CN109620487A - 一种假肢拇指机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种假肢拇指机构，涉及假肢领域，该机构包括第一腕掌关节机构、第二腕掌关节机构和拇指装置，第二掌腕关节机构与第一腕掌关节机构固结，拇指装置与第二腕掌关节机构连接，第一腕掌关节机构实现内收外展、第二腕掌关节机构实现屈曲伸展，拇指装置实现一二指节欠驱动。该发明的假肢拇指装置可以左手右手互换，第二腕掌关节机构和拇指装置同时通过蜗轮和线传动实现耦合运动。本发明结构简单、多自由度、重量轻，使假肢拇指能够实现多方位多模态抓握功能。

Description

一种假肢拇指机构
技术领域
本发明涉及假肢领域，尤其涉及一种假肢拇指机构。
背景技术
大拇指的运动形式是所有手指中运动自由度最多最复杂的，且对于人工假手的抓握和多模态影响很大，而现在大多数的假肢拇指机构只能实现单个方向的抓握运动，及大拇指相对于另外四指张开、闭合。
并且最近所出现的几款大拇指机构都是纯刚性机构，相对而言都结构复杂，重量大，对患者的日常使用和舒适性都由很大的局限性。这种单一的动作已经很难满足患者的日常生活需求。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种假肢拇指机构，以少的驱动元件来实现多自由度，实现多模态的假肢拇指运动功能。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是以少的驱动元件来实现多自由度，实现多模态的假肢拇指运动功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种假肢拇指机构，包括第一腕掌关节机构、第二腕掌关节机构和拇指装置，所述第二掌腕关节机构与所述第一腕掌关节机构固结，所述拇指装置与所述第二腕掌关节机构连接。
进一步地，所述第一腕掌关节机构包括舵机、主动圆锥齿轮、从动圆锥齿轮、连接块、支撑板、圆锥齿轮转轴和固定轴，所述连接块与所述舵机主轴固接，所述圆锥齿轮转轴与所述连接块水平铰接，所述主动圆锥齿轮与所述圆锥齿轮转轴固接，所述从动圆锥齿轮通过所述固定轴与所述支撑板固接，所述主动圆锥齿轮与所述从动圆锥齿轮啮合。
进一步地，所述从动圆锥齿轮中心线与所述舵机主轴中心线重合。
进一步地，所述支撑板固定在手掌底板上。
进一步地，所述舵机进行-90°～90°转动，所述主动圆锥齿轮绕所述圆锥齿轮转轴进行-60°～60°转动。
进一步地，所述第二腕掌关节机构包括减速电机机箱、传动轴、减速电机、屈曲伸展蜗轮和蜗杆，所述减速电机机箱与所述传动轴相对固定，所述减速电机固定放置于所述减速电机机箱内，所述传动轴与所述屈曲伸展蜗轮和所述减速电机机箱分别固接，所述屈曲伸展蜗轮由所述蜗杆驱动，所述拇指装置包括第一指节、第二指节、柔性弯曲铰链、连接箱、牵引绳、绞盘、绞盘转轴、蜗轮，所述第一指节和所述第二指节通过所述柔性弯曲铰链连接，所述第二指节固定于所述连接箱上，所述牵引绳两端分别固定于所述第一指节和所述绞盘上，所述绞盘转轴与所述绞盘固接。
进一步地，所述减速电机驱动所述蜗杆。
进一步地，所述屈曲伸展蜗轮和所述蜗轮同时由所述蜗杆驱动。
进一步地，所述蜗轮为指节欠驱动蜗轮。
进一步地，所述绞盘转轴铰接于所述减速电机机箱上。
本发明的技术方案解决了现有大多数的假肢拇指机构只有单个方向的抓握运动或只能实现单个运动模态的问题。本发明有益的技术效果在于将刚性与柔性机构结合起来，提供一种新型的人工假肢拇指机构。本发明结构简单、多自由度、重量轻，且大拇指能够实现多方位多模态抓握功能。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的假肢拇指机构与手掌的连接结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的假肢拇指机构整体结构示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例的第一腕掌关节机构结构示意图；
