CN207370781U

CN207370781U - 一种人体仿生外骨骼假肢手

Info

Publication number: CN207370781U
Application number: CN201720137231.6U
Authority: CN
Inventors: 雷硕; 王薇
Original assignee: Shanghai Science And Technology Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Science And Technology Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-05-18
Anticipated expiration: 2027-02-15

Abstract

本实用新型公开了一种人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：包括仿生手掌以及与仿生手掌相连的仿生手臂，所述仿生手掌包括手掌壳体、设在手掌壳体上的拇指、食指、中指、无名指和小指，所述仿生手掌内设有一动力装置，所述动力装置包括分别与拇指、食指、中指、无名指和小指相连的一组电机，所述仿生手臂内设有电源装置和采集控制装置，所述电源装置为动力装置和采集控制装置提供电源；所述采集控制装置一组肌电导联线以及与肌电导联线相连的控制电路板。本实用新型通过采集人体4路肌电信号，实时分析并控制电机做出各种手势，且可根据抓握物体大小，适时调整，准确、安全、灵活，拆卸组装简单，具有较大的市场价值。

Description

一种人体仿生外骨骼假肢手

技术领域

本实用新型一种新型仿生外骨骼假肢手，尤其是一种能够根据人体肌电信号做出各种不同手势的适合3D打印的外骨骼仿生假肢手。

背景技术

假肢作为截肢者的必需品，在全球众多肢体残疾的患者中，仅有少数人能负担得起佩戴假肢。现在市场上的假肢大部分是装饰性假肢，外观设计跟真实手臂一样，但没有任何功能；部分假肢开始尝试通过生物电流信号来控制其运动，商业化后价格昂贵，且手势单一，一般家庭难以承受。

市场上商业化假肢不能针对患者尺寸量身定做，且存在诸多弊端，譬如，无法选择想要弯曲的手指，只能整只手抓握，整只手的松开，没法像正常人一样做成各种手势，非常不灵活；其次，不能根据实际抓握物体的大小，调整手势的动作幅度，每次都是同样的弯曲手势，故抓取的物品容易掉落，存在安全隐患。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种人体仿生外骨骼假肢手。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种人体仿生外骨骼假肢手，包括仿生手掌以及与仿生手掌相连的仿生手臂，所述仿生手掌包括手掌壳体、设在手掌壳体上的拇指、食指、中指、无名指和小指，所述仿生手掌内设有一动力装置，所述动力装置包括分别与拇指、食指、中指、无名指和小指相连的一组电机，所述仿生手臂内设有电源装置和采集控制装置，所述电源装置为动力装置和采集控制装置提供电源；所述采集控制装置一组肌电导联线以及与肌电导联线相连的控制电路板。

进一步地，所述拇指包括拇指第一指骨以及拇指第二指骨头，拇指第一指骨和拇指第二指骨头通过第一拇指关节轴连接，拇指第二指骨通过第二拇指关节轴与手掌壳体连接，拇指第一指骨上设有鱼线固定孔，拇指第二指骨上设有用于固定鱼线的导线轴，通过鱼线的一端固定于鱼线固定孔，另一端与电机固定，所述第一拇指关节轴和第二拇指关节轴上均设有扭簧和扭簧销。

进一步地，所述食指、中指、无名指和小指结构均相同，均包括依次相连的第一指骨，第二指骨，第三指骨；第一指骨和第二指骨通过第一关节轴连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴连接，第三指骨通过第三关节轴与手掌壳体连接，第一指骨上设有鱼线固定孔，第二指骨和第三指骨上均设有用于固定鱼线的导线轴，通过鱼线的一端固定于鱼线固定孔，另一端与电机固定，所述第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴上均设有扭簧和扭簧销。

进一步地，所述导线轴两端有卡扣固定。

进一步地，所述第一拇指关节轴、第二拇指关节轴、第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴两端有卡扣固定。

