CN209933084U - 蜗轮自锁式单自由度假肢手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蜗轮自锁式单自由度假肢手。本实用新型假肢手由三级机械传动及四杆机构组成；第一级采用三个直齿轮，第二直齿轮为惰轮，第二级采用蜗杆蜗轮传动，第三级采用两个直齿轮；蜗杆与蜗轮处于中间级传动避免了蜗轮大的受力及高转速，有效减小了蜗轮的磨损；驱动电机置于机架空腔内，其轴线与食指杆件运动轴线相垂直，减小了假肢手尺寸，特别是腕部联接处尺寸；所提单自由度假肢手所用机械零件少，结构简单，重量轻，机械自锁可靠。

Description

蜗轮自锁式单自由度假肢手

技术领域

本实用新型属于医疗康复器械领域，特别涉及一种蜗轮自锁式单自由度假肢手。

背景技术

假肢手安装于残疾人残肢处，用于实现人手的某些功能。近年来，多自由度假肢手的专利文件较多，而关于单自由度假肢手的实用新型极少，然而，单自由度假肢手由于结构简单、价格低廉、夹持力量大等优势，仍是目前市场的主流产品。应用中，几乎都采用OttoBock公司的单自由度假肢手结构。该种假肢手用直流电机驱动，通过三级减速，带动拇指及对面的食指作夹持运动。其中，第一级减速采用摩擦式行星减速器，用套装在行星系杆上三个行星轮支承轴上的三个微型深沟轴承代替行星齿轮，三个微型深沟轴承向内紧压在电机输出轴颈上，向外与起太阳轮作用的钢圈内壁摩擦，系杆上的两个拨动销轴输出运动。第二级和第三级减速采用外啮合圆柱齿轮传动。由于假肢手用锂电池供电，电池容量有限，没有采用步进电机或伺服电机的电气锁紧方式，而是采用机械锁紧方式。该机械锁紧方式比较特殊，在第一级减速器输出轴上加工有微型圆柱齿轮，圆柱齿轮外周两侧分别与两个起齿条作用拨片啮合。拨片为椭圆状薄钢片，拨片中部沿长轴方向加工有带圆角的矩形孔，矩形孔的两个长边都加工有轮齿，相当于两个齿条，每一时刻，都有两个齿条的一个与输出轴齿轮啮合，拨片的外周上加工有对称的滑槽，行星系杆的两个输出拨动销轴插入于每个拨片上的两个滑槽中。当电机回转而使系杆作减速回转时，系杆的两个拨动销轴带动两个拨片做同步回转，两个拨片的相对面的齿条夹住输出轴齿轮，带动齿轮也做同步回转，再经后两级的减速，实现了假肢手的运动。而当电机静止时，由于假肢手指所受夹持物体的反力及所持物体重量的作用，使手指松动，从而使行星减速器输出齿轮作相应方向的转动，使与其啮合的两个拨片沿系杆的两个拨动销轴作相对的径向运动，两个拨片的外周表面与制动圈内表面压紧，产生周向摩擦力矩，阻止手指的张开及物体的下滑运动，从而起到机械自锁作用。系杆各零件及两个拨片尺寸微小，精致。

然而，目前经典的单自由度假肢手在实际使用中存在如下缺陷：

(1)由于拨片外周表面面积很小，其与制动圈之间的摩擦力矩也小，自锁功能较差，常出现手指松动及物体下垂的现象。

(2)由于拨片与制动圈实现摩擦制动及退出制动状态都需要拨片的相对径向运动，常出现手指运动时的抖动。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前单自由度假肢手产品及专利技术中的不足，提供一种结构简单、自锁可靠、重量轻的单自由度假肢手结构。

