基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，該假肢手包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械手，其中連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動(dòng)絲、間隔盤以及鎖緊盤；電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)、輸出機(jī)構(gòu)和多根驅(qū)動(dòng)絲；以及機(jī)械手包括手掌和五個(gè)手指,每個(gè)手指具有多個(gè)指節(jié)；電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過(guò)輸出機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與鎖緊盤固定的從動(dòng)絲運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手各個(gè)手指完成相應(yīng)的動(dòng)作。本發(fā)明不使用鉸鏈、連桿等傳統(tǒng)的剛性的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)的自適應(yīng)能力。
【專利說(shuō)明】基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)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(wú)法獨(dú)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(jī)構(gòu)開(kāi)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(guò)簡(jiǎn)單的手指開(kāi)合來(lái)完成有限的抓握動(dòng)作，功能單一，實(shí)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(shí)現(xiàn)多種多樣的動(dòng)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(dòng)方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，目前還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，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(shí)避免使用鉸鏈、連桿等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)副以減輕假肢手的重量并降低成本。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種新型的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，采用較少的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)輸入，特別設(shè)計(jì)了一種柔性的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將驅(qū)動(dòng)輸入與驅(qū)動(dòng)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(dòng)輸入情況下，連續(xù)體機(jī)構(gòu)通過(guò)其整體的連續(xù)變形，可以輸出較多的(多于驅(qū)動(dòng)輸入數(shù)量)運(yùn)動(dòng)輸出。使用連續(xù)體機(jī)構(gòu)傳動(dòng)所產(chǎn)生的各路運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)輸出實(shí)現(xiàn)假肢手各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使仿人形的假肢手實(shí)現(xiàn)靈活而協(xié)調(diào)的動(dòng)作。由于機(jī)構(gòu)中不使用鉸鏈、連桿等傳統(tǒng)的剛性的運(yùn)動(dòng)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(dòng)與傳遞元件，使假肢手具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，同時(shí)明顯減輕了假肢手的重量。系統(tǒng)采用較少的驅(qū)動(dòng)輸入，實(shí)現(xiàn)較多的運(yùn)動(dòng)輸出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本明顯降低。同時(shí)各路運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，使手指各個(gè)關(guān)節(jié)具有協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明主要由三個(gè)部分組成，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和具有仿人外形的自適應(yīng)假肢手，以下對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)的闡述。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元:電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元由相似的兩個(gè)部分組成，固定在同一個(gè)底座上。其中每一部分包含有一個(gè)電機(jī)固定在基板上，電機(jī)輸出軸上固定有一個(gè)輸出齒輪。同時(shí)有兩根齒條在輸出齒輪的兩側(cè)，分別通過(guò)線性導(dǎo)軌連接在基板上，齒條都與中間的齒輪嚙合，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩根齒條分別向不同方向運(yùn)動(dòng)。每根齒條上分別固定有一根彈性合金絲，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彈性合金絲就會(huì)做直線的推拉運(yùn)動(dòng)，同一個(gè)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的兩根彈性合金絲運(yùn)動(dòng)方向相反，但是運(yùn)動(dòng)距離相同。兩個(gè)電機(jī)并排方式，驅(qū)動(dòng)四根彈性合金絲，彈性合金絲穿過(guò)固定的金屬管連接到連續(xù)體機(jī)構(gòu)，作為連續(xù)體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入。用于運(yùn)動(dòng)協(xié)同的連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu):此機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)假肢手的欠驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，將兩對(duì)彈性合金絲的獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)輸入轉(zhuǎn)化為六根彈性合金絲相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)輸出。機(jī)構(gòu)由基座、間隔盤、鎖緊盤、彈簧和彈性合金絲組成。基座、間隔盤上的相同位置有通孔，分別可供驅(qū)動(dòng)絲和被驅(qū)動(dòng)絲穿過(guò)，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(jī)構(gòu)形狀呈直線。當(dāng)兩路驅(qū)動(dòng)輸入推拉四根驅(qū)動(dòng)絲時(shí)，連續(xù)體機(jī)構(gòu)形成圓弧狀的彎曲，輸出絲也被動(dòng)地形成相應(yīng)形狀，由于各個(gè)輸出絲固定在鎖緊盤上的不同位置，所以輸出絲伸長(zhǎng)縮短的長(zhǎng)度各不相同。用輸出絲驅(qū)動(dòng)假肢手的各個(gè)關(guān)節(jié)，就可以形成各個(gè)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(shí)現(xiàn)與人手相近的運(yùn)動(dòng)。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(duì)應(yīng)位置。與人手類似的，拇指具有四個(gè)自由度，由兩根彈性合金絲驅(qū)動(dòng)，一根固定在拇指指尖，穿過(guò)拇指第二指節(jié)、拇指第三指節(jié)后延伸到外部，用以實(shí)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(guò)拇指固定基座和手掌，延伸到假肢手之外，用以實(shí)現(xiàn)拇指的側(cè)擺。根據(jù)人手的特征，食指、中指、無(wú)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(gè)自由度。