CN109771107A - 置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了种蜗轮自锁式假肢肘关节机械结构。本发明假肢肘关节置于大臂空腔内，电机轴线与肘关节轴线垂直，其传动链包括电机减速器组件、直齿轮传动副、蜗杆蜗轮传动副，扭簧用于平衡部分负载重量产生的力矩，输出联接杆用于联接小臂。本发明假肢肘关节结构简单，重量轻，机械自锁可靠，蜗杆蜗轮副处于低速级，机械磨损小。
Description
技术领域
本发明属于医疗康复器械领域，特别涉及一种置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节。
背景技术
假肢肘关节安装于残疾人大臂残肢处，用于实现人体臂部肘关节的功能。专利文件中，对假肢手的发明阐述较多，而关于假肢肘关节的发明极少。应用中，几乎都采用OttoBock公司的假肢肘关节结构。该种假肢肘关节，用直流电机驱动，通过三级减速，带动小臂运动。其中，第一级减速，采用摩擦式行星减速器，用套装在行星系杆上三个行星轮支承轴上的三个微型深沟轴承代替行星齿轮，三个微型深沟轴承向内紧压在电机输出轴颈上，向外与起太阳轮作用的钢圈内壁摩擦，系杆上的两个拨动销轴输出运动。第二级和第三级减速采用外啮合圆柱齿轮传动。由于假肢肘关节用锂电池供电，电池容量有限，没有采用步进电机或伺服电机的电气锁紧方式，而是采用机械锁紧方式。该机械锁紧方式比较特殊，在第一级减速器输出轴上加工有微型圆柱齿轮，圆柱齿轮外周两侧分别与两个起齿条作用拨片啮合。拨片为椭圆状薄钢片，拨片中部沿长轴方向加工有带圆角的矩形孔，矩形孔的两个长边都加工有轮齿，相当于两个齿条，每一时刻，都有两个齿条的一个与输出轴齿轮啮合，拨片的外周上加工有对称的滑槽，行星系杆的两个输出拨动销轴插入于每个拨片上的两个滑槽中。当电机回转而使系杆作减速回转时，系杆的两个拨动销轴带动两个拨片做同步回转，两个拨片的相对面的齿条夹住输出轴齿轮，带动齿轮也做同步回转，实现了肘关节的运动。而当电机静止时，由于小臂、假肢手及所持物体重量的作用，使行星减速器输出齿轮作相应方向的转动，使与其啮合的两个拨片沿系杆的两个拨动销轴作相对的径向运动，两个拨片的外周表面与制动圈内表面压紧，产生周向摩擦力矩，阻止小臂、假肢手及物体的下滑运动，从而起到机械自锁作用。系杆各零件及两个拨片尺寸微小，精致。
然而，目前经典的假肢肘关节在实际使用中存在如下缺陷：
(1)由于拨片外周表面面积很小，其与制动圈之间的摩擦力矩也小，自锁功能较差，常出现小臂、假肢手及物体下垂的现象。
(2)由于拨片与制动圈实现摩擦制动及退出制动状态都需要拨片的相对径向运动，常出现肘关节转动时的抖动。
发明内容
本发明的目的在于克服目前假肢肘关节产品中的不足，提供一种结构简单、自锁可靠、重量轻的置于大臂空腔的假肢肘关节结构。
本发明通过下述技术方案实现：
置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节结构，假肢肘关节中，直流电机及行星齿轮减速器组成的电机减速器组件通过联接螺钉固定于假肢肘关节机壳内，电机减速器组件的轴线垂直于肘关节回转轴线，第一直齿轮通过其中心处的D形孔联接于行星齿轮减速器输出轴的D形截面轴颈上；蜗杆轴轴线与直流电机轴线平行，蜗杆轴蜗杆部分的两端轴颈分别套装第一挡片及第一压力轴承的紧圈和第二挡片及第二压力轴承的紧圈，第一压力轴承的松圈与第一轴承盒的底部接触，第一轴承盒的底部承受蜗杆轴通过第一压力轴承作用的一个方向轴向力，第二压力轴承的松圈与第二轴承盒的底部接触，第二轴承盒