CN110353863A - 一种多工种职业技术工作机电假肢手臂及其锯物方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多工种职业技术工作机电假肢手臂，包括上肢本体和仿生手，以及往复运动工具部、第一旋转运动工具部、第二旋转运动工具部中至少一个；所述上肢本体前端设置有安装位；所述仿生手、往复运动工具部、第一旋转运动工具部和第二旋转运动工具部均包括外壳；所述安装位相对的两个内侧壁上分别设置有滑槽；所述外壳相对的两个侧面上均设置有滑轨，所述滑轨能够与所述滑槽相配合；所述外壳上镶嵌有齿条，所述安装位内设置有可旋转的齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮与棘轮同轴固定连接，所述棘轮与棘爪的一端相配合，所述棘爪的另一端连接有旋转式电磁铁。本发明还提供了一种使用多工种职业技术工作机电假肢手臂锯物的方法。

Description

一种多工种职业技术工作机电假肢手臂及其锯物方法

技术领域

本发明属于假肢技术领域，特别涉及一种多工种职业技术工作机电假肢手臂及其锯物控制方法。

背景技术

每年因为疾病或事故、工伤导致肢体残疾的人不计其数，肢体的缺失给患者身体和心理都造成了很大影响。对于这些患者来说，义肢及辅助装置可以帮助他们重新获得肢体功能。传统的义肢制作过程非常复杂，外观及舒适度上都不是很好；并且由于义肢个性化强，同样是义肢，因个体截肢部位的不同，身体体征不同，需求不同，其义肢装配从结构、类型、尺寸都会不同。所以对传统义肢的制作工艺、假肢制作师有严格的专业技能要求，而且制造义肢需要根据不同个体的骨骼特征制作模型、浇铸、倒模、填充、调整等，其步骤复杂繁琐、费时费工且造价不菲。

随着增材制造技术的不断普及，义肢制作进入了增材制造时代。增材制造义肢制作时间短，并改变了医师的工作环境，不必再大量接触石膏粉及含有刺激性气味的液体。而且增材制造义肢应用高科技环保型原材料，除了环保节能外，也能避免与患者身体进行更多的接触，降低患者治疗时所遭受的不适感。此外，增材制造所采用的新型工艺流程为三维数据的采集分析处理，精准定位，所以生产出的产品跟患者伤患处更加贴合，患者穿戴起来也更加舒适。

现有的义肢已经能够基本满足肢体缺失患者的日常生活需要，但肢体缺失患者仍然不具备与正常人一样的工作能力，义肢还不能像人手一样灵活，不能够使用电动工具进行常规的劳动，这对肢体缺失患者的心理和经济能力上都造成极大的打击。

发明内容

本发明提供了一种增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂，解决了现有假肢难以和电动工具结合的缺陷，通过设置多个可更换电动工具部，满足多工种职业技术工作要求。

本发明另一个目的解决残疾患者操作工具控制困难、难以高质量完成锯物工作的缺陷，提供了一种使用多工种职业技术工作机电假肢手臂锯物的方法。

本发明提供的技术方案为：

一种增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂，包括上肢本体和仿生手，以及往复运动工具部、第一旋转运动工具部、第二旋转运动工具部中至少一个；所述上肢本体前端设置有安装位，所述仿生手、往复运动工具部、第一旋转运动工具部或第二旋转运动工具部能够择一安装在所述安装位上；所述仿生手、往复运动工具部、第一旋转运动工具部和第二旋转运动工具部均包括外壳；

所述安装位相对的两个内侧壁上分别设置有滑槽；所述外壳相对的两个侧面上均设置有滑轨，所述滑轨能够与所述滑槽相配合；所述外壳上镶嵌有齿条，所述安装位内设置有可旋转的齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮与棘轮同轴固定连接，所述棘轮与棘爪的一端相配合，所述棘爪的另一端连接有旋转式电磁铁。

