CN111265349B

CN111265349B - 拇指连接机构及仿生手

Info

Publication number: CN111265349B
Application number: CN202010097564.7A
Authority: CN
Inventors: 周瑾; 柯昂; 王常勇
Original assignee: Institute of Pharmacology and Toxicology of AMMS
Current assignee: Institute of Pharmacology and Toxicology of AMMS
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: CN111265349A

Abstract

本发明公开了一种拇指连接机构及仿生手，该拇指连接机构包括：固定轴，其设置于仿生手的手掌上；固定轴上固定有第一锥齿轮；关联部件，其上形成有第一套体和第二套体，第一套体与第二套体的轴线呈角度设置，第一套体套设于固定轴上并能够相对固定轴转动；转动轴，其穿设第二套体并能够相对第二套体转动，转动轴的一端形成有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，转动轴的第二端连接至仿生手的拇指的根部；蜗轮，其形成于关联部件上，并位于第一套体的外围且与第一套体同轴；蜗杆，其用于与蜗轮啮合；第一驱动器，蜗杆连接至第一驱动器，第一驱动器借由蜗杆和蜗轮的配合以驱动关联部件转动。

Description

拇指连接机构及仿生手

技术领域

本发明涉及一种拇指连接机构及仿生手。

背景技术

目前我国及世界范围内均存在大量整个手截肢的残疾人，对于手的缺失，目前医疗条件与工程技术下，最有效的方式还是为截肢患者佩戴仿生手(或称假肢手)。传统的仿生手仅仅作为美化作用或者仅仅具有开合这样简单的功能。随着机电一体化与仿生技术的发展，当前仿生手的设计不仅具有拟人的外观，还能实现抓握模式。例如目前比较成功的商业化假肢，i-limb仿生手，Bebionic仿生手，以及国外某公司的米开朗琪罗仿生手。

真实的人手的大拇指的运动形成比较特殊，即：人手的大拇指相比于其他手指具有特有的对掌功能，进而才使得人手可以实现丰富的抓握功能。在仿人假肢手的设计上，如果要想实现假肢手的灵巧性与丰富的抓握模式，大拇指的对掌功能同样必不可少。这就要求在仿生手的设计中，大拇指的内收/外展不能忽略，而这样一来，大拇指的结构设计，尤其是大拇指与手掌之间的连接机构的设计，成为整个仿生假肢手的难点。

目前大多数仿生手中的大拇指内收/外展运动相对手掌仅存在一种运动方向，即，大拇指仅能够在一个确定的平面内进行内收/外展运动(请参见专利号为CN108272537A专利所记载内容)，现有技术中的仿生手的大拇指的上述运动特性与真实人手的大拇指的运动特性相差较大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种拇指连接机构及仿生手。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：

一种拇指连接机构，包括：

固定轴，其设置于仿生手的手掌上；所述固定轴上固定有第一锥齿轮；

关联部件，其上形成有第一套体和第二套体，所述第一套体与所述第二套体的轴线呈角度设置，所述第一套体套设于所述固定轴上并能够相对所述固定轴转动；

转动轴，其穿设所述第二套体并能够相对所述第二套体转动，所述转动轴的一端形成有与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述转动轴的第二端连接至所述仿生手的拇指的根部；

