[實(shí)用新型]一種模塊式多自由度欠驅(qū)動(dòng)仿生假肢手

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820404904.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN208741215U
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷益龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 唐山云時(shí)代網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
• 主分類號(hào): A61F2/58
• 分類號(hào): A61F2/58
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1.一種模塊式多自由度欠驅(qū)動(dòng)仿生假肢手，包括假肢手掌部聯(lián)接件、拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指，其中食指、中指、無(wú)名指及小指結(jié)構(gòu)相同，只是各指節(jié)長(zhǎng)度不同，統(tǒng)稱為手指，手指由手指本體及手指機(jī)械傳動(dòng)鏈構(gòu)成，拇指由拇指本體及拇指機(jī)械傳動(dòng)鏈構(gòu)成，手指及拇指為模塊化結(jié)構(gòu)，可以獨(dú)立地安裝于掌部聯(lián)接件或從掌部聯(lián)接件拆下，其特征在于：

手指本體由近及遠(yuǎn)包括模塊基座、手指第一指節(jié)、手指第二指節(jié)、手指第三指節(jié)第一零件、手指第三指節(jié)第二零件，手指第三指節(jié)第一零件和手指第三指節(jié)第二零件組成第三指節(jié)，把手指第三指節(jié)分為兩個(gè)零件是為了安裝拉力繩索固定器組件及零件制造時(shí)便于拔模；

手指第一指節(jié)通過(guò)手指第一關(guān)節(jié)空心銷軸聯(lián)接于手指模塊基座遠(yuǎn)端，并可繞手指模塊基座遠(yuǎn)端作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成手指第一關(guān)節(jié)，第一扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在手指第一關(guān)節(jié)空心軸上，第一扭轉(zhuǎn)彈簧具有兩個(gè)伸出端，一個(gè)伸出端插與安裝于手指基座的第一彈簧限位銷釘接觸，另一伸出端與安裝于手指第一指節(jié)的第二彈簧限位銷釘接觸，在手指第一指節(jié)的兩端下方，分別各有一個(gè)導(dǎo)輪，通過(guò)導(dǎo)輪銷軸聯(lián)接于手指第一指節(jié)，導(dǎo)輪可以相對(duì)導(dǎo)輪銷軸回轉(zhuǎn)；

手指第二指節(jié)通過(guò)手指第二關(guān)節(jié)空心銷軸聯(lián)接于手指第一指節(jié)遠(yuǎn)端，并可繞手指第一指節(jié)遠(yuǎn)端作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成手指第二關(guān)節(jié)，第二扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在手指第二關(guān)節(jié)空心軸上，第二扭轉(zhuǎn)彈簧具有兩個(gè)伸出端，一個(gè)伸出端與安裝于手指第一指節(jié)的第三彈簧限位銷釘接觸，另一伸出端與安裝于手指第二指節(jié)的第四彈簧限位銷釘接觸，在手指第二指節(jié)的兩端下方，分別各有一個(gè)導(dǎo)輪，通過(guò)導(dǎo)輪銷軸聯(lián)接于手指第二指節(jié)，導(dǎo)輪可以相對(duì)導(dǎo)輪銷軸回轉(zhuǎn)；

手指第三指節(jié)第一零件通過(guò)手指第三關(guān)節(jié)銷軸聯(lián)接于手指第二指節(jié)遠(yuǎn)端，并可繞手指第二指節(jié)遠(yuǎn)端作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成手指第三關(guān)節(jié)，第三扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在手指第三關(guān)節(jié)銷軸上，第三扭轉(zhuǎn)彈簧具有兩個(gè)伸出端，一個(gè)伸出端與安裝于手指第二指節(jié)的第五彈簧限位銷釘接觸，另一伸出端與安裝于手指第三指節(jié)第一零件的第六彈簧限位銷釘接觸，第三指節(jié)第一零件的遠(yuǎn)端具有一空腔，用于放置拉力繩索固定器組件，手指第三指節(jié)第二零件通過(guò)其方形銷過(guò)盈聯(lián)接于手指第三指節(jié)第一零件的孔中，形成完整的手指第三指節(jié)；

