CN103356312B - 一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，提供肩关节屈伸、上臂旋转、肘关节屈伸、前臂旋转、腕关节屈伸、手指张握共6个自由度，包括由上而下依次活动连接的肩关节假肢、上臂假肢、肘关节假肢、前臂假肢、腕关节假肢、手部假肢，所述肩关节假肢穿戴于患者肩部，上臂假肢通过驱动电机与肩关节假肢活动相连，肘关节假肢通过驱动电机与上臂假肢活动相连，前臂假肢通过驱动电机与肘关节假肢活动相连，腕关节假肢通过驱动电机与前臂假肢活动相连，手部假肢通过驱动电机与腕关节假肢活动相连实现抓握。本发明通过假肢的运动完成患者所需要完成的动作，帮助患者完成拿取、刷牙、喝水等复杂的动作，具备广泛的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种医疗康复器械领域的装置，具体是一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂。
背景技术
康复医学是20世纪中期出现的新兴学科，其目的在于通过物理疗法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段减轻和消除患者的功能障碍，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，弥补和重建患者的功能缺失，达到最大可能的生活自理，劳动和工作的能力。随着各种自然灾害、事故的增加，肢体残疾人的数量也在逐年增加。对于截肢的残疾人而言，目前最常见的恢复措施是安装假肢，以获得基本的肢体功能。
经过对于现有的技术文献检索发现。
中国发明专利公开号：CN102895051，名称：一种具有动力踝的膝下假肢。仅仅提供了一个关节的自由度，且不能识别患者的运动意图，使用范围有限。
中国发明专利公开号：CN202568539，名称：短二自由度电动控制前臂假肢。仅仅提供了手腕与手指两个关节的自由度，且通过行星轮减速器驱动，仍然存在回转误差等无法避免的缺陷。
中国发明专利公开号：CN101836908，名称：一体化轻便美观肌电手。仅仅对于拇指自由度进行驱动，无法完成近似真实的“抓握”等动作。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，能够通过患者的肌电信号预测患者的运动意图，通过假肢的运动完成患者所需要完成的动作。借助于其包括肩、上臂、肘、前臂、腕、手指的6个自由度，可以帮助患者完成拿取、刷牙、喝水等复杂的动作。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，提供肩关节屈伸、上臂旋转、肘关节屈伸、前臂旋转、腕关节屈伸、手指张握共6个自由度，包括由上而下依次活动连接的肩关节假肢、上臂假肢、肘关节假肢、前臂假肢、腕关节假肢、手部假肢，所述肩关节假肢穿戴于患者肩部，上臂假肢通过驱动电机与肩关节假肢活动相连，肘关节假肢通过驱动电机与上臂假肢活动相连，前臂假肢通过驱动电机与肘关节假肢活动相连，腕关节假肢通过驱动电机与前臂假肢活动相连，手部假肢通过驱动电机与腕关节假肢活动相连实现抓握。
进一步地，所述肩关节假肢包括肩关节固定件、肩关节屈伸电机、肩关节上臂连接件，所述肩关节屈伸电机包括盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肩关节屈伸自由度，肩关节固定件穿戴于患者肩部，肩关节屈伸电机的内法兰与肩关节固定件相连；肩关节上臂连接件与肩关节屈伸电机的外法兰相连。
进一步地，所述上臂假肢包括上臂外壳、上臂旋转法兰、上臂旋转电机、上臂转台，所述上臂旋转电机使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动上臂旋转自由度，上臂外壳与肩关节上臂连接件相连，构成假肢的上臂；上臂旋转法兰与上臂外壳相连；上臂旋转电机的外法兰与上臂旋转法兰相连；上臂转台与上臂旋转电机的内法兰相连，与上臂旋转法兰相对转动。
进一步地，所述肘关节假肢包括肘关节上臂连接件、肘关节屈伸电机、肘关节前臂连接件，肘关节屈伸电机使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肘关节屈伸自由度，肘关节上臂连接件与上臂转台相连；肘关节屈伸电机的外法兰与肘关节上臂连接件相连；肘关节前臂连接件与肘关节屈伸电机的内法兰相连。
进一步地，所述前臂假肢包括前臂外壳、前臂旋转法兰、前臂旋转电机、前臂转台，所述前臂旋转法兰使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动前臂旋转自由度，前臂外壳与肘关节前臂连接件相连，构成假肢的上臂；前臂旋转法兰与前臂外壳相连；前臂旋转电机的外法兰与前臂旋转法兰相连；前臂转台与前臂旋转电机的内法兰相连，与前臂旋转法兰相对转动。
进一步地，所述腕关节假肢包括腕关节电机座、腕关节屈伸电机、手部假肢，所述腕关节屈伸电机使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动腕关节屈伸自由度，腕关节电机座与前臂转台相连；腕关节屈伸电机的外法兰与腕关节电机座相连；手部假肢与腕关节屈伸电机的内法兰相连。
