一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手制造技术

本实用新型专利技术提出一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手，包括手掌、拇指和四根手指，拇指及手指都为独立的模块，可以独立地安装及拆卸，每个模块由一台微型电机驱动，每个模块有两个运动关节，两个关节的运动是耦合的，为欠驱动方式；手指的机械传动链包括微型电机、微型减速器、直齿轮副、滑动螺旋副、拉力绳索及扭转弹簧，机械传动链分两层布置，采用折回式布局，并提出了一种楔形凸凹式绳索固定器组件；拇指电机沿手掌横向布置，锥齿轮副可以保证当拇指姿态改变时，传动链仍然可靠地工作；本实用新型专利技术提出的假肢手各电机都固定于手掌，假肢手结构简单、尺寸小、重量轻、工作可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手
本技术属于医疗康复器械领域，特别涉及一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手。
技术介绍
假肢手安装于手部截肢残疾人残肢端部，用于实现人手的某些功能。2008年以前，市场上运作最成功的假肢手为德国OttoBock公司的Suva单自由度假肢手，该假肢手依靠肌电信号传感器拾取残疾人残臂上肌肉的控制信息，经微控制芯片处理后发出运动指令，实现假肢手的动作，该种假肢手只能实现简单的开合运动，不能对操作物体实现较好的包络。2008年以后，多自由度假肢手开始面世，比较有代表性的为英国的Blatchford&son公司生产的ilimb假肢手和冰岛Steeper公司生产的Bebionic假肢手。这两款假肢手均由五个微型电机驱动，食指、中指、无名指和小指机械结构相同，统称为手指，每个手指有两个关节，第一关节为主动关节，第二关节为从动关节，两个关节的运动是耦合的，称这种驱动方式为欠驱动。ilimb假肢手的手指第一关节由蜗杆蜗轮驱动，微型电机微型减速器组件置于第一指节的空腔内，微型减速器输出轴通过齿轮驱动蜗杆回转，蜗轮联接于手掌部，相对于手掌固定不动，当电机回转时，蜗杆连同微型电机微型减速器及第一指节绕蜗轮回转，实现手指的屈伸，第二关节由联接于蜗轮的绳索驱动，其拇指机械结构与食指机械结构类似，但无有第二关节的运动；该型假肢手的主要缺陷为，微型电机微型减速器组件置于第一指节空腔内，虽然可以节省手掌的空间，却受微型电机微型减速器长度的限制，第一指节的长度长于人手指节长度，且微型电机微型减速器也作为微型电机的负荷，浪费了电机的有效功率，第一指节的回转中心即是蜗轮的中心，位于第一指节手掌心部，当佩戴仿人手皮时，手皮关节处变形很大，极大地浪费了电机的有效功率。Bebionic假肢手的手指第一关节由滑块连杆机构驱动，微型电机微型减速器组件置于手掌上，第二关节由四连杆机构驱动，四连杆的主动运动杆件即为第一指节，其拇指机械结构为多杆机构，微型电机微型减速器组件置于拇指第一指节空腔内；该型假肢手的主要缺陷为，拇指驱动电机及复杂的机械装置置于拇指第一指节空腔内，使拇指尺寸比较租大，且微型电机微型减速器和机械零件作为负载浪费了拇指电机的有效功率。另外，通过对现有的文献资料检索发现：中国专利技术专利公开号：CN103538077A,名称：一种多自由度机器仿生手。使用六台电机控制假肢手，其中食指、中指、无名指、小指各用一台电机；拇指用两台电机，一台用于拇指外旋，一台用于拇指屈伸。电机都固定在手掌上，机械传动链为蜗杆蜗轮机构。手指和拇指电机顺次摆放，使手掌很长。拇指的第二指节不能作屈伸运动。中国专利技术专利公开号：CN103565562A,名称：一种欠驱动假肢手。使用三台电机控制五个手指的运动，其中食指及中指由一台电机控制，无名指及小指由一台电机控制，拇指由一台电机控制，不能实现每个手指的独立运动。其机械传动链为，电机驱动丝杆螺母机构，再通过滑块导轨机构将电机的回转运动转化为滑块的线性运动，滑块拉动绳索驱动手指各指节，传动链较长，使手掌尺寸也较长；每个手指使用了三根绳索和多个导轮，比较复杂。拇指的外旋及拇指的曲伸运动不是独立的。中国专利技术专利公开号：CN1418765,名称：机器人灵巧手机构。每个手指的两个关节分由两台电机分别控制，虽然增加了灵活性，由于重量等原因不适用于假肢手。中国专利技术专利公开号：CN1365877,名称：机器人拟人多指手装置。食指、中指、无名指、小指四个手指用一台电机控制；拇指用一台电机控制。仅能实现五指抓取操作模式，其它的运动模式如两指捏取、鼠标双击等操作模式无法实现。
技术实现思路
