本發(fā)明具體涉及一種用于殘疾人假手的電機(jī)內(nèi)置式高仿耦合拇指。

背景技術(shù)：

手是人類賴以生存和勞動(dòng)的最復(fù)雜、最精細(xì)的工具，人類可以通過自己的雙手與外界環(huán)境接觸并從環(huán)境中取得信息，更好的操作環(huán)境。假手作為康復(fù)醫(yī)學(xué)工程的重要內(nèi)容和組成部分，是使殘疾人康復(fù)、回歸社會的重要手段?，F(xiàn)有假手中的拇指的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占地空間大，其結(jié)構(gòu)和工作原理是通過機(jī)器人手指中同理制造出來，依然保留了中指節(jié)的設(shè)計(jì)，不符合真正人手拇指的結(jié)構(gòu)，使其配合其他手指作出的抓取、握持或其他動(dòng)作都不能達(dá)到真人拇指的標(biāo)準(zhǔn)和靈活，同時(shí)電機(jī)外置導(dǎo)致其整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占有空間大，也導(dǎo)致拇指的外形以及運(yùn)動(dòng)功能不足且動(dòng)作不夠靈活的問題，上述問題無法克服，也無法滿足外形和功能高度模仿人手、對被操作物體具有高度的自適應(yīng)性能力的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于殘疾人假手的電機(jī)內(nèi)置式高仿耦合拇指，以解決現(xiàn)有假手中的拇指的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占有空間大，其外形以及運(yùn)動(dòng)功能不足且動(dòng)作不夠靈活的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種用于殘疾人假手的電機(jī)內(nèi)置式高仿耦合拇指，它包括掌指關(guān)節(jié)、近指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)、電機(jī)組件、電路板組件和傳感器組件；

掌指關(guān)節(jié)上設(shè)置有近指節(jié)，近指節(jié)上設(shè)置有遠(yuǎn)指節(jié)，所述近指節(jié)內(nèi)設(shè)置有電機(jī)組件，所述遠(yuǎn)指節(jié)內(nèi)設(shè)置有電路板組件和傳感器組件，所述電機(jī)組件在電路板組件的控制下使近指節(jié)圍繞掌指關(guān)節(jié)用安裝座作出轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，傳感器組件固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)的指肚端。

掌指關(guān)節(jié)包括掌指關(guān)節(jié)用安裝座、掌指關(guān)節(jié)用軸、機(jī)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸和假手回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述掌指關(guān)節(jié)用安裝座的下端通過機(jī)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸固定安裝在假手回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，所述掌指關(guān)節(jié)用安裝座的上端通過掌指關(guān)節(jié)用軸與近指節(jié)相連接。

所述近指節(jié)包括耦合連桿用安裝座、定位連接軸、耦合連接軸、掌指關(guān)節(jié)用軸、蝸輪、耦合連桿、近指節(jié)用安裝座、近指節(jié)用外殼和蝸桿，近指節(jié)用安裝座設(shè)置在近指節(jié)用外殼內(nèi)且其與近指節(jié)用外殼相鉸接，所述耦合連桿用安裝座、定位連接軸、耦合連接軸、蝸輪、耦合連桿和蝸桿均設(shè)置在近指節(jié)用安裝座的內(nèi)部，所述耦合連桿用安裝座的下端通過定位 連接軸可拆卸連接在掌指關(guān)節(jié)用安裝座上，所述耦合連桿用安裝座的上端通過耦合連接軸與耦合連桿的下端相連接，所述蝸輪套裝在掌指關(guān)節(jié)用軸上且其通過掌指關(guān)節(jié)用軸固定安裝在掌指關(guān)節(jié)用安裝座上，所述電機(jī)組件設(shè)置在近指節(jié)用安裝座內(nèi)，所述電機(jī)組件中的電機(jī)輸出軸與蝸桿相連接，蝸桿與蝸輪相嚙合。

所述遠(yuǎn)指節(jié)包括遠(yuǎn)指節(jié)用外殼、后蓋、遠(yuǎn)指節(jié)用關(guān)節(jié)軸和耦合銷軸，所述遠(yuǎn)指節(jié)用外殼通過遠(yuǎn)指節(jié)用關(guān)節(jié)軸與近指節(jié)用外殼相鉸接，所述耦合連桿的上端通過耦合銷軸鉸接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼上，所述后蓋可拆卸連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼上。

