CN107028690B - 一种针对上肢高位截肢者的假肢系统 - Google Patents

一种针对上肢高位截肢者的假肢系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种针对上肢高位截肢者的假肢系统，包括：接收机构、肘关节、腕关节、机械手和控制系统；其中接收机构与肘关节通过连接法兰连接；肘关节与腕关节通过连接杆连接，并且肘关节与腕关节之间保留有空腔；肘关节用于带动腕关节和机械手在空间中移动；腕关节用于调整机械手在抓取物体时的姿态；机械手包括5根手指，手指可以单独运动；控制系统用于控制接收机构、肘关节、腕关节及机械手。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：肘关节使用无刷电机驱动和谐波减速器构成，结构紧凑，噪音小。腕关节使用导电环，为触觉反馈传感器的供电和机械手控制器提供了电源和通信通道。

Description

一种针对上肢高位截肢者的假肢系统
技术领域
本发明涉及残疾人康复领域，特别的，涉及一种针对上肢高位截肢者的假肢系统。
背景技术
根据2006年中国第二次残疾人抽样调查，截肢者高达2412万人。因为运动能力的丧失，这部分人的生活质量受到了极大的损害。也使得这成为了一个备受关注的社会问题。针对这部分人群，需要一款性能优良的假肢来恢复他们的运动功能。特别是对上肢高位截肢者来说，由于肘关节负载大，目前商业假肢上采用的方法是增加扭簧的方式，但这会造成做伸肘动作时阻力增大。且大多商业假肢所使用的电机都是有刷电机，这导致在假肢运行时噪音较大。并且目前的商业假肢大多没有触觉反馈的功能。
公开号为103385772B的专利公开了一种肌电假手，利用肌电信号来控制假肢手的运动。但这种假肢手只有手部，对于大臂截肢者将无法适用。并且没有触觉反馈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑，噪音小，为触觉反馈传感器的供电和机械手控制器提供电源和通信通道的针对上肢高位截肢者的假肢系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种针对上肢高位截肢者的假肢系统，包括：接收机构、肘关节、腕关节、机械手和控制系统；其中
接收机构与肘关节通过连接法兰连接；
肘关节与腕关节通过连接杆连接，并且肘关节与腕关节之间保留有空腔；
肘关节用于带动腕关节和机械手在空间中移动；
腕关节用于调整机械手在抓取物体时的姿态；
机械手包括5根手指，手指可以单独运动；
控制系统用于控制接收机构、肘关节、腕关节及机械手。
优选地，接收机构包括：第一接收组件和第一接收组件；其中
第一接收组件通过绷带固定在人体上；第一接收组件和第二接收组件之间通过柔性材料连接。
优选地，肘关节包括：电机、谐波减速器、谐波减速器输出轴、限位开关、谐波减速器基架、桥接轴、连接法兰、支撑轴、轴承座、限位开关和连接杆；其中
电机的输出轴与谐波减速器的输入轴连接；谐波减速器固定在谐波减速器基座上，谐波减速器输出轴与桥接轴的一端连接，桥接轴的另一端与支撑轴连接；连接法兰固定在桥接轴上，连接法兰上开孔用于过线；支撑轴与连接杆通过轴承座连接，在轴承座里放置深沟球轴承；限位开关固定在谐波减速器基架和连接杆上。
优选地，腕关节包括电机、电机基座、第一腕关节基座、减速器止环、减速器、隔板、推力轴承座、推力轴承、减速器输出轴、导电环、轴套、腕关节输出轴、深沟球轴承和第二腕关节基座；其中
电机固定在电机基座上，电机的输出轴与减速器输入轴连接。减速器由减速器止环和隔板固定在第一腕关节基座里；隔板固定在第一腕关节基座和第二腕关节基座之间；推力轴承座外径与第二腕关节基座内径配合；推力轴承由轴套施加压力，压在推力轴承座上；减速器输出轴由紧定螺栓固定在轴套上；轴套的另一段与腕关节输出轴连接，腕关节输出轴的末端经过深沟球轴承伸出第二腕关节基座；轴套为D型口结构，轴套的外径与导电环的内径配合，导电环的外径与第二腕关节基座的内径配合。