本技术的目的在于克服目前假肢手产品及专利技术中的不足，提供一种结构简单、控制灵活、功能强大的模块式多自由度欠驱动仿人假肢手。该型假肢手由五台微型电机驱动，手指及拇指具有两个运动关节。本技术通过下述技术方案实现：一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手，包括假肢手掌部联接件、拇指、食指、中指、无名指、小指，其中食指、中指、无名指及小指结构相同，只是各指节长度不同，统称为手指，手指由手指本体及手指机械传动链构成，拇指由拇指本体及拇指机械传动链构成，每个手指及拇指为模块化结构，可以独立地安装于掌部联接件或从掌部联接件拆下；手指本体由近及远包括模块基座、手指第一指节、手指第二指节、手指第三指节第一零件、手指第三指节第二零件，手指第三指节第一零件和手指第三指节第二零件组成手指第三指节，把手指第三指节分为两个零件是为了安装拉力绳索固定器组件及零件制造时便于拔模；手指第一指节通过手指第一关节空心销轴联接于手指模块基座远端，并可绕手指模块基座远端作回转运动，形成手指第一关节，第一扭转弹簧套装在手指第一关节空心轴上，扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指模块基座的第一弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第一指节的第二弹簧限位销钉接触，在手指第一指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第一指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第二指节通过手指第二关节空心销轴联接于手指第一指节远端，并可绕手指第一指节远端作回转运动，形成手指第二关节，第二扭转弹簧套装在手指第二关节空心轴上，第二扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第一指节的第三弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第二指节的第四弹簧限位销钉接触，在手指第二指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第二指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第三指节第一零件通过手指第三关节销轴联接于手指第二指节远端，并可绕手指第二指节远端作回转运动，形成手指第三关节，第三扭转弹簧套装在手指第三关节销轴上，扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第二指节的第五弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第三指节第一零件的第六弹簧限位销钉接触，手指第三指节第一零件的远端具有一空腔，用于放置拉力绳索固定器组件；手指第三指节第二零件通过其方形销过盈联接于手指第三指节第一零件的孔中，形成完整的手指第三指节；手指运动传动链包括微型电机微型减速器组件、直齿轮副、螺旋传动副及拉力绳索组件，手指电机联接板通过螺钉联接于手指模块基座的近端端面上，手指微型电机微型减速器组件置于手指模块基座的空腔中，并与电机联接板固定联接，第一直齿轮通过D形孔装配于微型减速器的伸出电机联接板外的D形截面输出轴轴颈上，在第一直齿轮与微型减速器输出轴的轴肩之间安装有隔套，用于调整第一直齿轮在微型减速器输出轴上的轴向位置；一滑动螺杆置于手指模块基座的空腔内并位于微型电机微型减速器组件的下方，滑动螺杆的一个轴颈穿过与电机联接板固定联接的铜套，并可在铜套内回转，滑动螺杆的一个轴肩与电机联接板外侧接触，实现滑动螺杆与电机联接板外侧的轴向定位，一定位套套装在滑动螺杆的轴颈上，两者以销钉联接，该定位套实现滑动螺杆在电机联接板内侧的轴向定位；第二直齿轮通过其中心的D形孔与滑动螺杆伸出电机联接板外侧的D形截面轴颈联接，且第二直齿轮与第一直齿轮相啮合；一滑动螺母与滑动螺杆旋合，滑动螺母的一部分外形为U形，其两侧与手指模块基座内腔两侧平面接触，并可沿模块基座内腔直线滑动；手指机械传动链的主要特点为，采用了双层折本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手，包括假肢手掌部联接件、拇指、食指、中指、无名指、小指，其中食指、中指、无名指及小指结构相同，只是各指节长度不同，统称为手指，手指由手指本体及手指机械传动链构成，拇指由拇指本体及拇指机械传动链构成，手指及拇指为模块化结构，可以独立地安装于掌部联接件或从掌部联接件拆下，其特征在于：手指本体由近及远包括模块基座、手指第一指节、手指第二指节、手指第三指节第一零件、手指第三指节第二零件，手指第三指节第一零件和手指第三指节第二零件组成第三指节，把手指第三指节分为两个零件是为了安装拉力绳索固定器组件及零件制造时便于拔模；手指第一指节通过手指第一关节空心销轴联接于手指模块基座远端，并可绕手指模块基座远端作回转运动，形成手指第一关节，第一扭转弹簧套装在手