基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手，該假肢手包括電機驅(qū)動單元、連續(xù)體傳動機構(gòu)和機械手，其中連續(xù)體傳動機構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動絲、間隔盤以及鎖緊盤；電機驅(qū)動單元包括電機、輸出機構(gòu)和多根驅(qū)動絲；以及機械手包括手掌和五個手指,每個手指具有多個指節(jié)；電機的轉(zhuǎn)動可通過輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動絲的直線運動，驅(qū)動絲的直線運動可驅(qū)動連續(xù)體傳動機構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與鎖緊盤固定的從動絲運動，從而驅(qū)動機械手各個手指完成相應(yīng)的動作。本發(fā)明不使用鉸鏈、連桿等傳統(tǒng)的剛性的運動副有效消除了系統(tǒng)的回差并減輕了假肢手的重量，大量彈性合金絲的使用使假肢手具有很強的自適應(yīng)能力。
【專利說明】基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)用器械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及醫(yī)用假肢手系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于意外事故、工傷、疾病等原因，世界上產(chǎn)生了大量截肢患者，其中多半是手部截肢患者，他們無法獨立完成日常的生活需求，因而生活質(zhì)量顯著降低。為了提高手部截肢殘疾人的生活質(zhì)量，相關(guān)公司和科研機構(gòu)開發(fā)出了各種各樣的假肢，包括取得廣泛應(yīng)用的單自由度假肢手以及具有仿人形的多自由度假肢手。
[0003]單自由度假肢手可以通過簡單的手指開合來完成有限的抓握動作，功能單一，實用性較差，且不具有仿人外形，穿戴以后與人體不和諧，易受到患者排斥；多自由度假肢手具有人手外觀，易被患者接受，且設(shè)有與人手相近的關(guān)節(jié)數(shù)從而具有更好的靈活性，可以實現(xiàn)多種多樣的動作，但是這種多自由度假肢手由于使用較多鉸鏈、連桿或其他的傳統(tǒng)傳動方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，目前還沒有得到廣泛的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明目的在于:采用較少的輸入以控制假肢手多自由度的輸出；同時避免使用鉸鏈、連桿等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的運動副以減輕假肢手的重量并降低成本。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種新型的欠驅(qū)動假肢手，采用較少的電機作為驅(qū)動輸入，特別設(shè)計了一種柔性的傳動機構(gòu)，將驅(qū)動輸入與驅(qū)動輸出組成各部分完整相連的可連續(xù)變彈性變形的連續(xù)體，在合適的驅(qū)動輸入情況下，連續(xù)體機構(gòu)通過其整體的連續(xù)變形，可以輸出較多的(多于驅(qū)動輸入數(shù)量)運動輸出。使用連續(xù)體機構(gòu)傳動所產(chǎn)生的各路運動輸出各不相同，但相互之間具有合理的數(shù)學(xué)關(guān)系。使用各路運動輸出實現(xiàn)假肢手各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，從而使仿人形的假肢手實現(xiàn)靈活而協(xié)調(diào)的動作。由于機構(gòu)中不使用鉸鏈、連桿等傳統(tǒng)的剛性的運動副，從而消除了系統(tǒng)的回差。大量使用彈性合金絲作為驅(qū)動與傳遞元件，使假肢手具有很強的自適應(yīng)能力，同時明顯減輕了假肢手的重量。系統(tǒng)采用較少的驅(qū)動輸入，實現(xiàn)較多的運動輸出，結(jié)構(gòu)簡單，成本明顯降低。