CN102525693A - 舵机驱动式肩离断型上假肢 - Google Patents

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樊炳辉
袁呈芝
刘宝军
樊东哲
赵建建
闵凤
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Abstract

本发明公开了一种舵机驱动式肩离断型上假肢，它是由肩关节、上臂、肘关节、前臂、腕关节和机械手连接组成；所述的肩关节、肘关节、前臂的旋转动作以及腕关节均采用舵机机构；所有舵机机构是具有位置反馈、速度反馈和温度反馈功能的舵机机构。由于采用了舵机机构，轻便灵活，操作方便，可以将肩离断型上假肢的运动自由度数量增加，方便将机器人技术移植到上假肢技术中来，尤其是使得肩离断型上假肢的肩部具有仿人功能的两个自由度结构，而且体积紧凑，易使得上假肢的外形自然，能更好地满足佩戴者的使用要求。

Description

舵机驱动式肩离断型上假肢
技术领域
本发明涉及人体假肢，特别涉及包括肩部有两个自由度运动关节的肩离断型上假肢。
背景技术
目前的人体肩离断型上假肢产品多数属于装饰性美容假肢，少量具有部分操作功能。具有操作功能的假肢一般有索控假肢与肌电控制假肢等。索控假肢是靠绳索的机械牵引操作假肢各个关节的动作，肌电控制假肢是靠肌电信号发出的控制指令来操作由电机驱动的假肢各个关节的动作，这类离断型上假肢一般是由上臂、肘关节、前臂、腕关节和机械手等连接组成。现有的具有操作功能的产品仍然存在以下实际问题：一是上假肢的动作自由度一般都不足4个(包括手部开合动作)，只有极少数的肩离断型上假肢产品具有能活动的肩关节，而且有活动肩关节的也只有1个肩关节自由度，这样就严重影响到上假肢的灵活性和实用性；二是索控假肢各个关节的活动完全靠机械装置来驱动，其操作性和各个关节间活动的协调性难以保证；再就是肌电控制的假肢往往采用直流电机与减速器配合的方式来驱动假肢各个关节的运动，而且对关节运动的位置和速度往往不具备实时检测的功能，这就不利于机器人技术向上假肢技术上的移植；特别是，若要在肩关节处采用具有仿人功能的具有两个自由度的肩关节形式，直流电机加减速器的结构方式会使得假肢肩部的外形与正常人的肩部外形很不相像，很不自然。
怎样更灵活地控制肩离断型上假肢的操作性能？怎样更好地将机器人技术移植到上假肢技术中来？怎样使得上假肢的肩部具有更多的自由度又使其结构紧凑？这是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的任务在于解决现有肩离断型上假肢所存在的上述问题，提供一种舵机驱动式肩离断型上假肢。
其技术解决方案是：
一种舵机驱动式肩离断型上假肢，是由肩关节、上臂、肘关节、前臂、腕关节和机械手连接组成；其特征在于：
所述的肩关节、肘关节、前臂的旋转动作以及腕关节均采用舵机机构；
所述的肩关节是由用于前摆的和外摆的两个舵机机构组成，两个舵机机构的输出法兰上分别固定有U型架，两个U型架在同时固定在一个位于肩部的舵机架连接板上，前摆舵机机构再通过它的舵机座固定在假肢支撑架上，外摆舵机机构再通过它的舵机座与上臂顶端连接，从而实现上臂的前摆和外摆动作；
所述的肘关节的舵机机构通过它的舵机座与上臂下端相连接，它的输出法兰的两端固定有U型架，通过该U型架与前臂的舵机机构连接，从而实现前臂的摆动动作；
所述的前臂的舵机机构通过一个L型座连接在肘关节的U型架上，L型座的底端设有前臂支撑架，前臂支撑架上装配有自润滑轴套，前臂的上端穿过自润滑轴套再连接在它的舵机机构的输出轴上，从而实现前臂的左右转动动作；
所述的腕关节的舵机机构通过它的舵机座固定在前臂下端，该舵机机构的舵机输出法兰的两端固定有U型架，该U型架再与机械手连接，从而实现腕部关节的摆动动作；
上述的所有舵机机构是具有位置反馈、速度反馈，温度反馈功能的舵机机构。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明由于采用了舵机机构，轻便灵活，操作方便，可以将肩离断型上假肢的运动自由度数量增加，方便将机器人技术移植到上假肢技术中来，尤其是使得肩离断型上假肢的肩部具有仿人功能的两个自由度结构，而且体积紧凑，易使得上假肢的外形自然，能更好地满足佩戴者的使用要求。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种实施方式的整体结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的A向结构图。
图4为图1的B-B剖视图。
图5为图1的C-C剖视图。
图6为上述实施方式的D-D剖视图。
图7为图1的E向结构图。
图8为图1的F-F剖视图。
图例说明：101-肩部舵机架，102-肩关节外摆舵机U型架，103-锁紧法兰，104-锁紧螺母，105-上臂管，106-上臂法兰，107-肘关节舵机座，108-肘关节舵机，109-肘关节舵机U型架，110-前臂转动舵机，111-前臂法兰，112-腕关节舵机座，113-腕关节舵机，114-腕关节舵机U型架，115-机械手，116-肩关节前摆舵机U型架，117-肩关节前摆舵机，118-肩关节前摆舵机座，119-前臂转动舵机L型座，201-肩关节外摆舵机，202-肩关节外摆舵机座，203-前臂转动舵机输出轴，204-弹性联轴器，205-前臂支撑架，206-自润滑轴套，207-挡圈，208-前臂管。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8对本发明的实施例进一步说明。
如图1和图2所示，一种舵机驱动式肩离断型上假肢，是由肩关节、上臂、肘关节、前臂、腕关节和机械手连接组成；其中：
所述的肩关节、肘关节、前臂的旋转动作以及腕关节均采用舵机机构；
所述的肩关节是由用于前摆的和外摆的两个舵机机构组成，两个舵机机构同时固定在一个肩部舵机架101上(如图3所示)；
上述肩关节前摆舵机机构中，肩关节前摆舵机座118固定在假肢支撑架(未画出)上，肩关节前摆舵机117通过螺钉固定到肩关节前摆舵机座118上，肩关节前摆舵机U型架116通过螺钉一方面和肩关节前摆舵机117两端的输出法兰连接(如图4)，一方面固定在肩部舵机架101上，肩关节前摆舵机117转动时可以带动肩关节前摆舵机U型架116转动，实现肩部关节前后摆动，从而带动手臂的其它部分跟着一起前后摆动；
上述肩关节外摆舵机机构中，肩关节外摆舵机U型架102通过螺钉一方面固定到肩部舵机架101上，一方面和肩关节外摆舵机201两端的输出法兰连接，肩关节外摆舵机座202通过螺钉固定到肩关节外摆舵机201上。当肩关节外摆舵机201动作时，由于肩关节外摆舵机U型架102相对肩部舵机架101是固定的，所以肩关节外摆舵机201的机身会相对肩关节外摆舵机U型架102向外进行摆动，从而带动肩关节外摆舵机座202及其以下的假肢部件向外摆动，实现肩部关节的外摆运动；
上述的上臂部分中，锁紧法兰103通过螺钉固定到肩关节外摆舵机座202上，上臂管105安装在锁紧法兰103的安装孔内，锁紧螺母104和锁紧法兰103通过锥螺纹连接，紧固锁紧螺母104可以将上臂管105固定在锁紧法兰103的安装孔内，松开锁紧螺母104时，可调节上臂管105在锁紧法兰103中的上下位置或转角位置，实现对上臂管105的局部调节，上臂法兰106通过紧定螺钉固定到上臂管105上(如图5)；
上述肘关节舵机机构中，肘关节舵机座107通过螺钉固定到上臂法兰106上，肘关节舵机108通过螺钉固定到肘关节舵机座107上，肘关节舵机U型架109通过螺钉一方面和肘关节舵机108两端的输出法兰连接(如图6)，一方面和前臂转动舵机座119连接，当肘关节舵机108动作时，会带动肘关节舵机U型架109转动，从而带动前臂转动舵机L型座119及与其相连的前臂等假肢部分进行摆动，实现肘部关节的摆动运动。
上述前臂旋转舵机机构中，前臂转动舵机L型座119通过螺钉固定到肘关节舵机U型架109上，前臂转动舵机110通过螺钉固定到前臂转动舵机L型座119上(如图7)，前臂支撑架205通过螺钉固定到前臂转动舵机L型座119上，自润滑轴套206和前臂支撑架205过盈装配在一起，前臂转动舵机输出轴203一面通过螺钉和前臂转动舵机110输出法兰连接，一面通过弹性联轴器204和前臂管208固定连接(如图8)，前臂管208和自润滑轴套206间隙配合连接，并通过挡圈207进行轴向定位，前臂法兰111和前臂管208通过过盈配合连接，前臂转动舵机110动作时带动前臂转动舵机输出轴203转动，进而通过弹性联轴器204带动前臂管208及其前端的前臂法兰111转动，实现前臂的左右转动运动；
上述腕关节舵机机构中，腕关节舵机座112通过螺钉固定到前臂法兰111上，腕关节舵机113通过螺钉固定到腕关节舵机座112上，腕关节舵机U型架114通过螺钉和腕关节舵机113两端输送法兰连接，机械手115通过螺钉固定到腕关节舵机U型架114上，腕关节舵机113动作时带动腕关节舵机U型架114摆动，进而带动机械手115摆动，实现腕部关节的摆动运动。
机械手115能够在其自带的电机驱动下实现开合运动。
所有的舵机机构都具有位置反馈、速度反馈，温度反馈的功能。

