CN114732574A - 一种仿生模块化上臂假肢结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿生模块化上臂假肢结构，包括基座模块、肩部模块、大臂模块、小臂模块、腕部模块、肩关节屈伸单元、上臂内外旋单元、肘关节屈伸单元、小臂内外旋单元和腕关节屈伸单元，所述肩关节屈伸单元、上臂内外旋单元、肘关节屈伸单元、小臂内外旋单元和腕关节屈伸单元构成五个自由度，每个自由度都有自锁功能，所述肩关节屈伸单元、肘关节屈伸单元和腕关节屈伸单元依靠蜗轮蜗杆实现自锁；所述上臂内外旋单元和小臂内外旋单元依靠电磁阀实现自锁，本发明依靠人体上肢数据进行设计，能够兼顾关节自由运动范围和自由度分布和较低的重量，并能够通过模块化拼装适应上肢截肢者不同截肢程度的需要，具有较高的仿生度和良好的使用效果。

Description

一种仿生模块化上臂假肢结构

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，特别是涉及一种仿生模块化上臂假肢结构。

背景技术

目前受疾病、自然灾害和交通事故等因素的影响，截肢患者数量持续攀升，由于不同程度上肢截肢严重限制了个体的日常生活，同时也带来了社会歧视，严重影响截肢者心理健康。现有的上肢假肢虽然种类繁多，但主要问题是每种上肢假肢的设计原则各不相同，部分上肢假肢设计为了突出某项优势，会损失掉其他影响假肢使用的因素。如公开日为2020年8月25日，专利公开号为CN111568614A的中国专利申请公开了一种模块化多自由度上肢假肢，其为了便于上臂以下截肢患者、腕离断患者使用，设计了快换拆卸接头结构，其拆卸接头的结构复杂而且增加了整体的重量；又如公开日为2021年10月12日，专利公开号为CN214382426U的中国专利申请公开了一种仿生上肢假肢，主要包括大臂、小臂和手掌部件，其主要目的是通过简化驱动装置结构，在保证假肢灵活度的同时，使用较少的电机，提高仿生效果。该仿生上肢假肢虽然简化了驱动机构以降低设备的重量，但其忽略了关节的运动范围和自由度的分布，自由度和灵活性较低，无法满足上肢假肢拟人化的使用需求。

总的来讲，现有上肢假肢的设计原则主要注重解决影响上肢假肢使用因素的一小部分，例如有些上肢假肢通过模块化的设计以及快速拆卸接口的使用，适应不同程度截肢患者的使用，但部分机构的使用增加了整体重量；有些上肢假肢通过简化驱动机构，降低设备重量，但忽略了关节的运动范围和自由度的分布。现有的上肢假肢无法兼顾多种使用因素，无法满足截肢患者的使用需求，仿生度低，弃用率高。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种仿生模块化上臂假肢结构，能够兼顾关节运动范围和自由度分布以及较低的重量，还能够实现模块之间的简单快速拼装，以满足不同截肢程度的患者使用需求，整体结构简单，重量低，仿生度高，有利于降低上肢假肢的弃用率。

本发明提供了一种仿生模块化上臂假肢结构，包括基座模块、肩部模块、大臂模块、小臂模块以及腕部模块，所述基座模块和所述肩部模块通过肩关节屈伸单元形成可拆装连接，所述肩部模块和所述大臂模块通过上臂内外旋单元形成可拆装连接，所述大臂模块和所述小臂模块通过肘关节屈伸单元形成可拆装连接，所述小臂模块和所述腕部模块通过小臂内外旋单元形成可拆装连接，所述腕部模块末端设置有腕关节屈伸单元，其中所述肩关节屈伸单元、所述上臂内外旋单元、所述肘关节屈伸单元、所述小臂内外旋单元以及所述腕关节屈伸单元构成所述仿生模块化上臂假肢结构的五个自由度。

在本发明的一实施例中，所述肩关节屈伸单元包括肩关节驱动件、肩关节减速器、肩关节蜗杆、肩关节蜗轮、传动组件以及肩关节旋转轴，其中所述肩关节驱动件的输出轴接入所述肩关节减速器的输入端，所述肩关节减速器的输出轴接入所述肩关节蜗杆，所述肩关节蜗杆啮合于所述肩关节蜗轮，所述肩关节蜗轮经由所述传动组件联动于所述肩关节旋转轴，所述肩关节旋转轴联动于所述基座模块。