同時各路運動相互協(xié)調(diào)，使手指各個關(guān)節(jié)具有協(xié)調(diào)運動關(guān)系，假肢手從而可以完成更協(xié)調(diào)、與人手更為相近的運動。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明主要由三個部分組成，包括電機驅(qū)動單元，連續(xù)體傳動機構(gòu)和具有仿人外形的自適應(yīng)假肢手，以下對各部分進行詳細的闡述。電機驅(qū)動單元:電機驅(qū)動單元由相似的兩個部分組成，固定在同一個底座上。其中每一部分包含有一個電機固定在基板上，電機輸出軸上固定有一個輸出齒輪。同時有兩根齒條在輸出齒輪的兩側(cè)，分別通過線性導(dǎo)軌連接在基板上，齒條都與中間的齒輪嚙合，當齒輪轉(zhuǎn)動時兩根齒條分別向不同方向運動。每根齒條上分別固定有一根彈性合金絲，當電機轉(zhuǎn)動時，彈性合金絲就會做直線的推拉運動，同一個電機所驅(qū)動的兩根彈性合金絲運動方向相反，但是運動距離相同。兩個電機并排方式，驅(qū)動四根彈性合金絲，彈性合金絲穿過固定的金屬管連接到連續(xù)體機構(gòu)，作為連續(xù)體機構(gòu)的運動輸入。用于運動協(xié)同的連續(xù)體傳動機構(gòu):此機構(gòu)用于實現(xiàn)假肢手的欠驅(qū)動運動，將兩對彈性合金絲的獨立的運動輸入轉(zhuǎn)化為六根彈性合金絲相互協(xié)調(diào)的運動輸出。機構(gòu)由基座、間隔盤、鎖緊盤、彈簧和彈性合金絲組成?；?、間隔盤上的相同位置有通孔，分別可供驅(qū)動絲和被驅(qū)動絲穿過，然后用鎖緊盤將所有彈性合金絲鎖緊固定，在基座、間隔盤和鎖緊盤指間均有彈簧，穿在彈性合金絲上，用于保持各盤之間的間隔。在初始狀態(tài)，連續(xù)體機構(gòu)形狀呈直線。當兩路驅(qū)動輸入推拉四根驅(qū)動絲時，連續(xù)體機構(gòu)形成圓弧狀的彎曲，輸出絲也被動地形成相應(yīng)形狀，由于各個輸出絲固定在鎖緊盤上的不同位置，所以輸出絲伸長縮短的長度各不相同。用輸出絲驅(qū)動假肢手的各個關(guān)節(jié)，就可以形成各個手指不同程度的彎曲。具有仿人外形的自適應(yīng)假肢手:此假肢手仿照人手尺寸構(gòu)建，具有與人手相近的外觀與尺寸，可以實現(xiàn)與人手相近的運動。主要由手掌和五根手指組成，五根手指分別固定在手掌上對應(yīng)位置。與人手類似的，拇指具有四個自由度，由兩根彈性合金絲驅(qū)動，一根固定在拇指指尖，穿過拇指第二指節(jié)、拇指第三指節(jié)后延伸到外部，用以實現(xiàn)大拇指的彎曲。另一根彈性合金絲固定在第四指節(jié)，穿過拇指固定基座和手掌，延伸到假肢手之外，用以實現(xiàn)拇指的側(cè)擺。根據(jù)人手的特征，食指、中指、無名指和小指在尺寸上有一些不同，但具有相同的結(jié)構(gòu)形式，均具有三個自由度。每根手指分別由一根彈性金屬絲驅(qū)動，金屬絲的一端固定在指尖，另一端穿過第二、三指節(jié)、手指基座及手掌，然后延伸到假肢手外。在外部推或者拉動彈性合金絲，即可實現(xiàn)對應(yīng)手指的收緊或者展開。為了更貼近地實現(xiàn)與人手相似的運動功能，各關(guān)節(jié)指間均安裝有扭簧，使手指各關(guān)節(jié)保持展開狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明的整體工作原理如下，當程序控制電機轉(zhuǎn)動不同角度時，通過齒輪齒條傳動，使同一電機驅(qū)動的一對彈性合金絲做方向相反、距離相等的前后推拉。兩對彈性合金絲延伸到連續(xù)體機構(gòu)，作為連續(xù)體傳動機構(gòu)的驅(qū)動輸入。由于兩對驅(qū)動彈性合金的推拉運動使連續(xù)體向某一方向彎曲成圓弧狀，固定在鎖緊盤上的與驅(qū)動絲平行的從動絲被動地彎曲成相應(yīng)形狀，從而使從動絲也產(chǎn)生推拉運動。六根從動絲延伸到連續(xù)體外，用于驅(qū)動仿人形假肢手的五根手指，從而使假肢手各個手指彎曲或展開，從而實現(xiàn)抓取或操作物體的功能。
