一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手制造技术

一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，包括柔性手指机构，柔性手指机构通过弹性钢片和直线推杆电机连接，直线推杆电机固定于手掌上，手掌通过手腕机构和接受腔前端相连，接受腔后端和截肢患者前臂相连；柔性手指机构包括柔性拇指机构、柔性食指机构、柔性中指机构、柔性无名指机构和柔性小指机构；直线推杆电机推动弹性钢片前进，引起弹性钢片变形弯曲，带动柔性手指进行弯曲运动，直线推杆电机拉动弹性钢片后退，柔性手指进行伸展运动；手腕机构设有舵盘与舵机，舵机通过舵盘带动手掌连接单元转动，将自身旋转运动转化为腕部转动；本发明专利技术能实现五根手指的独立运动，具有柔顺抓取特性；通过3D打印可实现个性化定制，重量轻且成本低。

A Rigid-flexible Coupled Prosthetic Hand with Compliant Grasp Characteristics

A rigid-flexible coupled prosthetic hand with flexible grasping characteristics includes flexible finger mechanism, which is connected by elastic steel sheet and linear push rod motor. The linear push rod motor is fixed on the palm, and the palm is connected by wrist mechanism and the front end of the receiving chamber, and the back end of the receiving chamber is connected with the forearm of amputees. The flexible finger mechanism includes flexible thumb mechanism and flexible index finger mechanism. Flexible middle finger mechanism, flexible ring finger mechanism and flexible pinky finger mechanism; linear push rod motor drives elastic steel sheet forward, causing elastic steel sheet to deform and bend, driving flexible finger to bend, linear push rod motor pulls elastic steel sheet backward, flexible finger to stretch; wrist mechanism has steering wheel and steering gear, steering gear drives hand palm connecting unit to rotate through steering wheel. The invention can realize the independent movement of five fingers and has the characteristics of flexible grasping, and can realize personalized customization through 3D printing with light weight and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手
本专利技术涉及一种仿生人体义肢，具体涉及一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手。
技术介绍