在本发明的一实施例中，所述肩关节驱动件、所述肩关节减速器、所述肩关节蜗杆、所述肩关节蜗轮以及所述传动组件均设置于所述肩部模块，所述肩关节旋转轴设置于所述基座模块；或者所述肩关节旋转轴设置于所述肩部模块，所述肩关节减速器、所述肩关节蜗杆、所述肩关节蜗轮以及所述传动组件均设置于所述基座模块。

在本发明的一实施例中，所述传动组件为齿轮、链条、传送带中的任一种。

在本发明的一实施例中，所述上臂内外旋单元包括上臂驱动件、上臂减速器、第一连接座以及第一电磁阀模块，其中所述上臂驱动件的输出轴接入所述上臂减速器的输入端，所述上臂减速器的输出端连接于所述大臂模块以联动所述大臂模块实现上臂内外旋的功能，所述第一连接座用于连接所述上臂驱动件和所述上臂减速器，所述第一电磁阀模块用于在所述上臂内外旋单元停止工作时，锁定所述肩部模块和所述大臂模块之间的位置。

在本发明的一实施例中，所述上臂驱动件、所述上臂减速器以及所述第一连接座均设置于所述肩部模块，所述第一电磁阀模块包括电磁性结构和与所述电磁性结构相适配的多个阀件，所述电磁性结构设置在所述肩部模块的底部，所述阀件设置在所述大臂模块的顶部；或者所述电磁性结构设置在所述大臂模块的顶部，所述阀件设置在所述肩部模块的底部，其中通过所述电磁性结构和所述阀件相适配的结构形成所述肩部模块和所述大臂模块之间可拆装连接的状态。

在本发明的一实施例中，所述电磁性结构为轮毂式结构，具有多个卡孔，所述阀件具有位于所述大臂模块内的块状部和延伸自所述块状部的柱状部，其中所述柱状部突出于所述大臂模块并与所述卡孔相适配，在所述电磁性结构通电时，所述电磁性结构具有磁性而吸引所述阀件的柱状部插入对应的卡孔，从而形成所述肩部模块和所述大臂模块之间位置锁定的状态，在所述电磁性结构断电时，所述电磁性结构失去磁性而释放所述阀件，从而形成所述肩部模块和所述大臂模块之间位置分离的状态。

在本发明的一实施例中，所述肘关节屈伸单元包括肘关节驱动件、肘关节减速器、肘关节蜗杆、肘关节蜗轮以及肘关节旋转轴，其中所述肘关节驱动件的输出轴接入所述肘关节减速器的输入端，所述肘关节减速器的输出轴接入所述肘关节蜗杆，所述肘关节蜗杆啮合于所述肘关节蜗轮，所述肘关节蜗轮联动于所述肘关节旋转轴，所述肘关节旋转轴联动于所述小臂模块。

在本发明的一实施例中，所述大臂模块包括大臂腔体部和连接于所述大臂腔体部的大臂接口部，所述小臂模块具有两个小臂延伸臂并于两个所述小臂延伸臂之间形成有与所述大臂接口部相适配的凹槽，两个所述小臂延伸臂设置有供安装所述肘关节旋转轴的安装孔，其中在所述大臂接口部被装配于所述凹槽且所述肘关节旋转轴被安装于所述安装孔时，形成所述大臂模块和所述小臂模块之间可拆装连接的状态。

在本发明的一实施例中，所述大臂腔体部为上窄下宽形结构，所述大臂接口部为圆柱状结构且中心设置有贯通所述安装孔的穿孔，所述肘关节驱动件和所述肘关节减速器均设置于所述大臂腔体部，所述肘关节蜗杆、所述肘关节蜗轮以及所述肘关节旋转轴均设置于所述大臂接口部，且所述肘关节旋转轴两端经由所述穿孔突出于所述大臂接口部。

在本发明的一实施例中，所述小臂内外旋单元包括小臂驱动件、小臂减速器、第二连接座以及第二电磁阀模块，其中所述小臂驱动件的输出轴接入所述小臂减速器的输入端，所述小臂减速器联动于所述腕部模块以实现小臂内外旋的功能，所述第二连接座用于连接所述小臂驱动件和所述小臂减速器，所述第二电磁阀模块用于在所述小臂内外旋单元停止工作时，锁定所述小臂模块和所述腕部模块之间的位置。

