一种机械假肢手臂制造技术

本发明专利技术涉及一种机械假肢手臂，由手部、手腕、前臂、肘关节、上臂和肩关节组成，手部由手掌部分和手指部分组成，手腕前端通过手腕盘连接手部的手掌，手腕末端通过前臂驱动机构连接前臂，肘关节的一端与前臂连接，另一端与上臂连接，上臂通过肩关节安装在身体上，机械假肢手臂设置有手指驱动机构、手腕驱动机构、前臂驱动机构、肘关节驱动机构和上臂驱动机构，实手臂多自由度运动，纯机械结构，结构可靠；手指采用连杆机构结构可靠，抓握力度大，整个手臂为多自由度设计，可以整体实现灵活、快捷的响应效果。

A kind of mechanical prosthetic arm

The invention relates to a mechanical prosthetic arm, which is composed of a hand, a wrist, a forearm, an elbow joint, an upper arm and a shoulder joint. The hand is composed of a palm part and a finger part. The front end of the wrist is connected with the palm of the hand through a wrist disc, the end of the wrist is connected with the forearm through a forearm drive mechanism, one end of the elbow joint is connected with the forearm, the other end is connected with the upper arm, and the upper arm is installed through the shoulder joint On the body, the mechanical prosthetic arm is equipped with finger drive mechanism, wrist drive mechanism, forearm drive mechanism, elbow drive mechanism and upper arm drive mechanism, which can realize the multi degree of freedom movement of the arm, pure mechanical structure and reliable structure; the finger adopts the connecting rod mechanism with reliable structure and large grasping force, and the whole arm is designed with multi degree of freedom, which can realize the flexible and quick response as a whole Effect.