图4是本发明的一个较佳实施例的第二腕掌关节机构结构示意图；
图5是本发明的一个较佳实施例的拇指装置结构示意图；
其中，1-手掌底板，2-手掌盖板，3-支撑板，4-舵机，5-连接块，6-圆锥齿轮转轴，7-主动圆锥齿轮，8-从动圆锥齿轮，9-固定轴，10-屈曲伸展蜗轮，11-传动轴，12-蜗杆，13-减速电机，14-连接箱，15-指节欠驱动蜗轮，16-绞盘，17-绞盘转轴，18-减速电机机箱，19-牵引绳，20-柔性弯曲铰链，21-第二指节，22-第一指节。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明的一个较佳实施例是一种假肢拇指机构，包含第一腕掌关节机构实现内收外展、第二腕掌关节机构实现屈曲伸展、拇指装置实现一二指节欠驱动。
如图1所示，第一腕掌关节机构通过支撑板3固定在手掌底板1上，手掌盖板2与手掌底板1相对固定，第二掌腕关节机构通过圆锥齿轮转轴6固结在第一掌腕关节上，减速电机机箱18与圆锥齿轮转轴6固定，连接箱14与减速电机机箱18铰接，拇指装置连接在连接箱14上。通过圆锥齿轮转轴6的移动实现第二掌腕关节机构和拇指装置的移动，通过减速电机机箱18的驱动，实现连接箱14的转动和拇指装置的移动。
如图3所示，第一腕掌关节机构包括舵机4、连接块5、圆锥齿轮转轴6、主动圆锥齿轮7、从动圆锥齿轮8、固定轴9，其中舵机4主轴和连接块5固接，圆锥齿轮转轴6用螺钉和轴承齿轮铰接于连接块5上，主动圆锥齿轮7与圆锥齿轮转轴6固接，从动圆锥齿轮8与固定轴9固接，并且从动圆锥齿轮8中心线与舵机4主轴中心线重合，以保证主动圆锥齿轮7和从动圆锥齿轮8始终保持完全啮合。并且固定轴9与支撑板3固接，支撑板3又与手掌底板1固接，以保证从动圆锥齿轮8完全固定不动，在舵机4带动主动圆锥齿轮7转动时，主动圆锥齿轮7能够依靠从动圆锥齿轮8提供的啮合约束绕圆锥齿轮转轴6中心线转动，其中固定轴9又与连接块5铰接，提供一定的支撑与固定。舵机4转动从而带动主动圆锥齿轮7绕舵机4主轴转动-90°～90°旋转角度，主动圆锥齿轮7能够依靠从动圆锥齿轮8提供的啮合约束绕圆锥齿轮转轴6中心线转动-60°～60°，从而耦合两个旋转运动实现拇指沿锥形曲面运动，实现第一腕掌关节机构内收外展功能。
如图4所示，第二腕掌关节机构与圆锥齿轮转轴6固定连接，其中包括屈曲伸展蜗轮10、传动轴11、蜗杆12、减速电机13、连接箱14，其中减速电机13固接于减速电机机箱18内，蜗杆12与减速电机13主轴固接，屈曲伸展蜗轮10与蜗杆12啮合，并与传动轴11固接，连接箱14与传动轴11固接，通过屈曲伸展蜗轮10与蜗杆12传动实现连接箱14的转动，达到第二腕掌关节机构的屈曲伸展功能。
如图5所示，拇指装置包括指节欠驱动蜗轮15、绞盘16、绞盘转轴17、减速电机机箱18、牵引绳19、柔性弯曲铰链20、第二指节21、第一指节22，其中指节欠驱动蜗轮15和绞盘16均固接于绞盘转轴17上，绞盘转轴17铰接于减速电机机箱18上，第二指节21通过柔性弯曲铰链20连接在连接箱14上，柔性弯曲铰链20连接在第二指节21和第一指节22上，蜗杆12带动指节欠驱动蜗轮15转动，使得绞盘16带牵引绳19的转动，牵引绳19的两端分别固接于第一指节22和绞盘16上，并通过第二指节21、第一指节22和减速电机机箱18上的牵引孔，绕绞盘16进行长度收缩，带动柔性弯曲铰链20的弯曲，达到拇指一二指节欠驱动功能。