電路板組件包括指尖電路板、電路板用套筒和電路板用固定螺釘，所述指尖電路板內(nèi)設(shè)置有電路板用套筒，所述電路板用固定螺釘依次穿過指尖電路板和電路板用套筒可拆卸連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼的內(nèi)壁上。

傳感器組件包括觸覺傳感器、傳感器固定軸和關(guān)節(jié)角度傳感器，遠(yuǎn)指節(jié)用外殼的指肚端加工有前開口，所述的觸覺傳感器通過傳感器固定軸固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)外殼的前開口處且其感應(yīng)端處于遠(yuǎn)指節(jié)用外殼的外部，關(guān)節(jié)角度傳感器固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼內(nèi)且其與指尖電路板電連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

一、本發(fā)明為一種結(jié)構(gòu)簡化，省去中指節(jié)的高仿耦合拇指，本發(fā)明整體機(jī)構(gòu)集成化，電機(jī)內(nèi)置式，有效將觸覺傳感器、位置傳感器和力矩傳感器集成于單根手指內(nèi)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以及布局設(shè)計(jì)合理，手指集成度高，智能化水平高。

二、本發(fā)明根據(jù)人手拇指的實(shí)際關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)拇指的最大關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，使得仿人型假手能夠更加穩(wěn)定的抓取或握持物體。

三、本發(fā)明的近指節(jié)外殼的截面形狀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)合理可靠，凹槽的設(shè)計(jì)更有利于指尖板以及電機(jī)的連接導(dǎo)線的布局和傳遞。凹型的指內(nèi)側(cè)形狀設(shè)計(jì)使得假手拇指外表美觀，同時(shí)有利于拇指穩(wěn)定的抓取物體。

附圖說明

圖1示意了本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖2的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明處于伸直極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明處于彎曲極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7示意了本發(fā)明安裝在手掌上的使用狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括掌指關(guān)節(jié)、近指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)、電機(jī)組件21、電路板組件和傳感器組件；

掌指關(guān)節(jié)上設(shè)置有近指節(jié)，近指節(jié)上設(shè)置有遠(yuǎn)指節(jié)，所述近指節(jié)內(nèi)設(shè)置有電機(jī)組件21，所述遠(yuǎn)指節(jié)內(nèi)設(shè)置有電路板組件和傳感器組件，所述電機(jī)組件21在電路板組件的控制下使近指節(jié)圍繞掌指關(guān)節(jié)用安裝座1作出轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，傳感器組件固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)的指肚端。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中掌指關(guān)節(jié)包括掌指關(guān)節(jié)用安裝座1、掌指關(guān)節(jié)用軸9、機(jī)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸11和假手回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)12，所述掌指關(guān)節(jié)用安裝座1的下端通過機(jī)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸11固定安裝在假手回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)12上，所述掌指關(guān)節(jié)用安裝座1的上端通過掌指關(guān)節(jié)用軸9與近指節(jié)相連接。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述近指節(jié)包括耦合連桿用安裝座2、定位連接軸3、耦合連接軸6、掌指關(guān)節(jié)用軸9、蝸輪10、耦合連桿13、近指節(jié)用安裝座14、近指節(jié)用外殼15和蝸桿19，近指節(jié)用安裝座14設(shè)置在近指節(jié)用外殼15內(nèi)且其與近指節(jié)用外殼15相鉸接，所述耦合連桿用安裝座2、定位連接軸3、耦合連接軸6、蝸輪10、耦合連桿13和蝸桿19均設(shè)置在近指節(jié)用安裝座14的內(nèi)部，所述耦合連桿用安裝座2的下端通過定位連接軸3可拆卸連接在掌指關(guān)節(jié)用安裝座1上，所述耦合連桿用安裝座2的上端通過耦合連接軸6與耦合連桿13的下端相連接，所述蝸輪10套裝在掌指關(guān)節(jié)用軸9上且其通過掌指關(guān)節(jié)用軸9固定安裝在掌指關(guān)節(jié)用安裝座1上，所述電機(jī)組件21設(shè)置在近指節(jié)用安裝座14內(nèi)，所述電機(jī)組件21中的電機(jī)輸出軸與蝸桿19相連接，蝸桿19與蝸輪10相嚙合。

