CN110731842A - 一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置 - Google Patents

一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，拇指装置使用时与智能手的手掌连接，包括拇指前段、拇指后段、拇指掌指段、拇指内连杆、拇指转换杆、拇指前段驱动杆及拇指后段驱动杆，拇指前段驱动杆在拇指前段滑块的驱动下，通过拇指转换杆的转动带动拇指内连杆运动，从而带动拇指前段弯曲；拇指后段驱动杆在拇指后段滑块的驱动下直接带动拇指后段弯曲。与现有技术相比，本发明的拇指机构采用连接杆作为传动装置，相比于铰链结构更为简便，方便组装和维修，同时减少了动力在传递过程中的消耗。本发明的每个关节的运动都有独立的气动肌肉驱动，控制精准。

Description

一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置
技术领域
本发明涉及医疗康复领域，尤其是涉及一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置。
背景技术
近年来，由于安全事故、交通事故等意外事故的发生，残疾患者中肢体截肢患者的人数在不断的增加。据统计，目前我国大陆残疾人数量已经达到6000多万，约为整体人口比例的5％，其中约30％-40％为上肢残疾者，且约400多万人为前臂截肢。身体方面的某些缺失给他们的生活、学习、工作带来了不便，并且随之引发各种心理和生理的障碍。
针对肢体缺失的患者，目前的电动假手大多数为能动假手和肌电信号假手。在国外，德国Vincent公司和英国RSL Steeper公司分别于2010年和2012年推出了Vincent假肢手和Bebionic假肢手。自2005年起，美国DARPA国防部高级研究计划局启动了“革命性假肢”计划，这是有史以来假肢领域最大的研究计划，30多所大学和研究结构参与研究，相继推出了DEKA智能假肢系统，其中LUKE假肢2014年通过美国食品药品管理局认证，2016年进入临床应用，已由美国国家仪器公司进行商业化生产。
目前大部分的康复装置是用纯电机驱动，结构复杂，装置较重，占用空间大；且电机运动会抖动，引起智能手作业不精确。气动人工肌肉是一种结构简单、有良好柔性、不会损害操作对象的执行元件。采用气动肌肉驱动设计一款轻便、安全以及符合患者和市场需求的智能手意义重大。同时，拇指结构具有不同于其他手指结构的特殊性，其使用更为频繁，对于操作的灵活度与自由度要求更多，因此，智能手上拇指装置的结构对于智能手的智能化、轻便化以及灵活性都有重要影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，所述拇指装置使用时与智能手的手掌连接，
包括拇指前段、拇指后段、拇指掌指段、拇指内连杆、拇指转换杆、拇指前段驱动杆及拇指后段驱动杆，
所述拇指前段与拇指后段之间通过轴连接，这种轴连接的活动连接方式便于转动，所述拇指后段与拇指掌指段通过轴连接，这种轴连接的活动连接方式便于转动，所述拇指内连杆的一端与拇指转换杆的一端通过轴连接，所述拇指内连杆的另一端与拇指前段直接相连，所述拇指转换杆的另一端又和拇指前段驱动杆的一端通过轴连接，所述拇指前段驱动杆的另一端用于与智能手手掌内部的拇指前段滑块连接，
所述拇指前段驱动杆在拇指前段滑块的驱动下，通过拇指转换杆的转动带动拇指内连杆运动，从而带动拇指前段弯曲；
所述拇指后段驱动杆的一端和拇指后段直接相连，所述拇指后段驱动杆的另一端用于与智能手手掌内部的拇指后段滑块连接，所述拇指后段驱动杆在拇指后段滑块的驱动下直接带动拇指后段弯曲。
进一步地，所述拇指掌指段通过轴与智能手的手掌活动相连，同时，连接拇指掌指段与智能手手掌的轴还与智能手手掌内部的拇指转动小块连接，所述拇指掌指段在拇指转动滑块的驱动下通过拇指转动小块实现转动。
进一步地，所述智能手的手掌内部设置多个用于驱动不同滑块滑动的气动肌肉，每个滑块与不同的气动肌肉连接。
进一步地，所述气动肌肉用于与外部的气缸连接，通过气缸带动气动肌肉收缩，气动肌肉的收缩带动不同的滑块实现滑动。
进一步地，所述智能手的手掌内部设置用于不同滑块滑动的滑槽，可以用来实现滑块的滑动。
进一步地，所述拇指前段与拇指后段内部中空，所述拇指内连杆设置在所述拇指前段与拇指后段的连接处，所述拇指掌指段用于与智能手的手掌连接处设置为中空，便于实现与手掌内部滑块的连接。