Claims (1)

1.一种舵机驱动式肩离断型上假肢，其特征在于，是由肩关节、上臂、肘关节、前臂、腕关节和机械手连接组成；其特征在于：
所述的肩关节、肘关节、前臂的旋转动作以及腕关节均采用舵机机构；
所述的肩关节是由用于前摆的和外摆的两个舵机机构组成，两个舵机机构的输出法兰上分别固定有U型架，两个U型架在同时固定在一个位于肩部的舵机架连接板上，前摆舵机机构再通过它的舵机座固定在假肢支撑架上，外摆舵机机构再通过它的舵机座与上臂顶端连接，从而实现上臂的前摆和外摆动作；
所述的肘关节的舵机机构通过它的舵机座与上臂下端相连接，它的输出法兰的两端固定有U型架，通过该U型架与前臂的舵机机构连接，从而实现前臂的摆动动作；
所述的前臂的舵机机构通过一个L型座连接在肘关节的U型架上，L型座的底端设有前臂支撑架，前臂支撑架上装配有自润滑轴套，前臂的上端穿过自润滑轴套再连接在它的舵机机构的输出轴上，从而实现前臂的左右转动动作；
所述的腕关节的舵机机构通过它的舵机座固定在前臂下端，该舵机机构的舵机输出法兰的两端固定有U型架，该U型架再与机械手连接，从而实现腕部关节的摆动动作；
上述的所有舵机机构是具有位置反馈、速度反馈和温度反馈功能的舵机机构。
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PB01 Publication
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