支撑板小拇指所在 侧的传动部件相连，具体为：在手背支撑板小拇指所在侧的侧面上加工外齿，由此形成与所 述齿轮啮合的齿条，通过固定在手背支撑板上的滑块对所述齿轮进行限位，保证其始终于 齿条啮合，所述齿轮的轴线沿z轴方向。横向运动支撑杆通过螺钉螺母与滑块固接。固定 有钢丝绳B的滚轮与齿轮同轴固接，使其能够与齿轮同步转动。手背支撑板上与指模块A 对应的位置设置有用于缠绕钢丝绳B的柱形凸起。钢丝绳B的一端缠绕在滚轮上，另一端 和与残指对应的指模块A根部连接，当滚轮随着齿轮转动时，钢丝绳B被滚轮卷走而变短， 从而向该指模块输出扭矩，带动该指模块弯曲。当其它四指中有两个以上手指残疾至掌骨， 即有两个以上指模块A时，钢丝绳B另一端通过离其最远的指模块A所对应的柱形凸起与 该指模块A的根部连接，然后在其余每个指模块A的柱形凸起处分出一路，与对应指模块A 的根部连接，由此带动所有指模块A同步弯曲，实现并行控制。
[0033] 大姆指丰旲块A包括：姆指掌骨套A、姆指背部支撑杆A和由姆指A1 (申旲拟大姆指远 节指）、拇指B1 (模拟大拇指近节指）和拇指杆A构成的三杆机构，用于模拟大拇指的弯曲。 所述的三杆机构的运动原理为图4所示。其连接关系为：拇指背部支撑杆A的一端与手背 支撑板固接，另一端与拇指掌骨套A销接，使拇指掌骨套A能够沿拇指背部支撑杆A绕y轴 转动。使用时，拇指掌骨套A直接套接在大拇指掌骨上。所述拇指杆A的一端与拇指&的 端点处铰接，另一端与拇指掌骨套A铰接；拇指B 1的一端与拇指非端点处铰接，另一端 与拇指掌骨套A铰接，在其与拇指掌骨套A的铰接轴上同轴固接缠绕有钢丝绳C的滚轮，钢 丝绳C的另一端固接在拇指背部支撑杆A上。该种情况下：以拇指掌骨的活动为驱动，钢丝 绳C产生的拉力为驱动力；当拇指掌骨带动拇指掌骨套A向掌心运动，即远离拇指背部支撑 杆A时，钢丝绳C收缩，带动拇指B 1和拇指A廣X轴转动，实现大拇指的弯曲。为实现大拇 指的自动回程，在大拇指模块中设置扭转弹簧，扭转弹簧的一端与拇指B 1连接，另一端与拇 指掌骨套A连接。当拇指掌骨对拇指掌骨套A不施加作用力时，拇指B1和拇指A 1在扭转弹 簧的作用下自动回程。
[0034] 指模块A可以为食指模块A、中指模块A、无名指模块A或小拇指模块A，以食指模 块A为例，包括：手指支撑座和由食指A 1 (模拟食指远节指）、食指B1 (模拟食指中节指）、食 指C1 (模拟食指近节指）、食指杆&及食指杆B ^勾成的五杆机构，用于模拟食指的弯曲。所 述的五杆机构的运动原理为图5所示。其中手指支撑座固接在主体模块的手背支撑板上， 运动源模块中的钢丝绳B与食指C 1连接，食指C i和食指杆B i的一端分别与手指支撑座铰 接，食指(^的另一端与食指B 非端点处铰接，食指杆B i的另一端食指B i的一端铰接，食 指B1的另一端与食指A i的非端点处铰接，食指杆A的一端与食指杆B满非端点处铰接，另 一端与食指A1的端点处铰接。此时与钢丝绳B相连的食指C 驱动杆，钢丝绳B产生的拉 力为驱动力，通过钢丝绳B带动食指C1弯曲，从而模拟食指的弯曲。为实现食指C i的自动 回程，在食指模块A中设置扭转弹簧，扭转弹簧的一端与食指C1连接，另一端与手指支撑座 连接。