优选地，外壳包括上壳和下壳；下壳通过螺栓与电机基座和第二腕关节基座连接；上壳上设有倒钩，上壳的一端可以通过倒钩与下壳连接，上壳的另一端可以通过螺栓与电机基座和第二腕关节基座连接。
优选地，机械手设有5根手指，每个手指由一个电机单独驱动。
优选地，在手指上装有柔性压力传感器。
优选地，腕关节和肘关节通过连接杆和谐波减速器基座连接；腕关节和肘关节之间留有空腔，空腔里放有控制系统和电池；机械手通过腕关节输出轴与腕关节连接。
优选地，控制系统包括肌电采集传感器、触觉传感器、控制器、电机和触觉刺激器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：肘关节使用无刷电机驱动和谐波减速器构成，结构紧凑，噪音小。腕关节使用导电环，为触觉反馈传感器的供电和机械手控制器提供了电源和通信通道。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统佩戴在截肢者身上的效果图；
图2为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统肘关节结构示意图；
图3为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统腕关节结构示意；
图4为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统外壳结构示意；
图5为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统装配图；
图6为本发明针对上肢高位截肢者的假肢系统控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例包括：接收机构、肘关节5、腕关节7、机械手8、外壳6和控制系统。
接收机构由第一接收组件1和第二接收组件3组成，这两部分由树脂材料制成。第一接收组件1和第二接收组件3通过柔性材料连接。使用绷带9将第一接收组件11固定在人体上，而第二接收组件3通过柔性材料2的连接可以自由的围绕肩关节运动。
肘关节5通过连接法兰4与第二接收组件3连接。腕关节7，如图2所示，包括电机18、谐波减速器12、谐波减速器输出轴11、限位开关13、谐波减速器基架14、桥接轴10、连接法兰4、支撑轴19、轴承座17和连接杆15。电机18为无刷电机，其输出轴与谐波减速器12的输入轴连接，谐波减速器12固定在谐波减速器基座14上。谐波减速器输出轴11与桥接轴10的一端连接，桥接轴10的另一端与支撑轴19连接。连接法兰4使用螺栓固定在桥接轴10上，连接法兰4上开孔用于过线。支撑轴19与连接杆15通过轴承座17连接，轴承座17里放置深沟球轴承。限位开关13分别固定在谐波减速器基架14和连接杆15上。整个肘关节的运动有电机18驱动，限位开关13起到限位的作用。
腕关节如图3所示，包括电机20、电机基座21、第一腕关节基座33、减速器止环22、减速器23、隔板32、推力轴承座31、推力轴承30、减速器输出轴24、导电环25、轴套26、腕关节输出轴27、深沟球轴承28、第二腕关节基座29。电机20固定在电机基座上21，电机20的输出轴与减速器23的输入轴连接。减速器23由减速器止环22和隔板32固定在第一腕关节基座33里。隔板32固定在第一腕关节基座33和第二腕关节基座29之间。推力轴承座31外径与第二腕关节基座29内径形成配合。推力轴承30由轴套26施加压力，压在推力轴承座31上。减速器23输出轴由紧定螺栓固定在轴套26上。轴套26为D型口结构，轴套26的另一段与腕关节输出轴27连接，腕关节输出轴27的末端经过深沟球轴承28伸出第二腕关节基座29。轴套26的外径与导电环25的内径配合，导电环25的外径与第二腕关节基座29的内径配合。整个腕关节7的运动有电机20驱动，腕关节7可以做360度的旋转运动。导电环25的作用是在腕关节7在做360度旋转的时候避免信号线和电源线的缠绕。
外壳6如图4所示，针对上肢高位截肢者的假肢系统的外壳分为上壳和下壳。下壳35通过螺栓与图2中的电机基座21和第二腕关节基座29连接。上壳34有倒钩16，一端可以通过倒钩16与下壳3535进行连接，另一端可以通过螺栓与图2中的电机基座21和第二腕关节基座29连接。
