CN110151493B - 五指联动抓握机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体公开一种五指联动抓握机械手，包括掌背基座，掌背基座连接有四指训练机构以及拇指训练机构，掌背基座上设有驱动机构，驱动机构包括沿长度方向设置的丝杠以及滑动设于丝杠上的驱动滑块，驱动滑块的侧边向外延伸形成驱动臂，驱动滑块的上端铰接有转向传动组件，转向传动组件包括可转动设于掌背基座上的转向板，转向板与四指训练机构相铰接，且转向板与驱动滑块之间设有用于带动转向板转动的推拉杆，通过同一驱动滑块即可带动四指训练机构及拇指训练机构的同时运动，结构简单，可实现人体手部五指联动抓握动作的康复训练，更好的模拟人体的手部抓握运动，训练效果更佳。

Description

五指联动抓握机械手

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，尤其涉及一种五指联动抓握机械手。

背景技术

中国发明专利CN201710566714.2“一种外骨骼式康复机械手”公开了一种外骨骼式康复机械手，包括机架、大拇指训练机构、食指训练机构、中指训练机构、无名指训练机构以及小指训练机构，所述大拇指训练机构、所述食指训练机构、所述中指训练机构、所述无名指训练机构和所述小指训练机构均为连杆训练机构；所述连杆训练机构包括近指挡板、中指挡板、远指挡板、近指连杆、中指连杆、远指第一连杆、远指第二连杆、远指第三连杆以及传动件。该技术方案虽然能实现手指的摆动、伸直和弯曲训练，但结构复杂，且只适用于单侧手的穿戴。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种结构简单的五指联动抓握机械手。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种五指联动抓握机械手，包括掌背基座，掌背基座连接有用于带动四指进行屈伸的四指训练机构以及用于带动拇指进行内外摆动的拇指训练机构，其特征在于，所述的掌背基座上设有用于驱动四指训练机构和拇指训练机构同时进行运动的驱动机构，驱动机构包括沿长度方向设置的丝杠以及滑动设于丝杠上的驱动滑块，驱动滑块的侧边向外延伸形成用于带动拇指训练机构进行内外摆动的驱动臂，驱动滑块的上端铰接有用于带动四指训练机构进行屈伸的转向传动组件，转向传动组件包括可转动设于掌背基座上的转向板，转向板与四指训练机构相铰接，且转向板与驱动滑块之间设有用于带动转向板转动的推拉杆。

所述的掌背基座上还设有用于对驱动滑块的滑动进行导向的导轨，驱动滑块上开设有与导轨相适配的导槽。

所述的拇指训练机构包括分别设于掌背基座两侧的第一拇指训练机构以及第二拇指训练机构，驱动臂包括用于与第一拇指训练机构相连接的第一驱动臂以及用于与第二拇指训练机构相连接的第二驱动臂。

所述的拇指训练机构包括摆动杆，摆动杆包括用于带动拇指内外摆动的摆动段以及用于带动摆动段摆动的转动段，转动段与掌背基座可转动连接，所述的掌背基座上可转动连接有用于带动转动段相对于掌背基座转动的转动曲杆，转动曲杆的一端与转动段相铰接，另一端连接有用于驱动转动曲杆相对于掌背基座转动的驱动机构。

所述的摆动段沿转动段的垂直方向设置，且摆动段远离掌背基座的一端设有横向段，横向段上可调节安装有拇指固定套，摆动段与横向段之间形成钝角，所述的转动段沿水平方向设置并设于用于与掌背基座相连接的连接孔，连接孔与摆动段远离掌背基座的一端之间所在的连线相对于掌背基座呈倾斜设置。

所述的四指训练机构包括第一固定座及第二固定座，所述的掌背基座与第一固定座之间设有用于带动第一固定座以掌指关节转动中心为中心做旋转运动的第一平行四杆组件，第一固定座与第二固定座之间设有用于带动第二固定座以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第二平行四杆组件，转向板与第一平行四杆组件相铰接。