蜗轮，其形成于所述关联部件上，并位于所述第一套体的外围且与所述第一套体同轴；

蜗杆，其用于与所述蜗轮啮合；

第一驱动器，所述蜗杆连接至所述第一驱动器，所述第一驱动器借由所述蜗杆和所述蜗轮的配合以驱动所述关联部件转动。

优选地，所述第一套体的轴线与所述第二套体的轴线垂直。

优选地，所述拇指连接机构还包括屈伸致动机构；所述屈伸致动机构包括：

卷轴，其可转动的设置于所述手掌上；

连接部件，其连接至所述拇指的根部；

绳索，其一端连接至所述连接部件，其另一端连接至所述卷轴；

第二驱动器，其用于驱动所述卷轴转动；

弹簧，其用于向所述拇指施加与绳索的拉力相反的弹力。

优选地，所述拇指连接机构还包括U形架；所述拇指的根部枢接于所述U形架的两个侧板之间；所述转动轴的第二端固定连接至所述U形架。

优选地，所述U形架的两个侧板之间设置有第一销轴，所述拇指的根部套设于所述第一销轴上，所述连接部件固定在所述拇指靠近所述第一销轴的位置。

优选地，所述卷轴的轴线与所述第二套体的轴线垂直；其中：

所述转动轴开设有穿线孔，所述穿线孔贯通所述转动轴的两端；

所述U形架之间设置有相间隔的第二销轴和第三销轴，所述第三销轴上套设有具有U形槽的滑轮；所述绳索借由所述第二销轴和所述第三销轴的滑轮换向而穿过所述转动轴的穿线孔。

优选地，所述第一驱动器包括第一电机以及用于为所述第一电机减速的第一减速器。

优选地，所述第二驱动器包括第二电机以及用于为所述第二电机减速的第二减速器。

本发明还公开了一种仿生手，包括手掌和拇指，还包括上述的拇指连接机构。

与现有技术相比，本发明所提供的拇指连接机构及仿生手的有益效果是：

借由固定轴、转动轴以及关联部件的巧妙的配合关系，在第一驱动器的驱动下，拇指以同时进行两个空间转动的方式来完成内收/外展动作，相比于现有技术中的拇指的运动形成，本发明所提供的仿生手的拇指所进行的内收/外展动作更接近于真实手的拇指的内收/外展动作。

本发明中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本发明的实施例所提供的拇指连接机构的主视图。

图2为本发明的实施例所提供的拇指连接机构的一个视角的立体结构示意图。

图3为本发明的实施例所提供的拇指连接机构的另一个视角的立体结构示意图。

附图标记：

10-固定轴；11-第一锥齿轮；20-转动轴；21-第二锥齿轮；22-穿线孔；30-关联部件；31-第一套体；32-第二套体；41-蜗轮；42-蜗杆；51-第一电机；52-第一减速器；61-第二电机；62-第二减速器；70-U形架；71-第一销轴；72-第二销轴；73-第三销轴；731-滑轮；81-卷轴；82-连接部件；100-手掌；200-拇指。

具体实施方式

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

如图1至图3所示，本发明公开的实施例公开了一种仿生手，该仿生手包括：手掌100、拇指200、其他手指以及拇指连接机构。

拇指连接机构包括：固定轴10、转动轴20、关联部件30、蜗轮41、蜗杆42、第一驱动器、U形架70以及屈伸致动机构。

固定轴10固定在手掌100上，且固定轴10的轴线与手指指向的方向一致，该固定轴10的头部固定有第一锥齿轮11，该第一锥齿轮11与固定轴10同轴。

关联部件30由经弯折或焊接所形成的直角板形成，两个直角板上分别形成第一套体31和第二套体32，如此，第一套体31与第二套体32的轴线垂直。第一套体31套设于固定轴10上且第一套体31与固定轴10之间安装有轴承，这使得关联部件30能够绕固定轴10的轴线旋转。

转动轴20的第一端穿过关联部件30的第二套体32，并能够相对于第二套体32转动，该转动轴20的第一端上固定有第二锥齿轮21，该第二锥齿轮21与固定轴10上的第一锥齿轮11啮合；拇指200借由U形架70固定在转动轴20的第二端。

基于上述结构可知，转动轴20与固定轴10的轴线保持相垂直的状态。

蜗轮41形成于第一套体31的外围，蜗杆42用于与蜗轮41形成啮合传动。具体地，第一驱动器包括第一电机51以及用于为第一电机51减速的第一减速器52，蜗杆42一方面连接至第一减速器52的输出端，另一方面，与蜗轮41形成啮合传动，如此，第一驱动器可通过蜗轮41与蜗杆42的配合而驱动关联部件30绕固定的轴线转动。

