一種欠驅動假肢手的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種欠驅動假肢手，包括手掌、拇指和四根手指，手指由手指本體和手指內傳動機構構成，拇指由拇指本體和拇指內傳動機構構成，手掌內設有指間驅動機構和拇指驅動機構；手指本體以滑輪為主要部件，手指內傳動機構采用張緊繩和放松繩依次交替纏繞于手指的各滑輪上，指間驅動機構采用單個電機驅動兩個手指以及其多個自由度；拇指本體內以滑輪為主要部件，手指本體內傳動機構采用傳動繩作為傳動介質，指間驅動機構采用槽輪組件、齒輪組件和曲柄滑塊組件配合傳動，實現單個電機控制拇指的多個自由度。本發明手指和拇指及其驅動機構配合形成一個欠驅動機構，完成對各種物體的包絡自適應抓取，結構簡單，體積小，重量輕，美觀實用。
【專利說明】一種欠驅動假肢手
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療器械領域，具體涉及一種欠驅動假肢手。
【背景技術】
[0002]理想的假肢手應該不僅僅具有裝飾功能，而且能夠在感覺和運動功能上替代人手，但是現在國內外實驗室研究的假肢手還不能到達這種理想的要求。作為殘疾人假肢使用的假肢手，如加拿大的TBM手，英國的1-1imb手等，其結構簡單，體積重量與人手相近，具有裝飾功能。目前已投入使用的商用假肢手多數只有I~3個自由度。國內哈爾濱工業大學和德國宇航中心最新研制了集成度和擬人化程度高的五指仿人手，該手具有很強的操作能力，但質量有1.5kg，不適用于假肢場合。為了實時有效地控制機器人多指手，機器人多指手自由度不宜過多，最近有研究稱假肢手的最佳驅動數為3個。為了減少驅動數，一些假肢手嘗試用一個電機同時驅動拇指的彎曲和側擺，例如MANUS手，但是傳動機構過于復雜。
[0003]傳統驅動方式控制電路復雜、體積大，影響控制的可靠性，軟件設計工作量也大。Shigeo Hirose于1978年首先提出了繩索式欠驅動機構，奠定了欠驅動研究的基礎，欠驅動機構的基本原理是系統的驅動數少于自由度數，給控制系統帶來了方便。
【發明內容】
[0004]基于現有技術的改進需求，本發明提供一種假肢手，采用三個動力源控制假肢手的多個自由度，完成對各 種物體的包絡自適應抓取，解決傳統假手結構復雜、體積大、重量重的問題。
[0005]一種假肢手，包括手掌、食指、中指、無名指、小指、姆指；食指、中指、無名指和小指結構相同，統一采用手指表示，手指由手指本體和手指內傳動機構構成，拇指由拇指本體和拇指內傳動機構構成，手掌內設有指間驅動機構和拇指驅動機構，其特征在于，
[0006]手指本體由近及遠依次包括手指掌指關節、手指近指節、手指近端指間關節、手指中指節、手指遠端指間關節和手指遠指節；
[0007]手指掌指關節包括第二滑輪、第一扭簧、掌指關節旋轉軸和第一扭簧限位桿，第二滑輪和第一扭簧套放于掌指關節旋轉軸上，第一扭簧限位桿用于對第一扭簧限位；
[0008]手指近指節包括第三滑輪、手指近指節旋轉軸、手指近指節左支撐板和手指近指節右支撐板，第三滑輪套放于手指近指節旋轉軸上，手指近指節旋轉軸兩端分別連接手指近指節左支撐板遠端和手指近指節右支撐板遠端，另有手指掌指關節的掌指關節旋轉軸兩端分別連接手指近指節的手指近指節左支撐板近端和手指近指節右支撐板近端；
[0009]手指近端指間關節包括第四滑輪、第二扭簧和手指近端指間關節旋轉軸，第四滑輪和第二扭簧套放于手指近端指間關節旋轉軸上；
[0010]手指中指節包括第五滑輪、手指中指節旋轉軸、手指中指節左支撐板和手指中指節右支撐板，第五滑輪套放于手指中指節旋轉軸上，手指中指節旋轉軸兩端分別連接手指中指節左支撐板和手指中指節右支撐板之間，手指中指節左支撐板和手指中指節右支撐板近端插入手指近指節左支撐板遠端和手指近指節右支撐板遠端之間、套在手指近端指間關節旋轉軸上；
[0011]手指遠端指間關節包括第六滑輪、第三扭簧和手指遠端指間關節旋轉軸，第六滑輪和第三扭簧套放于手指遠端指間關節旋轉軸上，手指遠端指間關節旋轉軸分別連接手指中指節左支撐板遠端和手指中指節右支撐板遠端；
[0012]手指遠指節為一體成型的塊狀結構，套放在手指遠端指間關節旋轉軸；
[0013]上述手指掌指關節、手指近端指間關節和手指遠端指間關節處的滑輪位置遠近對應、扭簧位置遠近對應；