进一步地，所述手部假肢包括手指张握电机、食指及中指、手指连杆、拇指，所述手指张握电机使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动手指张握自由度，手指张握电机的外法兰与手部假肢相连；食指及中指与手指张握电机的内法兰相连；手指连杆与食指及中指相连，起联动作用；拇指的两个旋转轴分别与手部假肢、手指连杆相连，当食指和中指握紧，连杆推动拇指的后部像手心方向运动，拇指自然握紧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置具有6自由度的假肢手臂，实现能够通过患者的肌电信号预测患者的运动意图，通过假肢的运动完成患者所需要完成的动作，帮助患者完成拿取、刷牙、喝水等复杂的动作，具备广泛的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2为本发明实施例的肩关节假肢结构示意图。
图3为本发明实施例的上臂假肢结构示意图。
图4为本发明实施例的肘关节假肢结构示意图。
图5为本发明实施例的前臂假肢结构示意图。
图6为本发明实施例的腕关节假肢结构示意图。
图7为本发明实施例的手部假肢结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，提供肩关节屈伸、上臂旋转、肘关节屈伸、前臂旋转、腕关节屈伸、手指张握共6个自由度，其特征在于：包括由上而下依次活动连接的肩关节假肢1、上臂假肢2、肘关节假肢3、前臂假肢4、腕关节假肢5、手部假肢6，所述肩关节假肢1穿戴于患者肩部，上臂假肢2通过驱动电机与肩关节假肢1活动相连，肘关节假肢3通过驱动电机与上臂假肢1活动相连，前臂假肢4通过驱动电机与肘关节假肢3活动相连，腕关节假肢5通过驱动电机与前臂假肢4活动相连，手部假肢6通过驱动电机与腕关节假肢5活动相连实现抓握，所述由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂工作时，由肌电信号采集仪采集患者的肌电信号，判断出患者的运动意图；通过安装于假肢的6个驱动电机运动，完成患者所需要的动作。
如图2所示，所述肩关节假肢1包括肩关节固定件7、肩关节屈伸电机8、肩关节上臂连接件9，所述肩关节屈伸电机8包括盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肩关节屈伸自由度，肩关节固定件7穿戴于患者肩部，肩关节屈伸电机8的内法兰与肩关节固定件7相连；肩关节上臂连接件9与肩关节屈伸电机8的外法兰相连。
如图3所示，所述上臂假肢2包括上臂外壳10、上臂旋转法兰11、上臂旋转电机12、上臂转台13，所述上臂旋转电机12使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动上臂旋转自由度，上臂外壳10与肩关节上臂连接件9相连，构成假肢的上臂；上臂旋转法兰11与上臂外壳10相连；上臂旋转电机12的外法兰与上臂旋转法兰11相连；上臂转台13与上臂旋转电机12的内法兰相连，与上臂旋转法兰11相对转动。
如图4所示，所述肘关节假肢3包括肘关节上臂连接件14、肘关节屈伸电机15、肘关节前臂连接件16，肘关节屈伸电机15使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肘关节屈伸自由度，肘关节上臂连接件14与上臂转台13相连；肘关节屈伸电机15的外法兰与肘关节上臂连接件14相连；肘关节前臂连接件16与肘关节屈伸电机15的内法兰相连。
如图5所示，所述前臂假肢4包括前臂外壳17、前臂旋转法兰18、前臂旋转电机19、前臂转台20，所述前臂旋转法兰18使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动前臂旋转自由度，前臂外壳17与肘关节前臂连接件16相连，构成假肢的上臂；前臂旋转法兰18与前臂外壳17相连；前臂旋转电机19的外法兰与前臂旋转法兰18相连；前臂转台20与前臂旋转电机19的内法兰相连，与前臂旋转法兰18相对转动。
如图6所示，所述腕关节假肢5包括腕关节电机座21、腕关节屈伸电机22、手部假肢23，所述腕关节屈伸电机22使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动腕关节屈伸自由度，腕关节电机座21与前臂转台20相连；腕关节屈伸电机22的外法兰与腕关节电机座21相连；手部假肢23与腕关节屈伸电机22的内法兰相连。
