[实用新型]一种模块式多自由度欠驱动仿生假肢手

摘要

本实用新型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。

主权项

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拇指转架向分掌方向的运动进行限位，拇指转架远端面与拇指基座远端内表面之间具有一定的空间，在该空间内放置着一压力弹簧，该压力弹簧套装在远端心轴的外表面，可以使拇指转架可靠地停留在相对于拇指基座的可转动范围内的任意姿态；拇指转架上部具有两个侧壁，在两个侧壁上加工有同轴的通孔，拇指第一关节空心轴插入安装于拇指转架侧壁的同轴孔中，并在拇指转架两侧壁端都有等长的伸出端，拇指第一指节近端和远端分别具有第一关节轴孔和第二关节轴孔，并在第一关节轴孔的同心圆周上加工有驱动销轴孔，拇指第一指节的第一关节联接处为两个侧壁，拇指第一指节的该两侧壁置于拇指转架两侧壁外，并套装在拇指第一关节空心轴上，可绕拇指第一关节空心轴回转；拇指第二指节第一零件的近端具有第二关节轴孔，第二关节空心销轴穿过拇指第一指节远端的第二关节轴孔和拇指第二指节第一零件近端的第二关节轴孔，拇指第二指节可绕第二关节轴线相对于拇指第一指节回转，拇指第二指节第一零件近端具有连杆销轴孔；拇指的机械传动链包括微型电机微型减速器组件、锥齿轮副、蜗杆蜗轮副及四连杆机构，拇指微型电机微型减速器组件安装于拇指基座的安装孔中，该安装孔轴心线与拇指转架回转轴线在同一高度的平面上，第一锥齿轮通过D形孔安装于微型减速器的D形截面输出轴颈上，在微型减速器输出轴的轴肩与第一锥齿轮的端面之间套装着第一调整垫，用于调整第一锥齿轮在微型减速器输出轴颈上的轴向位置；拇指蜗杆通过蜗杆远端铜套及蜗杆近端铜套安装于拇指转架的蜗杆安装孔中，一孔用弹性卡圈装配于拇指转架的环槽中，该环槽与蜗杆安装孔同轴，对蜗杆远端铜套进行轴向定位，拇指转架在其蜗杆安装孔近端加工有一开口槽，蜗杆的近端轴颈伸出拇指转架的蜗杆安装孔，第二锥齿轮通过D形孔安装于蜗杆的近端伸出轴上，并处于开口槽空间中，在蜗杆近端轴颈的一个轴肩与锥齿轮端部，套装第二调整垫片，用于调整第二锥齿轮在蜗杆轴颈的轴向位置，当手动或电动方法使拇指转架相对于拇指基座回转，调整拇指的对掌及分掌姿态时，第一锥齿轮与第二锥齿轮始终保持相啮合；拇指蜗轮置于拇指转架的两侧壁之间，并套装在拇指第一关节空心轴上，并可绕该空心轴回转，在拇指蜗轮两侧各装有一个隔套，隔套还套装在拇指第一关节空心轴上，在拇指蜗轮加工有一销轴孔，在拇指转架的两侧壁上加工有弧形槽，该弧形槽与前述的拇指蜗轮销轴孔在同一圆周上，拇指第一指节驱动销轴穿过拇指蜗轮的销轴孔及拇指转架的侧壁的弧形槽，当拇指蜗轮转动时，拇指第一指节驱动销轴可在拇指转架侧壁弧形槽内运动，弧形槽两边缘夹角为90度，两边缘对拇指蜗轮转动范围进行限位，拇指蜗轮与拇指蜗杆相啮合；拇指第一指节驱动销轴穿过拇指第一指节的驱动销轴孔，拇指第一关节的驱动过程为，拇指微型电机回转，通过微型减速器减速，带动减速器输出轴上的第一锥齿轮回转，使与其啮合的第二锥齿轮回转，拇指蜗杆与第二锥齿轮同轴回转，使与拇指蜗杆啮合的拇指蜗轮回转，拇指蜗轮通过第一关节驱动销轴带动拇指第一指节绕拇指第一关节轴线回转；在拇指转架两侧壁上还加工有拇指连杆联接销轴孔，该销轴孔位于拇指蜗轮运动范围之外，拇指连杆第一销轴穿过拇指转架的连杆联接销轴孔，拇指连杆的近端轴孔套装在拇指连杆第一销轴上，第二连杆销轴穿过拇指连杆的远端销轴孔及前述的第二指节第一零件的连杆销轴孔；拇指转架、拇指第一指节、拇指第二指节第一零件及拇指连杆组成了一个四连杆机构，当拇指第一指节绕第一关节回转时，拇指第二指节则绕第二关节作从动运动，形成了欠驱动运动形式；拇指、食指、中指、无名指、小指的模块基座都具有安装螺孔，通过螺钉安装于假肢手掌部联接件上，食指、中指、无名指及小指模块沿手掌纵向安装，拇指基座也按掌部纵向安装，而拇指电机则沿手掌横向，这种布置方式极大地缩减了手掌长度，使其与人的手掌尺寸相近。