CN212650954U - 一种提高抓握动作稳定性的假肢手 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，包括执行机构、连杆和牵引线，执行机构一端设有滑轮，牵引线绕过连杆和滑轮与固定点连接。本实用新型提供的提高抓握动作稳定性的假肢手适用的假肢手类型包括假肢手指、假肢手掌、假肢手臂等包含手指结构的假肢手，这种采用连杆和线牵引组合的机械结构，结合了柔性结构布局灵活、驱动力小和刚性结构刚性强、运动结果稳定的优势，采用指尖“动滑轮”式绕线法实现运动增力，配合连杆结构实现稳定的运动效果，在一套机械结构中兼顾了灵活性、抓握力量，抓握稳定性，可快速调节牵引线松紧度，使得假肢中的线索结构便于更换、调整、维修，且避免了线索结构假肢因使用时长久造成的假肢姿态变形。

Description

一种提高抓握动作稳定性的假肢手

技术领域

本实用新型涉及假肢手领域，特别涉及一种提高抓握动作稳定性的假肢手。

背景技术

假肢手为上肢缺失的残疾人日常生活提供了便利，是康复工程领域的重要研究方向。目前已经商品化的假肢手有ottobock公司的安全比例控制肌电手、英国Touch bionics公司生产的高精度肌电控制假肢iLimb等。其中，安全比例控制肌电手有三个关键功能性手指，能完成手的开合动作以实现抓取功能，但其手指是整体，不能实现多指节耦合运动；iLimb是有五根手指的假肢手，除无名指与小指进行耦合运动以外，能单独控制每一根手指运动，可以完成多种手部动作，并且其除拇指以外的四指具备两个指节耦合运动的特点，在一定程度上实现了动作仿人。

这些上肢假肢一般包括运动源、执行结构、传动结构等部分。其中，对于上面介绍的两种电动类假肢，运动源为外接电机、舵机、电池、单片机等电子部件，对于机械驱动类假肢，运动源为残障者的残余肢体。执行结构一般指假肢手的手掌和手指部分，这部分结构由运动源驱动实现最终的抓握运动功能。而传动结构将运动源、接受腔、和执行结构相连接，实现结构间的运动关系传递，对于电动类假肢，传动结构一般为电线，对于机械驱动类假肢，传动结构为机械结构。

不论是电动类假肢还是机械驱动类假肢，在执行结构、传动结构中，都需要一些机械结构实现手部运动效果，以及运动的传递。因此，上肢假肢的机械结构的稳定性、强度、力传递效果等对假肢的最终使用效果至关重要。

现有假肢的假肢结构一般包括2类，一类是以索控结构为代表的柔性机械结构，另一类是以连杆结构为代表的刚性机械结构。一般而言，索控为主的柔性结构的结构布局更加灵活，能够通过线索通道灵活地布局在假肢内部，实现各类运动结果，需要的驱动力较小，但是结构传动效率低、刚性较差且不稳定，容易因线索塑性变形或损坏导致运动结果不正确或运动失效；连杆为主的刚性结构运动效果更加稳定，结构传动效率高、刚性较强且较稳定，但是需要的驱动力较大。

为了实现稳定、可靠、抓握力大的假肢手抓握效果，科研人员已经进行了大量的研究，并取得了一定的进展，比如专利CN205831966U一种索线传动3D打印假肢手臂公开了一种索控假肢手臂。该假肢手臂通过贯穿于上臂末端、前臂、手掌和手指末端的线索实现传动，当肘关节弯曲时，实现对线的拉扯，即弯曲手掌执行结构实现五指弯曲。但是，这类纯线索结构机械效率低，运动接结果不稳定，因此最终实现的抓握力较小且运动姿态不固定。此外，线索结构在使用时间较长后，会带来线索塑性变形，导致线索松紧力改变，从而导致抓握力进一步降低、五指抓握姿态不正确，因此使用寿命也较低。

专利CN209827112U一种驱动绳索与四连杆机构组合式欠驱动仿生假肢手指也公开了一种手指由四连杆结构组成，掌指关节使用线索驱动的手指假肢结构。四连杆结构能够实现在进指节运动时，中远指节的联动弯曲，而通过线拉动近指节转动，可以实现手指整体弯曲。但是线直接拉动近指节时，由于线拉处在近指节关节处附近，所以力臂较小，所需要的拉线力极大，因此仅适用于驱动力较大的电动手，对于机械驱动类手，由于需要的驱动力较大，并不适用。此外，该方法对线索松紧力的随时调整也未提出解决办法。

专利201910692803.0可多位置锁定的索控假手也公开了一种可多位置锁定的索孔假肢手，用于实现稳定的抓握姿态。但是该结构通过齿轮、锁销等机构实现，结构复杂、占空间大，仅适用于全手掌假肢。此外，该方法对线索松紧力的随时调整也未提出解决办法。