如图7所示，所述手部假肢6包括手指张握电机24、食指及中指25、手指连杆26、拇指27，所述手指张握电机24使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动手指张握自由度，手指张握电机24的外法兰与手部假肢23相连；食指及中指25与手指张握电机24的内法兰相连；手指连杆26与食指及中指25相连，起联动作用；拇指27的两个旋转轴分别与手部假肢23、手指连杆26相连，当食指及中指25握紧，连杆推动拇指27的后部像手心方向运动，拇指27自然握紧。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，提供肩关节屈伸、上臂旋转、肘关节屈伸、前臂旋转、腕关节屈伸、手指张握共6个自由度，其特征在于：包括由上而下依次活动连接的肩关节假肢(1)、上臂假肢(2)、肘关节假肢(3)、前臂假肢(4)、腕关节假肢(5)、手部假肢(6)，所述肩关节假肢(1)穿戴于患者肩部，上臂假肢(2)通过驱动电机与肩关节假肢(1)活动相连，肘关节假肢(3)通过驱动电机与上臂假肢(1)活动相连，前臂假肢(4)通过驱动电机与肘关节假肢(3)活动相连，腕关节假肢(5)通过驱动电机与前臂假肢(4)活动相连，手部假肢(6)通过驱动电机与腕关节假肢(5)活动相连实现抓握，
所述肩关节假肢(1)包括肩关节固定件(7)、肩关节屈伸电机(8)、肩关节上臂连接件(9)，所述肩关节屈伸电机(8)包括盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肩关节屈伸自由度，肩关节固定件(7)穿戴于患者肩部，肩关节屈伸电机(8)的内法兰与肩关节固定件(7)相连；肩关节上臂连接件(9)与肩关节屈伸电机(8)的外法兰相连。
2.根据权利要求1所述的由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，其特征在于：所述上臂假肢(2)包括上臂外壳(10)、上臂旋转法兰(11)、上臂旋转电机(12)、上臂转台(13)，所述上臂旋转电机(12)使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动上臂旋转自由度，上臂外壳(10)与肩关节上臂连接件(9)相连，构成假肢的上臂；上臂旋转法兰(11)与上臂外壳(10)相连；上臂旋转电机(12)的外法兰与上臂旋转法兰(11)相连；上臂转台(13)与上臂旋转电机(12)的内法兰相连，与上臂旋转法兰(11)相对转动。
3.根据权利要求1所述的由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，其特征在于：所述肘关节假肢(3)包括肘关节上臂连接件(14)、肘关节屈伸电机(15)、肘关节前臂连接件(16)，肘关节屈伸电机(15)使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动肘关节屈伸自由度，肘关节上臂连接件(14)与上臂转台(13)相连；肘关节屈伸电机(15)的外法兰与肘关节上臂连接件(14)相连；肘关节前臂连接件(16)与肘关节屈伸电机(15)的内法兰相连。
4.根据权利要求1所述的由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，其特征在于：所述前臂假肢(4)包括前臂外壳(17)、前臂旋转法兰(18)、前臂旋转电机(19)、前臂转台(20)，所述前臂旋转法兰(18)使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动前臂旋转自由度，前臂外壳(17)与肘关节前臂连接件（16)相连，构成假肢的上臂；前臂旋转法兰(18)与前臂外壳(17)相连；前臂旋转电机(19)的外法兰与前臂旋转法兰(18)相连；前臂转台(20)与前臂旋转电机(19)的内法兰相连，与前臂旋转法兰(18)相对转动。
5.根据权利要求1所述的由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，其特征在于：所述腕关节假肢(5)包括腕关节电机座(21)、腕关节屈伸电机(22)、手部假肢(23)，所述腕关节屈伸电机(22)使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动腕关节屈伸自由度，腕关节电机座(21)与前臂转台(20)相连；腕关节屈伸电机(22)的外法兰与腕关节电机座(21)相连；手部假肢(23)与腕关节屈伸电机(22)的内法兰相连。
6.根据权利要求1所述的由肌电信号驱动的6自由度假肢手臂，其特征在于：所述手部假肢(6)包括手指张握电机(24)、食指及中指(25)、手指连杆(26)、拇指(27)，所述手指张握电机(24)使用盘式电机与谐波减速器，输出为两个法兰，内法兰与谐波减速器柔轮相连、外法兰与谐波减速器刚轮相连，两个法兰同轴，相对转动，驱动手指张握自由度，手指张握电机(24)的外法兰与手部假肢(23)相连；食指及中指(25)与手指张握电机(24)的内法兰相连；手指连杆（26)与食指及中指(25)相连，起联动作用；拇指(27)的两个旋转轴分别与手部假肢(23)、手指连杆(26)相连，当食指及中指(25)握紧，连杆推动拇指(27)的后部像手心方向运动，拇指(27)自然握紧。
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