[0009]一種基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手，該假肢手包括電機驅(qū)動單元、連續(xù)體傳動機構(gòu)和機械手，其中，該連續(xù)體傳動機構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動絲、間隔盤以及鎖緊盤，該固定管和導(dǎo)向管一端連接于基座，固定管的另一端連接于固定板，從動絲的一端固定在鎖緊盤上，另一端依次穿過間隔盤、基座、導(dǎo)向管以及固定板并最終連接于機械手的手指；電機驅(qū)動單元包括電機、輸出機構(gòu)和多根驅(qū)動絲，驅(qū)動絲的一端固定于輸出機構(gòu)上，另一端依次穿過固定板、固定管、基座以及間隔盤，并緊固于鎖緊盤；以及機械手包括手掌和五個手指，每個手指具有多個指節(jié)，相鄰的兩個指節(jié)之間可轉(zhuǎn)動地連接；其中，電機驅(qū)動單元的電機的轉(zhuǎn)動可通過輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動絲的直線運動，驅(qū)動絲的直線運動可驅(qū)動連續(xù)體傳動機構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與連續(xù)體傳動機構(gòu)的鎖緊盤固定的從動絲運動，從而驅(qū)動機械手的各個手指完成相應(yīng)的動作。
[0010]優(yōu)選地，輸出機構(gòu)包括基板、輸出齒輪、齒條、導(dǎo)軌和滑槽，該輸出齒輪固定連接在電機的輸出軸上，兩根齒條平行地哨合于每個輸出齒輪的兩側(cè)，每根齒條固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌尺寸與固定在基板上的滑槽的尺寸相匹配且可沿滑槽滑動，驅(qū)動絲與齒條固定連接。
[0011]優(yōu)選地，電機驅(qū)動單元包括兩個電機和兩個輸出齒輪，兩個電機經(jīng)由兩個輸出齒輪和齒條共驅(qū)動四根驅(qū)動絲。
[0012]優(yōu)選地，基座、固定板、間隔盤和鎖緊盤都具有供驅(qū)動絲和從動絲穿過的小孔，小孔的分布根據(jù)所要實現(xiàn)的機械手動作來設(shè)定。
[0013]優(yōu)選地，固定管設(shè)置在固定板和基座上相對應(yīng)的供驅(qū)動絲穿過的小孔之間，導(dǎo)向管一端固定基座的小孔上，另一端穿過固定板延伸至機械手。
[0014]優(yōu)選地，在相鄰的基座、間隔盤和鎖緊盤之間穿過的數(shù)根驅(qū)動絲和/或從動絲上套有彈簧，使得基座、間隔盤和鎖緊盤之間保持一定的距離。
[0015]優(yōu)選地，五個手指包含大拇指，大拇指包括指尖、第二指節(jié)、第三指節(jié)、第四指節(jié)和固定基座，固定基座通過螺釘固定在手掌上，連續(xù)體傳動機構(gòu)的一根從動絲穿過大拇指的第四指節(jié)、第三指節(jié)和第二指節(jié)并固定在大拇指的指尖，這條從動絲的推拉運動能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的彎曲或伸展；連續(xù)體傳動機構(gòu)的另一根從動絲穿過手掌和固定基座并固定在大拇指的第四指節(jié)，這條從動絲的推拉運動能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的外展或內(nèi)收。
[0016]優(yōu)選地，五個手指包含食指、中指、無名指和小拇指，食指、中指、無名指和小拇指具有相似的結(jié)構(gòu)，其中每根手指包括指尖、第二指節(jié)、第三指節(jié)和手指基座，手指基座通過螺釘固定在手掌上，連續(xù)體傳動機構(gòu)的四根從動絲分別穿過手掌及相應(yīng)手指的手指基座、第三指節(jié)、第二指節(jié)并固定于相應(yīng)手指的指尖，每條從動絲的推拉運動能夠分別實現(xiàn)食指、中指、無名指和小拇指的彎曲或伸展。
[0017]優(yōu)選地,相鄰的兩個指節(jié)之間通過旋轉(zhuǎn)銷連接形成可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處設(shè)有扭簧，使得從動絲未拉動手指運動時，手指能夠保持展開伸直的狀態(tài)。
