CN111557770A - 一种欠驱动仿人假肢手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种欠驱动仿人假肢手装置，涉及仿人假肢领域，包括手腕模块、手掌模块和手指模块，其中，所述手腕模块包括手腕底盘，手腕外壳，法兰和手腕连接件，所述手掌模块包括掌部支撑架、手掌连接件、手掌前盖、手掌后盖，所述手腕模块连接所述手掌模块，所述手掌模块连接所述手指模块。本发明易于实施，具有质量轻便、功能丰富、运动自然的特点。

Description

一种欠驱动仿人假肢手装置

技术领域

本发明涉及仿人假肢领域，尤其涉及一种欠驱动仿人假肢手装置。

背景技术

近些年来，由于交通事故、工伤和疾病等原因，残疾人的数量不断增加。肢体的残缺特别是手部截肢给他们的生活带来的极大的不便。因而他们和社会对重建人手功能，具备基本自理能力，有迫切的需求和迫切的渴望。但目前人类尚无法通过生物学的方法实现缺失肢体的再造，仿人假肢手一直是截肢患者手部功能实现的唯一工具。为了模拟人手的功能，国内外许多研究机构和公司在假肢手的研究方面，做出了很多努力和贡献，渐渐地，由人皮肤表面产生的肌电信号控制的假肢手是目前较为先进和实用的一种类型。但是，这些假肢手仍存在一些问题，影响了其应用和推广。包括：重量大而沉；功能较少，运动不自然等。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种质量轻便、功能丰富、运动自然的仿人假肢手。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是开发一种质量轻便、功能丰富、运动自然的仿人假肢手。

为实现上述目的，本发明提供了一种欠驱动仿人假肢手装置，包括手腕模块、手掌模块和手指模块，其中，所述手腕模块包括手腕底盘，法兰和手腕连接件，所述手掌模块包括掌部支撑架、手掌连接件、所述手腕模块连接所述手掌模块，所述手掌模块连接所述手指模块。

进一步地，所述手腕模块与所述手掌模块的依靠所述手腕连接件和所述手掌连接件来实现连接。

进一步地，所述手指模块的所述拇指、所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指在所述掌部支撑架上的安装位置不同。

进一步地，所述手指模块包括掌指关节、近指关节、远指关节与指间关节，所述掌指关节与所述手掌模块连接，所述近指关节的一端与所述掌指关节连接，所述近指关节的另一端与所述远指关节连接，所述指间关节与所述远指关节连接。

进一步地，所述手指模块包括第一电机和第二电机。

进一步地，所述通过控制所述第一电机、所述第二电机的正反转，从而实现抓取和展开动作。

进一步地，所述手指模块还包括第一平齿轮与所述第一电机的输出轴相连；所述手指模块还包括第二平齿轮与所述第二电机的输出轴相连。

进一步地，所述第一带台齿轮与第一平齿轮啮合；所述第二带台齿轮与第二平齿轮啮合。

进一步地，所述手指模块还包括定位销，所述定位销穿过所述远指关节与所述指尖关节连接。

进一步地，所述手指模块还包括指尖连接件，所述指尖连接件将所述第一带台齿轮、所述第一平齿轮、所述第一电机定位于所述近指关节上；所述第二指尖连接件将所述第二带台齿轮、所述第二平齿轮、所述第二电机定位于所述远指关节上。