【技术实现步骤摘要】
一种机械假肢手臂
本专利技术涉及一种机械假肢手臂，尤其涉及一种医疗机械假肢手臂。
技术介绍
近年来，因为自然灾害、战争、疾病、人为暴力伤害等引起的肢残患者逐年增长。其中，又以上肢肢残患者生活最为艰辛，失去上肢后他们很难做到生活自理。因此，解决这部分人的自理问题显得尤为迫切。人类的单只手臂以机械学的形式分析，可以用大约27个自由度的连杆机构来表示。但其中大约20个自由度集中在手部。假肢的手部设计尤为重要。机械手的机构设计也称机构综合,主要包括型综合和尺寸综合。在机械人的研究领域,机械手的机构设计是一项很重要的工作,机械手机构型式和结构尺寸,决定了机械手的操作性和末端执行器的位姿。当前市面上的机械假肢，存在自由度低、可靠性差、抓握力度不足等缺点，针对当前现状，本专利技术提出一种医疗机械假肢手臂，本专利技术更多采用机械结构类设计，并针对一些重要部分进行了详细设计。仿照人的手臂运动，满足上肢肢残患者在佩戴时对他们生活活动的需求。整个手臂为多自由度设计，可以整体实现灵活、快捷的响应效果。加之采用了机械类结构设计，可保障高的可靠性和稳定性。
技术实现思路
针对目前机械假肢手臂自由度低、可靠性、抓握力度不足的缺点，本专利技术提供了一种机械假肢手臂，能够产生多自由度的运动，并且抓握力度大，结构可靠，整体灵活。一种机械假肢手臂，由手部、手腕、前臂、肘关节、上臂和肩关节组成，手部由手掌部分和手指部分组成，手腕前端通过手腕盘与手掌部分连接，手腕末端通过内齿轮与前臂连接，肘关节的一端与前臂连接，另一端与上臂连接，上臂通过肩关节安装在身体上，所述机械假肢手臂设置有用于驱动手指弯曲伸展的手指驱动机构、用于驱动手腕左右和上下摆动的手腕驱动机构、用于驱动手部旋转的前臂驱动机构、用于驱动前臂绕肘弯曲和伸展的肘关节驱动机构和用于驱动手臂前后和左右摆动的上臂驱动机构，所述手指部分由五根手指组成，除拇指之外的四根手指均采用连杆机构设置，食指、中指、无名指和小指每根手指具有三个自由度，所述手指连杆机构由七个活节、五个连杆和两个弹簧组成，第一连杆的一端通过第一活节与手掌铰接，另一端通过第六活节与第二连杆中部铰接，第四连杆一端与电机输出轴连接并且通过第七活节与电机铰接，另一端通过第二活节和第三活节分别与第五连杆和第二连杆的一端铰接，第五连杆的另一端通过第四活节与第三连杆的一端铰接，第二连杆的另一端通过第五活节与第三连杆的中部铰接。所述手掌部分由手指驱动机构、两个斜齿轮组、两个手掌轴、拇指直齿轮和三指连接轴组成，所述手指驱动机构由三台电机组成，第一电机和第二电机分别设置在手掌背面的两个电机槽口中，第三电机设置于手掌正面的电机槽中，拇指和食指分别由第一电机和第二电机驱动，中指、无名指和小指通过三指连接轴连接由第三电机驱动，第一电机和第二电机分别通过斜齿轮组带动手掌轴转动，为手指连杆机构提供动力，第三电机通过拇指直齿轮带动拇指轴转动，实现拇指运动。进一步的，所述的三台电机均为Maxon电机。所述第五连杆和第六连杆为两段结构，连杆中间设置弹簧。所述手腕由手腕盘、手腕驱动机构、万向节、球接头及支杆组成，所述手腕驱动机构为两个直线电机，所述直线电机一端通过万向节与手腕板连接，另一端与内齿轮相连接，支杆两端分别通过球接头与手腕板和内齿轮连接。所述两个直线电机可以实现同步和异步工作。所述前臂由前臂环、前臂板和前臂驱动机构组成，所述前臂驱动机构由前臂电机、内齿轮、滚针轴承组成，前臂板上设置有前臂电机，前臂板与通过螺栓固定在前臂环上，前臂电机输出轴连接正齿轮，正齿轮与内齿轮的啮合提供给腕部一个旋转运动，内齿轮与前臂环之间设置有滚针轴承。所述肘关节、上臂和肩关节由肘轴、肘关节驱动机构、上臂板、上臂驱动机构、两组同步带机构和肩板组成，所述肘关节驱动机构由第一锥齿轮、第二锥齿轮和肘部电机组成，第一锥齿轮通过键与肘轴连接，肘轴的两端通过轴承固定在两侧上臂板上，肘部电机带动第二锥齿轮旋转，通过第一锥齿轮与第二锥齿轮的啮合为肘轴转动提供动力；所述上臂驱动机构由第一上臂电机、第二上臂电机、第三锥齿轮和第四锥齿轮组成，第一上臂电机带动第一同步带机构转动，第一同步带结构的大齿轮与固定连接在肩板上，与肩刚性连接为一体，第一同步带轮机构的作用下，实现手臂的左右摆动，第二上臂电机带动第二同步带机构转动，第二同步带机构带动第三锥齿轮转动，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合，第四锥齿轮通过轴与身体刚性连接，无相运动，手臂通过肩板与身体连接。本专利技术的有益效果，本专利技术仿照人的手臂运动，满足上肢肢残患者在佩戴时对他们生活活动的需求，多自由度运动机械假肢手臂，相较于其它此类假肢，本设计假肢能够产生多自由度的运动，能够大体模拟正常人手臂的运动。纯机械结构，结构可靠。在一些使用较多的地方如手指，采用了连杆设计，相较于市面上采用较多的拉绳设计或者弹簧回弹设计，连杆机构更加可靠，并且能实现更大的抓握力度。硬铝合金材质臂身，质量轻、强度高、耐腐蚀；Maxon电机控制，整体尺寸小，不占空间，方便佩戴。成本低廉，性价比高。采用常见零部件，成本低廉，性价比高。附图说明图1一种机械假肢手臂的整体示意图；图2手部示意图；图3手部下视图；图4手指连杆机构原理图；图5腕部及前臂示意图；图6肘关节、上臂和肩关节示意图。