在本发明的一实施例中，所述小臂驱动件、所述小臂减速器以及所述第二连接座均设置于所述小臂模块，所述第二电磁阀模块的结构与第一电磁阀模块的结构相同。

在本发明的一实施例中，所述腕关节屈伸单元包括腕关节驱动件、腕关节减速器、腕关节蜗杆、腕关节蜗轮以及腕关节旋转轴，其中所述腕关节驱动件的输出端连接于所述腕关节减速器的输入端，所述腕关节减速器输出端连接于所述腕关节蜗杆，所述腕关节蜗杆啮合于所述腕关节蜗轮，所述腕关节蜗轮联动于所述腕关节旋转轴，所述腕关节旋转轴两端还分别设置有滚珠轴承。

在本发明的一实施例中，所述腕关节屈伸单元还设置有接口部座，用于连接假肢手或软体抓手。

在本发明的一实施例中，所述肩关节屈伸单元、所述上臂内外旋单元、所述肘关节屈伸单元、所述小臂内外旋单元以及所述腕关节屈伸单元采用的驱动件为电机、气缸、液压缸中的任一种。

本发明的所述肩关节屈伸单元、所述上臂内外旋单元、所述肘关节屈伸单元、所述小臂内外旋单元以及所述腕关节屈伸单元构成所述仿生模块化上臂假肢结构的五个自由度，每个自由度都有自锁功能，所述肩关节屈伸单元、所述肘关节屈伸单元和所述腕关节屈伸单元依靠蜗轮蜗杆实现自锁；所述上臂内外旋单元和所述小臂内外旋单元依靠电磁阀实现自锁。本发明的所述仿生模块化上臂假肢结构依靠人体上肢数据进行设计，能够兼顾关节自由运动范围和自由度分布以及简单的结构和较低的重量，并能够通过模块化拼装适应上肢截肢者不同截肢程度的需要，具有较高的仿生度和良好的使用效果，有利于降低上肢假肢的弃用率。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述仿生模块化上臂假肢结构的立体结构示意图。

图2为图1所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的部分爆炸示意图。

图3为图1所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的爆炸示意图。

图4为图1所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的电磁性件的结构示意图。

图5为图1所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的剖视示意图。

图6为图5所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的A部分的放大示意图。

图7为图5所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的B部分的放大示意图。

图8为图5所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的C部分的放大示意图。

图9为图5所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的D部分的放大示意图。

图10为图5所示的所述仿生模块化上臂假肢结构的E部分的放大示意图。

附图标号说明：仿生模块化上臂假肢结构100；基座模块10；肩部模块11；大臂模块12；大臂腔体部121；大臂接口部122；穿孔123；小臂模块13；小臂延伸臂131；安装孔132；凹槽133；腕部模块14；肩关节屈伸单元20；肩关节驱动件21；肩关节减速器22；肩关节蜗杆23；肩关节蜗轮24；肩关节旋转轴25；传动组件26；上臂内外旋单元30；上臂驱动件31；上臂减速器32；第一连接座33；第一电磁阀模块34；电磁性结构341；卡孔342；阀件343；块状部3431；柱状部3432；肘关节屈伸单元40；肘关节驱动件41；肘关节减速器42；肘关节蜗杆43；肘关节蜗轮44；肘关节旋转轴45；小臂内外旋单元50；小臂驱动件51；小臂减速器52；第二连接座53；第二电磁阀模块54；腕关节屈伸单元60；腕关节驱动件61；腕关节减速器62；腕关节蜗杆63；腕关节蜗轮64；腕关节旋转轴65；接口座66。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出了一种仿生模块化上臂假肢结构，既可以连接手部假肢形成手臂假肢，也可以连接其他终端设备，形成类似于机械臂的设备。此结构的构件组合紧凑，自由度分布合理，可以配合不同的终端设备完成不同的功能。

本发明要解决的技术问题主要有两个方面，一方面是提供一种仿生上臂假肢：根据人体上臂各关节设计仿生上臂假肢自由度的分布位置，并根据人体肢体重量，设计各模块的重量。另一方面是提供一种模块化上臂假肢：根据自由度的分布位置，合理设计各部分结构，然后通过模块化拼装，适应上肢截肢者不同截肢位置的需要。