本实用新型通过下述技术方案实现：

以下把某零件接近腕部的孔称为近端孔，而把远离腕部的孔称为远端孔，处于两孔之间的孔称为中间孔；蜗轮自锁式单自由度假肢手由三级机械传动及手指指节四杆机构组成；假肢手外壳由机架及侧盖组成，侧盖通过侧盖螺钉联接于机架；假肢手由一台直流电机驱动，电机通过电机螺钉联接于联接板上，电机轴径从联接板的另一侧伸出，第一直齿轮固定于电机输出轴轴径上，惰轮轴套动配合套装在惰轮托架的中心轴上，第二直齿轮紧配合套装在惰轮轴套上，使第二直齿轮可以绕惰轮托架中心轴回转，惰轮托架通过托架螺钉联接于联接板，第二直齿轮与第一直齿轮相啮合，第三直齿轮通过D形中心孔套装在蜗杆的D形截面轴径上，第一弹性卡圈紧配合套装在蜗杆轴径的槽内，对第三直齿轮起轴向定位作用，第三直齿轮与第二直齿轮相啮合，第二直齿轮起惰轮的作用，第一直齿轮、第二直齿轮及第三直齿轮组成了假肢手的第一级机械传动；蜗杆前端支架的外圆柱部分插入于联接板的圆孔中，具凸缘的蜗杆前端轴套安装于蜗杆前端支架的中心孔中，蜗杆的前端轴颈穿过蜗杆前端轴套的中心孔，蜗杆前端轴套对蜗杆前端起到径向及轴向约束的作用，蜗杆可以绕蜗杆前端轴套中心孔回转，蜗杆的后端轴颈穿过具凸缘的蜗杆后端轴套的中心孔，蜗杆后端轴套紧配合联接于蜗杆后端支架的中心孔中，蜗杆后端支架通过埋头螺钉联接于机架上，联接板通过联接板螺钉联接于机架，具凸缘的蜗轮前端轴套紧配合插入于侧盖的一个孔中，具凸缘的蜗轮后端轴套紧配合插入于机架的一个孔中，两个孔是同轴的，第四直齿轮轴的一端轴颈动配合插入于蜗轮前端轴套的中心孔中，第四直齿轮轴的另一端轴颈动配合插入于蜗轮后端轴套的中心孔中，蜗轮通过其D形中心孔套装于第四直齿轮轴的D形截面轴上，第四直齿轮轴上的一个台肩对蜗轮的一个方向实行轴向定位，第二弹性卡圈紧配合套装在第四直齿轮轴的一个槽内，第二弹性卡圈对蜗轮实行另一个方向的轴向定位，蜗轮与蜗杆相啮合，蜗杆及蜗轮组成了假肢手的第二级机械传动；食指销轴通过食指销轴螺钉固定联接于机架及侧盖之间，第五直齿轮为一扇形齿轮，第五直齿轮的近端孔动配合套装在食指销轴上，可以绕食指销轴回转，第五直齿轮与第四直齿轮轴上的直齿轮部分相啮合，第五直齿轮与第四直齿轮组成了假肢手第三级机械传动；第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件的近端孔都动配合套装在食指销轴上，并可绕食指销轴轴线做回转运动，第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件的远端孔都紧配合套装在连杆销轴上，第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件是同步运动的，拇指销轴通过拇指销轴螺钉固定联接在机架和侧盖之间，拇指基杆的中间孔动配合套装在拇指销轴上，可绕拇指销轴回转，拇指杆件的近端孔动配合套装在拇指外摆销轴上，拇指外摆销轴动配合套装于拇指基杆的远端孔内，用健康手的扳动可以实现拇指杆件的外摆姿态，基杆销轴紧配合联接于拇指基杆的近端孔中，连杆的一端孔动配合套装在基杆销轴轴径上，连杆的另一端孔动配合套装于连杆销轴上，食指杆件、连杆、拇指基杆及机架组成了四杆机构；假肢手通过三级机械传动及四杆机构，把电机的正反向转动转化为食指及拇指的开合运动；当电机不转动时，蜗杆蜗轮机构起机械自锁作用，防止物体滑落；电机置于机架空腔内，电机的轴线与食指杆件运动轴线相垂直。

本实用新型具有如下技术优势：

(1)由于采用蜗杆蜗轮传动，单自由度假肢手具有非常可靠的机械自锁能力，不会产生手指持物时的松动及所持物体的下滑，也不会产生假肢手指的运动抖动。

(2)单自由度假肢手的机械传动中，蜗杆蜗轮传动处于中速级，避免了蜗杆蜗轮之间的高速相对运动，由于蜗杆蜗轮传动不在最后一级，蜗杆蜗轮所受啮合力较小，大大减小了蜗轮的磨损，该单自由度假肢手可以长期使用而无需维修。