优选的是，所述安装位相对的两个内侧壁上分别设置有三个相互平行的滑槽。

优选的是，所述齿条设置在相邻两个滑轨之间。

优选的是，所述上肢本体上镶嵌有电池，所述安装位内设置有第一触点，所述外壳上设置有第二触点，所述外壳完全插入到所述安装位时第一触点和第二触点接触。

优选的是，所述往复运动工具部内设置有曲柄滑块机构。

优选的是，所述往复运动工具部内设置有齿轮齿条机构。

优选的是，所述上肢本体采用增材制造而成。

一种使用增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂锯物的方法，包括如下步骤：

步骤一、将往复运动工具部固定在上肢本体上的安装位内，并将锯条安装到往复运动工具部的前端；

步骤二、获取锯条两个锯齿之间的距离即齿距d，以及往复运动头的最大行程L；

步骤三、控制往复运动头131的运动速度v，使其满足

其中，e为欧拉数，t为时间。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1、本发明提供的增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂，提供了多种可更换的电动工具部，满足肢体残疾者日常生活需要和专业技术工作需求，使肢体残疾者能够正常就业。

2、本发明主体采用增材制造方法制造而成，尺寸精确，能够实现个性化定制，生产时间短，成本低廉，患者佩戴舒适。

3、本发明电动工具部和上肢本体能够可靠定位安装，安装或拆卸方便快捷。

4、本发明提供的使用增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂进行锯物的方法，能够控制最佳的锯物速度，使残疾工作者能够轻松进行锯物工作，提高提高锯物工作的效率和工作质量。

附图说明

图1为本发明所述的增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂总体结构示意图。

图2为本发明所述的上肢本体结构示意图。

图3为本发明所述的仿生手结构示意图。

图4为本发明所述的往复运动工具部结构示意图。

图5为本发明所述的第一旋转运动工具部结构示意图。

图6为本发明所述的第二旋转运动工具部结构示意图。

图7为本发明所述的工具背包结构示意图。

图8为本发明所述的外壳主视图。

图9为本发明所述的齿条齿轮和棘轮棘爪配合关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂，包括上肢本体110和多个可拆卸替换的机电工具部，所述上肢本体110的上端固定在人体上，所述机电工具部可拆卸的安装在上肢本体110的下部。所述机电工具部包括仿生手120、往复运动工具部130、第一旋转运动工具部140和第二旋转运动工具部150。本发明还提供了一种与增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂配套使用的工具背包200。

如图2所示，所述上肢本体110包括肩部固定端111、上臂部112和前臂部113。肩部固定端111用于与使用者的肩部相固定。上臂部112和前臂部113之间通过旋转关节连接，所述旋转关节作为假肢手臂的肘关节。在前臂部113上设置有安装位114，仿生手120、往复运动工具部130、第一旋转运动工具部140或第二旋转运动工具部150能够安装在安装位内，从而使上肢本体110与机电工具部固定在一起，形成一个整体。在所述前臂部113的外侧和上臂部112的外侧安装有电池170，所述机电工具部内没有电源，通过设置在前臂部113的电池170为机电工具部供电，当将机电工具部安装到安装位114时，电池170能够与机电工具部上的电源触点连通，从而为机电工具部供电。

如图3所示，所述仿生手120具有人手的外形，将仿生手120安装到上肢本体110上以后，残疾人士具有了一只真手外形的假手，使残疾人士能够进行简单的日常生活操作。

如图4所示，往复运动工具部130内部设置有往复运动机构，往复运动工具部130前端设置有往复运动头131，所述往复运动机构与往复运动头131连接，通过往复运动机构带动往复运动头131做往复直线运动。所述往复运动头131的前端设置有卡扣，所述卡扣能够将锯条132末端卡住，通过往复运动头131带动锯条132做往复运动，实现锯物操作。还能够将锯条132更换为刀具，实现往复切割操作。当使用锯条时，实现了残疾人自主锯开物体，这对于具有木匠基础的残疾人士来说，使其仍然具有工作技能，能够正常就业。

所述往复运动工具部130内部的往复运动机构包括曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括曲柄、连杆和滑块，通过伺服电机带动曲柄旋转，再通过连杆转换为滑块的直线运动，伺服电机只需要连续的转动，就能够实现滑块的往复直线运动。通过控制伺服电机的转速，能够实现对滑块速度的控制。通过滑块来带动往复运动头131往复直线运动。