所述的第一固定座包括沿水平方向设置的固定底座，固定底座下方开设有用于容纳四指的容纳槽，固定底座上方向上延续形成铰接架，铰接架包括沿第一固定座的中轴线对称设置的第一铰接架及第二铰接架，第一铰接架与第二铰接架之间形成用于容纳第一平行四杆组件及第二平行四杆组件的安装位。

所述的第一平行四杆组件包括折弯杆，折弯杆包括驱动段及传动段，驱动段与传动段之间形成夹角，传动段远离驱动段的一端向外延伸形成齿状结构的啮合端，第二平行四杆组件设有端部带齿状结构的传动杆，啮合端与传动杆分别铰接于第一固定座上并相互啮合，驱动段远离传动段的一端与转向板相铰接，所述的传动段与传动杆之间的转动速度比为1：1.4。

所述的掌背基座靠近掌指关节的一侧设置有安装柱，转向板包括的第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位，且第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位呈三角形排布，转向板通过第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位分别与安装柱、推拉杆及驱动段相铰接。

所述的折弯杆与安装柱之间通过第一连杆相铰接，第一连杆的一端固接有转动轴，转动轴的两端与安装柱可转动连接，且转动轴的一端连接有用于测试第一连杆转动角度的角度传感器。

本发明的有益效果在于：

1)通过同一驱动滑块即可带动四指训练机构及拇指训练机构的同时运动，结构简单，可实现人体手部五指联动抓握动作的康复训练，更好的模拟人体的手部抓握运动，训练效果更佳。

2)掌背基座两侧设置第一拇指训练机构以及第二拇指训练机构，实现左右手通用，且第一拇指训练机构及第二拇指训练机构采用同一套驱动机构，结构简单，左右手的更换训练操作方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为拇指训练机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

请参阅图1-图2所示，本发明公开一种五指联动抓握机械手，包括掌背基座1，掌背基座1连接有四指训练机构6以及用于带动拇指进行内外摆动的拇指训练机构2，掌背基座1上设有用于驱动四指训练机构6和拇指训练机构2同时进行运动的驱动机构3，驱动机构3包括沿手指长度方向设置的丝杠31以及滑动设于丝杠31上的驱动滑块32，驱动滑块32的侧边向外延伸形成用于带动拇指训练机构2进行内外摆动的驱动臂321，驱动滑块32的上端铰接有用于带动四指训练机构6进行屈伸的转向传动组件5，转向传动组件5包括可转动设于掌背基座1上的转向板51，转向板51与四指训练机构6相铰接，且转向板51与驱动滑块32之间设有用于带动转向板51转动的推拉杆52。

本实施例中，丝杠31连接有用于带动驱动滑块32沿丝杠31滑动的驱动件33，驱动件33为电机，电机与丝杠31之间通过齿轮传动，使用过程中，通过电机驱动带动丝杠31运动，从而带动驱动滑块32沿丝杠31前后滑动，本发明通过同一驱动滑块32即可带动四指训练机构6及拇指训练机构2的同时运动，结构简单，可实现人体手部五指联动抓握动作的康复训练，更好的模拟人体的手部抓握运动，训练效果更佳。

掌背基座1上还设有用于对驱动滑块32的滑动进行导向的导轨4，驱动滑块32上开设有与导轨4相适配的导槽，提高驱动滑块32滑动的稳定性，本实施例中，导轨4设于丝杠31下方，导槽设于驱动滑块32下方且开口向下。

作为本发明的一种优选的具体实施方式，拇指训练机构2包括分别设于掌背基座1两侧的第一拇指训练机构2A以及第二拇指训练机构2B，驱动臂321包括用于与第一拇指训练机构2A相连接的第一驱动臂以及用于与第二拇指训练机构2B相连接的第二驱动臂，通过第一拇指训练机构2A及第二拇指训练机构2B的设置，实现左右手通用，且第一拇指训练机构2A及第二拇指训练机构2B均采用同一套驱动机构3，结构简单，左右手的更换训练操作方便。