在本发明中，关键的是：因转动轴20可转动的穿设关联部件30，且第二锥齿轮21与第一锥齿轮11处于啮合状态，如此，在关联部件30绕固定轴10转动的同时，通过第二锥齿轮21与第一锥齿轮11啮合而驱动转动轴20同时转动。

本发明的优势在于：

借由固定轴10、转动轴20以及关联部件30的巧妙的配合关系，在第一驱动器的驱动下，拇指200以同时进行两个空间转动的方式来完成内收/外展动作，相比于现有技术中的拇指200的运动形成，本发明所提供的仿生手的拇指200所进行的内收/外展动作更接近于真实手的拇指200的内收/外展动作。

U形架70固定在转动轴20的第二端，而拇指200的根部枢接于U形架70上，具体地，U形架70的两个侧板之间装设有第一销轴71，拇指200的根部套设于第一销轴71上，进而使得拇指200能够绕第一销轴71转动。

屈伸致动机构用于使拇指200的根部关节相对于手掌100进行屈伸动作，具体而言，该屈伸致动机构包括：卷轴81、第二驱动器、连接部件82、弹簧以及绳索。卷轴81设置在手掌100上，且卷轴81的轴线与固定轴10平行而与转动轴20垂直；第二驱动器固定在手掌100上，该第二驱动器包括第二电机61以及用于为第二电机61减速的第二减速器62，卷轴81连接至第二减速器62的输出端，进而使得第二驱动器能够驱动卷轴81转动。

连接部件82设置在拇指200的根部并靠近拇指200的枢接位置；在U形架70的两个侧板之间设置有平行间隔的第二销轴72和第三销轴73，且在第三销轴73上装设有滑轮731，该滑轮731的路面为U形；在转动轴20上开设有穿线孔22，该穿线孔22轴向贯通转动轴20的两端；上述的绳索的一端固定在连接部件82上，另一端通过第二销轴72以及第三销轴73上的滑轮731的轮面进行换向，然后穿过转动轴20的穿线孔22而连接至卷轴81上。

弹簧用于连接在U形架70与拇指200之间，该弹簧提供的弹力用于抵抗绳索的拉力。

基于上述结构可知：

第二驱动器通过驱动卷轴81转动而能够使绳索缠绕于卷轴81，进而使绳索拉动拇指200而使拇指200相对于手掌100进行屈指动作，当第二驱动器撤销动力后，弹簧能够使拇指200复位而实现伸指动作。

此外，尽管已经在本发明中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种拇指连接机构，其特征在于，包括：

蜗杆，其用于与所述蜗轮啮合；

2.根据权利要求1所述的拇指连接机构，其特征在于，所述第一套体的轴线与所述第二套体的轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的拇指连接机构，其特征在于，所述拇指连接机构还包括屈伸致动机构；所述屈伸致动机构包括：

卷轴，其可转动的设置于所述手掌上；

连接部件，其连接至所述拇指的根部；

第二驱动器，其用于驱动所述卷轴转动；

弹簧，其用于向所述拇指施加与绳索的拉力相反的弹力。

4.根据权利要求3所述的拇指连接机构，其特征在于，所述拇指连接机构还包括U形架；所述拇指的根部枢接于所述U形架的两个侧板之间；所述转动轴的第二端固定连接至所述U形架。

5.根据权利要求4所述的拇指连接机构，其特征在于，所述U形架的两个侧板之间设置有第一销轴，所述拇指的根部套设于所述第一销轴上，所述连接部件固定在所述拇指靠近所述第一销轴的位置。

6.根据权利要求4所述的拇指连接机构，其特征在于，所述卷轴的轴线与所述第二套体的轴线垂直；其中：

7.根据权利要求1所述的拇指连接机构，其特征在于，所述第一驱动器包括第一电机以及用于为所述第一电机减速的第一减速器。

8.根据权利要求3所述的拇指连接机构，其特征在于，所述第二驱动器包括第二电机以及用于为所述第二电机减速的第二减速器。

9.一种仿生手，包括手掌和拇指，其特征在于，还包括如权利要求1至8中任意一项所述的拇指连接机构。