手指運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈包括微型電機(jī)微型減速器組件、直齒輪副、螺旋傳動(dòng)副及拉力繩索組件，手指電機(jī)聯(lián)接板通過(guò)螺釘聯(lián)接于手指模塊基座的近端端面上，手指微型電機(jī)微型減速器組件置于手指模塊基座的空腔中，并與電機(jī)聯(lián)接板固定聯(lián)接，第一直齒輪通過(guò)D形孔裝配于微型減速器的伸出電機(jī)聯(lián)接板外的D形截面輸出軸軸頸上，在第一直齒輪與微型減速器輸出軸的軸肩之間安裝有隔套，用于調(diào)整第一直齒輪在微型減速器輸出軸上的軸向位置；

一滑動(dòng)螺桿置于手指模塊基座的空腔內(nèi)并位于微型電機(jī)微型減速器組件的下方，滑動(dòng)螺桿的一個(gè)軸頸穿過(guò)與電機(jī)聯(lián)接板固定聯(lián)接的銅套，并可在銅套內(nèi)回轉(zhuǎn)，滑動(dòng)螺桿的一個(gè)軸肩與電機(jī)聯(lián)接板外側(cè)接觸，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)螺桿與電機(jī)聯(lián)接板外側(cè)的軸向定位，一定位套套裝在滑動(dòng)螺桿的軸頸上，兩者以銷釘聯(lián)接，該定位套實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)螺桿在電機(jī)聯(lián)接板內(nèi)側(cè)的軸向定位；

第二直齒輪通過(guò)其中心的D形孔與滑動(dòng)螺桿伸出電機(jī)聯(lián)接板外側(cè)的D形截面軸頸聯(lián)接，且第二直齒輪與第一直齒輪相嚙合，一滑動(dòng)螺母與滑動(dòng)螺桿旋合；

手指機(jī)械傳動(dòng)鏈的主要特點(diǎn)為，采用了雙層折回式布置方案，縮減了傳動(dòng)鏈沿手掌的長(zhǎng)度，

一拉力繩索穿過(guò)手指第一指節(jié)、手指第二指節(jié)及手指第三指節(jié)的空腔，拉力繩索的一端通過(guò)繩扣方式系于一銷釘上，而該銷釘固定于滑動(dòng)螺母的遠(yuǎn)端端部，繩索的繩扣位于滑動(dòng)螺母中間的開槽中，繩索的另一端固定于繩索固定器組件，繩索固定器組件置于第三指節(jié)第一零件的孔中；

當(dāng)手指屈指時(shí)，微型電機(jī)正向回轉(zhuǎn)，通過(guò)微型減速器減速，再通過(guò)直齒輪副將運(yùn)動(dòng)傳遞給滑動(dòng)螺桿，滑動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)使滑動(dòng)螺母向掌心方向線性運(yùn)動(dòng)，通過(guò)與滑動(dòng)螺母聯(lián)接的銷釘，拉動(dòng)拉力繩索，使手指第一指節(jié)、手指第二指節(jié)及手指第三指節(jié)作屈指運(yùn)動(dòng)，各指節(jié)中的導(dǎo)輪與繩索接觸以避免繩索與指節(jié)的摩擦，在手指模塊基座內(nèi)部設(shè)計(jì)有屈指限位面，對(duì)滑動(dòng)螺母有限位作用，而每相鄰指節(jié)之間也設(shè)計(jì)了屈指限位面；

當(dāng)手指展指時(shí)，微型電機(jī)反向回轉(zhuǎn)，通過(guò)微型減速器減速，再通過(guò)直齒輪副將運(yùn)動(dòng)傳遞給滑動(dòng)螺桿，滑動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)使滑動(dòng)螺母向手掌遠(yuǎn)端方向線性運(yùn)動(dòng)，拉力繩索松動(dòng)，手指第一指節(jié)、手指第二指節(jié)及手指第三指節(jié)在各關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)彈簧的作用下相對(duì)展直，在手指模塊基座內(nèi)部設(shè)計(jì)有展指限位面，對(duì)滑動(dòng)螺母有限位作用，而每相鄰指節(jié)之間也設(shè)計(jì)了展指限位面；

假肢手拇指本體包括拇指基座、拇指轉(zhuǎn)架、拇指第一指節(jié)、拇指第二指節(jié)第一零件、拇指第二指節(jié)第二零件、拇指第二指節(jié)第三零件，這三個(gè)零件組裝為第二指節(jié)，把拇指第二指節(jié)分為三個(gè)零件是為了制造時(shí)拔模方便及減小縮坑；