拇指训练机构包括摆动杆，摆动杆包括用于带动拇指内外摆动的摆动段以及用于带动摆动段摆动的转动段，转动段与掌背基座可转动连接，掌背基座上可转动连接有用于带动转动段相对于掌背基座转动的转动曲杆，转动曲杆的一端与转动段相铰接，另一端连接有用于驱动转动曲杆相对于掌背基座转动的驱动机构。

本发明中，通过驱动机构3驱动带动转动曲杆22以其与掌背基座1的连接处为轴心转动，联动摆动杆21的转动段212以其与掌背基座1的连接处为轴心转动，从而带动摆动段211内外摆动，实现拇指的康复运动，本发明的拇指训练机构2采用转动曲杆22的设置，实现杠杆，并结合摆动杆21，拟合手指运动轨迹方式训练，结构简单，重量轻便，可结合四指训练机构6进行人手的抓握康复训练，更好的模拟人体的手部抓握运动，训练效果更佳。

使用过程中，通过驱动滑块32的前后滑动联动带动转动曲杆22的转动，驱动方式简单稳定，作为本发明的一种实施方式，驱动臂321为向驱动滑块32前方延伸的L型结构，确保丝杠31可后置安装且具有适当长度，保证驱动滑块32的行程，布局设计更合理。

作为本发明的一种优选的具体实施方式，转动曲杆22包括用于与驱动臂321活动连接的滑动端221及用于带动拇指摆动的转动端222，滑动端221与转动端222之间形成夹角，转动曲杆22与掌背基座1之间通过一旋转连接件贯穿连接，旋转连接件设于滑动端221与转动端222之间。本实施例中，旋转连接件为卡簧加轴销，掌背基座1上设有与轴销对应的轴承，使用过程中，转动曲杆22在驱动滑块32的带动下以轴销为轴心转动，从而带动摆动杆21运动其中，滑动端221长度大于转动端222，形成杠杆，更为省力。

作为本发明的一种优选的具体实施方式，滑动端221沿其型材走向开设有滑槽孔223，滑槽孔223相对于滑动块322的运动所在轴线呈倾斜状，驱动臂321上设有与滑槽孔223相配合的滑动块322，滑动块322滑动设于滑槽孔223内，使用过程中，通过电机驱动带动丝杠31运动，从而带动驱动臂321上的滑动块322前后滑动，滑动块322与滑槽孔223的槽壁相抵，从而迫使滑槽孔223转动，进而实现转动曲杆22的转动。

因人体拇指相对于掌背呈倾斜状，经过多次试验，本发明中的摆动杆21为符合拇指功能位的三维角度曲杆结构，其中，摆动段211沿转动段212的垂直方向设置，且摆动段211远离掌背基座1的一端设有横向段213，横向段213上可调节安装有拇指固定套214，拇指固定套214可根据手部差异进行微调，提高人机相容性，本实施例中，通过在横向段213与拇指固定套214之间设置若干相互配合的调节孔调节，摆动段211与横向段213之间形成钝角，转动段212沿水平方向设置并设于用于与掌背基座1相连接的连接孔215，连接孔215与摆动段211远离掌背基座1的一端之间所在的连线相对于掌背基座1呈倾斜设置，通过三维角度曲杆的结构设计，使得拇指训练机构2更符合人手运动的设计，有效提高康复训练效果，提高使用者在训练过程中的舒适度，转动段212与摆动段211的设置，使得摆动杆21在满足人机运动的相容性的同时，便于生产制造。

四指训练机构6包括第一固定座61及第二固定座62，掌背基座1与第一固定座61之间设有用于带动第一固定座61以掌指关节转动中心为中心做旋转运动的第一平行四杆组件63，第一固定座61与第二固定座62之间设有用于带动第二固定座62以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第二平行四杆组件64，转向板51与第一平行四杆组件63相铰接。