进一步地，所述仿生手臂上设有对应的肌电导联线接口，所述肌电导联线接口与控制电路板连接；所述仿生手臂上设有一micro usb接口，与电脑连接，用来对电路板上的固件和算法进行升级。

进一步地，为了使鱼线更固定，所述手掌壳体上设有导线板，鱼线通过导线板进行穿线固定在特定直线上，可使鱼线沿着某一个特定的方向移动。

进一步地，所述电机通过电机固定轴进行固定。

进一步地，所述仿生手掌上设有用于绑定手臂的固定绑带。

进一步地，所述电源装置与控制电路板连接，所述控制电路板包括一个程序下载电路、与程序下载电路相连的四个肌电采集电路，与四个肌电采集电路相连的一个Arduino最小系统、以及与Arduino最小系统相连的三个电机驱动电路；肌电采集电路通过肌电导联线与肌肉相连，采集信号；电机驱动电路控制电机正反转和调速，程序下载电路采用MicroUSB接口与电脑相连，Arduino最小系统，由控制芯片Atmega2560和复位电路组成。

有益效果：本实用新型相对于现有技术而言具有以下优点：

本实用新型通过采集人体4路肌电信号，实时分析并控制电机做出各种手势，且可根据抓握物体大小，适时调整，准确、安全、灵活，同时通过3D打印来对患者量身定制，价格低廉，时尚美观，拆卸组装简单，具有较大的市场价值。

附图说明

图1是本实用新型示意图。

图2是外骨骼假肢手拇指示意图。

图3是外骨骼假肢手食指示意图。

图4是外骨骼假肢手中指示意图。

图5是外骨骼假肢手无名指示意图。

图6是外骨骼假肢手小指示意图。

图7是外骨骼假肢手手掌及动力装置示意图。

图8是外骨骼假肢手手臂及电源装置示意图。

图9是外骨骼假肢手采集控制装置示意图。

图10是外骨骼假肢手Micro usb接口和导联线接口示意图。

图11是鱼线连接示意图。

图12是导线轴结构示意图。

图13是导线板结构示意图。

图14是程序控制电路正面结构示意图。

图15为程序控制电路反面结构示意图。

其中1. 仿生手掌，2. 仿生手臂， 101. 拇指，102. 食指，103. 中指，104. 无名指，105. 小指，106.第一拇指关节轴，107. 拇指第二关节轴，106’ 第一关节轴，107’ 第二关节轴，108 第三关节轴， 109. 扭簧，110. 扭簧销，111. 导线轴， 112. 卡扣112，113.导线板，115. 电机固定轴，116. 电机，117. 手掌上盖，118. 手掌壳体，119. 鱼线，120.手臂壳体，121. 手臂上盖，122. 电池盒，123. 固定绑带，124. 肌电导联线，125. 控制电路板，126. Micro usb接口，127. 导联线接口，128. 通孔，129. 鱼线固定孔，

1011. 拇指第一指骨，1012. 拇指第二指骨，

1021. 食指第一指骨，1022. 食指第二指骨，1023. 食指第三指骨，

1031. 中指第一指骨，1032. 中指第二指骨，1033. 中指第三指骨，

1041. 无名指第一指骨，1042. 无名指第二指骨，1043. 无名指第三指骨，

1051. 小指第一指骨，1052. 小指第二指骨，1053. 小指第三指骨。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，一种新型仿生外骨骼假肢手，包括：仿生手掌1，仿生手臂2，电源装置，采集控制装置。其中所述仿生手掌1包括一个拇指101，一个食指102，一个中指103，一个无名指104，一个小指105，一个手掌壳体，一个手掌上盖117以及位于手掌壳体118内的5颗微型推杆电机116；其中所述仿生手臂2包括一个手臂壳体120，一个手臂上盖121，电源装置包括一个内置电池盒122以及固定绑带123；其中采集控制装置包括4路通道的肌电导联线124，一个控制电路板125。本实施例是一种通过采集人体四组肌肉电信号，针对不同的信号做出各种手势的适合3D打印的外骨骼仿生假肢手，拇指101、食指102、中指103、无名指104、小指105分别于手掌壳体118对应的配合点用转轴安装，食指102、中指103、无名指104、小指105具有3个转动关节，拇指101具有2个转动关节，每个关节处用转轴连接，同时配合有扭簧109和扭簧销110支撑关节两端。如图11所示，整个手指配有通孔128，使用鱼线一端固定于手指顶部，通过通孔，一端固定于手掌壳体内电机116，当手掌壳体打开时，通过扭簧109支持手掌全部张开，当手掌握拳时，通过电机116拉动鱼线使扭簧109压缩，使手掌收缩。手掌壳体118与手臂壳体120通过螺丝螺母连接。