[0014]手指內傳動機構包括張緊繩、放松繩、第一滑輪、驅動繩、指前節軸、指前節左支撐板和指前節右支撐板；第一滑輪套放于指前節軸上，指前節軸兩端分別連接指前節左支撐板和指前節右支撐板近端，掌指關節的掌指關節旋轉軸兩端分別連接指前節左支撐板遠端和指前節右支撐板遠端，指前節左支撐板近端和指前節右支撐板近端還連接手掌；第一滑輪表面開有三個線槽，分別放置張緊繩、放松繩和驅動繩，張緊繩和放松繩對稱地依次交替纏繞于第一~六滑輪，最后固定于手指遠指節上；驅動繩用于驅動第一滑輪旋轉，進而驅使張緊繩張緊和放松繩伸展，使得近指節、中指節和遠指節分別繞第一近指節旋轉軸、第一中指節旋轉軸和遠指節旋轉軸彎曲，完成抓取動作；驅動繩還用于驅動第一滑輪反向旋轉，進而驅使張緊繩伸展和放松繩張緊，完成復位動作；
[0015]指間驅動機構包括兩個結構相同的指間傳動模塊，其中一個連接食指和中指的驅動繩，用于食指和中指的驅動，另一個連接無名指和小指的驅動繩，用于無名指和小指的驅動；
[0016]拇指本體由近及遠依次包括拇指近指節、拇指中指節和拇指遠指節；
[0017]拇指近指節包括拇指基座、拇指近指節左支撐板、拇指近指節右支撐板、第八滑輪、第四扭簧和拇指近指節旋轉軸，第八滑輪和第四扭簧套放于拇指近指節旋轉軸上，拇指近指節旋轉軸兩端分別連接拇指近指節左支撐板和拇指近指節右支撐板，拇指近指節左支撐板和拇指近指節右支撐板下端固定于拇指基座上，拇指基座通過軸承與手掌轉動連接；
[0018]拇指中指節包括拇指中指節左支撐板、拇指中指節右支撐板、第九滑輪、第五扭簧和拇指中指節旋轉軸，第九滑輪和第五扭簧套在拇指中指節旋轉軸上，拇指中指節旋轉軸固定于拇指中指節左支撐板和拇指中指節右支撐板之間，拇指中指節左支撐板和拇指中指節右支撐板下端插入拇指近指節左支撐板和拇指近指節右支撐板之間、套在拇指近指節旋轉軸上；
[0019]姆指遠指節包括姆指遠指套、姆指遠指節左支撐板和姆指遠指節右支撐板，姆指遠指節左支撐板和拇指遠指節右支撐板分別固接于拇指遠指套下端左右兩側，拇指遠指節左支撐板和遠指節右支撐板下端插入拇指中指節左支撐板和拇指中指節右支撐板之間、套在拇指中指節旋轉軸上；
[0020]拇指內傳動機構包括第二傳動繩和導向輪。第二傳動繩的一端連接曲柄滑塊組件的第二滑塊，另一端經導向輪導向后依次交替纏繞拇指內的第八滑輪和第九滑輪，再連接拇指遠指套；第二滑塊帶動第二傳動繩張緊和伸展，完成拇指彎曲動作；
[0021]拇指驅動機構包括拇指驅動電機、拇指減速器、槽輪組件、齒輪組件和曲柄滑塊組件；拇指驅動電機和減速器固定于手掌，拇指驅動電機連接減速器連接，減速器連接槽輪組件連接，槽輪組件分別連接齒輪組件和曲柄滑塊組件，齒輪組件連接拇指基座，曲柄滑塊組件連接拇指內傳動機構的第二傳動繩；拇指驅動電機輸出的動力經過減速器后傳送給槽輪組件，槽輪組件再通過齒輪組件將動力傳送給拇指基座，完成拇指的內收外擺動作；槽輪組件還用于通過曲柄滑塊組件將動力傳送給拇指內傳動機構的第二傳動繩，驅使拇指完成彎曲動作。
[0022]進一步地，所述指間傳動模塊包括輸出軸為絲桿的手指驅動電機、絲桿螺母、第一直線導軌、第一滑塊、第七滑輪、第一傳動繩、第一導向輪組和拉簧；直線電機的絲桿連接絲桿螺母，絲桿螺母推動第一滑塊在第一導軌上直線運動；第一滑塊內部設有第七滑輪，第七滑輪上纏繞有第一傳動繩，第一傳動繩通過導向輪組導向連接兩根受控手指的驅動繩；另設有第一拉簧，連接滑塊，用于幫助滑塊復位。 [0023]進一步地，所述槽輪組件包括主動撥盤、曲柄、從動槽輪和圓銷，主動撥盤為中部具有環形凸臺的圓筒，環形凸臺具有圓弧形缺口，環形凸臺一側的圓筒伸入拇指基座的內孔；曲柄上具有中心孔及其左右兩側的左端孔、右端孔，曲柄的中心孔套于主動撥盤的環形凸臺另一側圓筒并和主動撥盤環形凸臺固連，曲柄的右端孔和圓銷的一端螺紋連接；從動槽輪具有軸孔和開口的徑向直槽，從動槽輪上相應軸孔位置具有圓筒形凸臺，從動槽輪邊緣分別具有關于徑向直槽對稱的左鎖止弧和右鎖止弧，從動槽輪連接齒輪組件；在拇指驅動電機帶動下，主動撥盤作等速連續轉動，當主動撥盤上的圓銷未進入從動槽輪的直槽時，從動槽輪因其內凹的左鎖止弧鎖住而靜止；當圓銷進入徑向直槽時，左鎖止弧和主動撥盤的凸臺脫開，減速器的動力傳給主動撥盤，從動槽輪在圓銷的驅動下轉動。