指第一关节空心轴上，第一扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端插与安装于手指基座的第一弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第一指节的第二弹簧限位销钉接触，在手指第一指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第一指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第二指节通过手指第二关节空心销轴联接于手指第一指节远端，并可绕手指第一指节远端作回转运动，形成手指第二关节，第二扭转弹簧套装在手指第二关节空心轴上，第二扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第一指节的第三弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第二指节的第四弹簧限位销钉接触，在手指第二指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第二指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第三指节第一零件通过手指第三关节销轴联接于手指第二指节远端，并可绕手指第二指节远端作回转运动，形成手指第三关节，第三扭转弹簧套装在手指第三关节销轴上，第三扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第二指节的第五弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第三指节第一零件的第六弹簧限位销钉接触，第三指节第一零件的远端具有一空腔，用于放置拉力绳索固定器组件，手指第三指节第二零件通过其方形销过盈联接于手指第三指节第一零件的孔中，形成完整的手指第三指节；手指运动传动链包括微型电机微型减速器组件、直齿轮副、螺旋传动副及拉力绳索组件，手指电机联接板通过螺钉联接于手指模块基座的近端端面上，手指微型电机微型减速器组件置于手指模块基座的空腔中，并与电机联接板固定联接，第一直齿轮通过D形孔装配于微型减速器的伸出电机联接板外的D形截面输出轴轴颈上，在第一直齿轮与微型减速器输出轴的轴肩之间安装有隔套，用于调整第一直齿轮在微型减速器输出轴上的轴向位置；一滑动螺杆置于手指模块基座的空腔内并位于微型电机微型减速器组件的下方，滑动螺杆的一个轴颈穿过与电机联接板固定联接的铜套，并可在铜套内回转，滑动螺杆的一个轴肩与电机联接板外侧接触，实现滑动螺杆与电机联接板外侧的轴向定位，一定位套套装在滑动螺杆的轴颈上，两者以销钉联接，该定位套实现滑动螺杆在电机联接板内侧的轴向定位；第二直齿轮通过其中心的D形孔与滑动螺杆伸出电机联接板外侧的D形截面轴颈联接，且第二直齿轮与第一直齿轮相啮合，一滑动螺母与滑动螺杆旋合；手指机械传动链的主要特点为，采用了双层折回式布置方案，缩减了传动链沿手掌的长度，一拉力绳索穿过手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节的空腔，拉力绳索的一端通过绳扣方式系于一销钉上，而该销钉固定于滑动螺母的远端端部，绳索的绳扣位于滑动螺母中间的开槽中，绳索的另一端固定于绳索固定器组件，绳索固定器组件置于第三指节第一零件的孔中；当手指屈指时，微型电机正向回转，通过微型减速器减速，再通过直齿轮副将运动传递给滑动螺杆，滑动螺杆转动使滑动螺母向掌心方向线性运动，通过与滑动螺母联接的销钉，拉动拉力绳索，使手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节作屈指运动，各指节中的导轮与绳索接触以避免绳索与指节的摩擦，在手指模块基座内部设计有屈指限位面，对滑动螺母有限位作用，而每相邻指节之间也设计了屈指限位面；当手指展指时，微型电机反向回转，通过微型减速器减速，再通过直齿轮副将运动传递给滑动螺杆，滑动螺杆转动使滑动螺母向手掌远端方向线性运动，拉力绳索松动，手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节在各关节扭转弹簧的作用下相对展直，在手指模块基座内部设计有展指限位面，对滑动螺母有限位作用，而每相邻指节之间也设计了展指限位面；假肢手拇指本体包括拇指基座、拇指转架、拇指第一指节、拇指第二指节第一零件、拇指第二指节第二零件、拇指第二指节第三零件，这三个零件组装为第二指节，把拇指第二指节分为三个零件是为了制造时拔模方便及减小缩坑；拇指基座远端及近端各有一个孔，两端的孔同心，远端心轴插入于拇指基座远端孔中，近端心轴插入于拇指基座近端孔中，远端心轴和近端心轴各有用于联接的凸缘，通过螺钉把远端心轴、近...