在另一实施例中，所述复运动工具部130内部的往复运动机构包括齿轮齿条机构，通过伺服电机带动齿轮旋转，再带动齿条直线移动，通过伺服电机的正转或反转，实现齿条的向前运动或向后运动。通过齿条带动往复运动头131往复直线运动。

如图5所示，所述第一旋转运动工具部140内部具有第一旋转运动机构，所述第一旋转运动机构包括驱动电机，通过第一旋转运动机构输出旋转运动。所述第一旋转运动工具部140的前端设置有第一旋转头141，所述第一旋转头141与第一旋转运动机构连接，通过第一旋转运动机构带动第一旋转头141旋转。所述第一旋转头141的前端设置有三爪卡爪，通过三爪卡爪能够将打蛋器142或者钻头、螺丝刀等工具固定在第一旋转头141上，通过第一旋转运动机构带动打蛋器、钻头、螺丝刀等工具，从而使残疾人士能够进行打蛋、钻孔、拧螺丝等操作，使残疾患者能够从事面点师、钳工的工作。

如图6所示，所述第二旋转运动工具部150内部具有第二旋转运动机构，所述第二旋转运动机构包括减速电机，通过减速电机输出大扭矩的旋转运动。所述第二旋转运动工具部150的前端设置有第二旋转头151，所述第二旋转头151与第二旋转运动机构连接，通过第一旋转运动机构带动第二旋转头151旋转。所述第二旋转头151的前端设置固定卡扣，通过固定卡扣能够将夹钳152固定在第二旋转头151上，通过第二旋转头151输出的大扭矩旋转运动，驱动夹钳工作。

如图7所示，本发明还提供了一种与增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂相配合使用的工具背包200，所述工具背包200的一侧设置有双肩背带210，另一侧设置有可开启的仓门220，将仓门220打开后，在工具背包内设置有多个固定位，能够将机电工具部、打蛋器、锯条、钻头、螺丝刀等工具放置并固定在工具背包200内。所述工具背包200的顶部还设置有开口，从工具背包200的顶部能够将其他物品放置到工具包200内。

日常生活中，残疾人士将上肢本体110固定在肩部，将仿生手120安装在上肢本体110前部，可以进行正常的生活。出门工作时将工具背包背上，将工作所需的机电工具部和相应的工具装在工具背包内。到达工作岗位后，将仿生手120从上肢本体110前端取下装入到工具背包内，将工具背包内相应的机电工具部取出并安装到上肢本体110前端，将相应的工具安装到机电工具部上，可以进行正常的工作。

如图2、图8所示，所述机电工具部与安装位114之间可拆卸的固定在一起。在所述安装位114内相对的两个侧面上均设置有向内凹陷的滑槽115，每个侧面上的滑槽115设置有三个，并且相互平行。每个机电工具部均包括外壳161，在所述外壳161的两个相对的外侧面上设置有向外突出的滑轨162，在每个侧面上的滑轨162设置有三个，并且相互平行。所述滑轨162能够与所述滑槽115相配合，使机电工具部上的外壳161能够沿直线方向插入到安装位114内。

一并参阅图9，在外壳161上相邻的两个滑轨162之间镶嵌有齿条163，即齿条163共设置有四个。在安装位114内设置有四个齿轮116，齿轮116能够绕自身轴线旋转。当将外壳161插入到安装位114时，每个齿条163均与一个齿轮116相啮合，随着外壳161自外向内插入到安装位114，会通过齿条163带动齿轮116旋转。所述齿轮116与棘轮117同轴固定连接，所述棘轮117与棘爪118的一端相配合，所述棘爪118的另一端能够绕自身轴线旋转。在所述棘爪118的转轴处设置有旋转式电磁铁119，所述旋转式电磁铁119为自复位式，当旋转式电磁铁119不通电时，旋转式电磁铁119内的扭簧为棘爪施加一个与靠近棘轮117的扭矩。当外壳161自外向内插入到安装位114内时，齿条163会带动齿轮116正向旋转，齿轮116带动棘轮117一同正向旋转。棘轮117正向旋转过程中，棘爪118会不断抬起，允许棘轮117正向旋转，但不允许棘轮反向旋转；即只能够将外壳161自外向内插入到安装位114内，而不能够将外壳161从安装位114内拔出。将外壳161插入到安装位114的最里端后，完成了外壳161与安装位114的固定。在外壳的最顶端设置有公触点，在安装位114的最里端设置有母触电，当外壳161插入到安装位114最里端时，公触点和母触点接触，从而使电池能够为机电工具部供电。当需要将外壳161从安装位114内取出时，闭合位于上肢本体110上的开关，开关闭合后使电池与旋转式电磁铁119导通，旋转式电磁铁119通电后产生一定角度的旋转运动，带动棘爪118绕自身轴线旋转一定的角度，从而使棘爪118的前端从棘轮117上脱离，棘爪118不再对棘轮产生任何限制，此时向外拉出外壳161就能够将外壳161从安装位114内取出。