[0024]進一步地,所述齒輪組件包括主動齒輪和從動齒輪,主動齒輪與從動槽輪同軸連接，從動齒輪固連拇指基座，從動槽輪將動力傳給與其同軸的主動齒輪，通過齒輪嚙合傳遞給從動齒輪，最后輸出給拇指基座，完成拇指的內收外擺動作。
[0025]進一步地，曲柄滑塊組件包括連桿、第二滑塊、第二直線導軌和槽輪組件的曲柄，曲柄遠離圓銷的一端連接連桿的一端，連桿的另一端連接位于第二直線導軌上的第二滑塊，第二滑塊連接拇指內傳動機構的第二傳動繩的一端；曲柄將電機經過減速器產生的主動撥盤的旋轉運動轉化為滑塊沿直線導軌的直線運動，帶動拇指完成彎曲動作。
[0026]本發明的技術效果體現在:
[0027]本發明在手指本體內以滑輪為主要構成部件，手指本體內傳動機構采用傳動繩作為傳動介質，指間驅動機構采用差動機構提供動力給兩受控手指內的傳動介質，實現單個電機驅動兩個手指以及其多個自由度；相應地，拇指本體內以滑輪為主要構成部件，手指本體內傳動機構采用傳動繩作為傳動介質，指間驅動機構采用槽輪組件、齒輪組件和曲柄滑塊組件配合傳動，槽輪組件一方面帶動齒輪組件完成拇指的內收外擺動作，另一方面帶動曲柄滑塊組件完成拇指彎曲動作，實現單個電機控制拇指的多個自由度。手指和拇指及其驅動機構配合形成一個欠驅動機構，完成對各種物體的包絡自適應抓取。
[0028]本發明欠驅動假肢手不僅僅具有裝飾功能，而且能夠在感覺和運動功能上接近人手。本發明共有I根拇指和4根手指，拇指3個關節，兩個彎曲和一個側擺；其他手指各3個彎曲關節，共15個活動關節，僅有三個電機，總重量約為550g，在減少電機數量后，本發明假肢手尺寸、重量和成年人人手相近，結構簡單、重量輕、體積小、抓取力大、抓握穩定。
[0029]進一步地，本發明假肢手指間傳動模塊是基于移動滑輪的。當第一個手指接觸到物體后，移動滑輪就開始旋轉，滑輪可以繼續沿導軌做直線運動，隨后第二個手指仍然能夠碰到物體。采用繩索滑輪設計后，無論手指的最后抓取位置是如何的，所有的手指施加在物體上面的力都是近似相等的。由于這種設計能夠抓取各種各樣構型的物體，所以這種手具有較好的靈巧性。
[0030]綜上所述，本發明引入欠驅動機構，實現單個電機驅動多個自由度，實現對各種物體的包絡自適應抓取。采用欠驅動機構設計原理后，外圍電路簡單，可靠性高，減少了電路板的尺寸。本發明設計了外形尺寸與成人手相當的3個電機驅動的15關節的五指假肢手，食指和中指以及無名指和小指各利用一個電機采用繩索滑輪差動機構驅動。該手具有包絡抓取、精密抓取和側捏等功能。使該假手更加美觀、仿人、實用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1本發明的整體示意圖(左手，手心朝上)；
[0032]圖2三關節欠驅動手指半剖視圖；
[0033]圖3三關節欠驅動手指正視圖；
[0034]圖4 二關節欠驅動手指側視圖；
[0035]圖5手指間的力傳動機構(不包含手掌);
[0036]圖6手指間的力傳動機構(包含手掌正視圖);
[0037]圖7為拇指機構的整體示意圖(左手拇指，手心朝上)；
[0038]圖8為圖9的C向視圖。
[0039]圖9整個拇指機構沿拇指對稱面剖視圖；
[0040]圖10為拇指傳動機構77的主視圖；
[0041 ]圖11為圖10的A-A剖視圖；
[0042]圖12為圖10的B-B剖視圖；
[0043]圖13從動槽輪結構示意圖；
[0044]圖14從動槽輪機構原理圖。
【具體實施方式】
[0045]以下結合附圖對本發明進一步說明。
[0046]本發明所提供的一種假肢手，如圖1所示，從表觀看其由手掌1、食指2、中指3、無名指4、小指5和姆指6組成，食指2、中指3、無名指4、小指5和姆指6分別和手掌I連接。所述食指2、中指3、無名指4和小指5的結構完全相同，為了描述方便，在下文中采用手指表示。手指由手指本體和手指內傳動機構構成，拇指由拇指本體和拇指內傳動機構構成，除此之外，還包括指間驅動機構和拇指驅動機構，分別驅動手指動作和拇指動作。
[0047]下面參照圖2、圖3和圖4詳細說明。特別說明的是，按照人體解剖學定義，將各部件靠近手腕的一端為近端，靠近指尖的一端為遠端。
[0048](I)手指本體
[0049]手指本體由近及遠依次包括手指掌指關節、手指近指節、手指近端指間關節、手指中指節、手指遠端指間關節和手指遠指節，具體結構如下:
