一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手制造技术

本发明专利技术公开了一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，属于医疗装备领域。该假肢手通过假肢手本体、手指传动模块、指间传动模块和拇指驱动模块的结构设计，由一个第一电机同时控制四指实现弯曲和伸展运动，并且利用阻尼转轴限制电机和丝杆之间的传动力矩，配合伸缩组件的伸缩特性，一方面可防止电机输出的力矩过大对假肢手结构产生机械性损坏；另一方面可实现假肢手的自适应抓握功能。当某一个或多个手指运动受阻时，相应的阻尼转轴自身两端发生相对转动，不会导致第一电机被机械锁死，第一电机仍能正常转动并继续驱动剩余手指运动，实现对物体的自适应包络抓握运动。本发明专利技术还能有效解决假肢手体积或质量过大、控制系统复杂与操作精度不高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手
本专利技术属于医疗装备领域，更具体地，涉及一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手。
技术介绍
自人类出现至今，双手一直都是人类进化过程中不可或缺的一部分，它们在人类的生产生活中发挥着极其重要的作用，而且灵巧的双手也是人类作为高等灵长类动物区别于其他低等动物最主要的特征之一。人手的重要特征在于其具有极强的灵巧性，可以为人类完成各种复杂的任务，而双手的损伤或缺失会给人们的生活带来极大的不便。无论是在国内还是国外，手部截肢患者都存在着大量的病例，而且随着时间的推移，手部截肢患者的数量也在逐年增加。因此，研制出功能拟人、外观拟人以及使用方便的假肢手具有极其重要的科研意义和社会价值。目前的假肢手普遍存在一些问题，如功能单一、运动不拟人、控制系统复杂以及体积或质量过大等情况。在中国专利技术专利CN201310335089.2中提出了一种欠驱动假肢手，该手虽然在一定程度上可以解决体积或质量过大的问题，但整个假肢手结构复杂，控制系统复杂，导致整个假肢操控精度不高。在中国专利技术专利CN201410559465.0中提出的一种欠驱动假肢手，可以在一定程度上复现人手丰富的抓取功能，同时具有结构紧凑、体积和重量进一步降低等特点，但是手掌部分传动机构复杂，占用体积较大，导致整个假肢手体积依旧较大，患者携带不便。这两种欠驱动假肢手虽然一定程度上解决了体积或质量过大的问题，但对于患者的实际使用而言，其体积或质量以及操控精度与操作灵巧性等还需做出较大的改进与提升。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，其目的在于，通过手指传动机构、指间驱动机构和拇指驱动机构的结构改进，采用单个电机控制假肢手四个手指的弯曲和伸展运动，而拇指则由另一个电机单独控制，来完成对多种物体的抓取任务。本专利技术在复现人手抓握功能的同时，具备自适应的抓取功能，可根据抓取物形态自适应调整抓握状态，实现对抓取物拟人的包络抓握，能有效解决假肢手体积或质量过大、控制系统复杂与操作精度不高等问题，同时具备自适应的抓取功能。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，包括假肢手本体、手指传动模块、指间传动模块和拇指驱动模块；假肢手本体包括手掌及五个手指，每个手指分别由各自的第一驱动绳拉动弯曲、第二驱动绳拉动伸展；指间传动模块设置在手掌的内部，包括指间驱动机构、指间传动机构和指间比例传动机构，其中：指间驱动机构包括第一电机和固定在第一电机输出轴上的第一驱动齿轮，第一电机固定于手掌上；指间传动机构包括分布于第一电机两侧的第一指间传动机构和第二指间传动机构；第一指间传动机构包括第一丝杆螺母、第一光杆、第一滑块，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第一传动齿轮、第一阻尼转轴、第一丝杆连接件和第一丝杆；第一丝杆螺母设于第一丝杆上，第一滑块固定于第一丝杆螺母上且沿第一光杆滑动；第二指间传动机构包括第二丝杆螺母、第二光杆、第二滑块，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第二传动齿轮、第二阻尼转轴、第二丝杆连接件和第二丝杆；第二丝杆螺母设于第二丝杆上，第二滑块固定于第二丝杆螺母上且沿第二光杆滑动；第一丝杆、第二丝杆、第一光杆、第二光杆相互平行且均固定于手掌上；比例传动机构包括伸缩组件以及四个第三滑轮；伸缩组件上设有四个呈直线排布的固定点，一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第一驱动绳，或一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第二驱动绳，任意相邻的两个固定点之间的距离可伸缩；伸缩组件通过两个销钉分别枢接在第一滑块和第二滑块上；四个第三滑轮靠近掌根设置，且与拇指以外其余四个手指一一对应；拇指以外其余四个手指各自的驱动绳绕经对应的第三滑轮后，被第三滑轮分为第一驱动绳和第二驱动绳；拇指由拇指驱动模块独立驱动，拇指驱动模块包括固定于手掌上的第二电机和固定在第二电机输出轴上的拇指弯曲滑轮；拇指的驱动绳绕经拇指弯曲滑轮后，被拇指弯曲滑轮分为第一驱动绳和第二驱动绳。