[發明專利]假肢手指的蝸輪與傳動繩索的連接結構

有效

• 申請號: 201510799216.3
• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN106038002B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 白勁實
• 申請（專利權）人: 杭州若比鄰機器人科技有限公司
• 主分類號: A61F2/54
• 分類號: A61F2/54;A61F2/70
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所11353
• 代理人: 劉子敬

技術領域

本發明涉及仿生手，尤其涉及可用于殘疾人的假肢手、其手指及其部分結構。

背景技術

人手一般具有五根手指，依次為拇指、食指、中指、無名指和小指，除拇指具有特殊的運動規律以外，其他四根手指的運動規律基本相同。每根手指分為三節指節，依次為基指節、近指節和遠指節，它們通過相應位置的關節相連，指甲長在遠指節上。對于某些殘疾人來說，需要利用假肢手來實現人手的基本功能。

在2007年之前，市場上銷售最多的假肢手為德國OTTOBOCK公司生產的單自由度假肢手，該型假肢手只具有基本的開合功能，其基本工作原理是：肌電信號傳感器感知殘疾人的運動需求并將相應信號發送給微控制器，微控制器發出控制指令使微電機運轉，微電機通過機械傳動鏈帶動假肢手指運動，從而實現假肢手的開合。

隨著機器人領域的多指靈巧手技術的發展，對多自由度假肢手的研究起到了巨大的推動作用。在2007年之后，多款多自由度假肢手被研究出來，其中絕大部分多自由度假肢手采用了欠驅動機構，即一般一個手指只需一臺微型驅動電機，而手指的基指關節(對應于基指節與手掌之間的連接關節)及近指關節(對應于近指節與基指節之間的連接關節)的運動是耦合的，由一臺微型驅動電機同時基指節的轉動和近指節的轉動。其中基指關節的機械傳動常采用索(繩)傳動、錐齒輪副傳動、蝸輪副傳動或滑動螺旋副傳動等，而近指關節的機械傳動常采用索(繩)傳動、連桿傳動或齒輪副傳動等。基指關節傳動鏈及近指關節傳動鏈的不同組合，可形成不同的產品。目前市場上銷售較多的假肢手有兩種，一種假肢手的手指基指關節采用蝸輪副傳動，近指關節采用索(繩)傳動，另一種假肢手的手指基指關節采用滑動螺旋副傳動，近指關節采用連桿傳動。

假肢手的零部件較多，其設計涉及到多方面的問題，比如如何使這些零部件相互配合以實現類似于人手的基本功能、如何保證工作的可靠性、如何減輕結構的復雜性和裝配的難度、如何減少成本、如何使結構美觀等等，這些問題可以分解為很多具體的問題。盡管目前假肢手實現了產品化，但其仍然在設計上存在諸多缺陷，例如：現有的一款iLim假肢手，其手指直流電機的導線連接于基指關節安裝機架的導線輸出器上，導線輸出器具固定套筒，滑動導針，壓縮彈簧。結構復雜，難于小型化，且占據了設計空間，其手指聯接器結構及外形復雜，包括與手指滑動導針相接觸的導電柱，造型復雜的基關節外罩。

發明人在研發假肢手的過程中，發現現有技術中至少存在如下問題：

1、假肢手指的基指關節零部件較多，裝配關系復雜，難以對零部件進行有效而準確的定位，裝配難度高，特別是有些現有假肢手指的基指關節結構，其裝配結構簡陋，導致基指關節的工作可靠性較差，容易出現故障。

2、某些現有的假肢手指，其假肢手指的基指節與基關節的連接結構復雜，其手指基指節難于裝配到基關節結構上，不能簡單有效地裝配。

3、某些近指關節采用索傳動的現有假肢手指，其傳動繩索的近端連接在蝸輪上，但是其采用的具體連接結構不便于進行裝配，傳動繩索的近端也容易發生脫落現象，不利于假肢手的可靠使用。

4、某些現有假肢手指，其近指關節采用索傳動，頻繁的屈指和展指操作容易使傳動繩索在手指基指節上受到摩擦和刮蹭，長時間使用容易使傳動繩索磨損甚至斷裂，影響索傳動機構的使用壽命。

5、有些現有的假肢手指，其手指近指節與手指基指節之間采用拉伸彈簧連接以實現展指時手指近指節的自動復位，而拉伸彈簧的端部采用的是固定連接的方式，因此拉伸彈簧頻繁地受到拉力及彎矩的復合作用，長期使用會使拉伸彈簧發生彎曲殘余變形。這樣會使假肢手指出現屈指、展指不到位的情況，降低了假肢手指和假肢手的使用性能。

6、有些現有的假肢手指，其在結構上沒有區分出手指遠指節和手指近指節，不便于手指近指節與其他零部件的裝配，或者其手指近指節與手指遠指節采用端面貼合，然后用其他連接件連接的連接方式，連接的可靠性差，結構也不夠美觀。

7、現有的假肢手指，由于其部分結構存在前述的問題，導致整個假肢手指的工作可靠性較差，并且也不便于裝配。

8、由于人的拇指的近指節運動量很小，因而假肢拇指的設計可以不考慮該運動。但某些現有的假肢拇指，其拇指近指節和拇指基指節之間的結構與一般假肢手指(非拇指)的手指近指節和手指遠指節的連接結構有很大的差異，這就需要專門區別地設計和制造拇指的結構，或者需要專門設計和制造拇指近指節和拇指基指節的結構，假肢拇指與一般假肢手指的區別會造成額外的工作量和加工成本，零部件的通用性也較差，不利于降低成本。