进一步地，所述拇指前段滑块的后方设置用以实现拇指前段滑块自动复位的弹簧，所述拇指后段滑块的后方设置用以实现拇指后段滑块自动复位的弹簧。
进一步地，所述拇指转动滑块的后方设置用以实现拇指转动滑块自动复位的弹簧。
复位作用弹簧的设置可以实现滑块的自动复位，可以极大的简化结构，节省启动肌肉的使用。
本发明的拇指装置与智能手的手掌机构活动相连，可在气动肌肉的驱动下实现三个自由度的转动。
本发明的拇指装置，针对每个自由度运动都有一个独立的气动肌肉驱动，同时，拇指内部采用连杆传动的形式，使得控制部分可以嵌入手掌机构内部，增加了装置的美观度，也提高了运动效果。
基于本发明拇指装置的智能手再配合手指机构在气动肌肉协调配合作用下可作抓、握、对指捏等日常运动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的拇指机构采用连接杆作为传动装置，相比于铰链结构更为简便，方便组装和维修，同时减少了动力在传递过程中的消耗。
2.本发明通过有拇指转动小块和拇指转动滑块控制拇指掌指段的转动，增加了拇指机构的自由度。
3.复位作用弹簧的设置实现滑块的自动复位，减少了气动肌肉的使用压力。
4.本发明的每个关节的运动都有独立的气动肌肉驱动，控制精准，同时刚性结构和柔性结构结合，综合了两者的优点；气动肌肉结构提高了装置的安全性，减轻了结构重量，也降低了生产成本。
5.由于不同气动肌肉伸缩状态不同可以实现拇指不同部位之间的协调运动，所以本发明拇指装置可以模拟人手在日常生活使用频率最高的抓握动作，也可以针对拇指进行运动设计，以帮助有需要的患者进行康复需求。
附图说明
图1为本发明拇指装置的结构示意图；
图2为本发明拇指装置应用到智能手上的结构示意图；
图3为智能手上手掌机构的结构示意图。
附图标记：
1-智能手；2-手掌机构；3-拇指装置；4-手指装置，21-手掌盖板；22-运动滑槽；23-拇指转动滑块；24-拇指前段滑块；25-拇指后段滑块；26-拇指转动小块；27-手指后段滑块；28-手指前段滑块；31-拇指前段；32-拇指后段；33-拇指后段驱动杆；34-拇指掌指段；35-拇指前段驱动杆；36-拇指转换杆；37-拇指内连杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参考图1，一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，所述拇指装置3使用时与智能手的手掌连接，包括拇指前段31、拇指后段32、拇指掌指段34、拇指内连杆37、拇指转换杆36、拇指前段驱动杆35及拇指后段驱动杆33，所述拇指前段31与拇指后段32之间通过轴连接，这种轴连接的活动连接方式便于转动，所述拇指后段32与拇指掌指段34通过轴连接，这种轴连接的活动连接方式便于转动，所述拇指内连杆37的一端与拇指转换杆36的一端通过轴连接，所述拇指内连杆37的另一端与拇指前段31直接相连，所述拇指转换杆36的另一端又和拇指前段驱动杆35的一端通过轴连接，所述拇指前段驱动杆35的另一端用于与智能手手掌内部的拇指前段滑块连接，所述拇指前段驱动杆35在拇指前段31的驱动下，通过拇指转换杆36的转动带动拇指内连杆37运动，从而带动拇指前段31弯曲；所述拇指后段驱动杆33的一端和拇指后段32直接相连，所述拇指后段驱动杆33的另一端用于与智能手手掌内部的拇指后段滑块连接，所述拇指后段驱动杆33在拇指后段滑块的驱动下直接带动拇指后段32弯曲。
其中，所述拇指掌指段34用于通过轴与智能手的手掌活动相连，同时，连接拇指掌指段34与智能手手掌的轴还与智能手手掌内部的拇指转动小块连接，所述拇指掌指段34在拇指转动滑块的驱动下实现转动。
其中，所述智能手的手掌内部设置多个用于驱动不同滑块滑动的气动肌肉(图中没有示出)，每个滑块与不同的气动肌肉连接。
其中，所述气动肌肉用于与外部的气缸连接，通过气缸带动气动肌肉收缩，气动肌肉的收缩带动不同的滑块实现滑动。
其中，所述智能手的手掌内部设置用于不同滑块滑动的滑槽，可以用来实现滑块的滑动。
其中，所述拇指前段31与拇指后段32内部中空，所述拇指内连杆37设置在所述拇指前段31与拇指后段32的连接处，所述拇指掌指段34用于与智能手的手掌连接处设置为中空，便于实现与手掌内部滑块的连接。
本发明的拇指装置与智能手的手掌机构活动相连，可在气动肌肉的驱动下实现三个自由度的转动。