每根手指分別由一根彈性金屬絲驅(qū)動(dòng)，金屬絲的一端固定在指尖，另一端穿過(guò)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(dòng)彈性合金絲，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)手指的收緊或者展開(kāi)。為了更貼近地實(shí)現(xiàn)與人手相似的運(yùn)動(dòng)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(kāi)狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明的整體工作原理如下，當(dāng)程序控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度時(shí)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，使同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)彈性合金絲做方向相反、距離相等的前后推拉。兩對(duì)彈性合金絲延伸到連續(xù)體機(jī)構(gòu)，作為連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輸入。由于兩對(duì)驅(qū)動(dòng)彈性合金的推拉運(yùn)動(dòng)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(dòng)絲平行的從動(dòng)絲被動(dòng)地彎曲成相應(yīng)形狀，從而使從動(dòng)絲也產(chǎn)生推拉運(yùn)動(dòng)。六根從動(dòng)絲延伸到連續(xù)體外，用于驅(qū)動(dòng)仿人形假肢手的五根手指，從而使假肢手各個(gè)手指彎曲或展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)抓取或操作物體的功能。
[0009]一種基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，該假肢手包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械手，其中，該連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動(dòng)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(dòng)絲的一端固定在鎖緊盤上，另一端依次穿過(guò)間隔盤、基座、導(dǎo)向管以及固定板并最終連接于機(jī)械手的手指；電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)、輸出機(jī)構(gòu)和多根驅(qū)動(dòng)絲，驅(qū)動(dòng)絲的一端固定于輸出機(jī)構(gòu)上，另一端依次穿過(guò)固定板、固定管、基座以及間隔盤，并緊固于鎖緊盤；以及機(jī)械手包括手掌和五個(gè)手指，每個(gè)手指具有多個(gè)指節(jié)，相鄰的兩個(gè)指節(jié)之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接；其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過(guò)輸出機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的鎖緊盤固定的從動(dòng)絲運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的各個(gè)手指完成相應(yīng)的動(dòng)作。
[0010]優(yōu)選地，輸出機(jī)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(jī)的輸出軸上，兩根齒條平行地哨合于每個(gè)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(dòng)，驅(qū)動(dòng)絲與齒條固定連接。
[0011]優(yōu)選地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)輸出齒輪，兩個(gè)電機(jī)經(jīng)由兩個(gè)輸出齒輪和齒條共驅(qū)動(dòng)四根驅(qū)動(dòng)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(dòng)絲和從動(dòng)絲穿過(guò)的小孔，小孔的分布根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的機(jī)械手動(dòng)作來(lái)設(shè)定。
[0013]優(yōu)選地，固定管設(shè)置在固定板和基座上相對(duì)應(yīng)的供驅(qū)動(dòng)絲穿過(guò)的小孔之間，導(dǎo)向管一端固定基座的小孔上，另一端穿過(guò)固定板延伸至機(jī)械手。
[0014]優(yōu)選地，在相鄰的基座、間隔盤和鎖緊盤之間穿過(guò)的數(shù)根驅(qū)動(dòng)絲和/或從動(dòng)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(gè)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(guò)螺釘固定在手掌上，連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一根從動(dòng)絲穿過(guò)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(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的彎曲或伸展；連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一根從動(dòng)絲穿過(guò)手掌和固定基座并固定在大拇指的第四指節(jié)，這條從動(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的外展或內(nèi)收。
[0016]優(yōu)選地，五個(gè)手指包含食指、中指、無(wú)名指和小拇指，食指、中指、無(wú)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(guò)螺釘固定在手掌上，連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的四根從動(dòng)絲分別穿過(guò)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(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠分別實(shí)現(xiàn)食指、中指、無(wú)名指和小拇指的彎曲或伸展。
[0017]優(yōu)選地,相鄰的兩個(gè)指節(jié)之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)銷連接形成可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處設(shè)有扭簧，使得從動(dòng)絲未拉動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)時(shí)，手指能夠保持展開(kāi)伸直的狀態(tài)。
[0018] 優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)絲和從動(dòng)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(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；
[0022]圖3B為圖3A中連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)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(jī)械手的示意圖；
[0024]圖4B為圖4A中機(jī)械手的拇指結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
[0025]圖4C為圖4A中機(jī)械手的食指結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。
[0027]圖1為本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元100、連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)200、機(jī)械手300和底座400，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元100、連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)200和機(jī)械手300均固定在底座400上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元100驅(qū)動(dòng)連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)200發(fā)生的變形，使得連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)200向機(jī)械手300傳遞輸出從而控制機(jī)械手完成不同的動(dòng)作。
