[实用新型]仿人型假手

说明书

技术领域

本实用新型涉及手部假肢技术领域。

背景技术

随着科技水平的不断发展和人们对残疾人福利事业的关注程度日益上升，陆续出现了基于各种原理的残疾人假手。其中包括实际应用最广泛的德国Otto Bock单自由度假手，采用绳驱动的Stanford大学假手，采用腱驱动的西班牙Manus假手、意大利ARTS实验室假手、采用欠驱动技术的英国南安普顿大学假手和四国联合研制的CyberHand等。

多伦多大学TBM假手采用了连杆机构，是一种为7～11岁年龄段儿童设计的试验性多手指假手。四指（食指、中指、无名指和小指）分别有三个指节，每个手指有一个自由度，运动轨迹仿人；四指结构完全相同，均由六根杆件构成，零件的互换性很高。拇指具有弯曲/伸展与内收/外展两个自由度，由四根杆件构成。其中内收/外展自由度是被动自由度，需借助人手或其他外力进行调整，内收/外展自由度与其他四指一起由一个电机驱动。该手结构小巧，刚性较好，能够实现被动适应性抓取。但由于五个手指都依靠一个电机驱动，因此出现了抓取力不平衡的问题。

Limb手是由英国“仿生接触”（Touch Bionics）公司研制的商用多自由度假手，在英国的市场占有率达到67%。它是利用两路EMG输入控制五个电机驱动五个手指独立运动；四指各具有两个活动关节，基关节靠蜗轮蜗杆传动，中关节靠同步带与基关节耦合运动；拇指在基关节处增加了一个被动自由度，可以通过外力调节拇指的内收/外展运动。该手能够在四种动作模式间切换，可以顺利完成开锁端盘子等各种动作。外壳材料采用了轻型塑料，重量轻于人的自然手。外表包装了人工皮肤，外观仿人。Limb手的问世标志着多自由度假手开始应用于临床。

在电机驱动、直接传动类的灵巧手中，日本岐阜大学和几家公司合作开发的Gifu-II（手是在尺寸和形状上和人手最为接近的，整手尺寸接近人手的二倍。它采用的是集成在手掌和手指中的微驱动器直接驱动。Gifu手有五个模块化的手指，共20个关节16个自由度。其中拇指有四个关节四个自由度，其它手指有四个关节三个自由度，除拇指外的其它四指的后两个关节通过连杆实现联动。整个手上装有丰富的触觉传感器，包括关节位置传感器、关节力矩传感器、指端六维力/力矩传感器、手掌触觉传感器，共有859个探测点。

清华大学在研究德国Otto Bock假手的基础上，研制了带有新型自适应增力机构的肌电控制假手。全手共有拇指、食指和中指三个手指，其中食指和中指固连为一体，采用一个电机通过螺旋和连杆传动。针对Otto Bock假手结构复杂，加工制造困难的问题，设计了双螺旋自动切换增力机构。该机构由不同螺距的两个螺旋串联组成，在手指接触物体前通过大螺旋快速传动推动工作头，接触物体后通过小螺旋传动增力。该假手指端出力50～100N，100mm开手时间1～1.5s，噪音小于42dB，没有回弹，可靠性高，但由于自由度少，结构简单，对被抓取物体形状的适应性较差。

哈尔滨工业大学研制了HIT多指灵巧手，该手采用直流电机驱动，由伞齿轮、连杆等实现传动。HIT/DLR-I手采用模块化、集成化设计，四个相同的手指，每个手指有四个关节三个自由度；拇指设计了一个旋转的自由度，可以通过配置拇指的相对位置来满足不同的抓取要求。HIT/DLR-I手的指尖布置了六维力/力矩传感器。但是受伞齿轮和直流电机的限制，手指基关节的尺寸略大。

综上，现有技术提供的假手存在着体积、重量大，耗能较大，外观和运动形式仿人化程度不好等缺陷。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明创造所要解决的技术问题是提供一种手指结构紧凑、尺寸小，开合速度快，抓握过程接近人手的仿人型假手。

本发明创造为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明创造的仿人型假手，包括手腕、手指、与手腕连接承载和固定手指的手掌，为假手提供动力及控制信号的控制系统；

所述手腕包括盘形底座、手掌固定盘、连接盘形底座和手掌固定盘的连接轴，固定在盘形底座内的伺服电机，伺服电机上装配有曲柄，连接曲柄和手掌固定盘的连杆；

所述手掌设置在手腕的上方，包括前手面、后手面及连接两者的侧板，所述后手面上设有手指固定孔，所述前手面的对应位置处设有凹槽，凹槽和手指固定孔用来装配手指；

所述手指包括连接在手掌上的基座、设置在基座内驱动手指的伺服电机、伺服电机驱动的曲柄连杆结构及与连杆连接的指节，所述指节与连杆构成耦合形式；所述基座连接在后手面上的手指固定孔处，与前手面上的凹槽一一对应；