[0018] 優(yōu)選地，驅(qū)動絲和從動絲由高彈性鎳鈦合金絲制成，固定管由金屬材料制成，導(dǎo)向管由聚四氟乙烯材料制成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1中假肢手的電機驅(qū)動單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3A為圖1中假肢手的連續(xù)體傳動機構(gòu)的示意圖；
[0022]圖3B為圖3A中連續(xù)體傳動機構(gòu)的連續(xù)體部分向某一方向彎曲形成圓弧的示意圖；
[0023]圖4A為圖1中假肢手的機械手的示意圖；
[0024]圖4B為圖4A中機械手的拇指結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0025]圖4C為圖4A中機械手的食指結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點。應(yīng)理解的是，附圖所示的實施例并不是對本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)精神。
[0027]圖1為本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手的立體結(jié)構(gòu)示意圖。應(yīng)注意，圖1中所示的假肢手結(jié)構(gòu)僅為了便于描述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以及工作原理，不應(yīng)理解為限制本發(fā)明。另外，需要指出的是，雖然圖1中未示出，但本發(fā)明的假肢手還包括與人類手的形狀相似的外殼。如圖1所示，本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手包括電機驅(qū)動單元100、連續(xù)體傳動機構(gòu)200、機械手300和底座400，其中電機驅(qū)動單元100、連續(xù)體傳動機構(gòu)200和機械手300均固定在底座400上，電機驅(qū)動單元100驅(qū)動連續(xù)體傳動機構(gòu)200發(fā)生的變形，使得連續(xù)體傳動機構(gòu)200向機械手300傳遞輸出從而控制機械手完成不同的動作。
[0028]圖2示出了假肢手的電機驅(qū)動單元100的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，電機驅(qū)動單兀100包括固定在同一基板I上的相似的兩部分101、102,其中第一電機驅(qū)動部分101包含一個電機2、輸出齒輪3以及兩根齒條4、5。電機2固定在基板I上，輸出齒輪3固定連接在電機2的輸出軸上，兩根齒條4、5平行地嚙合于輸出齒輪3的兩側(cè)，每個齒條例如齒條4通過轉(zhuǎn)接板6固定在導(dǎo)軌7上，或者齒條也可與導(dǎo)軌形成為一體。導(dǎo)軌7的尺寸與固定在基板I上的滑槽8的尺寸相匹配且可沿滑槽8滑動，從而輸出齒輪3的轉(zhuǎn)動可帶動兩個齒條分別沿不同方向運動，但運動距離相同。在齒條4、5上分別固定有驅(qū)動絲9、10，利用固定壓塊11和12壓緊。當電機2轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動絲9、10就會做直線的推拉運動。
[0029]第二電機驅(qū)動部分102與第一電機驅(qū)動部分101具有類似的結(jié)構(gòu)，在此不再詳述。第二電機驅(qū)動部分102的兩根齒條也固定連接有兩根驅(qū)動絲13、14。當兩個并排的電機驅(qū)動各自的輸出齒輪轉(zhuǎn)動時，兩對齒條連同各自的導(dǎo)軌在滑槽中沿直線滑動，從而帶動相應(yīng)的兩對驅(qū)動絲9、10、13、14做直線推拉運動。同一個電機所驅(qū)動的一對驅(qū)動絲運動速度相同，運動方向相反。各驅(qū)動絲的另一端連接至連續(xù)體傳動機構(gòu)200，從而各驅(qū)動絲的推拉運動能夠帶動連續(xù)體傳動機構(gòu)彎曲成不同形狀，下文將進一步闡述。
[0030]較佳地，驅(qū)動絲9、10、13、14由高彈性鎳鈦合金絲制成。