[0028]圖2示出了假肢手的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元100的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)部分101包含一個(gè)電機(jī)2、輸出齒輪3以及兩根齒條4、5。電機(jī)2固定在基板I上，輸出齒輪3固定連接在電機(jī)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(gè)齒條例如齒條4通過(guò)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(dòng)，從而輸出齒輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)兩個(gè)齒條分別沿不同方向運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)距離相同。在齒條4、5上分別固定有驅(qū)動(dòng)絲9、10，利用固定壓塊11和12壓緊。當(dāng)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)絲9、10就會(huì)做直線的推拉運(yùn)動(dòng)。
[0029]第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分102與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分101具有類似的結(jié)構(gòu)，在此不再詳述。第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分102的兩根齒條也固定連接有兩根驅(qū)動(dòng)絲13、14。當(dāng)兩個(gè)并排的電機(jī)驅(qū)動(dòng)各自的輸出齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩對(duì)齒條連同各自的導(dǎo)軌在滑槽中沿直線滑動(dòng)，從而帶動(dòng)相應(yīng)的兩對(duì)驅(qū)動(dòng)絲9、10、13、14做直線推拉運(yùn)動(dòng)。同一個(gè)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)絲運(yùn)動(dòng)速度相同，運(yùn)動(dòng)方向相反。各驅(qū)動(dòng)絲的另一端連接至連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)200，從而各驅(qū)動(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠帶動(dòng)連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)彎曲成不同形狀，下文將進(jìn)一步闡述。
[0030]較佳地，驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)200的示意圖。如圖3A所示，連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)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(dòng)絲24，25，26，27，28，29、間隔盤20以及鎖緊盤22。其中，從動(dòng)`絲的一端固定在鎖緊盤22上，另一端依次穿過(guò)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(jī)械手300。
[0032]具體地，在連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)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(dòng)絲和從動(dòng)絲穿過(guò)的小孔，所述小孔的分布根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的機(jī)械手動(dòng)作來(lái)設(shè)定。圖中示出有兩個(gè)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(shí)際需求而改變。固定管設(shè)置在固定板和基座上相對(duì)應(yīng)的供驅(qū)動(dòng)絲穿過(guò)的小孔之間，來(lái)自電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的兩對(duì)驅(qū)動(dòng)絲9、10、13、14穿過(guò)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(guò)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(dòng)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(guò)固定板延伸至機(jī)械手，六根從動(dòng)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(guò)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(jī)械手相連。
[0034]較佳地，從動(dòng)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(dòng)絲與從動(dòng)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(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩對(duì)驅(qū)動(dòng)絲做推拉運(yùn)動(dòng)時(shí)，每根驅(qū)動(dòng)絲在連續(xù)體38中所處位置不同，驅(qū)動(dòng)絲的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連續(xù)體38做彎曲運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致一端緊固在鎖緊盤上的從動(dòng)絲做相應(yīng)的拉伸運(yùn)動(dòng)。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(dòng)絲分別固定在鎖緊盤上的不同位置，不同的從動(dòng)絲隨著連續(xù)體的彎曲運(yùn)動(dòng)發(fā)生的拉伸運(yùn)動(dòng)也各不相同，因此延伸到機(jī)械手的六根從動(dòng)絲可驅(qū)動(dòng)各個(gè)手指作出不同的動(dòng)作。通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向或速度，可以得到不同的驅(qū)動(dòng)絲輸出，從而獲得不同的連續(xù)體彎曲運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)從動(dòng)絲控制機(jī)械手呈不同的姿態(tài)。
[0036]圖4A示出了機(jī)械手300的示意圖。如圖4所示，機(jī)械手300具有與人手相似的外形及關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，機(jī)械手300包括手掌30、大拇指31、食指32、中指33、無(wú)名指34和小拇指35，各個(gè)手指具有多個(gè)指節(jié)，相鄰的兩個(gè)指節(jié)之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)構(gòu)的鎖緊盤22上的從動(dòng)絲24、25、26、27、28、29穿過(guò)導(dǎo)向管23進(jìn)入手掌并連接于各個(gè)手指，下文將詳細(xì)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(guò)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(guò)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(dòng)絲24、25控制，其中，從動(dòng)絲24固定在大拇指的指尖41并穿過(guò)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(dòng)絲24實(shí)現(xiàn)大拇指31的彎曲或伸展；從動(dòng)絲25固定在第四指節(jié)44，并穿過(guò)固定基座45和手掌延伸到假肢手之外，推拉從動(dòng)絲25可實(shí)現(xiàn)大拇指31的外展或內(nèi)收。
[0038]食指32、中指33、無(wú)名指34和小拇指35長(zhǎng)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(dòng)。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(guò)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(guò)旋轉(zhuǎn)銷連接因而具有可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。食指由從動(dòng)絲26控制，從動(dòng)絲26固定在食指指尖47并穿過(guò)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(dòng)絲26可以實(shí)現(xiàn)食指32的彎曲或伸展。