相比现有技术，本发明至少具备以下技术效果：

1、手腕关节以及每个手指关节可以独立转动，也可以联动，可充分模拟手指运动。

2、体积小，重量轻，运动自然。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明的手腕底盘示意图；

图3是本发明的手腕外壳示意图1；

图4是本发明的手腕外壳示意图2；

图5是本发明的法兰示意图；

图6是本发明的手腕连接件示意图1；

图7是本发明的手腕连接件示意图2；

图8是本发明的手掌连接件示意图1；

图9是本发明的手掌连接件示意图2；

图10是本发明的手掌前盖示意图；

图11是本发明的手掌后盖示意图；

图12是本发明的掌部支撑架示意图1；

图13是本发明的掌部支撑架示意图2；

图14是本发明的拇指支架示意图；

图15是本发明的中指掌指关节示意图；

图16是本发明的食指掌指关节示意图；

图17是本发明的手指单元示意图；

图18是本发明的手指单元去指间连接件示意图；

图19是是本发明的指间连接件示意图；

其中，1-拇指，2-食指，3-中指，4-无名指，5-小指，6-手腕底盘，6-1手腕底盘孔，7-手腕外壳，7-1-手腕外壳孔一，7-2-手腕外壳孔二，8-法兰，8-1-法兰孔一，8-2-法兰孔二，8-3-法兰中心孔，9-手腕连接件，9-1-手腕连接件孔一，9-2-手腕连接件孔二，9-3-手腕连接件孔三，9-4-手腕连接件孔四，9-6-手腕连接件槽一，9-7-手腕连接件槽二，10-手掌连接件，10-1-手掌连接件孔一，10-2-手掌连接件孔二，10-3-手掌连接件孔三，10-7-手掌连接件柱，11-手掌前盖，11-1-手掌前盖孔一，11-2-手掌前盖孔二，12-手掌后盖，12-1-手掌后盖孔一，12-2-手掌后盖孔二，13-掌部支撑架，13-1-掌部支撑架孔一，13-2-掌部支撑架孔二，13-3-掌部支撑架孔三，13-4-掌部支撑架孔四，13-6-掌部支撑架孔六，13-7-掌部支撑架孔七，14-拇指支架，14-1-拇指支架柱，14-2-拇指支架孔一，14-3-拇指支架孔二，15-中指掌指关节，15-1-中指掌指关节孔一，15-2-中指掌指关节孔二，15-3-中指掌指关节孔三，15-4-中指掌指关节孔四，16-食指掌指关节，16-1-食指掌指关节孔一，17-近指关节，18-指间连接件，19-远指关节，19-1-远指关节孔一，20-指尖关节，21-第一电机，21-1-第一电机输出轴，22-第一平齿轮，23-第一带台齿轮，24-定位销一，25-第二电机，25-1-第二电机输出轴，26-第二平齿轮，27-第二带台齿轮，28-定位销二，29-连接销，30-连杆，31-定位销三，32-指间连接件，32-1-指间连接件孔一，32-2-指间连接件孔二。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。本申请中对于“上”、“下”方向的定义为如图1所示放置的假肢手装置所处的自然重力的上下方向。每个部件的顶部为该部件靠上方的部位，每个部件的底部为该部件靠下方的部位。

如图1所示，本发明的整体结构示意图。从外形观察，本实施例模拟正常的人手，包括拇指1、食指2、中指3、无名指4以及小指5。

本实施例的手腕底盘6的结构如图2所示。手腕底盘6还包括四个手腕底盘孔6-1。手腕底盘6作为本实施例最底部的部件，其他所有部件均基于手腕底盘6设置。与手腕底盘6直接连接的部件为手腕外壳7。

本实施例的手腕外壳7的结构如图3-4所示。手腕外壳7的底部设置有四个手腕外壳孔一7-1，四个手腕外壳孔一7-1，的布置位置与四个手腕底盘孔6-1的布置位置对应，每一个手腕外壳孔一7-1通过螺钉与每一个手腕底盘孔6-1连接，以实现手腕外壳7与手腕底盘6的连接。手腕外壳7的顶部设置有四个手腕外壳孔二7-2，用于与上方的法兰8连接。

本实施例的法兰8的结构如图5所示。法兰8包括四个法兰孔二8-2，四个法兰孔二8-2所布置的位置与四个手腕外壳孔二7-2的位置相对应，并通过螺钉实现手腕外壳7与法兰8的连接。法兰8还包括法兰中心孔8-3以及四个法兰孔一8-1，用于与上方的手腕连接件9连接。手腕底盘6、手腕外壳7以及法兰8组成了本实施例的手腕部件。