[0031]圖3A假肢手的連續(xù)體傳動機構(gòu)200的示意圖。如圖3A所示，連續(xù)體傳動機構(gòu)200包括固定板36、固定管15，16，17，18、導(dǎo)向管23、基座19、從動絲24，25，26，27，28，29、間隔盤20以及鎖緊盤22。其中，從動`絲的一端固定在鎖緊盤22上，另一端依次穿過間隔盤20、基座19、導(dǎo)向管23以及固定板36并最終連接于機械手300。
[0032]具體地，在連續(xù)體傳動機構(gòu)200中，基座19和固定板36固定在底座400上，基座
19、固定板36、間隔盤20和鎖緊盤22都具有供驅(qū)動絲和從動絲穿過的小孔，所述小孔的分布根據(jù)所要實現(xiàn)的機械手動作來設(shè)定。圖中示出有兩個間隔盤20，然而應(yīng)理解的是間隔盤的數(shù)量也可根據(jù)實際需求而改變。固定管設(shè)置在固定板和基座上相對應(yīng)的供驅(qū)動絲穿過的小孔之間，來自電機驅(qū)動單元的兩對驅(qū)動絲9、10、13、14穿過固定板36并分別由固定管15、
16、17、18導(dǎo)向基座19，隨后依次穿過基座19、間隔盤20，最后固定在鎖緊盤22上。
[0033]在相鄰的基座19、間隔盤20和鎖緊盤22之間的驅(qū)動絲上套有彈簧21，從而可使各盤保持一定的距離。導(dǎo)向管一端固定基座的小孔上，另一端穿過固定板延伸至機械手，六根從動絲24、25、26、27、28、29的一端均緊固在鎖緊盤22上，另一端依次穿過間隔盤20和基座19并由六根導(dǎo)向管23導(dǎo)向至固定板36,從固定板36穿出后與機械手相連。
[0034]較佳地，從動絲24、25、26、27、28、29由高彈性鎳鈦合金絲制成，固定管由金屬材料制成，導(dǎo)向管由聚四氟乙烯材料制成。下面，為方便描述，將基座19后側(cè)的驅(qū)動絲與從動絲部分以及間隔盤、彈簧和鎖緊盤形成的結(jié)構(gòu)稱作連續(xù)體38。
[0035]連續(xù)體38初始呈平直姿態(tài)。當電機驅(qū)動兩對驅(qū)動絲做推拉運動時，每根驅(qū)動絲在連續(xù)體38中所處位置不同，驅(qū)動絲的運動帶動連續(xù)體38做彎曲運動，從而導(dǎo)致一端緊固在鎖緊盤上的從動絲做相應(yīng)的拉伸運動。圖3B示出了連續(xù)體38向下彎曲形成弧形的示意圖，六根從動絲分別固定在鎖緊盤上的不同位置，不同的從動絲隨著連續(xù)體的彎曲運動發(fā)生的拉伸運動也各不相同，因此延伸到機械手的六根從動絲可驅(qū)動各個手指作出不同的動作。通過改變電機的轉(zhuǎn)動方向或速度，可以得到不同的驅(qū)動絲輸出，從而獲得不同的連續(xù)體彎曲運動，并通過從動絲控制機械手呈不同的姿態(tài)。
[0036]圖4A示出了機械手300的示意圖。如圖4所示，機械手300具有與人手相似的外形及關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，機械手300包括手掌30、大拇指31、食指32、中指33、無名指34和小拇指35，各個手指具有多個指節(jié)，相鄰的兩個指節(jié)之間可以相互轉(zhuǎn)動，手指根部固定在手掌的合適位置，六根末端固定在連續(xù)體傳動機構(gòu)的鎖緊盤22上的從動絲24、25、26、27、28、29穿過導(dǎo)向管23進入手掌并連接于各個手指，下文將詳細描述。 [0037]圖4B示出了大拇指的結(jié)構(gòu)及其與手掌的連接關(guān)系；圖4C示出了分離的食指的結(jié)構(gòu)。如圖4B所示，大拇指包括指尖41、第二指節(jié)42、第三指節(jié)43、第四指節(jié)44和固定基座45，固定基座45通過螺釘46固定在手掌上，第四指節(jié)和固定基座之間、第三指節(jié)和第四指節(jié)之間、第二指節(jié)和第三指節(jié)之間以及指尖和第二指節(jié)之間通過旋轉(zhuǎn)銷連接因而具有可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。大拇指由兩根從動絲24、25控制，其中，從動絲24固定在大拇指的指尖41并穿過大拇指的第二指節(jié)42、第三指節(jié)43和第四指節(jié)44而延伸到外部,推拉從動絲24實現(xiàn)大拇指31的彎曲或伸展；從動絲25固定在第四指節(jié)44，并穿過固定基座45和手掌延伸到假肢手之外，推拉從動絲25可實現(xiàn)大拇指31的外展或內(nèi)收。