工伤、疾病、自然灾害等意外事故造成大量健康人被迫截肢，成为肢体残疾患者。截肢使得肢残患者丧失了部分、甚至全部劳动力，不仅给患者及其家庭造成了沉重的负担，也使患者承受着巨大的心理压力，已经成为不可回避的社会问题。由于当前的科技医疗水平还无法实现假肢的生物学再造，佩戴假肢成为解决肢体残疾问题唯一可行的途径。现有的义肢手虽然可以实现基本的手部动作，但存在以下不足：大部分采用刚性连杆机构设计，控制复杂，难以实现柔顺抓取；重量较大，影响患者体验；价格高昂，不易推广。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种具有刚柔耦合结构的新型义肢手，不仅能实现五根手指的独立运动，还具有一定的柔顺抓取特性；各零部件通过3D打印制造而成，可依据不同患者的手部尺寸实现个性化定制，易于穿戴，重量轻且成本低。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，包括柔性手指机构1，柔性手指机构1通过弹性钢片2和直线推杆电机3连接，直线推杆电机3固定于手掌4上，手掌4连接在手腕机构5前端，手腕机构5后端和接受腔6前端相连，接受腔6后端和截肢患者前臂相连；所述的柔性手指机构1包括柔性拇指机构101、柔性食指机构102、柔性中指机构103、柔性无名指机构104和柔性小指机构105。所述的柔性拇指机构101由远指间关节107、掌指间关节109以及从手指上端矩形孔穿过的弹性钢片2连接而成，弹性钢片2一端固定于远指间关节107前端连接的指尖106处，弹性钢片2的另一端与直线推杆电机3推杆连接；柔性拇指机构101通过指根接口110固定在手掌4上。所述的柔性食指机构102、柔性中指机构103、柔性无名指机构104、柔性小指机构105具有相同的结构，分别由远指间关节107、近指间关节108、掌指间关节109以及从各柔性手指上端矩形孔穿过的弹性钢片2连接而成；弹性钢片2一端固定于远指间关节107前端连接的指尖106处，弹性钢片2另一端与直线推杆电机3推杆连接；各柔性手指机构通过指根接口110固定在手掌4上。所述的远指间关节107、近指间关节108、掌指间关节109具有相同的一体式柔性结构，包括关节连接单元202，关节连接单元202上设有下端相连的柔性薄片201，通过改变柔性薄片201的个数、关节连接单元202的厚度和弹性钢片2的刚度，控制各指关节的弯曲刚度。所述的直线推杆电机3推动弹性钢片2前进，引起弹性钢片2变形弯曲，进而带动柔性手指机构1进行弯曲运动，直线推杆电机3拉动弹性钢片2后退，柔性手指机构1进行伸展运动；柔性手指机构1尺寸根据截肢患者尺寸进行参数化设计。所述的手掌4包括拇指固定机构401、食指固定机构402、中指固定机构403、无名指固定机构404、小指固定机构405以及拇指直线推杆电机固定结构406、食指直线推杆电机固定结构407、中指直线推杆电机固定结构408、无名指直线推杆电机固定结构409、小指直线推杆电机固定结构410，手掌4后端通过掌腕接口411和手腕机构5前端相连。所述的手腕机构5包括和掌腕接口411连接的手掌连接单元501，手掌连接单元501细长端安装有薄壁轴承505和衬套506，手掌连接单元501通过薄壁轴承505外圈和中间体502内腔壁相连，中间体502后端和手臂连接单元504前端连接；手掌连接单元501细长端面通过舵盘507与舵机503连接，舵机503机身则嵌套于中间体502和手臂连接单元504之间。所述的接受腔6通过接口601和手臂连接单元504后端相连，接受腔6设计有开口603，开口603处布置有尼龙扣固定装置602，调节尼龙扣松紧能够适应不同截肢患者的残肢尺寸，并将接受腔6与肢残患者残肢相连。所述的柔性手指机构1、手掌4、手腕机构5和接受腔6通过3D打印制造而成，依据不同患者的手部尺寸实现个性化定制。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术结构简单紧凑，质量轻便；各手指采用一体式柔性结构设计，在抓取过程中可以自动适应物体外形，实现顺应性抓取操作；其它零部件为刚性结构，刚柔耦合的整体结构设计使得该义肢手驱动方式简单、控制易于实现且操作安全。2、本专利技术根据人手实际结构尺寸仿生设计而成，通过对各组成零部件进行参数化建模，结合3D打印技术，可以针对不同截肢患者手部尺寸实现快速的个性化定制，且成本低廉。3、本专利技术以较简单的结构实现了更多的手部自由度，除了每根手指设计有三个指关节(拇指只有两个指关节)，可以独立进行屈伸运动外，还设计了一个腕部旋转自由度，手指屈伸动作和腕部旋转动作相互配合，可以帮助截肢患者完成日常生活所需的多种手部动作。附图说明图1为本专利技术整体的结构示意图。图2(a)为本专利技术拇指驱动机构的结构示意图；图2(b)为本专利技术的食指、中指、无名指或小指驱动机构的结构示意图。图3为本专利技术柔性指关节的结构示意图，图(a)为伸展状态图；图(b)为弯曲状态图。图4为本专利技术手掌的结构示意图，图(a)为手掌正面图；图(b)为手掌背面图。图5为本专利技术手腕机构的结构示意图，图(a)为腕部轴测图；图(b)为腕部内部结构图。图6为本专利技术接受腔的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。参照图1，一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，包括柔性手指机构1，柔性手指机构1通过弹性钢片2和直线推杆电机3连接，直线推杆电机3固定于手掌4上，手掌4连接在手腕机构5前端，手腕机构5后端和接受腔6前端相连，接受腔6后端和截肢患者前臂相连。