[0039]由于從動(dòng)絲24、26、27、28、29分別控制大拇指、食指、中指、無(wú)名指和小拇指的三個(gè)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(gè)關(guān)節(jié)處安裝有扭簧37，可以在從動(dòng)絲未被推拉時(shí)使手指保持展開(kāi)伸直的狀態(tài)。
[0040]本發(fā)明的基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，當(dāng)程序控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度時(shí)，通過(guò)齒輪齒條傳動(dòng)，使同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)絲做方向相反、距離相等的前后推拉。兩對(duì)驅(qū)動(dòng)絲延伸到連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，作為連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輸入。兩對(duì)驅(qū)動(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)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(dòng)絲隨之發(fā)生彎曲，從而使從動(dòng)絲也產(chǎn)生推拉運(yùn)動(dòng)。六根從動(dòng)絲延伸到連續(xù)體外，用于驅(qū)動(dòng)仿人形假肢手的五根手指，使假肢手各個(gè)手指彎曲或展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)抓取或操作物體的功能。
[0041]以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，其特征在于，所述假肢手包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械手，其中， 所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定板、多根固定管、多根導(dǎo)向管、基座、多根從動(dòng)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(dòng)絲的一端固定在所述鎖緊盤上，另一端依次穿過(guò)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(jī)械手的手指； 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括電機(jī)、輸出機(jī)構(gòu)和多根驅(qū)動(dòng)絲，所述驅(qū)動(dòng)絲的一端固定于所述輸出機(jī)構(gòu)上，另一端依次穿過(guò)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(jī)械手包括手掌和五個(gè)手指，每個(gè)手指具有多個(gè)指節(jié)，相鄰的兩個(gè)指節(jié)之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接；其中， 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可通過(guò)所述輸出機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為所述驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)絲的直線運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，使得一端與所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的鎖緊盤固定的所述從動(dòng)絲運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械手的各個(gè)手指完成相應(yīng)的動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，其特征在于，所述輸出機(jī)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(jī)的輸出軸上，兩根齒條平行地嚙合于每個(gè)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(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)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(dòng)假肢手，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括兩個(gè)電機(jī)和兩個(gè)輸出齒輪，所述兩個(gè)電機(jī)經(jīng)由所述兩個(gè)輸出齒輪和所述齒條共驅(qū)動(dòng)四根驅(qū)動(dòng)絲。
4.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)絲和所述從動(dòng)絲穿過(guò)的小孔，所述小孔的分布根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的機(jī)械手動(dòng)作來(lái)設(shè)定。
5.如權(quán)利要求4所述的欠驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)的供驅(qū)動(dòng)絲穿過(guò)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(guò)所述固定板延伸至所述機(jī)械手。
6.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)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(guò)的數(shù)根驅(qū)動(dòng)絲和/或從動(dòng)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(dòng)假肢手，其特征在于，所述五個(gè)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(guò)螺釘固定在手掌上，所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一根從動(dòng)絲穿過(guò)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(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)大拇指的彎曲或伸展；所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一根從動(dòng)絲穿過(guò)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(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)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(dòng)假肢手，其特征在于，所述五個(gè)手指包含食指、中指、無(wú)名指和小姆指，所述食指、中指、無(wú)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(guò)螺釘固定在手掌上，所述連續(xù)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的四根從動(dòng)絲分別穿過(guò)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(dòng)絲的推拉運(yùn)動(dòng)能夠分別實(shí)現(xiàn)所述食指、中指、無(wú)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(dòng)假肢手，其特征在于，相鄰的兩個(gè)指節(jié)之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)銷連接形成可轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)節(jié)，所述關(guān)節(jié)處設(shè)有扭簧，使得所述從動(dòng)絲未拉動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)時(shí)，手指能夠保持展開(kāi)伸直的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動(dòng)假肢手，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)絲和所述從動(dòng)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(hào)】A61F2/54GK103690280SQ201310687094
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)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(guó)慶 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)