本實(shí)施方式中耦合連桿用安裝座2的下端依次通過定位螺釘4和若干個(gè)定位銷釘5與掌指關(guān)節(jié)用安裝座1可拆卸連接。

本實(shí)施方式中近指節(jié)用安裝座14內(nèi)用于放置電機(jī)組件21，電機(jī)組件21為電機(jī)齒輪箱組件，其為市場可售的成品件。

本實(shí)施方式中近指節(jié)還包括蝸桿用端蓋16、軸承底座17和電機(jī)端軸承20，所述蝸桿 19的上端穿過電機(jī)端軸承20與電機(jī)的輸出軸相連接，蝸桿19的下端設(shè)置有蝸桿端蓋16，軸承底座17通過蝸桿端蓋16固定安裝在近指節(jié)用外殼15的底部，軸承底座17上固定安裝有端蓋軸承18。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述遠(yuǎn)指節(jié)包括遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22、后蓋23、遠(yuǎn)指節(jié)用關(guān)節(jié)軸24和耦合銷軸25，所述遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22通過遠(yuǎn)指節(jié)用關(guān)節(jié)軸24與近指節(jié)用外殼15相鉸接，所述耦合連桿13的上端通過耦合銷軸25鉸接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22上，所述后蓋23可拆卸連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22上。

本實(shí)施方式中遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22上加工有后開口，所述后蓋23通過后蓋用螺釘26可拆卸連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22上，后開口的加工是為了便于檢修遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22內(nèi)的各個(gè)構(gòu)件。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的電路板組件包括指尖電路板30、電路板用套筒31和電路板用固定螺釘32，所述指尖電路板30內(nèi)設(shè)置有電路板用套筒31，所述電路板用固定螺釘32依次穿過指尖電路板30和電路板用套筒31可拆卸連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22的內(nèi)壁上。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式四相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的傳感器組件包括觸覺傳感器28、傳感器固定軸29和關(guān)節(jié)角度傳感器33，遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22的指肚端加工有前開口，所述的觸覺傳感器28通過傳感器固定軸29固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)外殼22的前開口處且其感應(yīng)端處于遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22的外部，關(guān)節(jié)角度傳感器33固定安裝在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22內(nèi)且其與指尖電路板30電連接。

本實(shí)施方式中傳感器固定軸29的上端通過固定銷釘27連接在遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22頂部的內(nèi)壁上。

本實(shí)施中的傳感器組件包括觸覺傳感器28、位置傳感器和力矩傳感器，其中位置傳感器為關(guān)節(jié)角度傳感器33。力矩傳感器為力矩傳感器彈性體7，力矩傳感器彈性體7固定在蝸輪10與掌指關(guān)節(jié)安裝座1所形成的空間內(nèi)并通過緊定螺釘8進(jìn)行預(yù)緊。所述力矩傳感器彈性體7固定在近指節(jié)與掌指關(guān)節(jié)安裝座1之間的空間內(nèi)并通過緊定螺釘8進(jìn)行預(yù)緊，本發(fā)明的力矩傳感器彈性體7的設(shè)置位置更加有利于拇指關(guān)節(jié)力矩的準(zhǔn)確測量。本發(fā)明的傳感器組件的設(shè)置有效將觸覺傳感器28、位置傳感器和力矩傳感器集成于單根手指內(nèi)，結(jié)構(gòu)高度緊湊且功能多樣。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對人手拇指的高度模仿，電機(jī)內(nèi)置節(jié)省了手掌中的空間，有利 于電路板的布置，近指節(jié)用外殼15與掌指關(guān)節(jié)用安裝座1的連接方式能夠保證近指節(jié)與掌指關(guān)節(jié)用安裝座1無相對轉(zhuǎn)動(dòng)，其中掌指關(guān)節(jié)安裝座相當(dāng)于人手中的大多角骨，掌指關(guān)節(jié)安裝座特殊的形狀保證了拇指在運(yùn)動(dòng)中能夠?qū)崿F(xiàn)仿人的包絡(luò)抓取構(gòu)型。