[0050]手指掌指關節包括第二滑輪10、第一扭簧16、掌指關節旋轉軸27和第一扭簧限位桿32，第二滑輪10和第一扭簧16套放于掌指關節旋轉軸27上，第一扭簧限位桿32用于對第一扭簧16限位。
[0051]手指近指節包括第三滑輪11、手指近指節旋轉軸28、手指近指節左支撐板21和手指近指節右支撐板22，第三滑輪11套放于手指近指節旋轉軸28上，手指近指節旋轉軸28兩端分別固接于手指近指節左支撐板21遠端和手指近指節右支撐板22遠端，另有手指掌指關節的掌指關節旋轉軸27兩端分別連接手指近指節的手指近指節左支撐板2近端和手指近指節右支撐板22近端。
[0052]手指近端指間關節包括第四滑輪12、第二扭簧17和手指近端指間關節旋轉軸29，第四滑輪12和第二扭簧17套放于手指近端指間關節旋轉軸29上。
[0053]手指中指節包括第五滑輪13、手指中指節旋轉軸30、手指中指節左支撐板23和手指中指節右支撐板24，第五滑輪13套放于手指中指節旋轉軸30上，手指中指節旋轉軸30兩端分別連接手指中指節左支撐板23和手指中指節右支撐板24之間，手指中指節左支撐板23和手指中指節右支撐板24下端插入手指近指節左支撐板21和手指近指節右支撐板22之間、套在手指近端指間關節旋轉軸29上。
[0054]手指遠端指間關節包括第六滑輪14、第三扭簧18和手指遠端指間關節旋轉軸31，第六滑輪14和第三扭簧18套放于手指遠端指間關節旋轉軸31上，手指遠端指間關節旋轉軸31分別連接手指中指節左支撐板23遠端和手指中指節右支撐板24遠端。
[0055]手指遠指節為一體成型的塊狀結構，套放在手指遠端指間關節旋轉軸31上。
[0056]手指掌指關節、手指近端指間關節和手指遠端指間關節處的滑輪位置遠近對應，其作為關節滑輪起到驅動關節角的作用；手指掌指關節、手指近端指間關節和手指遠端指間關節處的扭簧位置遠近對應，用于實現手指的伸展動作，具體地說，第一扭簧16用來實現近指節的伸展，第二扭簧17用來實現中指節的伸展，第三扭簧18用來實現遠指節的伸展；扭簧的作用:1、避免彎曲過程中指節的顫動；2、避免整個手指在彎曲和伸直過程中運動的無序狀態。這種彈簧力不能太小，因為它們不僅要抵抗機械摩擦力，還要抵抗每個關節的自重。滑輪優選尼龍材料，具有很好的耐磨性，而且密度很小。
[0057]手指近指節、手指中指節和手指遠指節處的滑輪用于協助安裝食指內傳動機構；手指近指節、手指中指節和手指遠指節處的旋轉軸一方面支撐滑輪，另一方面對其相鄰關節處的扭簧限位。
[0058](2)手指內傳動機構
[0059]手指內傳動機構包括張緊繩7、放松繩8、第一滑輪9、驅動繩15、指前節軸26、指前節左支撐板19和指前節右支撐板20。第一滑輪9套放于指前節軸26上，指前節軸26兩端分別連接指前節左支撐板19和指前節右支撐板20近端，掌指關節的掌指關節旋轉軸27兩端分別連接指前節左支撐板19遠端和指前節右支撐板20遠端,指前節左支撐板19近端和指前節右支撐板20近端還連接手掌；可見，指前節左支撐板19和指前節右支撐板20除了支撐作用，還用于連接食指與手掌。第一滑輪9表面開有三個線槽，分別放置張緊繩7、放松繩8和驅動繩15，張緊繩7依次交替纏繞于第一滑輪9、第二滑輪10、第三滑輪11、第四滑輪12、第五滑輪13和第六滑輪14，最后通過第一空心鋼球33固定在遠指節25上；放松繩8相對張緊繩7反向依次交替纏繞于第一滑輪9、第二滑輪10、第三滑輪11、第四滑輪
12、第五滑輪13和第六滑輪14，最后通過第二空心鋼球34固定在遠指節25上；張緊繩7和放松繩8協作模擬手指的肌腱，具體過程為:驅動繩15驅動第一滑輪9旋轉，第一滑輪9驅使張緊繩7張緊和放松繩8伸展，使得近指節、中指節和遠指節分別繞第一近指節旋轉軸27、第一中指節旋轉軸29和遠指節旋轉軸31彎曲，完成抓取動作；驅動繩15驅動第一滑輪9反向旋轉，第一滑輪9驅使張緊繩7伸展和放松繩8張緊，完成復位動作。因為張緊繩7和放松繩8的纏繞方式形成了一個閉環，兩個繩子的總長是一個常數，所以繩索永遠不會跳出滑輪，這解決了鋼絲繩驅動設計上面鋼絲繩容易跳出滑輪的難題。這種結構同樣能夠擴展到不止3個指節的手指上。繩索選用CarlStahl的鋼絲繩，末端用配套的固定零件進行固定。