[0035] (二）残疾至近节指骨且残指部分能作为运动源的情况
[0036] 对于残疾至近节指骨且残指部分能够作为运动源时，其设计机理为：以近节指骨 相对掌骨的弯曲作为驱动力，控制对应手指的弯曲。
[0037] 基于此，所提供的轻型假手结构如图6所示（图6中显示的为五个手指均残疾至 近节指骨时的轻型假手的结构），包括主体模块、大拇指模块B和/或与残指（食指、中指、 无名指和小姆指）对应的指t吴块B。
[0038] 该主体模块与情况（一）中主体模块的结构相同。
[0039] 大姆指丰吴块B包括：姆指掌骨套B和由姆指A2 (申吴拟大姆指远节指）、姆指B2 (丰吴 拟大拇指近节指）和拇指杆B构成的三杆机构。该三杆机构运动原理与大拇指模块A中三 杆机构的运动原理相同。其中拇指杆B的一端与拇指A 2铰接，另一端与拇指掌骨套B铰接， 拇指B2的一端与拇指A 2的非端点处铰接。使用时，将拇指掌骨套B套接在大拇指掌骨上， 拇指B2套接在大拇指的近节指骨上，以大拇指的近节指骨的活动为驱动，控制拇指A 2的弯 曲。
[0040] 指模块B (可以为食指模块B、中指模块B、无名指模块B或小拇指模块B)，以食指 丰旲块B为例，包括：食指A2 (申旲拟远节指）、食指B2 (申旲拟中节指）、食指C2 (申旲拟近节指）、 食指杆A2和食指杆B 2构成一个五杆机构，用于模拟食指的弯曲。该五杆机构运动原理与指 模块A中五杆机构的运动原理相同。食指杆B 2的一端与主体模块中的手心盖铰接，食指C2 的一端套在食指残指上，另一端与食指氏的非端点处铰接，食指杆B 2的另一端食指B 2的一 端铰接，食指氏的另一端与食指A 2的非端点处铰接，食指杆A2的一端与食指杆B 2的非端点 处铰接，另一端与食指A2的端点处铰接。指模块B与指模块A的区别为：食指C 2为指套形 式，套装在近节指骨上，此时驱动力的来源即为残指的近节指骨产生的动力，从而利用残指 作为动力源带动食指A 2和食指B 2弯曲。
[0041](三）残疾至中节指骨或远节指骨的情况
[0042] 针对于残疾至中节指骨或远节指骨情况，由于手指远指节本身的运动能够就很 差，考虑到实用性问题，放弃远节指骨假指的运动，直接将图7所示的假指套套接在残指 上，并通过支撑结构与残指连接。
[0043] 使用者针对自己的残疾情况，选择所需的功能模块，组合形成适合自己的轻型假 手，
[0044] 如下表所示：
[0045]
【权利要求】
1. 分类组合轻型假手，其特征在于，包括：主体模块、运动源模块、大拇指模块和指模 块；所述指模块对应除大拇指以外的其它手指； 所述主体模块包括手心盖和手背支撑；所述手心盖和手背支撑板连接在一起形成用于 套装在手掌外面的壳体； 所述运动源模块包括：手腕套环、横向运动支撑杆、转接轴和传动部件；所述传动部件 包括：滑块、齿轮、齿条、滚轮A和钢丝绳B ; 以垂直于手掌的方向为z轴方向，以手指自然伸展的方向为y轴方向，垂直于yz平面 的方向为x轴方向，所述运动源模块的连接关系为：所述转接轴的一端与手腕套环上的凸 起销接；另一端与横向运动支撑杆的一端销接；所述横向运动支撑杆的另一端与设置在手 背支撑板小拇指所在侧的齿轮相连，所述齿轮轴线沿z轴方向，所述齿轮与沿y轴方向的齿 