作为本发明的一种具体实施方式，第一固定座61包括沿水平方向设置的固定底座611，固定底座611下方开设有用于容纳四指的容纳槽，固定底座611上方向上延续形成铰接架612，铰接架612包括沿第一固定座61的中轴线对称设置的第一铰接架及第二铰接架，第一铰接架与第二铰接架之间形成用于容纳第一平行四杆组件63及第二平行四杆组件64的安装位。

第二固定座62相应也设有铰接板，铰接板包括沿第二固定座62的中轴线对称设置的第一铰接板与第二铰接板，第一铰接板与第二铰接板之间形成用于容纳第二平行四杆组件64的安装位。

使用过程中，食指、中指、无名指、小指通过第一固定座61及第二固定座62共同固定，并在设于第一固定座61及第二固定座62上的第一平行四杆组件63及第二平行四杆组件64驱动带动下进行抓握运动，相对于现有技术中，四指分别由各自对应的外骨骼单元驱动带动，本发明的四指共同固定，且由同一套外骨骼单元(一个第一平行四杆组件63及一个第二平行四杆组件64共同构成)驱动带动，能在四指康复训练运动过程中避开不适感。

第一平行四杆组件63包括折弯杆631，折弯杆631包括驱动段6311及传动段6312，驱动段6311与传动段6312之间形成夹角，传动段6312远离驱动段6311的一端向外延伸形成齿状结构的啮合端，第二平行四杆组件64设有端部带齿状结构的传动杆641，啮合端与传动杆641分别铰接于第一固定座61上并相互啮合，驱动段6311远离传动段6312的一端与转向板51相铰接，传动段6312与传动杆641之间的转动速度比为1：1.4，从而使得第一平行四杆组件63与第二平行四杆组件64之间的转动速度比为1.4，经多次试验，在此转动速度比条件下，四指训练机构6的运动更符合人体抓握过程中的特性，可带动四指进行先屈曲远端指节再屈曲近端指节的康复运动，更好的模拟正常人对物体的抓握，训练效果更佳。

本发明中，掌背基座1靠近掌指关节的一侧设置有安装柱，转向板51包括的第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位，且第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位呈三角形排布，转向板51通过第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位分别与安装柱、推拉杆52及驱动段6311相铰接，使用过程中，驱动滑块32的前后运动带动推拉杆52推、拉转向板51，使得转向板51以第一铰接位为轴心旋转，从而带动驱动段6311转动，实现四指训练机构6的抓握康复运动。

采用折弯杆631替代传统的直杆，相对于完全由直杆构成的平行四杆结构，在保证运动中心一致的情况下，采用折弯杆631的平行四杆结构能有效降低外骨骼单元在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸，产品结构更简单紧凑、转动更灵活。

实施例2

进一步的，作为本发明的一种具体实施方式，折弯杆631与安装柱之间通过第一连杆632相铰接，第一连杆632的一端固接有转动轴8，此处的“固接”应理解为第一连杆632与转动轴8之间不发生相对转动，本实施例中，第一连杆632设有供转动轴8贯穿的连接孔，转动轴8的横截面及连接孔可呈D型或多边形，从而使得转动轴8不会与连接孔之间发生相对转动，转动轴8的两端与安装柱可转动连接，且转动轴8的一端连接有用于测试第一连杆632转动角度的角度传感器7。

运转过程中，折弯杆631的转动带动第一连杆632以转动轴8所在轴线为轴心进行旋转，从而带动转动轴8在安装柱上自转，与其相连接的角度传感器7随之可检测获取转动轴8的转动角度，从而得到第一连杆632的转动角度，通过检测第一连杆632的转动角度反馈四指训练机构6的训练角度位置信息，利用反馈的数据可为患者提供更多的更有针对性的训练方案，有效提高患者训练参与感，增强训练效果。