机械手8有5个手指，如图5所示。每个手指由一个电机单独驱动，可以根据抓取物体形状的不同，在不同的时刻停止。每个手指上装有柔性压力传感器39，用于测量抓握力的大小。
如图5所示，腕关节7和肘关节5通过连接杆15和谐波减速器基座14进行连接。腕关节7和肘关节5之间留有空腔，空腔里放有控制系统38和电池36。机械手8通过腕关节输出轴27与腕关节7连接。
控制系统如图6所示，由肌电采集传感器、触觉传感器、控制器、电机和触觉刺激器组成。控制系统通过肌电采集传感器采集到的肌电信号控制电机的运动，截肢者可以根据触觉刺激器调节肌电信号输出，主控制器则根据触觉传感器握力的大小用PWM波调节触觉刺激器的输出。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，包括：接收机构、肘关节、腕关节、机械手和控制系统；其中
接收机构与肘关节通过连接法兰连接；
肘关节与腕关节通过连接杆连接，并且肘关节与腕关节之间保留有空腔；
肘关节用于带动腕关节和机械手在空间中移动；
腕关节用于调整机械手在抓取物体时的姿态；
机械手包括5根手指，手指可以单独运动；
控制系统用于控制接收机构、肘关节、腕关节及机械手；
肘关节包括：电机、谐波减速器、谐波减速器输出轴、限位开关、谐波减速器基架、桥接轴、连接法兰、支撑轴、轴承座和连接杆；其中
电机的输出轴与谐波减速器的输入轴连接；谐波减速器固定在谐波减速器基座上，谐波减速器输出轴与桥接轴的一端连接，桥接轴的另一端与支撑轴连接；连接法兰固定在桥接轴上，连接法兰上开孔用于过线；支撑轴与连接杆通过轴承座连接，在轴承座里放置深沟球轴承；限位开关固定在谐波减速器基架和连接杆上；
腕关节和肘关节通过连接杆和谐波减速器基座连接；腕关节和肘关节之间留有空腔，空腔里放有控制系统和电池；机械手通过腕关节输出轴与腕关节连接。
2.根据权利要求1所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，接收机构包括：第一接收组件和第一接收组件；其中
第一接收组件通过绷带固定在人体上；第一接收组件和第二接收组件之间通过柔性材料连接。
3.根据权利要求1所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，腕关节包括电机、电机基座、第一腕关节基座、减速器止环、减速器、隔板、推力轴承座、推力轴承、减速器输出轴、导电环、轴套、腕关节输出轴、深沟球轴承和第二腕关节基座；其中
电机固定在电机基座上，电机的输出轴与减速器输入轴连接；减速器由减速器止环和隔板固定在第一腕关节基座里；隔板固定在第一腕关节基座和第二腕关节基座之间；推力轴承座外径与第二腕关节基座内径配合；推力轴承由轴套施加压力，压在推力轴承座上；减速器输出轴由紧定螺栓固定在轴套上；轴套的另一段与腕关节输出轴连接，腕关节输出轴的末端经过深沟球轴承伸出第二腕关节基座；轴套为D型口结构，轴套的外径与导电环的内径配合，导电环的外径与第二腕关节基座的内径配合。
4.根据权利要求3所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，外壳包括上壳和下壳；下壳通过螺栓与电机基座和第二腕关节基座连接；上壳上设有倒钩，上壳的一端可以通过倒钩与下壳连接，上壳的另一端可以通过螺栓与电机基座和第二腕关节基座连接。
5.根据权利要求1所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，机械手设有5根手指，每个手指由一个电机单独驱动。
6.根据权利要求5所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，在手指上装有柔性压力传感器。
7.根据权利要求1所述的针对上肢高位截肢者的假肢系统，其特征在于，控制系统包括肌电采集传感器、触觉传感器、控制器、电机和触觉刺激器。
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