条啮合；所述滚轮A与齿轮同轴固接，所述手背支撑板上与指模块对应的位置设置有用于 缠绕钢丝绳B的柱形凸起；所述钢丝绳B的一端固接在滚轮A上，另一端与指模块的根部连 接； 当有两个以上指模块时，所述钢丝绳B的一端固接在滚轮A上，另一端通过离其最远的 指模块所对应的柱形凸起与该指模块的根部连接，然后在其余每个指模块的柱形凸起处分 出一路，与对应指模块的根部相连； 若大拇指残疾至掌骨，所述大拇指模块包括：拇指掌骨套、拇指背部支撑杆、拇指杆、用 于模拟大拇指远节指的拇指A、用于模拟大拇指近节指的拇指B和由滚轮B和钢丝绳C形 成的传动部件；其连接关系为：所述拇指背部支撑杆的一端与手背支撑板固接，另一端与 拇指掌骨套A销接，使拇指掌骨套能够沿拇指背部支撑杆绕y轴方向转动；所述拇指杆A的 一端与拇指A的端点处铰接，另一端与拇指掌骨套A铰接；拇指B的一端与拇指A的非端点 处铰接，另一端与拇指掌骨套A铰接；且在拇指B与拇指掌骨套A的铰接轴上同轴固接滚轮 B，钢丝绳C的一端固接在滚轮B上，另一端固接在拇指背部支撑杆上； 若大拇指残疾至近节指骨且残肢部分能够运动，所述的大拇指模块与当大拇指残疾至 掌骨时的大拇指模块相比：不包括所述由滚轮B和钢丝绳C形成的传动部件，所述拇指B为 套装在大拇指残指的近节指上的指套； 若除大拇指以外的其它手指残疾至掌骨，所述的指模块包括：手指支撑座、用于模拟手 指远节指的手指A、用于模拟手指中节指的手指B、用于模拟手指近节指的手指C、手指杆A 和手指杆B ;所述手指支撑座固接在主体模块的手背支撑板上，运动源模块中的钢丝绳B与 手指C相连，手指C和手指杆B的一端分别与手指支撑座铰接，手指C的另一端与手指B的 非端点处铰接，手指杆B的另一端手指B的一端铰接，手指B的另一端与手指A的非端点处 铰接，手指杆A的一端与手指杆B的非端点处铰接，另一端与手指A的端点处铰接； 若除大拇指以外的其它手指残疾至近节指骨且残肢部分能够运动，所述的指模块与残 疾至掌骨时的指模块相比：所述手指C为套装在手指残肢近节指上的指套，不与运动源模 块中的钢丝绳B相连； 当除大拇指以外的其它手指残疾至中节指骨或远节指骨，所述指模块为与手指残肢相 连的指套。
2. 如权利要求1所述的分类组合轻型假手，其特征在于，所述手腕套环为可开合的结 构形式。
3. 如权利要求1所述的分类组合轻型假手，其特征在于，所述主体模块中还包括手背 保护盖，所述手背保护盖直接套装在手背支撑板外。
4. 如权利要求1所述的分类组合轻型假手，其特征在于，通过固定在手背支撑板上的 滑块对所述齿轮进行限位，保证其始终于齿条啮合；所述横向运动支撑杆与滑块固接。
5. 如权利要求1所述的分类组合轻型假手，其特征在于，在大拇指模块中设置扭转弹 簧，所述扭转弹簧的一端与拇指B相连，另一端与拇指掌骨套相连。
6. 如权利要求1所述的分类组合轻型假手，其特征在于，在指模块中设置扭转弹簧，所 述扭转弹簧的一端与食指C相连，另一端与手指支撑座相连。
【文档编号】A61F2/54GK104434349SQ201410645617
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】李忠新, 罗会甫, 张 诚, 叶剑辉, 杨成志, 姚小强 申请人:北京理工大学