如图2所示，所述的拇指101部分包括拇指第一指骨1011，拇指第二指骨1012，扭簧109和扭簧销110，第一关节轴106’，第二关节轴107’，导线轴111和卡扣112。第一指骨和第二指骨通过第一关节轴106’连接，第二指骨通过第二关节轴107’与手掌壳体118连接。所有关节处均配合有扭簧109和扭簧销110。第二指骨内配有导线轴111。关节轴、导线轴111两端均有卡扣112固定。

如图3和13所示，所述的食指102部分包括食指第一指骨1021，食指第二指骨1022，食指第三指骨1023，扭簧109和扭簧销110，第一关节轴106’，第二关节轴107’，第三关节轴108’，导线轴111和卡扣112。第一指骨和第二指骨通过第一关节轴106’连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴107’连接，第三指骨通过第三关节轴108’与手掌壳体118连接。所有关节处均配合有扭簧109和扭簧销110。第二、三指骨内配有导线轴111。关节轴、导线轴111两端均有卡扣112固定。

如图4所示，所述的中指103部分包括中指第一指骨1031，中指第二指骨1032，中指第三指骨1033，扭簧109和扭簧销110，第一关节轴106’，第二关节轴107’，第三关节轴108’，导线轴111和卡扣112。第一指骨和第二指骨通过第一关节轴106’连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴107’连接，第三指骨通过第三关节轴108’与手掌壳体118连接。所有关节处均配合有扭簧109和扭簧销110。第二、三指骨内配有导线轴111。关节轴、导线轴111两端均有卡扣112固定。

如图5所示，所述无名指104部分包括无名指第一指骨1041，无名指第二指骨1042，无名指第三指骨1043，扭簧109和扭簧销110，第一关节轴106’，第二关节轴107’，第三关节轴108’，导线轴111和卡扣112。第一指骨和第二指骨通过第一关节轴106’连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴107’连接，第三指骨通过第三关节轴108’与手掌壳体118连接。所有关节处均配合有扭簧109和扭簧销110。第二、三指骨内配有导线轴111。关节轴、导线轴111两端均有卡扣112固定。

如图6所示，所述的小指105部分包括小指第一指骨1051，小指第二指骨1052，小指第三指骨1053，扭簧109和扭簧销110，第一关节轴106’，第二关节轴107’，第三关节轴108’，导线轴111和卡扣112。第一指骨和第二指骨通过第一关节轴106’连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴107’连接，第三指骨通过第三关节轴108’与手掌壳体118连接。所有关节处均配合有扭簧109和扭簧销110。第二、三指骨内配有导线轴111。关节轴、导线轴111两端均有卡扣112固定。

如图7所示，所述仿生手掌包括手掌壳体118，手掌上盖117，5个微型推杆电机116，鱼线，电机116固定轴，导线板113，卡扣112。电机116均卡入手掌壳体118内部，使用电机116固定轴固定，固定轴两端均有卡扣112固定。在手指与手掌连接处具配有导线板113。鱼线一端连接电机116，通过导线板113，手指个指骨通孔，另一端连接手指第一指骨。手掌上盖117通过螺丝螺母与手掌壳体118固定。