实用新型内容

针对现有技术中抓握力不稳定，结构复杂，需要的驱动力大等的技术问题，本实用新型提供了一种提高抓握动作稳定性的假肢手，通过连杆和线牵引、弹力线组合的方式，硬性支撑和柔性连接使得结构灵活、驱动力小、刚性强、运动结果稳定。其中，两节以上手指可以实现联动弯曲；这种“动滑轮式”绕线结构实现了运动增力。实现的抓握力量大且稳定，使用末端多边形插销固定的方式，实现拉线松紧度的快速调节，从而能便捷地调整假肢姿态、提升假肢的性能，并增加线索结构的寿命。

本实用新型提供的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，包括执行机构和传动机构，所述传动机构包括连杆和牵引线，执行机构一端设有固定点，执行机构另外一端设有滑轮，牵引线绕过连杆和滑轮与固定点连接；执行机构包括手掌、近指节和中远指节，近指节和中远指节之间设有手指连杆，中远指节上设有滑轮，牵引线一端固定在位于手掌内的第二固定点，牵引线通过手指连杆和滑轮后绕回手掌固定。

本实用新型中，手掌和近指节之间设有第三轴，手掌和手指连杆之间设有第二轴，手指连杆和中远指节之间设有第一轴，近指节和中远指节之间设有第四轴。

本实用新型中，手掌和近指节上设有多边形线索松紧调节机构，多边形线索松紧调节机构上设有多边形插销，多边形插销上缠绕牵引线；使用时多边形线索松紧调节结构通过调节多边形的边数和边长，来调整每转动一个角度时的最小松紧度调节量。

本实用新型中，多边形线索松紧调节机构上设有若干组多边形插销孔，多边形插销下部设有卡扣；多边形线索松紧调节结构通过旋转调节插入固定器的角度，快捷地调整拉线松紧。

本实用新型中，所述手掌、近指节和中远指节内设有弹力线。

优选的，本实用新型中手掌和近指节之间设有一段弹力线，近指节和中远指节之间设有一段弹力线。

本实用新型中，多边形插销材料是塑料或金属，执行机构所用材料是塑料或者金属，牵引线所用材料是塑料、布或者金属中的一种。

本实用新型的有益效果:

本实用新型提供的提高抓握动作稳定性的假肢手采用连杆和线牵引组合的机械结构，结合了柔性结构布局灵活、驱动力小和刚性结构刚性强、运动结果稳定的优势；配合连杆结构实现稳定的运动效果，在一套机械结构中兼顾了灵活性、抓握力量，抓握稳定性；采用多边形线索松紧调节机构，只需旋转调整多边形插销在固定器上的固定角度，便可快速调节牵引线松紧度，使得假肢中的线索结构便于更换、调整、维修，且避免了线索结构假肢因使用时长久造成的假肢姿态变形。

本实用新型提高抓握动作稳定性的假肢手适用的假肢手类型包括假肢手指、假肢手掌、假肢手臂等包含手指结构的假肢手。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型图1沿AA线剖视结构示意图。

图3为本实用新型原理结构示意图。

图4为本实用新型多边形线索松紧调节机构结构示意图。

图5为本实用新型多边形线索松紧调节机构剖视结构示意图。

图6为本实用新型使用状态结构示意图。

图1-5中：1-手掌，2-近指节，3-手指连杆，4-中远指节，5-牵引线，6- 多边形线索松紧调节机构，7-多边形插销，8-滑轮，9-第一轴，10-第二轴，11- 第三轴，12-第一固定点，13-第四轴，14-第二固定点、15-第三固定点、16- 弹力线。

具体实施方式

下面结合附图1-6和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述，但本实用新型的方法不限于下述实施例。

在本实用新型中，为了便于描述，对本实用新型中，各部件的相对位置关系的描述是根据附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等位置关系是依据附图1的布图方向来确定的。

本实用新型中所用到的手掌1，近指节2，手指连杆3，中远指节4，牵引线5，多边形线索松紧调节机构6，多边形插销7，弹力线16等都通过市场途径采购或者定制，本实用新型中，多边形插销7材料是塑料或金属，执行机构所用材料是塑料或者金属，牵引线5所用材料是塑料、布或者金属中的一种。

本实用新型提供的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，包括执行机构和传动机构，所述传动机构包括连杆和牵引线5，执行机构一端设有固定点，执行机构另外一端设有滑轮8，牵引线5绕过连杆和滑轮8与固定点连接。

本实用新型中，执行机构包括手掌1、近指节2和中远指节4，近指节2 和中远指节4之间设有手指连杆3，中远指节4上设有滑轮8，牵引线5一端固定在位于手掌内的第二固定点14，牵引线通过手指连杆3和滑轮8后绕回手掌1固定。

本实用新型中，手掌1和近指节2之间设有第三轴11，手掌1和手指连杆3之间设有第二轴10，手指连杆3和中远指节4之间设有第一轴9，近指节2和中远指节4之间设有第四轴13，牵引线5分别绕过第一轴9、第二轴 10、第三轴11和第四轴13。

本实用新型中，手掌1和近指节2上设有多边形线索松紧调节机构6，多边形线索松紧调节机构6上设有多边形插销7，多边形插销7上缠绕牵引线。

本实用新型中，手掌1上设有第一固定点12和第二固定点14，中远指节4设有第三固定点15。第一固定点12、第二固定点14、第三固定点15分别设有多边形线索松紧调节机构6。