拇指基座遠(yuǎn)端及近端各有一個(gè)孔，兩端的孔同心，遠(yuǎn)端心軸插入于拇指基座遠(yuǎn)端孔中，近端心軸插入于拇指基座近端孔中，遠(yuǎn)端心軸和近端心軸各有用于聯(lián)接的凸緣，通過(guò)螺釘把遠(yuǎn)端心軸、近端心軸聯(lián)接于拇指基座，拇指轉(zhuǎn)架設(shè)計(jì)有遠(yuǎn)端支撐孔及近端支撐孔，遠(yuǎn)端心軸也插入于拇指轉(zhuǎn)架遠(yuǎn)端支撐孔中，近端心軸插入于拇指支架近端支撐孔中，拇指轉(zhuǎn)架可以相對(duì)于拇指基座繞心軸回轉(zhuǎn)，拇指基座的一個(gè)側(cè)壁對(duì)拇指轉(zhuǎn)架向分掌方向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行限位，拇指轉(zhuǎn)架遠(yuǎn)端面與拇指基座遠(yuǎn)端內(nèi)表面之間具有一定的空間，在該空間內(nèi)放置著一壓力彈簧，該壓力彈簧套裝在遠(yuǎn)端心軸的外表面，可以使拇指轉(zhuǎn)架可靠地停留在相對(duì)于拇指基座的可轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)的任意姿態(tài)；

拇指轉(zhuǎn)架上部具有兩個(gè)側(cè)壁，在兩個(gè)側(cè)壁上加工有同軸的通孔，拇指第一關(guān)節(jié)空心軸插入安裝于拇指轉(zhuǎn)架側(cè)壁的同軸孔中，并在拇指轉(zhuǎn)架兩側(cè)壁端都有等長(zhǎng)的伸出端，拇指第一指節(jié)近端和遠(yuǎn)端分別具有第一關(guān)節(jié)軸孔和第二關(guān)節(jié)軸孔，并在第一關(guān)節(jié)軸孔的同心圓周上加工有驅(qū)動(dòng)銷軸孔，拇指第一指節(jié)的第一關(guān)節(jié)聯(lián)接處為兩個(gè)側(cè)壁，拇指第一指節(jié)的該兩側(cè)壁置于拇指轉(zhuǎn)架兩側(cè)壁外，并套裝在拇指第一關(guān)節(jié)空心軸上，可繞拇指第一關(guān)節(jié)空心軸回轉(zhuǎn)；

拇指第二指節(jié)第一零件的近端具有第二關(guān)節(jié)軸孔，第二關(guān)節(jié)空心銷軸穿過(guò)拇指第一指節(jié)遠(yuǎn)端的第二關(guān)節(jié)軸孔和拇指第二指節(jié)第一零件近端的第二關(guān)節(jié)軸孔，拇指第二指節(jié)可繞第二關(guān)節(jié)軸線相對(duì)于拇指第一指節(jié)回轉(zhuǎn)，拇指第二指節(jié)第一零件近端具有連桿銷軸孔；

拇指的機(jī)械傳動(dòng)鏈包括微型電機(jī)微型減速器組件、錐齒輪副、蝸桿蝸輪副及四連桿機(jī)構(gòu)，拇指微型電機(jī)微型減速器組件安裝于拇指基座的安裝孔中，該安裝孔軸心線與拇指轉(zhuǎn)架回轉(zhuǎn)軸線在同一高度的平面上，第一錐齒輪通過(guò)D形孔安裝于微型減速器的D形截面輸出軸頸上，在微型減速器輸出軸的軸肩與第一錐齒輪的端面之間套裝著第一調(diào)整墊，用于調(diào)整第一錐齒輪在微型減速器輸出軸頸上的軸向位置；