[0038]食指32、中指33、無名指34和小拇指35長度各不相同，但具有相似的結(jié)構(gòu)，分別由彈性合金絲26、27、28、29驅(qū)動。以食指為例，如圖4C所示，食指32包括指尖47、第二指節(jié)48、第三指節(jié)49、食指基座50，其中食指基座50通過螺釘46固定在手掌上，第三指節(jié)和食指基座之間、第二指節(jié)和第三指節(jié)之間、指尖和第二指節(jié)之間均通過旋轉(zhuǎn)銷連接因而具有可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。食指由從動絲26控制，從動絲26固定在食指指尖47并穿過食指的第二指節(jié)48、第三指節(jié)49以及食指基座50延伸到外部，推拉從動絲26可以實現(xiàn)食指32的彎曲或伸展。
[0039]由于從動絲24、26、27、28、29分別控制大拇指、食指、中指、無名指和小拇指的三個關(guān)節(jié)，手指在外力作用下，可以自適應(yīng)所接觸物體的形狀。此外，各個關(guān)節(jié)處安裝有扭簧37，可以在從動絲未被推拉時使手指保持展開伸直的狀態(tài)。
[0040]本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手，當程序控制電機轉(zhuǎn)動不同角度時，通過齒輪齒條傳動，使同一電機驅(qū)動的一對驅(qū)動絲做方向相反、距離相等的前后推拉。兩對驅(qū)動絲延伸到連續(xù)體傳動機構(gòu)，作為連續(xù)體傳動機構(gòu)的驅(qū)動輸入。兩對驅(qū)動絲的推拉運動使連續(xù)體向某一方向彎曲成圓弧狀，固定在鎖緊盤上的從動絲隨之發(fā)生彎曲，從而使從動絲也產(chǎn)生推拉運動。六根從動絲延伸到連續(xù)體外，用于驅(qū)動仿人形假肢手的五根手指，使假肢手各個手指彎曲或展開，從而實現(xiàn)抓取或操作物體的功能。
[0041]以上已詳細描述了本發(fā)明的較佳實施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改。這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于連續(xù)體傳動機構(gòu)的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述假肢手包括電機驅(qū)動單元、連續(xù)體傳動機構(gòu)和機械手，其中， 所述連續(xù)體傳動機構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動絲、間隔盤以及鎖緊盤，所述固定管和所述導(dǎo)向管一端連接于所述基座，所述固定管的另一端連接于所述固定板，所述從動絲的一端固定在所述鎖緊盤上，另一端依次穿過所述間隔盤、所述基座、所述導(dǎo)向管以及所述固定板并最終連接于所述機械手的手指； 所述電機驅(qū)動單元包括電機、輸出機構(gòu)和多根驅(qū)動絲，所述驅(qū)動絲的一端固定于所述輸出機構(gòu)上，另一端依次穿過所述固定板、所述固定管、所述基座以及所述間隔盤，并緊固于所述鎖緊盤；以及 所述機械手包括手掌和五個手指，每個手指具有多個指節(jié)，相鄰的兩個指節(jié)之間可轉(zhuǎn)動地連接；其中， 所述電機驅(qū)動單元的電機的轉(zhuǎn)動可通過所述輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)化為所述驅(qū)動絲的直線運動，所述驅(qū)動絲的直線運動可驅(qū)動所述連續(xù)體傳動機構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與所述連續(xù)體傳動機構(gòu)的鎖緊盤固定的所述從動絲運動，從而驅(qū)動所述機械手的各個手指完成相應(yīng)的動作。
