CN110604636A - 一种气动肌肉驱动的智能手装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动肌肉驱动的智能手装置，包括手掌机构、拇指机构和四个手指机构，所述手掌机构包括手掌本体、手掌盖板、拇指滑块、手指滑块及控制滑块运动的气动肌肉，所述拇指机构内设有拇指连杆机构，所述拇指连杆机构与手掌机构内的拇指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过拇指滑块与拇指连杆机构带动拇指机构实现三个自由度的转动；所述手指机构内设有手指连杆机构，所述手指连杆机构与手掌机构内的手指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过手指滑块与手指连杆机构带动手指机构实现两个自由度的转动。与现有技术相比，本发明具有机构简单、质量轻便、方便组装和维修、减少动力损耗等优点。

Description

一种气动肌肉驱动的智能手装置

技术领域

本发明涉及医疗康复领域，尤其是涉及一种气动肌肉驱动的智能手装置。

背景技术

近年来，由于安全事故、交通事故等意外事故的发生，残疾患者中肢体截肢患者的人数在不断的增加。据统计，目前我国大陆残疾人数量已经达到6000多万，约为整体人口比例的5％，其中约30％-40％为上肢残疾者，且约400多万人为前臂截肢。身体方面的某些缺失给他们的生活、学习、工作带来了不便，并且随之引发各种心理和生理的障碍。

针对肢体缺失的患者，目前的电动假手大多数为能动假手和肌电信号假手。在国外，德国Vincent公司和英国RSL Steeper公司分别于2010年和2012年推出了Vincent假肢手和Bebionic假肢手。自2005年起，美国DARPA国防部高级研究计划局启动了“革命性假肢”计划，这是有史以来假肢领域最大的研究计划，30多所大学和研究机构参与研究，相继推出了DEKA智能假肢系统，其中LUKE假肢2014年通过美国食品药品管理局认证，2016年进入临床应用，已由美国国家仪器公司进行商业化生产。

目前大部分的康复装置是用纯电机驱动，机构复杂，装置较重，占用空间大；且电机运动会抖动，引起智能手作业不精确。气动人工肌肉是一种机构简单、有良好柔性、不会损害操作对象的执行元件。采用气动肌肉驱动设计一款轻便、安全以及符合患者和市场需求的智能手意义重大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气动肌肉驱动的智能手装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气动肌肉驱动的智能手装置，包括手掌机构、拇指机构和四个手指机构，所述手掌机构包括手掌本体、手掌盖板、拇指滑块、手指滑块及控制滑块运动的气动肌肉，所述拇指机构内设有拇指连杆机构，所述拇指连杆机构与手掌机构内的拇指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过拇指滑块与拇指连杆机构带动拇指机构实现三个自由度的转动；所述手指机构内设有手指连杆机构，所述手指连杆机构与手掌机构内的手指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过手指滑块与手指连杆机构带动手指机构实现两个自由度的转动。

所述拇指滑块包括拇指前段滑块、拇指后段滑块，所述手指滑块包括手指后段滑块和手指前段滑块。

所述手掌本体与拇指机构、手指机构的连接处为中空结构，所述手掌本体内设有用于不同滑块滑动的滑槽。

所述手指前段滑块和手指后段滑块的后方设有弹簧，所述拇指前段滑块和拇指后段滑块的后方设有弹簧，实现对应滑块的自动复位。

所述拇指机构包括拇指前段、拇指后段、拇指掌指段，所述拇指前段和拇指后段通过轴连接方式相连，所述拇指后段和拇指掌指段通过轴连接方式相连，所述拇指连杆机构包括拇指内连杆、拇指转换杆、拇指前段驱动杆和拇指后段驱动杆，所述拇指前段驱动杆一端与拇指前段滑块连接，另一端和拇指转换杆活动连接，所述拇指后段驱动杆一端与拇指后段滑块连接，另一端直接与拇指后段相连，所述拇指内连杆一端与拇指转换杆活动连接，另一端与拇指前段直接相连，所述拇指掌指段一端通过轴连接与手掌机构活动相连，另一端通过轴连接与拇指后段、拇指转换杆活动相连；

气动肌肉收缩带动拇指前段滑块滑动，拇指前段驱动杆在拇指前段滑块的驱动下，通过拇指转换杆的转动带动拇指内连杆运动，从而使得拇指前段弯曲；拇指后段驱动杆在拇指后段滑块的带动下直接带动拇指后段弯曲。

所述手掌本体的内部设有拇指转动滑块，所述拇指转动滑块与拇指掌指段连接，控制拇指掌指段的转动。

所述手指机构包括手指前段、手指后段、手指掌指段，所述手指前段和手指后段通过轴连接方式相连，所述手指后段和手指掌指段通过轴连接方式相连，所述手指连杆机构包括手指内连杆、手指转换杆、手指前段驱动杆和手指后段驱动杆，所述手指前段驱动杆一端与手指前段滑块连接，另一端和手指转换杆活动连接，所述手指后段驱动杆一端与手指后段滑块连接，另一端直接与手指后段相连，所述手指内连杆一端与手指转换杆活动连接，另一端与手指前段直接相连，所述手指掌指段一端通过轴连接与手掌机构活动相连，另一端通过轴连接与手指后段、手指转换杆活动相连；