拇指蝸桿通過(guò)蝸桿遠(yuǎn)端銅套及蝸桿近端銅套安裝于拇指轉(zhuǎn)架的蝸桿安裝孔中，一孔用彈性卡圈裝配于拇指轉(zhuǎn)架的環(huán)槽中，該環(huán)槽與蝸桿安裝孔同軸，對(duì)蝸桿遠(yuǎn)端銅套進(jìn)行軸向定位，拇指轉(zhuǎn)架在其蝸桿安裝孔近端加工有一開口槽，蝸桿的近端軸頸伸出拇指轉(zhuǎn)架的蝸桿安裝孔，第二錐齒輪通過(guò)D形孔安裝于蝸桿的近端伸出軸上，并處于開口槽空間中，在蝸桿近端軸頸的一個(gè)軸肩與錐齒輪端部，套裝第二調(diào)整墊片，用于調(diào)整第二錐齒輪在蝸桿軸頸的軸向位置，當(dāng)手動(dòng)或電動(dòng)方法使拇指轉(zhuǎn)架相對(duì)于拇指基座回轉(zhuǎn)，調(diào)整拇指的對(duì)掌及分掌姿態(tài)時(shí)，第一錐齒輪與第二錐齒輪始終保持相嚙合；

拇指蝸輪置于拇指轉(zhuǎn)架的兩側(cè)壁之間，并套裝在拇指第一關(guān)節(jié)空心軸上，并可繞該空心軸回轉(zhuǎn)，在拇指蝸輪兩側(cè)各裝有一個(gè)隔套，隔套還套裝在拇指第一關(guān)節(jié)空心軸上，在拇指蝸輪加工有一銷軸孔，在拇指轉(zhuǎn)架的兩側(cè)壁上加工有弧形槽，該弧形槽與前述的拇指蝸輪銷軸孔在同一圓周上，拇指第一指節(jié)驅(qū)動(dòng)銷軸穿過(guò)拇指蝸輪的銷軸孔及拇指轉(zhuǎn)架的側(cè)壁的弧形槽，當(dāng)拇指蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拇指第一指節(jié)驅(qū)動(dòng)銷軸可在拇指轉(zhuǎn)架側(cè)壁弧形槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，弧形槽兩邊緣夾角為90度，兩邊緣對(duì)拇指蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)范圍進(jìn)行限位，拇指蝸輪與拇指蝸桿相嚙合；

拇指第一指節(jié)驅(qū)動(dòng)銷軸穿過(guò)拇指第一指節(jié)的驅(qū)動(dòng)銷軸孔，拇指第一關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)過(guò)程為，拇指微型電機(jī)回轉(zhuǎn)，通過(guò)微型減速器減速，帶動(dòng)減速器輸出軸上的第一錐齒輪回轉(zhuǎn)，使與其嚙合的第二錐齒輪回轉(zhuǎn)，拇指蝸桿與第二錐齒輪同軸回轉(zhuǎn)，使與拇指蝸桿嚙合的拇指蝸輪回轉(zhuǎn)，拇指蝸輪通過(guò)第一關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)銷軸帶動(dòng)拇指第一指節(jié)繞拇指第一關(guān)節(jié)軸線回轉(zhuǎn)；

在拇指轉(zhuǎn)架兩側(cè)壁上還加工有拇指連桿聯(lián)接銷軸孔，該銷軸孔位于拇指蝸輪運(yùn)動(dòng)范圍之外，拇指連桿第一銷軸穿過(guò)拇指轉(zhuǎn)架的連桿聯(lián)接銷軸孔，拇指連桿的近端軸孔套裝在拇指連桿第一銷軸上，第二連桿銷軸穿過(guò)拇指連桿的遠(yuǎn)端銷軸孔及前述的第二指節(jié)第一零件的連桿銷軸孔；

拇指轉(zhuǎn)架、拇指第一指節(jié)、拇指第二指節(jié)第一零件及拇指連桿組成了一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)拇指第一指節(jié)繞第一關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)時(shí)，拇指第二指節(jié)則繞第二關(guān)節(jié)作從動(dòng)運(yùn)動(dòng)，形成了欠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式；

拇指、食指、中指、無(wú)名指、小指的模塊基座都具有安裝螺孔，通過(guò)螺釘安裝于假肢手掌部聯(lián)接件上，食指、中指、無(wú)名指及小指模塊沿手掌縱向安裝，拇指基座也按掌部縱向安裝，而拇指電機(jī)則沿手掌橫向，這種布置方式極大地縮減了手掌長(zhǎng)度，使其與人的手掌尺寸相近。