本发明还提供了一种使用增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂进行锯物料的方法，首先将往复运动工具部130固定在上肢本体110上的安装位114内，根据需要锯的物料的不同，选用合适的锯条并固定在往复运动头131上。获取锯条两个锯齿之间的距离即齿距d，和往复运动头131的最大行程L。往复运动工具部130内的驱动机构带动往复运动头131前后往复运动，并控制往复运动头131的运动速度v，使其满足

其中，e为欧拉数，t为时间。

上述的参数均采用国际单位。通过对往复运动头131的运动速度v进行控制，使其满足正弦函数，使用者只需将已知的参数齿距d和往复运动头131的最大形成L输入往复运动工具部130的控制系统中，控制系统就能够对往复运动头131的运动速度v进行控制，使锯条工作在最佳的锯物速度中，提高使用者的工作效率和工作质量。

本发明提供的增材制造多工种职业技术工作机电假肢手臂，主体部分采用增材制造而成，制造时间减少了50％以上，重量减轻50％以上。通过替换前端的设置可更换的工具部，减少了携带更多的假肢手臂，制造和维护成本减少60％以上。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，包括上肢本体和仿生手，以及往复运动工具部、第一旋转运动工具部、第二旋转运动工具部中至少一个；所述上肢本体前端设置有安装位，所述仿生手、往复运动工具部、第一旋转运动工具部或第二旋转运动工具部能够择一安装在所述安装位上；所述仿生手、往复运动工具部、第一旋转运动工具部和第二旋转运动工具部均包括外壳；

所述安装位相对的两个内侧壁上分别设置有滑槽；所述外壳相对的两个侧面上均设置有滑轨，所述滑轨能够与所述滑槽相配合；所述外壳上镶嵌有齿条，所述安装位内设置有可旋转的齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿轮与棘轮同轴固定连接，所述棘轮与棘爪的一端相配合，所述棘爪的另一端连接有旋转式电磁铁。

2.根据权利要求1所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述安装位相对的两个内侧壁上分别设置有三个相互平行的滑槽。

3.根据权利要求2所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述齿条设置在相邻两个滑轨之间。

4.根据权利要求2或3所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述上肢本体上镶嵌有电池，所述安装位内设置有第一触点，所述外壳上设置有第二触点，所述外壳完全插入到所述安装位时第一触点和第二触点接触。

5.根据权利要求4所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述往复运动工具部内设置有曲柄滑块机构。

6.根据权利要求4所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述往复运动工具部内设置有齿轮齿条机构。

7.根据权利要求1、2、3、5、6中任意一项所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，其特征在于，所述上肢本体采用增材制造而成。

8.一种使用多工种职业技术工作机电假肢手臂锯物的方法，其特征在于，使用如权力要求1-7中任意一项所述的多工种职业技术工作机电假肢手臂，并包括如下步骤：

步骤一、将往复运动工具部固定在上肢本体上的安装位内，并将锯条安装到往复运动工具部的前端；

步骤二、获取锯条两个锯齿之间的距离即齿距d，以及往复运动头的最大行程L；

步骤三、控制往复运动头131的运动速度v，使其满足

其中，e为欧拉数，t为时间。