进一步地，五个手指分为拇指、食指、中指、无名指和小指，均分别包括掌指关节组件、近指关节组件、中指节与远指节，其中：掌指关节组件包括掌指节、掌指关节旋转轴、以掌指关节旋转轴为旋转轴的第一滑轮；近指关节组件包括近指节、近指关节旋转轴、以近指关节旋转轴为旋转轴的第二滑轮；掌指关节旋转轴连接掌指节和近指节，近指关节旋转轴连接近指节和中指节；远指节与中指节相连呈一预设的弯曲角度；五个手指内部各设有一个手指传动模块，手指传动模块包括第一驱动绳、第二驱动绳，以及依次串联的第一张紧绳、近指节耦合弹簧和第二张紧绳；第一驱动绳和第二驱动绳采用对拉布置；第一驱动绳和第二驱动绳一端固定于中指节末端或远指节上，另一端均先后绕第二滑轮、第一滑轮各一周后，引入手掌；第一张紧绳和第二张紧绳分别缠绕在掌指关节旋转轴和近指关节旋转轴上。进一步地，手掌的近掌根位置设有第一安装板，四个第三滑轮固定在第一安装板上；伸缩组件为剪式比例机构，包括第一传动销钉、第二传动销钉、第三传动销钉、第四传动销钉、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆和第八连杆；第一连杆、第四连杆、第五连杆和第八连杆顺次枢接；第二连杆、第三连杆、第六连杆和第七连杆顺次枢接；第一连杆和第二连杆通过第一传动销钉枢接；第七连杆和第八连杆通过第四传动销钉枢接；第三连杆和第四连杆交叉并在交叉点通过第二传动销钉枢接；第五连杆和第六连杆交叉并在交叉点通过第三传动销钉枢接；第一传动销钉～第四传动销钉即所述的四个固定点，并且第一传动销钉～第四传动销钉中的两个分别固定在第一滑块和第二滑块上，以使剪式比例机构分别与第一滑块和第二滑块枢接。进一步地，拇指驱动模块还包括驱动绳导向件、拇指支撑件、拇指侧摆阻尼转轴以及与拇指侧摆阻尼转轴连接的拇指连接件；驱动绳导向件、拇指支撑件固定在第一安装板上；拇指侧摆阻尼转轴一端与拇指支撑件固定，另一端与拇指连接件固定；拇指安装于拇指连接件上。进一步地，第一传动销钉～第四传动销钉分别使用卡簧限制在各自对应枢接的连杆上。进一步地，第一滑块和第二滑块内分别装有对应与第一光杆、第二光杆配合的直线轴承。进一步地，各个手指的掌指节与中指节上均分别装有定位销钉，用于防止手指朝反方向弯曲，以及限制各指节向手心最大弯曲角度为90度。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有的技术相比，主要具备以下的技术优点：1、本专利技术的假肢手中的指间传动模块由一个第一电机同时控制四指实现弯曲和伸展运动，更少的电机可进一步简化手掌结构，使假肢手的体积与质量得到进一步的降低；并且，传动机构中采用的阻尼转轴，可限制电机和丝杆之间的传动力矩，当转动力矩大于阻尼转轴内部的阻力时，阻尼转轴自身两端发生相对转动进行卸力；一方面可防止电机输出的力矩过大对假肢手结构产生机械性损坏；另一方面可实现假肢手的自适应抓握功能，当某一个或多个手指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，包括假肢手本体、手指传动模块、指间传动模块和拇指驱动模块，其特征在于：/n假肢手本体包括手掌(1-5)及五个手指，每个手指分别由各自的第一驱动绳(3-3)拉动弯曲、第二驱动绳(3-5)拉动伸展；/n指间传动模块设置在手掌(1-5)的内部，包括指间驱动机构、指间传动机构和指间比例传动机构，其中：/n指间驱动机构包括第一电机(4-20)和固定在第一电机(4-20)输出轴上的第一驱动齿轮(5-8)，第一电机(4-20)固定于手掌(1-5)上；/n指间传动机构包括分布于第一电机(4-20)两侧的第一指间传动机构和第二指间传动机构；第一指间传动机构包括第一丝杆螺母(4-3)、第一光杆(4-24)、第一滑块(4-29)，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第一传动齿轮(5-10)、第一阻尼转轴(4-22)、第一丝杆连接件(4-23)和第一丝杆(4-25)；第一丝杆螺母(4-3)设于第一丝杆(4-25)上，第一滑块(4-29)固定于第一丝杆螺母(4-3)上且沿第一光杆(4-24)滑动；/n第二指间传动机构包括第二丝杆螺母(4-10)、第二光杆(4-17)、第二滑块(4-11)，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第二传动齿轮(5-7)、第二阻尼转轴(4-18)、第二丝杆连接件(4-19)和第二丝杆(4-16)；第二丝杆螺母(4-10)设于第二丝杆(4-16)上，第二滑块(4-11)固定于第二丝杆螺母(4-10)上且沿第二光杆(4-17)滑动；/n第一丝杆(4-25)、第二丝杆(4-16)、