气动肌肉收缩带动手指前段滑块滑动，手指前段驱动杆在手指前段滑块的带动下往后运动，进而通过手指转换杆带动手指内连杆运动，从而使手指前段实现弯曲动作；手指后段驱动杆通过手指后段滑块实现往后运动，直接带动手指后段弯曲。

所述手指掌指段与手掌机构的连接处设有孔洞。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明的拇指机构和手指机构均采用连接杆作为传动装置，相比于铰链机构更为简便，方便组装和维修，同时减少了动力在传递过程中的消耗。

2.本发明通过拇指转动滑块控制拇指掌指段的转动，增加了拇指机构的自由度，手指前段滑块和手指后段滑块后方的弹簧实现滑块的自动复位，减少气动肌肉的使用压力。

3.本发明手指掌指段与手掌机构的连接处设有孔洞，便于气动肌肉对手指机构进行控制。

4.本发明的每个关节的运动都有独立的气动肌肉驱动，控制精准，同时气动肌腱机构提高了装置的安全性，减轻了机构重量，也降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的机构示意图；

图2为本发明手掌机构的机构示意图；

图3为本发明拇指机构的机构示意图；

图4为本发明手指机构的机构示意图。

附图标记：

2-手掌本体；21-手掌盖板；22-运动滑槽；23-拇指转动滑块；24-拇指前段滑块；25-拇指后段滑块；26-拇指转动小块；27-手指后段滑块；28-手指前段滑块；3-拇指机构；31-拇指前段；32-拇指后段；33-拇指后段驱动杆；34-拇指掌指段；35-拇指前段驱动杆；36-拇指转换杆；37-拇指内连杆；4-手指机构；41-手指前段；42-手指后段；43-手指掌指段；44-手指后段驱动杆；45-手指前段驱动杆；46-手指转换杆；47-手指内连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种气动肌肉驱动的智能手装置，包括手掌机构、拇指机构3和四个手指机构4，手掌机构包括手掌本体2、手掌盖板21、拇指滑块、手指滑块及控制滑块运动的气动肌肉，拇指机构内设有拇指连杆机构，拇指连杆机构与手掌机构内的拇指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过拇指滑块与拇指连杆机构带动拇指机构实现三个自由度的转动；手指机构内设有手指连杆机构，手指连杆机构与手掌机构内的手指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过手指滑块与手指连杆机构带动手指机构实现两个自由度的转动。

如图2所示，拇指滑块包括拇指前段滑块24、拇指后段滑块25，手指滑块包括手指后段滑块27和手指前段滑块28。

手掌本体2是智能手的主体部分，其内部在拇指机构以及其他四个手指机构的连接处为中空结构，手掌本体2内设有不同尺寸的运动滑槽22用来实现拇指以即其他四个手指滑块的滑动，手掌盖板21主要用于封盖手掌。

手指前段滑块28和手指后段滑块27的后方设有弹簧，拇指前段滑块24和拇指后段滑块25的后方设有弹簧，实现滑块的自动复位，减少气动肌肉的使用。

如图3所示，拇指机构包括拇指前段31、拇指后段32和拇指掌指段34，拇指前段31和拇指后段32通过轴连接方式相连，拇指后段32和拇指掌指段34通过轴连接方式相连，拇指连杆机构包括拇指连杆机构、拇指内连杆37、拇指转换杆36、拇指前段驱动杆35和拇指后段驱动杆33，拇指前段驱动杆35与拇指前段滑块24连接，拇指后段驱动杆33与拇指后段滑块25连接，拇指内连杆37一端与拇指转换杆36活动连接，另一端与拇指前段31直接相连，拇指前段驱动杆35和拇指转换杆36活动连接，拇指后段驱动杆33和拇指后段32直接相连，拇指掌指段34通过轴连接与手掌机构活动相连，拇指后段32与拇指掌指段34、拇指转换杆36通过轴连接活动相连；

气动肌肉收缩带动拇指前段滑块24滑动，拇指前段驱动杆35在拇指前段滑块24的驱动下，通过拇指转换杆36的转动带动拇指内连杆37运动，从而使得拇指前段31弯曲；拇指后段驱动杆33在拇指后段滑块25的带动下直接带动拇指后段32弯曲。

手掌本体2的内部设有拇指前段滑块24、拇指后段滑块25、拇指转动小块26、拇指转动滑块23，拇指转动小块26、拇指前段滑块24、拇指后段滑块25与拇指掌指段34连接，拇指转动滑块23也通过连杆与拇指掌指段34连接，共同控制拇指机构的前后移动和绕中心轴转动。