本发明的拇指装置，针对每个自由度运动都有一个独立的气动肌肉驱动，同时，拇指内部采用连杆传动的形式，使得控制部分可以嵌入手掌机构内部，增加了装置的美观度，也提高了运动效果。
基于本发明拇指装置的智能手再配合手指机构在气动肌肉协调配合作用下可作抓、握、对指捏等日常运动。
参考图2、图3，所述拇指装置3使用时与智能手的手掌连接，智能手1包括手掌机构2、拇指装置3以及手指装置4。
其中，参考图3，手掌机构2用于连接拇指机构与其余四个手指机构，包括手掌盖板21、运动滑槽22、拇指转动滑块23、拇指前段滑块24、拇指后段滑块25、拇指转动小块26、手指后段滑块27及手指前段滑块28。
其中，运动滑槽22可以用来实现不同滑块的单独滑动。拇指前段滑块24用于与所述拇指前段驱动杆35连接。
拇指转动小块26与拇指转动滑块23与拇指掌指段34连接，控制拇指机构的前后移动和绕中心轴转动。
拇指后段滑块25用于与拇指后段驱动杆33连接，所述拇指后段驱动杆在拇指后段滑块25的驱动下直接带动拇指后段弯曲。
手指后段滑块27及手指前段滑块28用于与手指装置4内部连接，带动手指装置实现两个自由度的转动，其中手指装置不是本申请的主要内容，在此不对手指装置进行详细表述。
其中，所述拇指前段滑块的后方设置用以实现拇指前段滑块自动复位的弹簧，所述拇指后段滑块的后方设置用以实现拇指后段滑块自动复位的弹簧。
其中，所述拇指转动滑块的后方设置用以实现拇指转动滑块自动复位的弹簧。
复位作用弹簧的设置可以实现滑块的自动复位，可以极大的简化结构，节省启动肌肉的使用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，所述拇指装置使用时与智能手的手掌连接，其特征在于，
包括拇指前段、拇指后段、拇指掌指段、拇指内连杆、拇指转换杆、拇指前段驱动杆及拇指后段驱动杆，
所述拇指前段与拇指后段之间通过轴连接，所述拇指后段与拇指掌指段通过轴连接，
所述拇指内连杆的一端与拇指转换杆的一端通过轴连接，所述拇指内连杆的另一端与拇指前段直接相连，所述拇指转换杆的另一端又和拇指前段驱动杆的一端通过轴连接，所述拇指前段驱动杆的另一端用于与智能手手掌内部的拇指前段滑块连接，
所述拇指前段驱动杆在拇指前段滑块的驱动下，通过拇指转换杆的转动带动拇指内连杆运动，从而带动拇指前段弯曲；
所述拇指后段驱动杆的一端和拇指后段直接相连，所述拇指后段驱动杆的另一端用于与智能手手掌内部的拇指后段滑块连接，所述拇指后段驱动杆在拇指后段滑块的驱动下直接带动拇指后段弯曲。
2.根据权利要求1所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述拇指掌指段用于通过轴与智能手的手掌活动相连，同时，连接拇指掌指段与智能手手掌的轴还与智能手手掌内部的拇指转动小块连接，
所述拇指掌指段在拇指转动滑块的驱动下实现转动。
3.根据权利要求1或2所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述智能手的手掌内部设置多个用于驱动不同滑块滑动的气动肌肉，每个滑块与不同的气动肌肉连接。
4.根据权利要求3所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述气动肌肉用于与外部的气缸连接，通过气缸带动气动肌肉收缩，气动肌肉的收缩带动不同的滑块实现滑动。
5.根据权利要求1所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述拇指前段与拇指后段内部中空，所述拇指内连杆设置在所述拇指前段与拇指后段的连接处，所述拇指掌指段用于与智能手的手掌连接处设置为中空，便于实现与手掌内部滑块的连接。
6.根据权利要求1或2所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述智能手的手掌内部设置用于不同滑块滑动的滑槽。
7.根据权利要求1所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述拇指前段滑块的后方设置用以实现拇指前段滑块自动复位的弹簧，
所述拇指后段滑块的后方设置用以实现拇指后段滑块自动复位的弹簧。
8.根据权利要求2所述一种用于智能手的气动肌肉驱动的拇指装置，其特征在于，所述拇指转动滑块的后方设置用以实现拇指转动滑块自动复位的弹簧。
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