[0060]為了防止手指在打開的時候每個關節過度伸展，在每個指節處設置機械限位結構，圖4的局部放大圖A展示了該結構，其利用手指各指節支撐板的邊沿凸臺實現了各個關節的機械限位，各個指節能夠向手心彎曲90° ,不能反向彎曲。
[0061](3)指間驅動機構
[0062]指間驅動機構包括兩個結構相同的指間傳動模塊，其中一個用于食指和中指的驅動，另一個用于無名指和小指的驅動，均安放于手掌內。
[0063]參見圖5和圖6，指間傳動模塊包括輸出軸為絲桿的手指驅動電機41、絲桿螺母47、第一直線導軌44、第一滑塊46、第七滑輪50、第一傳動繩64、第一導向輪組70和拉簧62。直線電機41的輸出軸為絲桿，通過絲桿螺母機構將電機的旋轉運動轉化為絲桿螺母的直線運動，絲桿螺母47推動第一滑塊46在第一導軌44上直線運動；第一滑塊46內設有第七滑輪50，第七滑輪50上纏繞有第一傳動繩64，第一傳動繩64通過導向輪組70連接兩根受控手指的驅動繩15，第一滑輪50作為動滑輪，通過傳動繩64帶動兩根驅動繩。導向輪組70在這里用于導向傳動繩以便連接兩手指的驅動繩。另設有第一拉簧62，連接滑塊46，幫助滑塊復位。手指驅動電機41可采用步進電機。
[0064]如果任意手指在外力的作用下被動彎曲，那么繩索將被放松，然后從導向輪上脫落。那么傳動系統將被破壞，本發明的機構能夠有效保證繩索始終保持在滑輪上。以下分析手指驅動電機可能出現的兩種情況:
[0065]1、主動情況:當手指驅動電機發生旋轉，它通過絲杠螺母機構帶動絲桿螺母47向下直線移動。絲桿螺母47拉動第一滑塊46和第七滑輪50同時向下直線運動，通過第七滑輪50上的第一傳動繩64帶動食指2和中指3彎曲；
[0066]2、被動情況:當食指2或中指3在外力作用下被彎曲時，手指驅動電機沒有發生旋轉，電機輸出軸靜止，絲桿螺母47靜止；第一傳動繩64會隨食指2和中指3的彎曲而放松，此時第一拉簧62吸收了食指2和中指3被動彎曲導致傳動繩64增加的長度，同時第一滑塊46和絲桿螺母47相互分離。此機構也可叫做分離滑塊機構，在第一滑塊46和絲桿螺母47之間加上薄片式力傳感器，就可以測量出電機驅動力。
[0067](4)拇指本體
[0068]如圖7所示，所述拇指本體由近及遠依次包括拇指近指節80、拇指中指節81和拇指遠指節82 ；
[0069]如圖8、 圖11所示，所述拇指近指節80包括拇指基座85、拇指近指節左支撐板123、拇指近指節右支撐板124、第八滑輪125、第四扭簧126和拇指近指節旋轉軸127，第八滑輪125和第四扭簧126套放于拇指近指節旋轉軸127上，拇指近指節旋轉軸127固定于拇指近指節左支撐板123和拇指近指節右支撐板124之間，拇指近指節左支撐板123和拇指近指節右支撐板124下端固定于拇指基座85上。
[0070]所述姆指中指節6包括姆指中指節左支撐板128、姆指中指節右支撐板129、弟九滑輪130、第五扭簧131和拇指中指節旋轉軸132，第九滑輪130和第五扭簧131套在拇指中指節旋轉軸132上，拇指中指節旋轉軸132固定于拇指中指節左支撐板128和拇指中指節右支撐板129之間，姆指中指節左支撐板128和姆指中指節右支撐板129下端插入姆指近指節左支撐板123和拇指近指節右支撐板124之間、套在拇指近指節旋轉軸127上。第四扭簧126和第五扭簧131用來恢復拇指的初始位置。
[0071]所述拇指遠指節82包括拇指遠指套133、拇指遠指節左支撐板134和拇指遠指節右支撐板135,拇指遠指節左支撐板134和拇指遠指節右支撐板135分別固接于拇指遠指套133下端左右兩側,拇指遠指節左支撐板134和遠指節右支撐板135下端插入拇指中指節左支撐板128和拇指中指節右支撐板129之間、套在拇指中指節旋轉軸上。
[0072](5)拇指內傳動機構
[0073]如圖9所示，拇指內傳動機構包括第二傳動繩108和導向輪96。第二傳動繩108的一端連接曲柄滑塊組件的第二滑塊105，另一端經導向輪96導向后依次交替纏繞拇指內的第八滑輪125和第九滑輪130，再連接拇指遠指套133。所述拇指內傳動機構中，用第二傳動繩108來傳遞第二滑塊105的動力給拇指，第二滑塊105向右沿著曲柄滑塊組件的第二直線導軌107做直線運動，將動力傳遞給第二傳動繩108，然后通過第二傳動繩108將動力傳遞給姆指中指節81和姆指遠指節82,姆指近指節左支撐板123和姆指近指節右支撐板124是固定在姆指基座85上的，所以姆指近指節80是不能彎曲的，姆指中指節81和姆指遠指節82可分別繞拇指近 指節旋轉軸127和拇指中指節旋轉軸132彎曲。