的底部承受蜗杆轴通过第二压力轴承作用的另一个方向轴向力，两个压力轴承实现了蜗杆轴在两个方向的轴向定位；在第一轴承盒内装有第一深沟轴承，联接螺钉把第一轴承盒盖及第一轴承盒联接在肘关节机壳内；在第二轴承盒内装有第二深沟轴承，联接螺钉把第二轴承盒盖及第二轴承盒联接在肘关节机壳内，第一深沟轴承内圈和第二深沟轴承内圈分别配合联接在蜗杆轴两端轴颈上，实现蜗杆轴的径向约束；第二直齿轮通过其中心的D形截面孔与蜗杆轴的D形截面轴颈相配合，第二直齿轮与第一直齿轮相啮合；蜗轮装配于输出轴的中部，两者以平键相联接，输出轴的一个槽内装有弹性挡圈，输出轴上的轴肩与安装于输出轴上的弹性挡圈实现了蜗轮在输出轴上的双向轴向定位，蜗轮与蜗杆相啮合；第三深沟轴承的内圈装配于输出轴的一个轴颈上，其外圈装配于第一外壳端盖的腔体内，第一外壳端盖通过第一外壳螺钉联接于肘关节外壳，第一扭簧的一端固定于第一扭簧固定螺钉，而该螺钉联接在第一外壳端盖上，第一扭簧的另一端插入于输出轴的开口槽中；第四深沟轴承的内圈装配于输出轴的另一端轴颈上，其外圈装配于第二外壳端盖的腔体内，第二外壳端盖通过第二外壳螺钉联接于肘关节外壳，第二扭簧的一端固定于第二扭簧固定螺钉，而该螺钉联接在第二外壳端盖上，第二扭簧的另一端插入于输出轴的另一端开口槽中；第一输出联接杆的一端具D形孔，该孔与输出轴的一个D形截面轴颈配合联接，第二输出联接杆的一端具D形孔，该孔与输出轴另一端的D形截面轴颈配合联接；这样，电机减速器组件输出轴的运动，通过一对直齿轮传动及蜗杆蜗轮传动，使肘关节输出轴回转运动，而第一输出联接杆及第二输出联接杆用于联接小臂，实现了小臂相对大臂的转动；两侧扭簧用于平衡小臂的部分重量，减小对电机扭矩的需求；当电机掉电时，蜗杆蜗轮机构的机械自锁功能使小臂保持掉电前的状态；蜗杆轴的支承轴承也可以采用滑动轴承代替前述的滚动轴承。
本发明具有如下技术优势：
(1)由于采用蜗杆蜗轮传动，假肢肘关节具有非常可靠的机械自锁能力，不会产生小臂、假肢手及所持物体的下滑，也不会产生假肢臂的运动抖动。
(2)假肢肘关节机械传动中，第一级为行星齿轮传动，第二级为直齿轮传动，第三级为蜗杆蜗轮传动，机械传动可靠，不会出现摩擦传动的打滑现象。
(3)由于蜗杆蜗轮传动为第三级传动，蜗杆蜗轮传动处于低速级，避免了蜗杆蜗轮之间的高速相对运动，大大减小了蜗轮的磨损，该假肢肘关节可以长期使用而无需维修。
(4)所提假肢肘关节具有尺寸小、重量轻的优点。
附图说明
图1假肢肘关节机械传动图；
图2假肢肘关节输出机械结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的假肢肘关节安装于假肢大臂空腔内，其机械传动如图1所示，直流电机8及行星齿轮减速器11组成的组件通过联接螺钉固定于假肢肘关节机壳2内，而电机减速器组件的轴线垂直于肘关节回转轴线，第一直齿轮13通过其中心处的D形孔联接于减速器11输出轴的D形截面轴颈上；蜗杆轴4的轴线与电机8的轴线平行，蜗杆轴4蜗杆部分的两端轴颈分别套装着第一挡片9及第一压力轴承6的紧圈和第二挡片10及第二压力轴承12的紧圈，第一压力轴承6的松圈与第一轴承盒3的底部接触，第一轴承盒3的底部可以承受蜗杆轴4通过第一压力轴承6作用的一个方向轴向力，第二压力轴承12的松圈与第二轴承盒14的底部接触，第二轴承盒14的底部可以承受蜗杆轴4通过第二压力轴承12作用的另一个方向轴向力，两个压力轴承实现了蜗杆轴4在两个方向的轴向定位；在第一轴承盒7内装有第一深沟轴承5，联接螺钉把第一轴承盒盖3及第一轴承盒7联接在肘关节机壳2内；在第二轴承盒14内装有第二深沟轴承15，联接螺钉把第二轴承盒盖16及第二轴承盒14联接在肘关节机壳2内，第一深沟轴承5内圈和第二深沟轴承15内圈分别配合联接在蜗杆轴4两端轴颈上，实现蜗杆轴4的径向约束；第二直齿轮17通过其中心的D形截面孔与蜗杆轴4的D形截面轴颈相配合，第二直齿轮17与第一直齿轮13相啮合。