所述的柔性手指机构1包括柔性拇指机构101、柔性食指机构102、柔性中指机构103、柔性无名指机构104和柔性小指机构105。参照图2(a)，所述的柔性拇指机构101由远指间关节107、掌指间关节109以及从手指上端矩形孔穿过的弹性钢片2连接而成，弹性钢片2一端固定于远指间关节107前端连接的指尖106处，弹性钢片2的另一端与直线推杆电机3推杆连接；柔性拇指机构101通过指根接口110固定在手掌4上。参照图2(b)，所述的柔性食指机构102、柔性中指机构103、柔性无名指机构104、柔性小指机构105具有相同的结构，分别由远指间关节107、近指间关节108、掌指间关节109以及从各柔性手指上端矩形孔穿过的弹性钢片2连接而成；弹性钢片2一端固定于远指间关节107前端连接的指尖106处，弹性钢片2另一端与直线推杆电机3推杆连接；各柔性手指机构通过指根接口110固定在手掌4上。参照图3，所述的远指间关节107、近指间关节108、掌指间关节109具有相同的一体式柔性结构，包括关节连接单元202，关节连接单元202上设有下端相连的柔性薄片201，通过改变柔性薄片201的个数、关节连接单元202的厚度和弹性钢片2的刚度，控制各指关节的弯曲刚度。所述的直线推杆电机3推动弹性钢片2前进，引起弹性钢片2变形弯曲，进而带动柔性手指机构1进行弯曲运动，直线推杆电机3拉动弹性钢片2后退，柔性手指机构1进行伸展运动；柔性手指机构1尺寸根据截肢患者尺寸进行参数化设计。参照图4，所述的手掌4包括拇指固定机构401、食指固定机构402、中指固定机构403、无名本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，其特征在于：包括柔性手指机构(1)，柔性手指机构(1)通过弹性钢片(2)和直线推杆电机(3)连接，直线推杆电机(3)固定于手掌(4)上，手掌(4)连接在手腕机构(5)前端，手腕机构(5)后端和接受腔(6)前端相连，接受腔(6)后端和截肢患者前臂相连；所述的柔性手指机构(1)包括柔性拇指机构(101)、柔性食指机构(102)、柔性中指机构(103)、柔性无名指机构(104)和柔性小指机构(105)。

【技术特征摘要】
1.一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，其特征在于：包括柔性手指机构(1)，柔性手指机构(1)通过弹性钢片(2)和直线推杆电机(3)连接，直线推杆电机(3)固定于手掌(4)上，手掌(4)连接在手腕机构(5)前端，手腕机构(5)后端和接受腔(6)前端相连，接受腔(6)后端和截肢患者前臂相连；所述的柔性手指机构(1)包括柔性拇指机构(101)、柔性食指机构(102)、柔性中指机构(103)、柔性无名指机构(104)和柔性小指机构(105)。2.根据权利要求1所述的一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，其特征在于：所述的柔性拇指机构(101)由远指间关节(107)、掌指间关节(109)以及从手指上端矩形孔穿过的弹性钢片(2)连接而成，弹性钢片(2)一端固定于远指间关节(107)前端连接的指尖(106)处，弹性钢片(2)的另一端与直线推杆电机(3)推杆连接；柔性拇指机构(101)通过指根接口(110)固定在手掌(4)上。3.根据权利要求1所述的一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，其特征在于：所述的柔性食指机构(102)、柔性中指机构(103)、柔性无名指机构(104)、柔性小指机构(105)具有相同的结构，分别由远指间关节(107)、近指间关节(108)、掌指间关节(109)以及从各柔性手指上端矩形孔穿过的弹性钢片(2)连接而成；弹性钢片(2)一端固定于远指间关节(107)前端连接的指尖(106)处，弹性钢片(2)另一端与直线推杆电机(3)推杆连接；各柔性手指机构通过指根接口(110)固定在手掌(4)上。4.根据权利要求2或3所述的一种具有柔顺抓取特性的刚柔耦合义肢手，其特征在于：所述的远指间关节(107)、近指间关节(108)、掌指间关节(109)具有相同的一体式柔性结构，包括关节连接单元(202)，关节连接单元(202)上设有下端相连的柔性薄片(201)，通过改变柔性薄片(201)的个数、关节连接单元(202)的厚度和弹性钢片(2)的刚度，控制各指关节的弯曲刚度。5.根据权利要求1所述的一种具有柔顺抓取特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光华，滕志程，李敏，梁仍昊，张四聪，陈佳洲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61