(3)在第一级机械传动中采用了惰轮传递运动，极大地缩减了第一级机械传动的尺寸。

(4)驱动电机置于假肢手机架空腔内，电机轴线与食指杆件运动轴线相垂直，极大缩减了假肢手腕部的尺寸。

(5)所提蜗轮自锁式单自由度假肢手较传统的单自由度假肢手所用零件数量大为减少，假肢手具有结构简单、尺寸小、重量轻的优点。

附图说明

图1蜗轮自锁式单自由度假肢手第一级机械传动示意图；

图2蜗轮自锁式单自由度假肢手第二级机械传动示意图；

图3蜗轮自锁式单自由度假肢手第三级机械传动及四杆机构示意图；

图4蜗轮自锁式单自由度假肢手整机机械结构图。

其中：

1.蜗杆后端支架 2.蜗杆后端轴套 3.蜗杆 4.蜗杆前端轴套

5.蜗杆前端支架 6.第三直齿轮 7.第一弹性卡圈 8.惰轮托架

9.惰轮轴套 10.第二直齿轮 11.托架螺钉 12.第一直齿轮

13.电机螺钉 14.联接板 15.电机 16.机架

17.蜗轮后端轴套 18.第四直齿轮轴 19.第二弹性卡圈

20.蜗轮21.侧盖 22.蜗轮前端轴套 23.侧板螺钉

24.联接板螺钉 25.中指杆件 26.指间隔套 27.食指杆件

28.连杆 29.连杆销轴 30.食指销轴 31.食指销轴螺钉

32.拇指销轴螺钉 33.拇指杆件 34.拇指外摆销轴 35.拇指销轴

36.拇指基杆 37.基杆销轴 38.第五直齿轮。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

蜗轮自锁式单自由度假肢手由三级机械传动及手指指节四连杆机构组成；为表达清楚，图1只表示出了假肢手第一级传动相关部分，假肢手由一台直流电机15驱动，电机15通过电机螺钉13联接于联接板14上，电机15轴径从联接板14的另一侧伸出，第一直齿轮12固定于电机15输出轴轴径上，惰轮轴套9动配合套装在惰轮托架8的中心轴上，第二直齿轮10紧配合套装在惰轮轴套9上，使第二直齿轮10可以绕惰轮托架8中心轴回转，惰轮托架8通过托架螺钉11联接于联接板14，第二直齿轮10与第一直齿轮12相啮合，第三直齿轮6通过D形中心孔套装在蜗杆3的D形截面轴径上，第一弹性卡圈7紧配合套装在蜗杆3轴径的槽内，第一弹性卡圈7对第三直齿轮6起轴向定位作用，第三直齿轮6与第二直齿轮10相啮合，第二直齿轮10起惰轮的作用，第一直齿轮12、第二直齿轮10及第三直齿轮6组成了假肢手的第一级机械传动；蜗杆前端支架5的外圆柱部分插入于联接板14的圆孔中，具有凸缘的蜗杆前端轴套4安装于蜗杆前端支架5的中心孔中，蜗杆3的前端轴颈穿过蜗杆前端轴套4的中心孔，蜗杆前端轴套4对蜗杆3前端起到径向及轴向约束的作用，蜗杆3可以绕蜗杆前端轴套4中心孔回转，蜗杆3的后端轴颈穿过具凸缘的蜗杆后端轴套2的中心孔，蜗杆后端轴套2紧配合联接于蜗杆后端支架1的中心孔中；为表达清楚，图2只表示出了与假肢手第二级机械传动相关的部分，蜗杆后端支架1通过埋头螺钉联接于机架16上，联接板14通过联接板螺钉24联接于机架16，具有凸缘的蜗轮前端轴套22紧配合插入于侧盖21的孔一中，具有凸缘的蜗轮后端轴套17紧配合插入于机架16的孔二中，孔一和孔二是同轴的，第四直齿轮轴18的一端轴颈动配合插入于蜗轮前端轴套22的中心孔中，第四直齿轮轴18的另一端轴颈动配合插入于蜗轮后端轴套17的中心孔中，蜗轮20通过其D形中心孔套装于第四直齿轮轴18的D形截面轴上，第四直齿轮轴18上的一个台肩对蜗轮20的一个方向实行轴向定位，第二弹性卡圈19紧配合套装在第四直齿轮轴18的一个槽内，第二弹性卡圈19对蜗轮20实行另一个方向的轴向定位，蜗轮20与蜗杆3相啮合，蜗杆3及蜗轮20组成了假肢手的第二级机械传动；为表达清楚，图3只示出了与假肢手第三级机械传动及手指四杆机构相关的部分，食指销轴30通过食指销轴螺钉31固定联接于机架16及侧盖21之间，第五直齿轮38为一扇形齿轮，第五直齿轮38的近端孔动配合套装在食指销轴30上，可以绕食指销轴30回转，第五直齿轮38与第四直齿轮轴18上的直齿轮部分相啮合，第五直齿轮38与第四直齿轮轴18组成了假肢手第三级机械传动；第五直齿轮38、食指杆件27、指间隔套26及中指杆件25的近端孔都动配合套装在食指销轴30上，并可绕食指销轴30轴线做回转运动，第五直齿轮38、食指杆件27、指间隔套26及中指杆件25的远端孔都紧配合套装在连杆销轴29上，第五直齿轮38、食指杆件27、指间隔套26及中指杆件25是同步运动的，拇指销轴35通过拇指销轴螺钉32固定联接在机架16和侧盖21之间，拇指基杆36的中间孔动配合套装在拇指销轴35上，可绕拇指销轴35回转，拇指杆件33的近端孔动配合套装在拇指外摆销轴34上，拇指外摆销轴34动配合套装于拇指基杆36的远端孔内，用健康手的扳动可以实现拇指杆件33的外摆姿态，基杆销轴37紧配合联接于拇指基杆36的近端孔中，连杆28的一端孔动配合套装在连杆销轴29轴径上，连杆28的另一端孔动配合套装于基杆销轴37上，食指杆件27、连杆28、拇指基杆36及机架16组成了四杆机构；假肢手通过三级机械传动及四杆机构，把电机15的正反向转动转化为食指杆件27及拇指杆件33开合运动；电机15置于机架16空腔内，电机15的轴线与食指杆件27运动轴线相垂直。图4蜗轮自锁式单自由度假肢手整机机械结构图。