也就是说，本发明的目的在于设计一款仿生模块化上臂假肢，在根据人体上肢关节、长度和重量分布设计本发明各部分的关节、长度和重量的同时，还设计了简单的机构实现快速拼装，通过模块化的拼装，适应上肢截肢者不同截肢位置的需要，降低上肢假肢。本发明旨在提高上肢假肢的仿生度，降低上肢假肢的弃用率。如图1至图10所示，根据本发明的一优选实施例的所述仿生模块化上臂假肢结构100的具体结构被阐明。

如图1至图5所示，所述仿生模块化上臂假肢结构100包括基座模块10、肩部模块11、大臂模块12、小臂模块13以及腕部模块14，所述基座模块10和所述肩部模块11通过肩关节屈伸单元20形成可拆装连接，所述肩部模块11和所述大臂模块12通过上臂内外旋单元30形成可拆装连接，所述大臂模块12和所述小臂模块13通过肘关节屈伸单元40形成可拆装连接，所述小臂模块13和所述腕部模块14通过小臂内外旋单元50形成可拆装连接，所述腕部模块14末端设置有腕关节屈伸单元60，其中所述肩关节屈伸单元20、所述上臂内外旋单元30、所述肘关节屈伸单元40、所述小臂内外旋单元50以及所述腕关节屈伸单元60构成所述仿生模块化上臂假肢结构100的五个自由度。

特别地，本发明的所述仿生模块化上臂假肢结构100采用模块化设计，具体地，所述腕部模块14可以适合于腕关节离断；所述腕部模块14和所述小臂模块13的拼装可以适用于前臂截肢和肘关节离断；所述腕部模块14、所述小臂模块13和所述大臂模块12的拼装可以适用于上臂截肢；所述腕部模块14、所述小臂模块13、所述大臂模块12和所述肩关节模块的拼装可以适用于肩关节离断，以此本发明的所述仿生模块化上臂假肢结构100能够满足上肢截肢者不同截肢程度的需求，具有广泛的适用性。

具体地，如图6所示，所述肩关节屈伸单元20包括肩关节驱动件21、肩关节减速器22、肩关节蜗杆23、肩关节蜗轮24以及肩关节旋转轴25，其中所述肩关节驱动件21的输出轴接入所述肩关节减速器22的输入端，所述肩关节减速器22的输出轴接入所述肩关节蜗杆23，所述肩关节蜗杆23啮合于所述肩关节蜗轮24，所述肩关节蜗轮24联动于所述肩关节旋转轴25，所述肩关节旋转轴25联动于所述基座模块10。

可选地，所述肩关节驱动件21、所述肩关节减速器22、所述肩关节蜗杆23以及所述肩关节蜗轮24均设置于所述肩部模块11，所述肩关节旋转轴25设置于所述基座模块10；或者所述肩关节旋转轴25设置于所述肩部模块11，所述肩关节驱动件21、所述肩关节减速器22、所述肩关节蜗杆23以及所述肩关节蜗轮24均设置于所述基座模块10。

值得一提的是，所述肩关节屈伸单元20还包括设置于所述肩关节蜗轮24和所述肩关节旋转轴25之间的传动组件26，所述传动组件26为齿轮、链条、传送带中的任一种。

优选地，在这一实施例中，所述传动组件26采用齿轮组件实现传动，所述齿轮组件包括两个齿轮，其中一个齿轮与所述肩关节蜗轮24同轴。

特别地，本发明还结合驱动尺寸对五个自由度的放置位置进行了优化。例如在实现肩关节屈伸功能的设计中，为了肩关节离断者接受腔的设计与使用，肩关节屈伸功能的整个运动传动被放置在了所述肩部模块11的内部。

也就是说，优选地，在这一实施例中，所述肩关节驱动件21、所述肩关节减速器22、所述肩关节蜗杆23、所述肩关节蜗轮24以及所述传动组件26均设置于所述肩部模块11内，以便于关节离断者接受腔的设计与使用。

进一步地，如图7所示，所述上臂内外旋单元30包括上臂驱动件31、上臂减速器32、第一连接座33以及第一电磁阀模块34，其中所述上臂驱动件31的输出轴接入所述上臂减速器32的输入端，所述上臂减速器32的输出端连接于所述大臂模块12以联动所述大臂模块12实现上臂内外旋的功能，所述第一连接座33用于连接所述上臂驱动件31和所述上臂减速器32，所述第一电磁阀模块34用于在所述上臂内外旋单元30停止工作时，锁定所述肩部模块11和所述大臂模块12之间的位置。