当然，以上图示仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种五指联动抓握机械手，包括掌背基座，掌背基座连接有用于带动四指进行屈伸的四指训练机构以及用于带动拇指进行内外摆动的拇指训练机构，其特征在于，所述的掌背基座上设有用于驱动四指训练机构和拇指训练机构同时进行运动的驱动机构，驱动机构包括沿长度方向设置的丝杠以及滑动设于丝杠上的驱动滑块，驱动滑块的侧边向外延伸形成用于带动拇指训练机构进行内外摆动的驱动臂，驱动滑块的上端铰接有用于带动四指训练机构进行屈伸的转向传动组件，转向传动组件包括可转动设于掌背基座上的转向板，转向板与四指训练机构相铰接，且转向板与驱动滑块之间设有用于带动转向板转动的推拉杆；

所述的拇指训练机构包括摆动杆，摆动杆包括用于带动拇指内外摆动的摆动段以及用于带动摆动段摆动的转动段，转动段与掌背基座可转动连接，所述的掌背基座上可转动连接有用于带动转动段相对于掌背基座转动的转动曲杆，转动曲杆的一端与转动段相铰接，另一端连接有用于驱动转动曲杆相对于掌背基座转动的驱动机构；

所述的四指训练机构包括第一固定座及第二固定座，所述的掌背基座与第一固定座之间设有用于带动第一固定座以掌指关节转动中心为中心做旋转运动的第一平行四杆组件，第一固定座与第二固定座之间设有用于带动第二固定座以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第二平行四杆组件，转向板与第一平行四杆组件相铰接；

所述的第一平行四杆组件包括折弯杆，折弯杆包括驱动段及传动段，驱动段与传动段之间形成夹角，传动段远离驱动段的一端向外延伸形成齿状结构的啮合端，第二平行四杆组件设有端部带齿状结构的传动杆，啮合端与传动杆分别铰接于第一固定座上并相互啮合，驱动段远离传动段的一端与转向板相铰接，所述的传动段与传动杆之间的转动速度比为1：1.4；

所述的掌背基座靠近掌指关节的一侧设置有安装柱，转向板包括的第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位，且第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位呈三角形排布，转向板通过第一铰接位、第二铰接位及第三铰接位分别与安装柱、推拉杆及驱动段相铰接。

2.根据权利要求1所述的五指联动抓握机械手，其特征在于，所述的掌背基座上还设有用于对驱动滑块的滑动进行导向的导轨，驱动滑块上开设有与导轨相适配的导槽。

3.根据权利要求2所述的五指联动抓握机械手，其特征在于，所述的拇指训练机构包括分别设于掌背基座两侧的第一拇指训练机构以及第二拇指训练机构，驱动臂包括用于与第一拇指训练机构相连接的第一驱动臂以及用于与第二拇指训练机构相连接的第二驱动臂。

4.根据权利要求1所述的五指联动抓握机械手，其特征在于，所述的摆动段沿转动段的垂直方向设置，且摆动段远离掌背基座的一端设有横向段，横向段上安装有拇指固定套，摆动段与横向段之间形成钝角，所述的转动段沿水平方向设置并设于用于与掌背基座相连接的连接孔，连接孔与摆动段远离掌背基座的一端之间所在的连线相对于掌背基座呈倾斜设置。

5.根据权利要求1所述的五指联动抓握机械手，其特征在于，所述的第一固定座包括沿水平方向设置的固定底座，固定底座下方开设有用于容纳四指的容纳槽，固定底座上方向上延续形成铰接架，铰接架包括沿第一固定座的中轴线对称设置的第一铰接架及第二铰接架，第一铰接架与第二铰接架之间形成用于容纳第一平行四杆组件及第二平行四杆组件的安装位。

6.根据权利要求1所述的五指联动抓握机械手，其特征在于，所述的折弯杆与安装柱之间通过第一连杆相铰接，第一连杆的一端固接有转动轴，转动轴的两端与安装柱可转动连接，且转动轴的一端连接有用于测试第一连杆转动角度的角度传感器。