[0074](6)拇指驅動機構
[0075]如圖7所示，拇指驅動機構79包括拇指基座85、拇指驅動電機77、拇指減速器78、槽輪組件、齒輪組件和曲柄滑塊組件。所述拇指驅動電機77和減速器78固定在手掌底板76上，拇指驅動電機77和減速器78連接，減速器78與槽輪組件連接。拇指驅動電機77可采用伺服電機。
[0076]如圖10所示，槽輪組件包括主動撥盤93、曲柄97、從動槽輪111和圓銷101，主動撥盤93為中部具有環形凸臺94的圓筒，環形凸臺94具有圓弧形缺口，環形凸臺94 一側的圓筒伸入拇指基座85的內孔；曲柄97上具有中心孔98及其左右兩側的左端孔99、右端孔100，曲柄97的中心孔98套于主動撥盤93的環形凸臺94另一側圓筒并和主動撥盤93環形凸臺94固連，曲柄97的右端孔100和圓銷101的一端螺紋連接；從動槽輪111具有軸孔112和開口的徑向直槽113，從動槽輪111上相應軸孔112位置具有圓筒形凸臺114，從動槽輪111邊緣分別具有關于徑向直槽113對稱的左鎖止弧115和右鎖止弧116，從動槽輪111連接齒輪組件。在拇指驅動電機帶動下，主動撥盤93作等速連續轉動時，當主動撥盤上的圓銷101未進入從動槽輪111的直槽113時，從動槽輪111因其內凹的左鎖止弧115鎖住而靜止；當圓銷101進入徑向直槽113時，左鎖止弧和主動撥盤93的凸臺128脫開，減速器78的動力，通過緊定螺釘95傳給主動撥盤93，從動槽輪111在圓銷101的驅動下轉動。
[0077]如圖11所示,齒輪組件包括主動齒輪119和從動齒輪89,主動齒輪119與從動槽輪111同軸連接，從動齒輪89固連拇指基座85。從動槽輪111將動力傳給與其同軸的主動齒輪119，通過齒輪嚙合傳遞給從動齒輪89，最后輸出給拇指基座85，完成拇指的內收外擺動作。
[0078]如圖10所示，曲柄滑塊組件包括曲柄97 (與槽輪組件的曲柄97為同一部件)、連桿103、第二滑塊105和第二直線導軌107，曲柄97遠離圓銷的一端連接連桿103的一端，連桿103的另一端連接位于第二直線導軌107上的第二滑塊105，第二滑塊105連接拇指內傳動機構的第二傳動繩108的一端。曲柄連桿機構把電機經過減速器78產生的主動撥盤93的旋轉運動轉化為滑塊105沿直線導軌的直線運動，帶動拇指完成彎曲動作。下面給出一個具體的較佳實施方式實例，曲柄97的右端孔100和圓銷101螺紋連接，曲柄97的左端孔99通過銷軸102與連桿103 —端轉動連接，連桿103另一端通過圓珠滾子軸承轉動連接滑塊凸臺104，滑塊凸臺104和第二滑塊105固連；第二滑塊105通過直線軸承106和直線導軌107滑動配合，第二滑塊105上具有用于穿過第二傳動繩108的通孔，第二直線導軌107兩端分別通過左支撐座109和右支撐座110固定在拇指基座85的拇指底板88上連桿103兩端分別和曲柄97和滑塊凸臺10`4形`成轉動副，轉動軸分別是銷軸102和滑塊凸臺104。
【權利要求】
1.一種假肢手，包括手掌、食指、中指、無名指、小指、姆指；食指、中指、無名指和小指結構相同，統一采用手指表示，手指由手指本體和手指內傳動機構構成，拇指由拇指本體和拇指內傳動機構構成，手掌內設有指間驅動機構和拇指驅動機構，其特征在于， 手指本體由近及遠依次包括手指掌指關節、 手指近指節、手指近端指間關節、手指中指節、手指遠端指間關節和手指遠指節； 手指掌指關節包括第二滑輪(10)、第一扭簧(16)、掌指關節旋轉軸(27)和第一扭簧限位桿(32)，第二滑輪(10)和第一扭簧(16)套放于掌指關節旋轉軸(27)上，第一扭簧限位桿(32)用于對第一扭簧(16)限位； 手指近指節包括第三滑輪(11)、手指近指節旋轉軸(28)、手指近指節左支撐板(21)和手指近指節右支撐板(22 )，第三滑輪(11)套放于手指近指節旋轉軸(28 )上，手指近指節旋轉軸(28)兩端分別連接手指近指節左支撐板(21)遠端和手指近指節右支撐板(22)遠端，另有手指掌指關節的掌指關節旋轉軸(27)兩端分別連接手指近指節的手指近指節左支撐板(2)近端和手指近指節右支撐板(22)近端； 