本發(fā)明中觸覺傳感器與位置傳感器集成于拇指指尖內(nèi)，將引線直接接在指尖電路板30上，而指尖電路板30安裝于遠(yuǎn)指節(jié)的后蓋23內(nèi)，此種安裝方式融合了集成化設(shè)計(jì)的思想，有助于遠(yuǎn)指節(jié)的拆裝和維護(hù)。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式五相同。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述近指節(jié)長度方向的中心軸線與遠(yuǎn)指節(jié)長度方向的中心軸線之間的夾角為α。所述的遠(yuǎn)指節(jié)與近指節(jié)具有α＝5°的初始相對轉(zhuǎn)角。此種設(shè)計(jì)方式更好的模擬了人手拇指的自然構(gòu)型，使得假手拇指的外形更加可靠與美觀，同時(shí)加快了拇指在運(yùn)動(dòng)過程中的收攏速度。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式二、三、四、五或六相同。

具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述近指節(jié)長度方向的中心軸線與耦合連桿用安裝座2長度方向的中心軸線之間的夾角為β。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式七相同。

具體實(shí)施方式九：結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中夾角α與夾角β之間的比值為7:3。其他結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與具體實(shí)施方式八相同。

本發(fā)明中近指節(jié)用外殼15的截面為帶有凹型內(nèi)槽的構(gòu)型，近指節(jié)用外殼15的截面形狀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)合理可靠，凹槽的設(shè)計(jì)更有利于指尖電路板30以及電機(jī)組件21之間連接導(dǎo)線的布局和傳遞。凹槽的凹型的指內(nèi)側(cè)形狀設(shè)計(jì)使得本發(fā)明外形結(jié)構(gòu)平整且合理，同時(shí)有利于拇指穩(wěn)定的抓取物體。

本發(fā)明中近指節(jié)還包括柔性線壓線頂針34和壓線墊片35，所述壓線頂針34和壓線墊片35與近指節(jié)用外殼15相配合設(shè)置，壓線頂針34與壓線墊片35的應(yīng)用保證了本發(fā)明的近指節(jié)用外殼15的凹槽內(nèi)的導(dǎo)線的可靠固定。

工作原理

耦合連桿安裝座2通過定位連接軸3、定位螺釘4和若干個(gè)定位銷釘5與掌指關(guān)節(jié)安裝座1相連，耦合連桿13通過耦合連接軸6與耦合連桿安裝座2鉸接，蝸輪10通過掌指關(guān)節(jié)用軸9與掌指關(guān)節(jié)安裝座1鉸接。近指節(jié)用安裝座14通過掌指關(guān)節(jié)用軸9與掌指關(guān)節(jié)安裝座1鉸接，所述蝸桿19通過端蓋軸承18與電機(jī)端軸承20與近指節(jié)用安裝座14相配合，電機(jī)組件21與近指節(jié)用外殼15相配合，近指節(jié)用外殼15與近指節(jié)用安裝座14 并通過螺釘固定其旋轉(zhuǎn)自由度，遠(yuǎn)指節(jié)用外殼22通過遠(yuǎn)指節(jié)用關(guān)節(jié)軸24與近指節(jié)用外殼15鉸接，遠(yuǎn)指節(jié)外殼22通過耦合銷軸25與耦合連桿13鉸接。電源開關(guān)打開以后，通過指尖電路板30控制電機(jī)組件21中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過蝸桿19帶動(dòng)近指節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)指節(jié)通過耦合連桿13實(shí)現(xiàn)與近指節(jié)耦合運(yùn)動(dòng)，在拇指運(yùn)動(dòng)過程中，力矩傳感器彈性體7、觸覺傳感器28和關(guān)節(jié)角度傳感器33分別采集基關(guān)節(jié)力矩信息、指尖接觸力信息和集拇指關(guān)節(jié)角度信息并傳遞給指尖電路板30進(jìn)行反饋控制，從而完成拇指的彎曲操作。