[发明专利]假肢手指的蜗轮与传动绳索的连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及仿生手，尤其涉及可用于残疾人的假肢手、其手指及其部分结构。

背景技术

人手一般具有五根手指，依次为拇指、食指、中指、无名指和小指，除拇指具有特殊的运动规律以外，其他四根手指的运动规律基本相同。每根手指分为三节指节，依次为基指节、近指节和远指节，它们通过相应位置的关节相连，指甲长在远指节上。对于某些残疾人来说，需要利用假肢手来实现人手的基本功能。

在2007年之前，市场上销售最多的假肢手为德国OTTOBOCK公司生产的单自由度假肢手，该型假肢手只具有基本的开合功能，其基本工作原理是：肌电信号传感器感知残疾人的运动需求并将相应信号发送给微控制器，微控制器发出控制指令使微电机运转，微电机通过机械传动链带动假肢手指运动，从而实现假肢手的开合。

随着机器人领域的多指灵巧手技术的发展，对多自由度假肢手的研究起到了巨大的推动作用。在2007年之后，多款多自由度假肢手被研究出来，其中绝大部分多自由度假肢手采用了欠驱动机构，即一般一个手指只需一台微型驱动电机，而手指的基指关节(对应于基指节与手掌之间的连接关节)及近指关节(对应于近指节与基指节之间的连接关节)的运动是耦合的，由一台微型驱动电机同时基指节的转动和近指节的转动。其中基指关节的机械传动常采用索(绳)传动、锥齿轮副传动、蜗轮副传动或滑动螺旋副传动等，而近指关节的机械传动常采用索(绳)传动、连杆传动或齿轮副传动等。基指关节传动链及近指关节传动链的不同组合，可形成不同的产品。目前市场上销售较多的假肢手有两种，一种假肢手的手指基指关节采用蜗轮副传动，近指关节采用索(绳)传动，另一种假肢手的手指基指关节采用滑动螺旋副传动，近指关节采用连杆传动。

假肢手的零部件较多，其设计涉及到多方面的问题，比如如何使这些零部件相互配合以实现类似于人手的基本功能、如何保证工作的可靠性、如何减轻结构的复杂性和装配的难度、如何减少成本、如何使结构美观等等，这些问题可以分解为很多具体的问题。尽管目前假肢手实现了产品化，但其仍然在设计上存在诸多缺陷，例如：现有的一款iLim假肢手，其手指直流电机的导线连接于基指关节安装机架的导线输出器上，导线输出器具固定套筒，滑动导针，压缩弹簧。结构复杂，难于小型化，且占据了设计空间，其手指联接器结构及外形复杂，包括与手指滑动导针相接触的导电柱，造型复杂的基关节外罩。

发明人在研发假肢手的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：

1、假肢手指的基指关节零部件较多，装配关系复杂，难以对零部件进行有效而准确的定位，装配难度高，特别是有些现有假肢手指的基指关节结构，其装配结构简陋，导致基指关节的工作可靠性较差，容易出现故障。

2、某些现有的假肢手指，其假肢手指的基指节与基关节的连接结构复杂，其手指基指节难于装配到基关节结构上，不能简单有效地装配。

3、某些近指关节采用索传动的现有假肢手指，其传动绳索的近端连接在蜗轮上，但是其采用的具体连接结构不便于进行装配，传动绳索的近端也容易发生脱落现象，不利于假肢手的可靠使用。

4、某些现有假肢手指，其近指关节采用索传动，频繁的屈指和展指操作容易使传动绳索在手指基指节上受到摩擦和刮蹭，长时间使用容易使传动绳索磨损甚至断裂，影响索传动机构的使用寿命。

5、有些现有的假肢手指，其手指近指节与手指基指节之间采用拉伸弹簧连接以实现展指时手指近指节的自动复位，而拉伸弹簧的端部采用的是固定连接的方式，因此拉伸弹簧频繁地受到拉力及弯矩的复合作用，长期使用会使拉伸弹簧发生弯曲残余变形。这样会使假肢手指出现屈指、展指不到位的情况，降低了假肢手指和假肢手的使用性能。

6、有些现有的假肢手指，其在结构上没有区分出手指远指节和手指近指节，不便于手指近指节与其他零部件的装配，或者其手指近指节与手指远指节采用端面贴合，然后用其他连接件连接的连接方式，连接的可靠性差，结构也不够美观。

7、现有的假肢手指，由于其部分结构存在前述的问题，导致整个假肢手指的工作可靠性较差，并且也不便于装配。

8、由于人的拇指的近指节运动量很小，因而假肢拇指的设计可以不考虑该运动。但某些现有的假肢拇指，其拇指近指节和拇指基指节之间的结构与一般假肢手指(非拇指)的手指近指节和手指远指节的连接结构有很大的差异，这就需要专门区别地设计和制造拇指的结构，或者需要专门设计和制造拇指近指节和拇指基指节的结构，假肢拇指与一般假肢手指的区别会造成额外的工作量和加工成本，零部件的通用性也较差，不利于降低成本。