手指近端指間關節包括第四滑輪(12)、第二扭簧(17)和手指近端指間關節旋轉軸(29)，第四滑輪(12)和第二扭簧(17)套放于手指近端指間關節旋轉軸(29)上； 手指中指節包括第五滑輪(13)、手指中指節旋轉軸(30)、手指中指節左支撐板(23)和手指中指節右支撐板(24)，第五滑輪(13)套放于手指中指節旋轉軸(30)上，手指中指節旋轉軸(30)兩端分別連接手指中指節左支撐板(23)和手指中指節右支撐板(24)之間，手指中指節左支撐板(23)和手指中指節右支撐板(24)近端插入手指近指節左支撐板(21)遠端和手指近指節右支撐板(22)遠端之間、套在手指近端指間關節旋轉軸(29)上； 手指遠端指間關節包括第六滑輪(14)、第三扭簧(18)和手指遠端指間關節旋轉軸(31)，第六滑輪(14)和第三扭簧(18)套放于手指遠端指間關節旋轉軸(31)上，手指遠端指間關節旋轉軸(31)分別連接手指中指節左支撐板(23)遠端和手指中指節右支撐板(24)遠端; 手指遠指節為一體成型的塊狀結構，套放在手指遠端指間關節旋轉軸(31)； 上述手指掌指關節、手指近端指間關節和手指遠端指間關節處的滑輪位置遠近對應、扭簧位置遠近對應； 手指內傳動機構包括張緊繩(7)、放松繩(8)、第一滑輪(9)、驅動繩(15)、指前節軸(26)、指前節左支撐板(19)和指前節右支撐板(20);第一滑輪(9)套放于指前節軸(26)上，指前節軸(26)兩端分別連接指前節左支撐板(19)和指前節右支撐板(20)近端，掌指關節的掌指關節旋轉軸(27)兩端分別連接指前節左支撐板(19)遠端和指前節右支撐板(20)遠端，指前節左支撐板(19)近端和指前節右支撐板(20)近端還連接手掌；第一滑輪(9)表面開有三個線槽，分別放置張緊繩(7)、放松繩(8)和驅動繩(15)，張緊繩(7)和放松繩(8)對稱地依次交替纏繞于第一~六滑輪(9)~(14)，最后固定于手指遠指節(25)上；驅動繩(15)用于驅動第一滑輪(9)旋轉，進而驅使張緊繩(7)張緊和放松繩(8)伸展，使得近指節、中指節和遠指節分別繞第一近指節旋轉軸(27)、第一中指節旋轉軸(29)和遠指節旋轉軸(31)彎曲，完成抓取動作；驅動繩(15)還用于驅動第一滑輪(9)反向旋轉，進而驅使張緊繩(7)伸展和放松繩(8)張緊，完成復位動作； 指間驅動機構包括兩個結構相同的指間傳動模塊，其中一個連接食指和中指的驅動繩(15)，用于食指和中指的驅動，另一個連接無名指和小指的驅動繩(15)，用于無名指和小指的驅動； 拇指本體由近及遠依次包括拇指近指節(80)、拇指中指節(81)和拇指遠指節(82)；姆指近指節(80)包括姆指基座(85)、姆指近指節左支撐板(123)、姆指近指節右支撐板(124)、第八滑輪(125)、第四扭簧(126)和拇指近指節旋轉軸(127)，第八滑輪(125)和第四扭簧(126)套放于拇指近指節旋轉軸(127)上，拇指近指節旋轉軸(127)兩端分別連接拇指近指節左支撐板(123)和拇指近指節右支撐板(124)，拇指近指節左支撐板(123)和拇指近指節右支撐板(124)下端固定于拇指基座(85)上，拇指基座(85)通過軸承與手掌轉動連接； 姆指中指節(6)包括姆指中指節左支撐板(128)、姆指中指節右支撐板(129)、弟九滑輪(130)、第五扭簧(131)和拇指中指節旋轉軸(132)，第九滑輪(130)和第五扭簧(131)套在拇指中指節旋轉軸(132)上，拇指中指節旋轉軸(132)固定于拇指中指節左支撐板(128)和姆指中指節右支撐板(129)之間，姆指中指節左支撐板(128)和姆指中指節右支撐板(129)下端插入拇指近指節左支撐板(123)和拇指近指節右支撐板(124)之間、套在拇指近指節旋轉軸(127)上； 姆指遠指節(82)包括姆指遠指套(133)、姆指遠指節左支撐板(134)和姆指遠指節右支撐板(135),拇指遠指節左支撐板(134)和拇指遠指節右支撐板(135)分別固接于拇指遠指套(133 )下端左右兩側，拇指遠指節左支撐板(134)和遠指節右支撐板(135)下端插入拇指中指節左支撐板(128)和拇指中指節右支撐板(129)之間、套在拇指中指節旋轉軸上；拇指內傳動機構包括第二傳動繩(108)和導向輪(96)。