2.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述輸出機構(gòu)包括基板、輸出齒輪、齒條、導(dǎo)軌和滑槽，所述輸出齒輪固定連接在電機的輸出軸上，兩根齒條平行地嚙合于每個輸出齒輪的兩側(cè)，每根齒條固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌尺寸與固定在基板上的滑槽的尺寸相匹配且可沿滑槽滑動，所述驅(qū)動絲與所述齒條固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述電機驅(qū)動單元包括兩個電機和兩個輸出齒輪，所述兩個電機經(jīng)由所述兩個輸出齒輪和所述齒條共驅(qū)動四根驅(qū)動絲。
4.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述基座、固定板、間隔盤和鎖緊盤都具有供所述驅(qū)動絲和所述從動絲穿過的小孔，所述小孔的分布根據(jù)所要實現(xiàn)的機械手動作來設(shè)定。
5.如權(quán)利要求4所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述固定管設(shè)置在所述固定板和所述基座上相對應(yīng)的供驅(qū)動絲穿過的小孔之間，所述導(dǎo)向管一端固定基座的小孔上，另一端穿過所述固定板延伸至所述機械手。
6.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，在相鄰的基座、間隔盤和鎖緊盤之間穿過的數(shù)根驅(qū)動絲和/或從動絲上套有彈簧，使得所述基座、間隔盤和鎖緊盤之間保持一定的距離。
7.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述五個手指包含大拇指，所述大拇指包括指尖、第二指節(jié)、第三指節(jié)、第四指節(jié)和固定基座，所述固定基座通過螺釘固定在手掌上，所述連續(xù)體傳動機構(gòu)的一根從動絲穿過大拇指的第四指節(jié)、第三指節(jié)和第二指節(jié)并固定在大拇指的指尖，這條從動絲的推拉運動能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的彎曲或伸展；所述連續(xù)體傳動機構(gòu)的另一根從動絲穿過所述手掌和所述固定基座并固定在大拇指的第四指節(jié)，這條從動絲的推拉運動能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的外展或內(nèi)收。
8.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述五個手指包含食指、中指、無名指和小姆指，所述食指、中指、無名指和小姆指具有相似的結(jié)構(gòu)，其中每根手指包括指尖、第二指節(jié)、第三指節(jié)和手指基座，所述手指基座通過螺釘固定在手掌上，所述連續(xù)體傳動機構(gòu)的四根從動絲分別穿過手掌及相應(yīng)手指的手指基座、第三指節(jié)、第二指節(jié)并固定于相應(yīng)手指的指尖，所述每條從動絲的推拉運動能夠分別實現(xiàn)所述食指、中指、無名指和小姆指的彎曲或伸展。
9.如權(quán)利要求7或8所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，相鄰的兩個指節(jié)之間通過旋轉(zhuǎn)銷連接形成可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)，所述關(guān)節(jié)處設(shè)有扭簧，使得所述從動絲未拉動手指運動時，手指能夠保持展開伸直的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動假肢手，其特征在于，所述驅(qū)動絲和所述從動絲由高彈性鎳鈦合金絲制成，所述固`定管由金屬材料制成，所述導(dǎo)向管由聚四氟乙烯材料制成。
【文檔編號】A61F2/54GK103690280SQ201310687094
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】徐凱, 劉歡, 杜宇恒, 趙江然, 劉國慶 申請人:上海交通大學(xué)