本实用新型中，多边形线索松紧调节机构6上设有若干组多边形插销孔，多边形插销7下部设有卡扣，卡扣具有弹性方便插入多边形插销孔。

本实用新型中，手掌1和近指节之间设有弹力线16，近指节2和中远指节4之间设有弹力线16。

在适用本实用新型一种提高抓握动作稳定性的假肢手时，如图1所示，本实用新型的假肢手属于基于滑轮绕线与连杆的假肢手，牵引线5从手掌1 内腔中的第一固定点12处固定，通过贯通指节内的通道绕到指尖第三固定点 15处，在第三固定点15处绕一圈后，沿着通道从手掌另一出口穿出。弹力线16沿着通道穿过手掌1、近指节2和中远指节4内部，并分别在手掌1内第二固定点14和中远指节4内滑轮8处固定。

本实用新型中实现稳定抓握动作的机械结构假肢手应用原理如图2所示。手掌1、近指节2、手指连杆3和中远指节4共同组成四连杆连杆，当牵引线 5向外拉动时，此时中远指节4类似于动滑轮，受第四轴13和第一轴9的约束作用向内转动，此时在四连杆机构的所用下，近指节2与中远指节4联动绕着第二轴10转动。在动滑轮驱动的效果下，当牵引线5受到拉线驱动力F 时，近指节2作为此“滑轮”结构的“动滑轮”，理论上最大可获得的2F的握紧力。当牵引线受拉力导致关节向内弯曲时，弹力线16在关节背面处被拉长，产生蓄力，当牵引线受拉力消失，弹力线16释放蓄力产生回弹作用，使得假肢手的姿态恢复原状。

本实用新型的滑轮绕线方式，区别于传统线索结构中直接将线固定在指尖或手指驱动装置上的方式，能够借助“动滑轮”原理实现运动增力。此外，本实用新型中的滑轮绕线结构不仅作为手指运动的驱动源，也与连杆结构一同作为实现手指弯曲动作的一部分结构，使得整个结构更具稳定性。

如图4所示，多边形线索松紧调节机构6剖面图中，牵引线5从多边形插销7顶端插入至多边形线索松紧调节机构6内部固定。多边形插销7底部有卡扣结构，可以通过弹性形变固定在多边形线索松紧调节机构6内的槽中。多边形插销7可以通过旋转调节插入多边形线索松紧调节机构6中固定的角度。当多边形插销7旋转时，牵引线5将缠绕在其外侧。在多边形线索松紧调节机构6中，多边形插销7通过旋转调节插入角度的方法，快捷地调节牵引线5的松紧度。

在多边形插销7的设计中，可以通过调节多边形的边数和边长，来调整每转动一个角度时的最小松紧度调节量，即对于边数a个和边长b毫米，其调节效果是每转动360/a度，可调节b毫米的拉线松紧度。

图6是本实用新型应用在机械手臂的示例，手指由实施例所述的四连杆和滑轮绕线结构组成，牵引线从掌心出发绕过指尖，穿过手掌、手臂背侧，一直连接到上臂末端的多边形插销7上，手指背侧有通孔可以穿入弹力线，实现五指姿态固定(运动后回弹)，通过将本实用新型结构应用在手臂假肢上，实现肘关节驱动后五指弯曲运动，且抓握力和运动结果稳定，当牵引线松紧变化时，可以旋转多边形插销7，通过多边形插销7和多边形线索松紧调节机构6快速调节假肢姿态。

如上所述，即可较好地实现本实用新型，上述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种提高抓握动作稳定性的假肢手，包括执行机构和传动机构，其特征在于，所述传动机构包括连杆和牵引线，执行机构一端设有固定点，执行机构另外一端设有滑轮，牵引线绕过连杆和滑轮与固定点连接；所述执行机构包括手掌、近指节和中远指节，近指节和中远指节之间设有手指连杆，中远指节上设有滑轮，牵引线一端固定在位于手掌内的第二固定点，牵引线通过手指连杆和滑轮后绕回手掌固定。

2.如权利要求1所述的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，其特征在于，所述手掌和近指节上设有多边形线索松紧调节机构，多边形线索松紧调节机构上设有多边形插销，多边形插销上缠绕牵引线。

3.如权利要求2所述的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，其特征在于，所述多边形线索松紧调节机构上设有若干组多边形插销孔，多边形插销下部设有卡扣。

4.如权利要求1所述的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，其特征在于，所述手掌、近指节和中远指节内设有弹力线。

5.如权利要求4所述的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，其特征在于，所述手掌和近指节之间设有一段弹力线，近指节和中远指节之间设有一段弹力线。

6.如权利要求1所述的一种提高抓握动作稳定性的假肢手，其特征在于，所述手掌和近指节之间设有第三轴，手掌和手指连杆之间设有第二轴，手指连杆和中远指节之间设有第一轴，近指节和中远指节之间设有第四轴，上述轴的设置使手掌、近指节、手指连杆和中远指节组成一个“四连杆”结构。

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