本实施例的手腕连接件9的结构如图6-7所示。手腕连接件9用于手腕部件与手掌部件的接合。具体地，手腕连接件9的底部呈圆盘状，在手腕连接件9的底部设置有四个手腕连接件孔一9-1。四个手腕连接件孔一9-1的布置位置与四个法兰孔一8-1相对应，并通过螺钉实现法兰8与手腕连接件9的连接。手腕连接件9的中心区域具有开口，该改口的位置与法兰中心孔8-3对应。同时，设置于手腕连接件9的顶面三个手腕连接件槽二-9-7以及设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔二9-2，用于与手掌连接件10的连接。设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔三9-3用于与手掌前盖11连接。设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔四9-4用于与手掌后盖12连接。设置于手腕连接件9的顶面的手腕连接件槽一9-6用于与拇指支架14连接。

本实施例中的手掌连接件10的结构如图8-9所示。在手掌连接件10的底部设置有三个手掌连接件柱10-7，三个手掌连接件柱10-7的布置位置与三个手腕连接件槽二-9-7对应。将三个手掌连接件柱10-7插入到手腕连接件槽二9-7内，并将设置在手掌连接件柱10-7上的手掌连接件孔一10-1与设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔二9-2连接配合，即完成了手掌连接件10与手腕连接件9的连接。此外，手掌连接件10的侧面还设置有手掌连接件孔二10-2，用于与拇指支架14的连接。手掌连接件10的侧面还设置有手掌连接件孔三10-3，用于与掌部支撑架13的连接。

本实施例中的手掌前盖11与手掌后盖12的结构如图10-11所示。如前所述，设置于手掌前盖11底部侧面的手掌前盖孔一11-1与设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔三9-3连接。设置于手掌后盖12底部侧面的手掌后盖孔一12-1与设置于手腕连接件9的顶部侧面的手腕连接件孔四9-4连接。此外，在手掌前盖11的顶部侧面还设置有四个手掌前盖孔二11-2；在手掌后盖12的顶部侧面还设置有三个手掌后盖孔二12-2，用于与用于与掌部支撑架13的连接。

本实施例中的掌部支撑架13的结构如图10-11所示。如前所述，设置于掌部支撑架13底部的掌部支撑架孔二13-2与设置于手掌连接件10的侧面的手掌连接件孔三10-3连接。设置于掌部支撑架13侧面的掌部支撑架孔三13-3与设置于手掌前盖11的顶部侧面的四个手掌前盖孔二11-2。设置于掌部支撑架13底部侧面的掌部支撑架孔六13-6与设置于手掌后盖12的顶部侧面的三个手掌后盖孔二12-2连接。此外，在掌部支撑架13底部还设置有掌部支撑架孔一13-1以及掌部支撑架孔七13-7，用于与中指掌指关节15连接。在掌部支撑架13侧面还设置有掌部支撑架孔四13-4，用于与食指掌指关节16连接。

本实施例的拇指支架14的结构如图14所示。其中，拇指支架柱14-1插入配合到手腕连接件槽一9-6内。三个拇指支撑架孔二14-3与手掌连接件孔二10-2连接配合。此外，还设置有拇指支架孔一14-2，用于与拇指掌指关节连接。

本实施例的中指掌指关节15的结构如图15所示。在本实施例中，拇指掌指关节、无名指掌指关节以及小指掌指关节的结构均与中指掌指关节15的结构相同。其中，如前所述，中指掌指关节孔一15-1与设置于掌部支撑架13靠近中指3的两个掌部支撑架孔一13-1连接。类似地，无名指4、小指5的掌指关节孔一15-1均可以对应连接到掌部支撑架孔一13-1上。拇指掌指关节孔二(其结构与中指掌指关节孔二15-2相同)与拇指支架孔一14-2连接，从而完成手掌单元与拇指1的连接。此外，还设置有中指掌指关节孔三15-3与中指掌指关节孔四15-4，用于与驱动部件连接。