具体地，所述上臂驱动件31、所述上臂减速器32以及所述第一连接座33均设置于所述肩部模块11，所述第一电磁阀模块34包括电磁性结构341和与所述电磁性结构341相适配的多个阀件343，所述电磁性结构341设置在所述肩部模块11的底部，所述阀件343设置在所述大臂模块12的顶部；或者所述电磁性结构341设置在所述大臂模块12的顶部，所述阀件343设置在所述肩部模块11的底部。

在这一实施例中，如图3和图4所示，所述电磁性结构341为轮毂式结构，具有多个卡孔342，设置在所述肩部模块11的底部；所述阀件343具有位于所述大臂模块12内的块状部3431和延伸自所述块状部3431的柱状部3432，所述阀件343的块状部3431设置在所述大臂模块12内，所述柱状部3432突出于所述大臂模块12并与所述电磁性结构341的所述卡孔342相适配，在所述电磁性结构341通电时，所述电磁性结构341具有磁性而吸引所述阀件343的柱状部3432插入对应的卡孔342，从而形成所述肩部模块11和所述大臂模块12之间位置锁定的状态，在所述电磁性结构341断电时，所述电磁性结构341失去磁性而释放所述阀件343，从而形成所述肩部模块11和所述大臂模块12之间位置分离的状态，以此通过所述电磁性结构341和所述阀件343相适配的结构，即可形成所述肩部模块11和所述大臂模块12之间可拆装连接的状态。

可以理解的是，通过采用所述第一电磁阀模块34，本发明既能够确保所述肩部模块11和所述大臂模块12之间能够简单快速地形成模块化的拆装连接，又能够确保采用简单的连接结构和较轻的重量，有利于提高所述仿生模块化上臂假肢结构100的仿生度，提高使用效果。

应该理解的是，本发明也可以将所述电磁性结构341设置采用能够被磁吸的材料制成，如金属或金属合金等，而将所述阀件343设置为通电后具有磁性的部件，本发明对此不作限制。

进一步地，如图8所示，所述肘关节屈伸单元40包括肘关节驱动件41、肘关节减速器42、肘关节蜗杆43、肘关节蜗轮44以及肘关节旋转轴45，其中所述肘关节驱动件41的输出轴接入所述肘关节减速器42的输入端，所述肘关节减速器42的输出轴接入所述肘关节蜗杆43，所述肘关节蜗杆43啮合于所述肘关节蜗轮44，所述肘关节蜗轮44联动于所述肘关节旋转轴45，所述肘关节旋转轴45联动于所述小臂模块13。

特别地，所述大臂模块12包括大臂腔体部121和连接于所述大臂腔体部121的大臂接口部122，所述小臂模块13具有两个小臂延伸臂131并于两个所述小臂延伸臂131之间形成有与所述大臂接口部122相适配的凹槽133，两个所述小臂延伸臂131设置有供安装所述肘关节旋转轴45的安装孔132，其中在所述大臂接口部122被装配于所述凹槽133且所述肘关节旋转轴45被安装于所述安装孔132时，形成所述大臂模块12和所述小臂模块13之间可拆装连接的状态。

更具体地，所述大臂腔体部121为上窄下宽形结构，所述大臂接口部122为圆柱状结构且中心设置有贯通所述安装孔132的穿孔123，所述肘关节驱动件41和所述肘关节减速器42均设置于所述大臂腔体部121，所述肘关节蜗杆43、所述肘关节蜗轮44以及所述肘关节旋转轴45均设置于所述大臂接口部122，且所述肘关节旋转轴45两端经由所述穿孔123突出于所述大臂接口部122。

可以理解的是，本发明通过在所述大臂模块12设计所述大臂接口部122和在所述小臂模块13设置相适配的所述小臂延伸臂131与所述凹槽133的方式，既兼顾了所述肘关节屈伸单元40联动所述小臂模块13实现小臂屈伸动作，又能够通过简单的结构实现所述大臂模块12和所述小臂模块13之间的可拆装连接。也就是说，本发明在确保肘关节运动范围和自由度分布的同时还兼顾了较为简单的连接结构，不会增加所述仿生模块化上臂假肢结构100的整体重量，有利于提高所述仿生模块化上臂假肢结构100的仿生度和使用效果。