如图8所示，电源装置包括设在手臂壳体120上内置电池盒122。手臂上盖121通过螺丝螺母与手臂壳体120固定，内部空间放置控制电路板125。电池盒内置两枚9v电池，通过导线与电路板连接。固定绑带为两根，可插入卡槽中，并可调整位置。

如图9和10所示，所述的采集控制装置包括4路通道的肌电导联线124，一个控制电路板125。电路板通过螺丝螺母固定在手臂壳体120内。手臂壳体120内侧留有一个microusb接口，可与电路板usb接口相连，留有4个插口，可以将导联线插入电路板肌电信号接口。

如图12所示的导线轴结构示意图，导线轴中部有凹槽，可使鱼线固定在凹槽中移动。

如图14和15所示，控制电路板包括一个程序下载电路、与程序下载电路相连的四个肌电采集电路，与四个肌电采集电路相连的一个Arduino最小系统、以及与Arduino最小系统相连的三个电机驱动电路；肌电采集电路通过肌电导联线与肌肉相连，采集信号；电机驱动电路控制电机正反转和调速，程序下载电路采用Micro USB接口与电脑相连，Arduino最小系统，由控制芯片Atmega2560和复位电路组成。

本实施例的工作原理：首先，将肌电导联线124连接到人体不同的肌肉群上，采集人体的肌肉电信号，输入到控制电路板，通过算法分析，计算出运动模式，基于该设定的运动模式，控制推杆电机116拉伸推杆。拉推杆时，电机116往手掌内拉动鱼线，压缩关节处的扭簧109，使手指弯曲；伸推杆时，电机116往外释放鱼线，通过扭簧109本身的作用，使手指张开。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：包括仿生手掌以及与仿生手掌相连的仿生手臂，所述仿生手掌包括手掌壳体、设在手掌壳体上的拇指、食指、中指、无名指和小指，所述仿生手掌内设有一动力装置，所述动力装置包括分别与拇指、食指、中指、无名指和小指相连的一组电机，所述仿生手臂内设有电源装置和采集控制装置，所述电源装置为动力装置和采集控制装置提供电源；所述采集控制装置为一组肌电导联线以及与肌电导联线相连的控制电路板。

2.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述拇指包括拇指第一指骨以及拇指第二指骨头，拇指第一指骨和拇指第二指骨头通过第一拇指关节轴连接，拇指第二指骨通过第二拇指关节轴与手掌壳体连接，拇指第一指骨上设有鱼线固定孔，拇指第二指骨上设有用于固定鱼线的导线轴，通过鱼线的一端固定于鱼线固定孔，另一端与电机固定，所述第一拇指关节轴和第二拇指关节轴上均设有扭簧和扭簧销。

3.根据权利要求2所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述食指、中指、无名指和小指结构均相同，均包括依次相连的第一指骨，第二指骨，第三指骨；第一指骨和第二指骨通过第一关节轴连接，第二指骨和第三指骨通过第二关节轴连接，第三指骨通过第三关节轴与手掌壳体连接，第一指骨上设有鱼线固定孔，第二指骨和第三指骨上均设有用于固定鱼线的导线轴，通过鱼线的一端固定于鱼线固定孔，另一端与电机固定，所述第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴上均设有扭簧和扭簧销。

4.根据权利要求3所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述导线轴两端有卡扣固定。

5.根据权利要求3所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述第一拇指关节轴、第二拇指关节轴、第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴两端有卡扣固定。

6.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述仿生手臂上设有对应的肌电导联线接口，所述肌电导联线接口与控制电路板连接；所述仿生手臂上设有一usb接口。

7.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述手掌壳体上设有导线板。

8.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述电机通过电机固定轴进行固定。

9.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述仿生手掌上设有用于绑定手臂的固定绑带。

10.根据权利要求1所述的人体仿生外骨骼假肢手，其特征在于：所述电源装置与控制电路板连接，所述控制电路板包括程序下载电路、与程序下载电路的Arduino最小系统、与Arduino最小系统相连的肌电采集电路，与Arduino最小系统相连的电机驱动电路。