【技术特征摘要】
1.一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手，包括假肢手掌部联接件、拇指、食指、中指、无名指、小指，其中食指、中指、无名指及小指结构相同，只是各指节长度不同，统称为手指，手指由手指本体及手指机械传动链构成，拇指由拇指本体及拇指机械传动链构成，手指及拇指为模块化结构，可以独立地安装于掌部联接件或从掌部联接件拆下，其特征在于：手指本体由近及远包括模块基座、手指第一指节、手指第二指节、手指第三指节第一零件、手指第三指节第二零件，手指第三指节第一零件和手指第三指节第二零件组成第三指节，把手指第三指节分为两个零件是为了安装拉力绳索固定器组件及零件制造时便于拔模；手指第一指节通过手指第一关节空心销轴联接于手指模块基座远端，并可绕手指模块基座远端作回转运动，形成手指第一关节，第一扭转弹簧套装在手指第一关节空心轴上，第一扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端插与安装于手指基座的第一弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第一指节的第二弹簧限位销钉接触，在手指第一指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第一指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第二指节通过手指第二关节空心销轴联接于手指第一指节远端，并可绕手指第一指节远端作回转运动，形成手指第二关节，第二扭转弹簧套装在手指第二关节空心轴上，第二扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第一指节的第三弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第二指节的第四弹簧限位销钉接触，在手指第二指节的两端下方，分别各有一个导轮，通过导轮销轴联接于手指第二指节，导轮可以相对导轮销轴回转；手指第三指节第一零件通过手指第三关节销轴联接于手指第二指节远端，并可绕手指第二指节远端作回转运动，形成手指第三关节，第三扭转弹簧套装在手指第三关节销轴上，第三扭转弹簧具有两个伸出端，一个伸出端与安装于手指第二指节的第五弹簧限位销钉接触，另一伸出端与安装于手指第三指节第一零件的第六弹簧限位销钉接触，第三指节第一零件的远端具有一空腔，用于放置拉力绳索固定器组件，手指第三指节第二零件通过其方形销过盈联接于手指第三指节第一零件的孔中，形成完整的手指第三指节；手指运动传动链包括微型电机微型减速器组件、直齿轮副、螺旋传动副及拉力绳索组件，手指电机联接板通过螺钉联接于手指模块基座的近端端面上，手指微型电机微型减速器组件置于手指模块基座的空腔中，并与电机联接板固定联接，第一直齿轮通过D形孔装配于微型减速器的伸出电机联接板外的D形截面输出轴轴颈上，在第一直齿轮与微型减速器输出轴的轴肩之间安装有隔套，用于调整第一直齿轮在微型减速器输出轴上的轴向位置；一滑动螺杆置于手指模块基座的空腔内并位于微型电机微型减速器组件的下方，滑动螺杆的一个轴颈穿过与电机联接板固定联接的铜套，并可在铜套内回转，滑动螺杆的一个轴肩与电机联接板外侧接触，实现滑动螺杆与电机联接板外侧的轴向定位，一定位套套装在滑动螺杆的轴颈上，两者以销钉联接，该定位套实现滑动螺杆在电机联接板内侧的轴向定位；第二直齿轮通过其中心的D形孔与滑动螺杆伸出电机联接板外侧的D形截面轴颈联接，且第二直齿轮与第一直齿轮相啮合，一滑动螺母与滑动螺杆旋合；手指机械传动链的主要特点为，采用了双层折回式布置方案，缩减了传动链沿手掌的长度，一拉力绳索穿过手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节的空腔，拉力绳索的一端通过绳扣方式系于一销钉上，而该销钉固定于滑动螺母的远端端部，绳索的绳扣位于滑动螺母中间的开槽中，绳索的另一端固定于绳索固定器组件，绳索固定器组件置于第三指节第一零件的孔中；当手指屈指时，微型电机正向回转，通过微型减速器减速，再通过直齿轮副将运动传递给滑动螺杆，滑动螺杆转动使滑动螺母向掌心方向线性运动，通过与滑动螺母联接的销钉，拉动拉力绳索，使手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节作屈指运动，各指节中的导轮与绳索接触以避免绳索与指节的摩擦，在手指模块基座内部设计有屈指限位面，对滑动螺母有限位作用，而每相邻指节之间也设计了屈指限位面；当手指展指时，微型电机反向回转，通过微型减速器减速，再通过直齿轮副将运动传递给滑动螺杆，滑动螺杆转动使滑动螺母向手掌远端方向线性运动，拉力绳索松动，手指第一指节、手指第二指节及手指第三指节在各关节扭转弹簧的作用下相对展直，在手指模块基座内部设计有展指限位面，对滑动螺母有限位作用，而每相邻指节之间也设计了展指限位面；假肢手拇指本体包括拇指基座、拇指转架、拇指第一指节、拇指第二指节第一零件、拇指第二指节第二零件、拇指第二指节第三零件，这三个零件组装为第二指节，把拇指第二指节分为三个零件是为了制造时拔模方便及减小缩坑；拇指基座远端及近端各有一个孔，两端的孔同心，远端心轴插入于拇指基座远端孔中，近端心轴插入于拇指基座近端孔中，远端心轴和近端心轴各有用于联接的凸缘，通过螺钉把远端心轴、近端心轴联接于拇指基座，拇指转架设计有远端支撑孔及近端支撑孔，远端心轴也插入于拇指转架远端支撑孔中，近端心轴插入于拇指支架近端支撑孔中，拇指转架可以相对于拇指基座绕心轴回转，拇指基座的一个侧壁对...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷益龙，
申请(专利权)人：唐山云时代网络科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13