值得一提的是，所述肘关节减速器42通过螺栓安装在所述大臂模块12内。

进一步地，如图9所示，所述小臂内外旋单元50包括小臂驱动件51、小臂减速器52、第二连接座53以及第二电磁阀模块54，其中所述小臂驱动件51的输出轴接入所述小臂减速器52的输入端，所述小臂减速器52联动于所述腕部模块14以实现小臂内外旋的功能，所述第二连接座53用于连接所述小臂驱动件51和所述小臂减速器52，所述第二电磁阀模块54用于在所述小臂内外旋单元50停止工作时，锁定所述小臂模块13和所述腕部模块14之间的位置。

在这一实施例中，所述小臂驱动件51、所述小臂减速器52以及所述第二连接座53均设置于所述小臂模块13，所述第二电磁阀模块54的结构与第一电磁阀模块34的结构相同，工作原理也相同，在此不再赘述。

进一步地，如图10所示，所述腕关节屈伸单元60包括腕关节驱动件61、腕关节减速器62、腕关节蜗杆63、腕关节蜗轮64以及腕关节旋转轴65，其中所述腕关节驱动件61的输出端连接于所述腕关节减速器62的输入端，所述腕关节减速器62输出端连接于所述腕关节蜗杆63，所述腕关节蜗杆63啮合于所述腕关节蜗轮64，所述腕关节蜗轮64联动于所述腕关节旋转轴65。

值得一提的是，所述肘关节旋转轴45和所述腕关节旋转轴65两端还分别设置有滚珠轴承。

可以理解的是，所述仿生模块化上臂假肢结构100的屈伸动作中，所述肩关节屈伸单元20、所述肘关节屈伸单元40和所述腕关节屈伸单元60的运动传递类似，在内外旋动作中，所述大臂内外旋单元和所述小臂内外旋单元50的运动传递类似，本发明在各自由度的运动传递中，对减速器、蜗轮蜗杆组、齿轮组等具有减速功能的器件的排列顺序不做限制。

还可以理解的是，所述仿生模块化上臂假肢结构100具有五个自由度，每个自由度都有自锁功能，所述肩关节屈伸单元20、所述肘关节屈伸单元40和所述腕关节屈伸单元60依靠蜗轮蜗杆实现自锁；所述上臂内外旋单元30和所述小臂内外旋单元50依靠电磁阀(即所述第一电磁阀模块34和所述第二电磁阀模块54)实现自锁。也就是说，所述第一电磁阀模块34和所述第二电磁阀模块54不仅用于实现两个模块之间的连接，还用于实现两个模块之间位置的锁定。

应该理解的是，所述肩关节屈伸单元20、所述肘关节屈伸单元40和所述腕关节屈伸单元60除采用蜗轮和蜗杆的结构之外，还可以采用具有传动和自锁功能的其他结构，如丝杠模组等结构，本发明对此不作限制。

值得一提的是，所述腕关节屈伸单元60还设置有接口座66，用于连接不同的设备，例如假肢手或软体抓手，以使得所述仿生模块化上臂假肢结构100能够应用在不同领域，如上肢假肢或机械臂领域。

此外，还值得一提的是，所述肩关节屈伸单元20、所述上臂内外旋单元30、所述肘关节屈伸单元40、所述小臂内外旋单元50以及所述腕关节屈伸单元60采用的驱动件为电机、气缸、液压缸中的任一种。

具体地，在这一实施例中，所述肩关节屈伸单元20、所述上臂内外旋单元30、所述肘关节屈伸单元40、所述小臂内外旋单元50以及所述腕关节屈伸单元60采用的驱动件为电机，即所述肩关节驱动件21、所述上臂驱动件31、所述肘关节驱动件41、所述小臂驱动件51以及所述腕关节驱动件61均为电机。

应该理解的是，所述仿生模块化上臂假肢结构100的各自由度的驱动传递部件可以反向设置，本发明对此不作限制，所述仿生模块化上臂假肢结构100的外部结构可以采用连杆结构代替，完成支撑和固定电机的功能。本发明的所述大臂内外旋单元和所述小臂内外旋单元50的各部件位置可以放置在所述大臂模块12和所述小臂模块13的不同位置，本发明对此不作限制。在本发明的这一些实施例中，控制所述大臂内外旋单元和所述小臂内外旋单元50运动传递的末端输出形式是法兰输出，在本发明的一些实施例中，可以通过轴输出和凸台替代，本发明对此也不作限制。