图中，1手部，2腕部，3前臂，4肘关节，5上臂，6肩关节，11第一Maxon电机，12第一斜齿轮组，13第二斜齿轮组，14第一手掌轴，15第二Maxon电机，16拇指直齿轮，17第三Maxon电机，18第二手掌轴，19三指连接轴，21手腕盘，22第一直线电机，23第二直线电机Ⅱ，24第一万向节，25第二万向节Ⅱ，26内齿轮，27滚针轴承，28球接头，29正齿轮，210支杆，31前臂环，32前臂板，33前臂电机，41肘轴，42第一锥齿轮，43第二锥齿轮，44肘部电机，51上臂板，52第一上臂电机，53第二上臂电机，54第一同步带机构，55第二同步带机构，56第三锥齿轮，61第四锥齿轮，62肩板,G1第一活节，G2第二活节，G3第三活节，G4第四活节，G5第五活节，G6第六活节，G7第七活节，L1第一连杆，L2第二连杆，L3第三连杆，L4第四连杆，L5第五连杆，S1第一弹簧，S2第二弹簧，M1电机，H1手掌。具体实施方式本专利技术提供了一种机械假肢手臂，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对结合附图对本专利技术进一步详细说明。一种机械假肢手臂由手部1、手腕2、前臂3、肘关节4、上臂5、肩关节6六部分组成，其每个组成部分的位置如图1所示。如图2所示，手部分为手掌和手指两部分，手掌背面有两个电机槽口分别放置第一Maxon电机11和第二Maxon电机15，手掌正面设置有一个电机槽口用于放置第三Maxon电机17，第一Maxon电机11为中指、无名指、小指的驱动电机，中指、无名指、小指通过三指连接轴19连接，通过第一Maxon电机11旋转带动斜齿轮组12进行转动，第一手掌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械假肢手臂，所述手臂由手部、手腕、前臂、肘关节、上臂和肩关节组成，手部由手掌部分和手指部分组成，手腕前端通过手腕盘与手掌部分连接，手腕末端通过内齿轮与前臂连接，肘关节的一端与前臂连接，另一端与上臂连接，上臂通过肩关节安装在身体上，其特征在于：所述机械假肢手臂设置有用于驱动手指弯曲伸展的手指驱动机构、用于驱动手腕左右和上下摆动的手腕驱动机构、用于驱动手部旋转的前臂驱动机构、用于驱动前臂绕肘弯曲和伸展的肘关节驱动机构和用于驱动手臂前后和左右摆动的上臂驱动机构，所述手指部分由五根手指组成，除拇指之外的四根手指均采用连杆机构设置且每根手指有三个自由度，所述手指连杆机构由七个活节、五个连杆和两个弹簧组成，第一连杆的一端通过第一活节与手掌铰接，另一端通过第六活节与第二连杆中部铰接，第四连杆一端与电机输出轴连接且通过第七活节与电机铰接，另一端通过第二活节和第三活节分别与第五连杆和第二连杆的一端铰接，第五连杆的另一端通过第四活节与第三连杆的一端铰接，第二连杆的另一端通过第五活节与第三连杆的中部铰接。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械假肢手臂，所述手臂由手部、手腕、前臂、肘关节、上臂和肩关节组成，手部由手掌部分和手指部分组成，手腕前端通过手腕盘与手掌部分连接，手腕末端通过内齿轮与前臂连接，肘关节的一端与前臂连接，另一端与上臂连接，上臂通过肩关节安装在身体上，其特征在于：所述机械假肢手臂设置有用于驱动手指弯曲伸展的手指驱动机构、用于驱动手腕左右和上下摆动的手腕驱动机构、用于驱动手部旋转的前臂驱动机构、用于驱动前臂绕肘弯曲和伸展的肘关节驱动机构和用于驱动手臂前后和左右摆动的上臂驱动机构，所述手指部分由五根手指组成，除拇指之外的四根手指均采用连杆机构设置且每根手指有三个自由度，所述手指连杆机构由七个活节、五个连杆和两个弹簧组成，第一连杆的一端通过第一活节与手掌铰接，另一端通过第六活节与第二连杆中部铰接，第四连杆一端与电机输出轴连接且通过第七活节与电机铰接，另一端通过第二活节和第三活节分别与第五连杆和第二连杆的一端铰接，第五连杆的另一端通过第四活节与第三连杆的一端铰接，第二连杆的另一端通过第五活节与第三连杆的中部铰接。


2.根据权利要求1所述的机械假肢手臂，其特征在于：所述手掌部分包括手指驱动机构、两个斜齿轮组、两个手掌轴、拇指直齿轮和三指连接轴，所述手指驱动机构为三台电机，第一电机和第二电机分别设置在手掌背面的两个电机槽口中，第三电机设置于手掌正面的电机槽中，拇指和食指分别由第三电机和第二电机驱动，中指、无名指和小指通过三指连接轴连接由第一电机驱动，第一电机和第二电机分别通过斜齿轮组带动手掌轴转动，为手指连杆机构提供动力，第三电机通过拇指直齿轮带动拇指轴转动，实现拇指运动。


3.根据权利要求2所述的机械假肢手臂，其特征在于，所述的三台电机均为Maxon电机。


4.根据权利要求1所述的机械假肢手臂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田和强，林喆，徐倩，李建永，郑晨玲，王坤黎，张弘斌，周海萍，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37