Claims (3)

1.一种蜗轮自锁式单自由度假肢手，其特征在于：所述假肢手由第一级机械传动、第二级机械传动、第三级机械传动及手指指节四杆机构组成；

所述第一级机械传动包括直流电机、第一直齿轮、第二直齿轮及第三直齿轮；假肢手外壳由机架及侧盖组成，侧盖通过侧盖螺钉联接于机架；假肢手由直流电机驱动，直流电机通过电机螺钉联接于联接板上，电机轴径从联接板的另一侧伸出，第一直齿轮固定于电机输出轴轴径上，惰轮轴套动配合套装在惰轮托架的中心轴上，第二直齿轮紧配合套装在惰轮轴套上，惰轮托架通过托架螺钉联接于联接板，第二直齿轮与第一直齿轮相啮合，第三直齿轮与蜗杆轴颈固定联接，第一弹性卡圈紧配合套装在蜗杆轴径的槽内，第三直齿轮与第二直齿轮相啮合，蜗杆前端支架的外圆柱部分插入于联接板的圆孔中，具有凸缘的蜗杆前端轴套安装于蜗杆前端支架的中心孔中，蜗杆的前端轴颈穿过蜗杆前端轴套的中心孔，蜗杆的后端轴颈穿过具凸缘的蜗杆后端轴套的中心孔，蜗杆后端轴套紧配合联接于蜗杆后端支架的中心孔中，

所述第二级机械传动包括第四直齿轮、蜗杆及蜗轮，蜗杆后端支架通过埋头螺钉联接于机架上，联接板通过联接板螺钉联接于机架，具有凸缘的蜗轮前端轴套紧配合插入于侧盖的孔一中，具有凸缘的蜗轮后端轴套紧配合插入于机架的孔二中，孔一和孔二是同轴的，第四直齿轮轴的一端轴颈动配合插入于蜗轮前端轴套的中心孔中，第四直齿轮轴的另一端轴颈动配合插入于蜗轮后端轴套的中心孔中，蜗轮固定联接于第四直齿轮轴上，第四直齿轮轴上的一个台肩对蜗轮的一个方向实行轴向定位，第二弹性卡圈紧配合套装在第四直齿轮轴的一个槽内，第二弹性卡圈对蜗轮实行另一个方向的轴向定位，蜗轮与蜗杆相啮合；

所述第三级机械传动包括第五直齿轮与第四直齿轮，食指销轴通过食指销轴螺钉固定联接于机架及侧盖之间，第五直齿轮为一扇形齿轮，第五直齿轮的近端孔动配合套装在食指销轴上，第五直齿轮与第四直齿轮轴上的直齿轮部分相啮合；第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件的近端孔都动配合套装在食指销轴上，第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件的远端孔都紧配合套装在连杆销轴上，第五直齿轮、食指杆件、指间隔套及中指杆件是同步运动的，拇指销轴通过拇指销轴螺钉固定联接在机架和侧盖之间，拇指基杆的中间孔动配合套装在拇指销轴上，拇指杆件的近端孔动配合套装在拇指外摆销轴上，拇指外摆销轴动配合套装于拇指基杆的远端孔内，基杆销轴紧配合联接于拇指基杆的近端孔中，连杆的一端孔动配合套装在基杆销轴轴径上，连杆的另一端孔动配合套装于连杆销轴上，食指杆件、连杆、拇指基杆及机架组成了四杆机构。

2.根据权利要求1所述蜗轮自锁式单自由度假肢手，其特征在于：第三直齿轮通过其中心的D形孔装配于蜗杆轴的D形截面轴颈上；蜗轮通过其D形中心孔安装于第四齿轮轴的D形截面轴颈上。

3.根据权利要求1所述蜗轮自锁式单自由度假肢手，其特征在于：电机置于机架空腔内，电机的轴线与食指杆件运动轴线相垂直。

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