可以理解的是，本发明公开了一种仿生模块化上臂假肢结构100，可以配合不同的终端设备应用在不同领域。根据人体上肢各部分尺寸、形状和重量，设计了模块化和多自由度的上臂假肢，模块化和多自由度的分布和设计可以有效地带动终端设备弥补上肢截肢者丧失的部分功能。

也就是说，本发明的所述基座模块10、所述肩部模块11、所述大臂模块12、所述小臂模块13、所述腕部模块14都是根据人体上肢各部分尺寸、形状和重量进行设计，其尺寸、形状以及重量与人体上肢各部分相似，确保具有较高的仿生度和使用效果。

还可以理解的是，本发明降低了结构的复杂度，在保证上臂假肢自由度的同时，通过模块化的设计适应上肢截肢者不同截肢程度的需要，弥补不同上肢截肢者丧失的功能。而且，本发明的整体重量(包括外部结构和驱动)和尺寸是按照成年人上肢重量和尺寸设计的，具备美容效果的同时，并不会给使用者产生较多的负担。

还可以理解的是，本发明的所述肩关节屈伸单元20、所述上臂内外旋单元30、所述肘关节屈伸单元40、所述小臂内外旋单元50以及所述腕关节屈伸单元60构成所述仿生模块化上臂假肢结构100的五个自由度，每个自由度都有自锁功能，所述肩关节屈伸单元20、所述肘关节屈伸单元40和所述腕关节屈伸单元60依靠蜗轮蜗杆实现自锁；所述上臂内外旋单元30和所述小臂内外旋单元50依靠电磁阀实现自锁。本发明的所述仿生模块化上臂假肢结构100依靠人体上肢数据进行设计，能够兼顾关节自由运动范围和自由度分布以及简单的结构和较低的重量，并能够通过模块化拼装适应上肢截肢者不同截肢程度的需要，具有较高的仿生度和良好的使用效果，有利于降低上肢假肢的弃用率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，包括基座模块、肩部模块、大臂模块、小臂模块以及腕部模块，所述基座模块和所述肩部模块通过肩关节屈伸单元形成可拆装连接，所述肩部模块和所述大臂模块通过上臂内外旋单元形成可拆装连接，所述大臂模块和所述小臂模块通过肘关节屈伸单元形成可拆装连接，所述小臂模块和所述腕部模块通过小臂内外旋单元形成可拆装连接，所述腕部模块末端设置有腕关节屈伸单元，其中所述肩关节屈伸单元、所述上臂内外旋单元、所述肘关节屈伸单元、所述小臂内外旋单元以及所述腕关节屈伸单元构成所述仿生模块化上臂假肢结构的五个自由度。

2.根据权利要求1所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述肩关节屈伸单元包括肩关节驱动件、肩关节减速器、肩关节蜗杆、肩关节蜗轮、传动组件以及肩关节旋转轴，其中所述肩关节驱动件的输出轴接入所述肩关节减速器的输入端，所述肩关节减速器的输出轴接入所述肩关节蜗杆，所述肩关节蜗杆啮合于所述肩关节蜗轮，所述肩关节蜗轮经由所述传动组件联动于所述肩关节旋转轴，所述肩关节旋转轴联动于所述基座模块。

3.根据权利要求2所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述肩关节驱动件、所述肩关节减速器、所述肩关节蜗杆、所述肩关节蜗轮以及所述传动组件均设置于所述肩部模块，所述肩关节旋转轴设置于所述基座模块；或者所述肩关节旋转轴设置于所述肩部模块，所述肩关节驱动件、所述肩关节减速器、所述肩关节蜗杆、所述肩关节蜗轮以及所述传动组件均设置于所述基座模块。

4.根据权利要求2所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述传动组件为齿轮、链条、传送带中的任一种。

5.根据权利要求1所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述上臂内外旋单元包括上臂驱动件、上臂减速器、第一连接座以及第一电磁阀模块，其中所述上臂驱动件的输出轴接入所述上臂减速器的输入端，所述上臂减速器的输出端连接于所述大臂模块以联动所述大臂模块实现上臂内外旋的功能，所述第一连接座用于连接所述上臂驱动件和所述上臂减速器，所述第一电磁阀模块用于在所述上臂内外旋单元停止工作时，锁定所述肩部模块和所述大臂模块之间的位置。