第一光杆(4-24)、第二光杆(4-17)相互平行且均固定于手掌(1-5)上；/n比例传动机构包括伸缩组件以及四个第三滑轮(4-21)；伸缩组件上设有四个呈直线排布的固定点，一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第一驱动绳(3-3)，或一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第二驱动绳(3-5)，任意相邻的两个固定点之间的距离可伸缩；伸缩组件通过两个销钉分别枢接在第一滑块(4-29)和第二滑块(4-11)上；四个第三滑轮(4-21)靠近掌根设置，且与拇指以外其余四个手指一一对应；拇指以外其余四个手指各自的驱动绳绕经对应的第三滑轮(4-21)后，被第三滑轮(4-21)分为第一驱动绳(3-3)和第二驱动绳(3-5)；/n拇指由拇指驱动模块独立驱动，拇指驱动模块包括固定于手掌(1-5)上的第二电机(4-14)和固定在第二电机(4-14)输出轴上的拇指弯曲滑轮(5-5)；拇指的驱动绳绕经拇指弯曲滑轮(5-5)后，被拇指弯曲滑轮(5-5)分为第一驱动绳(3-3)和第二驱动绳(3-5)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，包括假肢手本体、手指传动模块、指间传动模块和拇指驱动模块，其特征在于：
假肢手本体包括手掌(1-5)及五个手指，每个手指分别由各自的第一驱动绳(3-3)拉动弯曲、第二驱动绳(3-5)拉动伸展；
指间传动模块设置在手掌(1-5)的内部，包括指间驱动机构、指间传动机构和指间比例传动机构，其中：
指间驱动机构包括第一电机(4-20)和固定在第一电机(4-20)输出轴上的第一驱动齿轮(5-8)，第一电机(4-20)固定于手掌(1-5)上；
指间传动机构包括分布于第一电机(4-20)两侧的第一指间传动机构和第二指间传动机构；第一指间传动机构包括第一丝杆螺母(4-3)、第一光杆(4-24)、第一滑块(4-29)，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第一传动齿轮(5-10)、第一阻尼转轴(4-22)、第一丝杆连接件(4-23)和第一丝杆(4-25)；第一丝杆螺母(4-3)设于第一丝杆(4-25)上，第一滑块(4-29)固定于第一丝杆螺母(4-3)上且沿第一光杆(4-24)滑动；
第二指间传动机构包括第二丝杆螺母(4-10)、第二光杆(4-17)、第二滑块(4-11)，以及沿掌根到掌指端方向顺次连接的第二传动齿轮(5-7)、第二阻尼转轴(4-18)、第二丝杆连接件(4-19)和第二丝杆(4-16)；第二丝杆螺母(4-10)设于第二丝杆(4-16)上，第二滑块(4-11)固定于第二丝杆螺母(4-10)上且沿第二光杆(4-17)滑动；
第一丝杆(4-25)、第二丝杆(4-16)、第一光杆(4-24)、第二光杆(4-17)相互平行且均固定于手掌(1-5)上；
比例传动机构包括伸缩组件以及四个第三滑轮(4-21)；伸缩组件上设有四个呈直线排布的固定点，一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第一驱动绳(3-3)，或一一对应固定拇指以外其余四个手指各自的第二驱动绳(3-5)，任意相邻的两个固定点之间的距离可伸缩；伸缩组件通过两个销钉分别枢接在第一滑块(4-29)和第二滑块(4-11)上；四个第三滑轮(4-21)靠近掌根设置，且与拇指以外其余四个手指一一对应；拇指以外其余四个手指各自的驱动绳绕经对应的第三滑轮(4-21)后，被第三滑轮(4-21)分为第一驱动绳(3-3)和第二驱动绳(3-5)；
拇指由拇指驱动模块独立驱动，拇指驱动模块包括固定于手掌(1-5)上的第二电机(4-14)和固定在第二电机(4-14)输出轴上的拇指弯曲滑轮(5-5)；拇指的驱动绳绕经拇指弯曲滑轮(5-5)后，被拇指弯曲滑轮(5-5)分为第一驱动绳(3-3)和第二驱动绳(3-5)。


2.如权利要求1所述的一种具备自适应抓取功能的欠驱动假肢手，其特征在于，五个手指分为拇指(1-6)、食指(1-4)、中指(1-3)、无名指(1-2)和小指(1-1)，均分别包括掌指关节组件、近指关节组件、中指节(2-5)与远指节(2-6)，其中：
掌指关节组件包括掌指节(2-1)、掌指关节旋转轴(2-2)、以掌指关节旋转轴(2-2)为旋转轴的第一滑轮(3-1)；
近指关节组件包括近指节(2-3)、近指关节旋转轴(2-4)、以近指关节旋转轴(2-4)为旋转轴的第二滑轮(3-4)；掌指关节旋转轴(2-2)连接掌指节(2-1)和近指节(2-3)，近指关节旋转轴(2-4)连接近指节(2-3)和中指节(2-5)；远指节(2-6)与中指节(...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊蔡华，刘闯，孙柏杨，谢志亮，段涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42