假肢肘关节输出机械结构图如图2所示，蜗轮1装配于输出轴22的中部，两者以平键26相联接，输出轴22的一个槽内装有弹性挡圈19，输出轴22上的轴肩与安装于输出轴上的弹性挡圈19实现了蜗轮1在输出轴22上的双向轴向定位，蜗轮1与蜗杆轴4的蜗杆相啮合；第三深沟轴承23的内圈装配于输出轴22的一个轴颈上，其外圈装配于第一外壳端盖24的腔体内，第一外壳端盖24通过第一端盖螺钉25联接于肘关节外壳2，第一扭簧21的一端固定于第一扭簧固定螺钉20，而该螺钉联接在第一外壳端盖24上，第一扭簧21的另一端插入于输出轴22的开口槽中；第四深沟轴承29的内圈装配于输出轴22的另一端轴颈上，其外圈装配于第二外壳端盖28的腔体内，第二外壳端盖28通过第二端盖螺钉27联接于肘关节外壳2，第二扭簧30的一端固定于第二扭簧固定螺钉31，而该螺钉联接在第二外壳端盖28上，第二扭簧30的另一端插入于输出轴22的另一端开口槽中；第一输出联接杆18的一端具D形孔，该孔与输出轴22的一个D形截面轴颈配合联接，第二输出联接杆32的一端具D形孔，该孔与输出轴22另一端的D形截面轴颈配合联接；这样，电机减速器组件输出轴的运动，通过一对直齿轮传动及蜗杆蜗轮传动，使肘关节输出轴回转运动，而第一输出联接杆18及第二输出联接杆32用于联接小臂，实现了小臂相对大臂的转动；两侧扭簧用于平衡小臂的部分重量，减小对电机扭矩的需求；当电机掉电时，蜗杆蜗轮机构的机械自锁功能使小臂保持掉电前的状态。
Claims (3)
1.一种置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节，其特征在于：直流电机及行星齿轮减速器组成的电机减速器组件通过联接螺钉固定于假肢肘关节机壳内，电机减速器组件的轴线垂直于肘关节回转轴线，第一直齿轮联接于行星齿轮减速器输出轴的轴颈上；蜗杆轴轴线与直流电机轴线平行，蜗杆轴的两端分别由第一压力轴承、第一深沟轴承和第二压力轴承、第二深沟轴承支承，第二直齿轮与蜗杆轴的轴颈相配合，第二直齿轮与第一直齿轮相啮合；蜗轮装配于输出轴的中部，两者以平键相联接，输出轴的一个槽内装有弹性挡圈，输出轴上的轴肩与安装于输出轴上的弹性挡圈实现了蜗轮在输出轴上的双向轴向定位，蜗轮与蜗杆相啮合，输出轴的两端分别由第三深沟轴承和第四深沟轴承支撑；第一扭簧的一端固定于第一扭簧固定螺钉，第一扭簧固定螺钉联接在第一外壳端盖上，第一扭簧的另一端插入于输出轴的开口槽中，第二扭簧的一端固定于第二扭簧固定螺钉，第二扭簧固定螺钉联接在第二外壳端盖上，第二扭簧的另一端插入于输出轴的另一端开口槽中；第一输出联接杆的一端和第二输出联接杆的一端分别联接在输出轴两侧，第一输出联接杆及第二输出联接杆的另一端用于联接假肢小臂。
2.根据权利要求1所述的置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节，其特征在于：第一直齿轮通过其中心处的D形孔联接于减速器输出轴的D形截面轴颈上，第二直齿轮通过其中心的D形截面孔与蜗杆轴的D形截面轴颈相配合。
3.根据权利要求1所述的置于大臂空腔的蜗轮自锁式假肢肘关节，其特征在于：蜗杆轴的支承轴承采用滑动轴承。
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