6.根据权利要求5所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述上臂驱动件、所述上臂减速器以及所述第一连接座均设置于所述肩部模块，所述第一电磁阀模块包括电磁性结构和与所述电磁性结构相适配的多个阀件，所述电磁性结构设置在所述肩部模块的底部，所述阀件设置在所述大臂模块的顶部；或者所述电磁性结构设置在所述大臂模块的顶部，所述阀件设置在所述肩部模块的底部，其中通过所述电磁性结构和所述阀件相适配的结构形成所述肩部模块和所述大臂模块之间可拆装连接的状态。

7.根据权利要求6所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述电磁性结构为轮毂式结构，具有多个卡孔，所述阀件具有位于所述大臂模块内的块状部和延伸自所述块状部的柱状部，其中所述柱状部突出于所述大臂模块并与所述卡孔相适配，在所述电磁性结构通电时，所述电磁性结构具有磁性而吸引所述阀件的柱状部插入对应的卡孔，从而形成所述肩部模块和所述大臂模块之间位置锁定的状态，在所述电磁性结构断电时，所述电磁性结构失去磁性而释放所述阀件，从而形成所述肩部模块和所述大臂模块之间位置分离的状态。

8.根据权利要求1所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述肘关节屈伸单元包括肘关节驱动件、肘关节减速器、肘关节蜗杆、肘关节蜗轮以及肘关节旋转轴，其中所述肘关节驱动件的输出轴接入所述肘关节减速器的输入端，所述肘关节减速器的输出轴接入所述肘关节蜗杆，所述肘关节蜗杆啮合于所述肘关节蜗轮，所述肘关节蜗轮联动于所述肘关节旋转轴，所述肘关节旋转轴联动于所述小臂模块。

9.根据权利要求8所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述大臂模块包括大臂腔体部和连接于所述大臂腔体部的大臂接口部，所述小臂模块具有两个小臂延伸臂并于两个所述小臂延伸臂之间形成有与所述大臂接口部相适配的凹槽，两个所述小臂延伸臂设置有供安装所述肘关节旋转轴的安装孔，其中在所述大臂接口部被装配于所述凹槽且所述肘关节旋转轴被安装于所述安装孔时，形成所述大臂模块和所述小臂模块之间可拆装连接的状态。

10.根据权利要求9所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述大臂腔体部为上窄下宽形结构，所述大臂接口部为圆柱状结构且中心设置有贯通所述安装孔的穿孔，所述肘关节驱动件和所述肘关节减速器均设置于所述大臂腔体部，所述肘关节蜗杆、所述肘关节蜗轮以及所述肘关节旋转轴均设置于所述大臂接口部，且所述肘关节旋转轴两端经由所述穿孔突出于所述大臂接口部。

11.根据权利要求1所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述小臂内外旋单元包括小臂驱动件、小臂减速器、第二连接座以及第二电磁阀模块，其中所述小臂驱动件的输出轴接入所述小臂减速器的输入端，所述小臂减速器联动于所述腕部模块以实现小臂内外旋的功能，所述第二连接座用于连接所述小臂驱动件和所述小臂减速器，所述第二电磁阀模块用于在所述小臂内外旋单元停止工作时，锁定所述小臂模块和所述腕部模块之间的位置。

12.根据权利要求11所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述小臂驱动件、所述小臂减速器以及所述第二连接座均设置于所述小臂模块，所述第二电磁阀模块的结构与第一电磁阀模块的结构相同。

13.根据权利要求1所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述腕关节屈伸单元包括腕关节驱动件、腕关节减速器、腕关节蜗杆、腕关节蜗轮以及腕关节旋转轴，其中所述腕关节驱动件的输出端连接于所述腕关节减速器的输入端，所述腕关节减速器输出端连接于所述腕关节蜗杆，所述腕关节蜗杆啮合于所述腕关节蜗轮，所述腕关节蜗轮联动于所述腕关节旋转轴，所述腕关节旋转轴两端还分别设置有滚珠轴承。

14.根据权利要求13所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述腕关节屈伸单元还设置有接口座，用于连接假肢手或软体抓手。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的仿生模块化上臂假肢结构，其特征在于，所述肩关节屈伸单元、所述上臂内外旋单元、所述肘关节屈伸单元、所述小臂内外旋单元以及所述腕关节屈伸单元采用的驱动件为电机、气缸、液压缸中的任一种。

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