如图2所示，屈曲伸展蜗轮10和指节欠驱动蜗轮15同时由蜗杆12传动，可以实现第二腕掌关节机构屈曲伸展和拇指一二指节欠驱动两者运动的耦合，并且是通过蜗杆12传动，具有自锁功能，能在抓取动作实现后关闭减速电机13，依旧能保持抓取姿态。
本发明设计的一种假肢拇指机构能实现第一腕掌关节机构内收外展功能、第二腕掌关节机构屈曲伸展功能和拇指装置一二指节欠驱动功能，并且第一腕掌关节机构耦合舵机4转动和主动圆锥齿轮7传动实现拇指装置沿着锥形曲面进行内收外展运动，能够通过改变舵机4行程和从动圆锥齿轮8的传动比实现不同的锥形曲面运动，能够将舵机4进行相对于掌部的对称运动，即可实现大拇指部分的左手、右手互换功能。第二腕掌关节机构的屈曲伸展和拇指装置一二指节的欠驱动同时通过蜗轮蜗杆和线传动实现耦合运动。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种假肢拇指机构，其特征在于，包括第一腕掌关节机构、第二腕掌关节机构和拇指装置，所述第二掌腕关节机构与所述第一腕掌关节机构固结，所述拇指装置与所述第二腕掌关节机构连接。
2.如权利要求1所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述第一腕掌关节机构包括舵机、主动圆锥齿轮、从动圆锥齿轮、连接块、支撑板、圆锥齿轮转轴和固定轴，所述连接块与所述舵机主轴固接，所述圆锥齿轮转轴与所述连接块水平铰接，所述主动圆锥齿轮与所述圆锥齿轮转轴固接，所述从动圆锥齿轮通过所述固定轴与所述支撑板固接，所述主动圆锥齿轮与所述从动圆锥齿轮啮合。
3.如权利要求2所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述从动圆锥齿轮中心线与所述舵机主轴中心线重合。
4.如权利要求2所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述支撑板固定在手掌底板上。
5.如权利要求2所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述舵机进行-90°～90°转动，带动所述主动圆锥齿轮绕所述圆锥齿轮转轴进行-60°～60°转动。
6.如权利要求1所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述第二腕掌关节机构包括减速电机机箱、传动轴、减速电机、屈曲伸展蜗轮和蜗杆，所述减速电机机箱与所述传动轴相对固定，所述减速电机固定放置于所述减速电机机箱内，所述传动轴与所述屈曲伸展蜗轮和所述减速电机机箱分别固接，所述屈曲伸展蜗轮由所述蜗杆驱动，所述拇指装置包括第一指节、第二指节、柔性弯曲铰链、连接箱、牵引绳、绞盘、绞盘转轴、蜗轮，所述第一指节和所述第二指节通过所述柔性弯曲铰链连接，所述第二指节固定于所述连接箱上，所述牵引绳两端分别固定于所述第一指节和所述绞盘上，所述绞盘转轴与所述绞盘固接。
7.如权利要求6所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述减速电机驱动所述蜗杆。
8.如权利要求6所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述屈曲伸展蜗轮和所述蜗轮同时由所述蜗杆驱动。
9.如权利要求6或8所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述蜗轮为指节欠驱动蜗轮。
10.如权利要求6所述的假肢拇指机构，其特征在于，所述绞盘转轴铰接于所述减速电机机箱上。
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