如图4所示，手指机构包括手指前段41、手指后段42和手指掌指段43，手指前段41和手指后段42通过轴连接方式相连，手指后段42和手指掌指段43通过轴连接方式相连，手指连杆机构包括、手指内连杆47、手指转换杆46、手指前段驱动杆45和手指后段驱动杆44，手指前段驱动杆45与手指前段滑块28连接，手指后段驱动杆44与手指后段滑块27连接，手指内连杆47一端直接与手指前段41相连，另一端与手指转换杆46活动相连，手指转换杆47和手指前段驱动杆45活动相连，手指后段驱动杆44直接与手指后段42相连，手指掌指段43与手掌机构直接相连，手指后段42与手指掌指段43、手指转换杆46以轴连接的形式相连；

气动肌肉收缩带动手指前段滑块28滑动，手指前段驱动杆45在手指前段滑块28的带动下往后运动，进而通过手指转换杆46带动手指内连杆47运动，从而使手指前段41实现弯曲动作；手指后段驱动杆44通过手指后段滑块27实现往后运动，直接带动手指后段42弯曲。

手指掌指段34与手掌机构的连接处设有孔洞，便于气动肌肉进行控制。

拇指机构和手指机构的每个自由度运动都有一个独立的气动肌肉进行驱动，气动肌肉伸缩状态不同可以实现手指机构不同部位之间的协调运动，使智能手能够实现抓、握、对指捏等灵活手指动作，满足有需要患者的康复需求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气动肌肉驱动的智能手装置，包括手掌机构、拇指机构和四个手指机构，所述手掌机构包括手掌本体、手掌盖板、拇指滑块、手指滑块及控制滑块运动的气动肌肉，其特征在于，所述拇指机构内设有拇指连杆机构，所述拇指连杆机构与手掌机构内的拇指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过拇指滑块与拇指连杆机构带动拇指机构实现三个自由度的转动；所述手指机构内设有手指连杆机构，所述手指连杆机构与手掌机构内的手指滑块相连，在气动肌肉的驱动下，通过手指滑块与手指连杆机构带动手指机构实现两个自由度的转动。

2.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述拇指滑块包括拇指前段滑块、拇指后段滑块、拇指转动小块、拇指转动滑块，所述手指滑块包括手指后段滑块和手指前段滑块。

3.根据权利要求2所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述手掌本体与拇指机构、手指机构的连接处为中空结构，所述手掌本体内设有用于不同滑块滑动的滑槽。

4.根据权利要求2所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述手指前段滑块和手指后段滑块的后方设有弹簧，所述拇指前段滑块和拇指后段滑块的后方设有弹簧，实现对应滑块的自动复位。

5.根据权利要求2所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述拇指机构包括拇指前段、拇指后段、拇指掌指段，所述拇指前段和拇指后段通过轴连接方式相连，所述拇指后段和拇指掌指段通过轴连接方式相连，所述拇指连杆机构包括拇指内连杆、拇指转换杆、拇指前段驱动杆和拇指后段驱动杆，所述拇指前段驱动杆一端与拇指前段滑块连接，另一端和拇指转换杆活动连接，所述拇指后段驱动杆一端与拇指后段滑块连接，另一端直接与拇指后段相连，所述拇指内连杆一端与拇指转换杆活动连接，另一端与拇指前段直接相连，所述拇指掌指段一端通过轴连接与手掌机构活动相连，另一端通过轴连接与拇指后段、拇指转换杆相连；

气动肌肉收缩带动拇指前段滑块滑动，拇指前段驱动杆在拇指前段滑块的驱动下，通过拇指转换杆的转动带动拇指内连杆运动，从而使得拇指前段弯曲；拇指后段驱动杆在拇指后段滑块的带动下直接带动拇指后段弯曲。

6.根据权利要求2所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述手掌本体的内部设有拇指转动滑块，所述拇指转动滑块与拇指掌指段连接，控制拇指掌指段的转动。

7.根据权利要求2所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述手指机构包括手指前段、手指后段、手指掌指段，所述手指前段和手指后段通过轴连接方式相连，所述手指后段和手指掌指段通过轴连接方式相连，所述手指连杆机构包括手指内连杆、手指转换杆、手指前段驱动杆和手指后段驱动杆，所述手指前段驱动杆一端与手指前段滑块连接，另一端和手指转换杆活动连接，所述手指后段驱动杆一端与手指后段滑块连接，另一端直接与手指后段相连，所述手指内连杆一端与手指转换杆活动连接，另一端与手指前段直接相连，所述手指掌指段一端通过轴连接与手掌机构活动相连，另一端通过轴连接与手指后段、手指转换杆相连；

气动肌肉收缩带动手指前段滑块滑动，手指前段驱动杆在手指前段滑块的带动下往后运动，进而通过手指转换杆带动手指内连杆运动，从而使手指前段实现弯曲动作；手指后段驱动杆通过手指后段滑块实现往后运动，直接带动手指后段弯曲。

8.根据权利要求7所述的一种气动肌肉驱动的智能手装置，其特征在于，所述手指掌指段与手掌机构的连接处设有孔洞。