本实施例的食指掌指关节16的结构如图16所示。食指掌指关节16上设置有食指掌指关节孔一16-1。食指2通过食指掌指关节孔一16-1与掌部支撑架孔四13-4配合来实现与掌部的连接。同时通过中指(无名指、小指)掌指关节孔二15-2与掌部支撑架孔七13-7连接配合实现轴向固定。

本实施例的手指单元的结构如图17-19所示。手指单元除了掌指关节外完全相同，故以中指为例说明。中指掌指关节孔三15-3套设在第一带台齿轮23台柱上，中指掌指关节孔四15-4套设在定位销一24的一端，定位销一24的另一端穿过指间连接件孔一32-1与第一带台齿轮23连接。第一带台齿轮23与第一平齿轮22啮合，同时第一平齿轮22套设在第一电机输出轴21-1上。类似地，第二电机输出轴25-1上套设有第二平齿轮26，第二平齿轮26与第二带台齿轮27啮合，第二带台齿轮27台柱套在远指关节19上，并且定位销二28一端穿过指间连接件孔二32-2与第二带台齿轮26连接，另一端则套又远指关节孔一19-1。第二带台齿轮26与连杆30的连接通过连接销29来实现，连杆另一端套在指间关节20上。定位销三31穿过远指关节19与指尖关节20相连。

当第一电机21和第二电机25同时正转时，其输出轴21-1和25-1分别带动第一平齿轮22和第二平齿轮26正转，从而与第一平齿轮22啮合的第一带台齿轮23反转，与第二平齿轮26啮合的第二带台齿轮27反转。两个带台齿轮的转动同时带动指间连接件32反转，近指关节17开始反转，拉动与指间连接件32相连的连杆30反转，从而拉动与连杆另一头相连的指尖关节反转，实现整个手指的欠驱动运动和抓握功能。通过控制两个电极的反转，可以实现手指的展开功能。而同时控制五个手指电机的转动，可以实现整个假肢手的抓握和展开。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，包括手腕模块、手掌模块和手指模块，其中，所述手腕模块包括手腕底盘，法兰和手腕连接件，所述手掌模块包括掌部支撑架、手掌连接件、所述手腕模块连接所述手掌模块，所述手掌模块连接所述手指模块。

2.如权利要求1所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手腕模块与所述手掌模块的依靠所述手腕连接件和所述手掌连接件来实现连接。

3.如权利要求2所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块的所述拇指、所述食指、所述中指、所述无名指和所述小指在所述掌部支撑架上的安装位置不同。

4.如权利要求3所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块包括掌指关节、近指关节、远指关节与指间关节，所述掌指关节与所述手掌模块连接，所述近指关节的一端与所述掌指关节连接，所述近指关节的另一端与所述远指关节连接，所述指间关节与所述远指关节连接。

5.如权利要求4所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块包括第一电机和第二电机。

6.如权利要求5所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述通过控制所述第一电机、所述第二电机的正反转，从而实现抓取和展开动作。

7.如权利要求6所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块还包括第一平齿轮与所述第一电机的输出轴相连；所述手指模块还包括第二平齿轮与所述第二电机的输出轴相连。

8.如权利要求7所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述第一带台齿轮与第一平齿轮啮合；所述第二带台齿轮与第二平齿轮啮合。

9.如权利要求1所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块还包括定位销，所述定位销穿过所述远指关节与所述指尖关节连接。

10.如权利要求1所述的欠驱动仿人假肢手装置，其特征在于，所述手指模块还包括指尖连接件，所述指尖连接件将所述第一带台齿轮、所述第一平齿轮、所述第一电机定位于所述近指关节上；所述第二指尖连接件将所述第二带台齿轮、所述第二平齿轮、所述第二电机定位于所述远指关节上。

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