第二傳動繩(108)的一端連接曲柄滑塊組件的第二滑塊(105)，另一端經導向輪(96)導向后依次交替纏繞拇指內的第八滑輪(125)和第九滑輪(130)，再連接拇指遠指套(133);第二滑塊(105)帶動第二傳動繩(108)張緊和伸展，完成拇指彎曲動作； 拇指驅動機構(79)包括拇指驅動電機(77)、拇指減速器(78)、槽輪組件、齒輪組件和曲柄滑塊組件；拇指驅動電機(77)和減速器(78)固定于手掌，拇指驅動電機(77)連接減速器(78)連接，減速器(78)連接槽輪組件連接，槽輪組件分別連接齒輪組件和曲柄滑塊組件，齒輪組件連接拇指基座(85)，曲柄滑塊組件連接拇指內傳動機構的第二傳動繩(108)；拇指驅動電機(77)輸出的動力經過減速器(78)后傳送給槽輪組件，槽輪組件再通過齒輪組件將動力傳送給拇指基座，完成拇指的內收外擺動作；槽輪組件還用于通過曲柄滑塊組件將動力傳送給姆指內傳動機構的弟~.傳動繩(108),驅使姆指完成彎曲動作。
2.根據權利要求1所述的欠驅動假肢手，其特征在于，所述指間傳動模塊包括輸出軸為絲桿的手指驅動電機(41)、絲桿螺母(47)、第一直線導軌(44)、第一滑塊(46)、第七滑輪(50)、第一傳動繩(64)、第一導向輪組(70)和拉簧(62);直線電機(41)的絲桿連接絲桿螺母(47)，絲桿螺母(47)推動第一滑塊(46)在第一導軌(44)上直線運動；第一滑塊(46)內部設有第七滑輪(50 )，第七滑輪(50 )上纏繞有第一傳動繩(64 )，第一傳動繩(64 )通過導向輪組(70)導向連接兩根受控手指的驅動繩(15);另設有第一拉簧(62)，連接滑塊(46)，用于幫助滑塊復位。
3.根據權利要求1或2所述的欠驅動假肢手，其特征在于，所述槽輪組件包括主動撥盤(93)、曲柄(97)、從動槽輪(111)和圓銷(101)，主動撥盤(93)為中部具有環形凸臺(94)的圓筒，環形凸臺(94)具有圓弧形缺口，環形凸臺(94) 一側的圓筒伸入拇指基座(85)的內孔；曲柄(97)上具有中心孔(98)及其左右兩側的左端孔(99)、右端孔(100)，曲柄(97)的中心孔(98)套于主動撥盤(93)的環形凸臺(94)另一側圓筒并和主動撥盤(93)環形凸臺(94)固連，曲柄(97)的右端孔(100)和圓銷(101)的一端螺紋連接；從動槽輪(111)具有軸孔(112)和開口的徑向直槽(113)，從動槽輪(111)上相應軸孔(112)位置具有圓筒形凸臺(114 )，從動槽輪(111)邊緣分別具有關于徑向直槽(113 )對稱的左鎖止弧(115 )和右鎖止弧(116)，從動槽輪(111)連接齒輪組件；在拇指驅動電機帶動下，主動撥盤(93)作等速連續轉動，當主動撥盤上的圓銷(101)未進入從動槽輪(111)的直槽(113)時，從動槽輪(111)因其內凹的左鎖止弧(115)鎖住而靜止；當圓銷(101)進入徑向直槽(113)時，左鎖止弧和主動撥盤(93)的凸臺(128)脫開，減速器(78)的動力傳給主動撥盤(93)，從動槽輪(111)在圓銷(101)的驅動下轉動。
4.根據權利要求3所述的欠驅動假肢手，其特征在于，所述齒輪組件包括主動齒輪(119)和從動齒輪(89)，主動齒輪(119)與從動槽輪(111)同軸連接，從動齒輪(89)固連拇指基座(85)，從動槽輪(111)將動力傳給與其同軸的主動齒輪(119)，通過齒輪嚙合傳遞給從動齒輪(89)，最后輸出給拇指基座(85)，完成拇指的內收外擺動作。
5.根據權利要求3或4所述的欠驅動假肢手，其特征在于，曲柄滑塊組件包括連桿(103)、第二滑塊(105)、第二直線導軌(107)和槽輪組件的曲柄(97)，曲柄(97)遠離圓銷的一端連接連桿(103)的一端，連桿(103)的另一端連接位于第二直線導軌(107)上的第二滑塊(105)，第二滑塊(105)連接拇指內傳動機構的第二傳動繩(108)的一端；曲柄(97)將電機經過減速器(78)產生的主動撥盤(93)的旋轉運動轉化為滑塊(105)沿直線導軌的直線運動，帶動拇指完成彎曲動作。`
【文檔編號】A61F2/70GK103565562SQ201310335089
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】熊蔡華, 賀磊, 毛镠, 張喬飛 申請人:華中科技大學