[其他]假肢电动肘关节

说明书

本实用新型涉及一种为上臂截肢者所配制的假肢肘关节机构。

目前假肢的肘关节大多采用谐波传动或一般定轴齿轮、行星齿轮传动，如美国专利3883900的电动肘关节采用一级行星齿轮机构和一级谐波传动；美国专利3987498的电动肘关节采用一级谐波齿轮传动。谐波机构传动速比大，效率高，反向间隙小，但其结构和制造工艺复杂，成本高。此外，采用谐波传动，一般还需设计专门的自锁机构以保证可靠的自锁，但要达到较好的自锁性能也是不容易的，许多采用谐波传动的肘关节在由曲肘状态放下重物时产生抖动现象。如果采用一般定轴轮系或行星轮系传动，外加自锁机构，由于肘关节在工作时承受的力很大，当采用小模数齿轮时，机构的承载能力和使用寿命将是很大问题，尤其在手臂运动的冲击力作用下，将产生较大的反向间隙，这种传动方式也常常存在上述的抖动现象。

本实用新型的目的旨在增加假肢肘关节的耐冲击性，减小反向间隙，使自锁平稳、可靠。同时力求结构简单，易于装配，重量轻，效率高。

本实用新型的基本机构为一摆动螺旋机构，外部动力采用直流微型伺服电机驱动。

图1为本肘关节的结构图。

图2为传动路线图。

如图1所示，A、B、C三点为机构的铰链，上臂〔12〕联在铰链A、B上，假肢的前臂〔9〕联在铰链B、C上。电机〔1〕直接与齿轮〔2〕相联接，齿轮〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕组成的定轴轮系作为整个机构的第一级减速器（速比为10.7），齿轮〔5〕直接联在输出轴〔6〕上，输出轴〔6〕与丝杠〔10〕通过浮动盘〔7〕相联接，组成一个十字滑块联轴器。当电机旋转时，通过定轴轮系使丝杠〔10〕转动，丝杠〔10〕带动组合螺母〔8〕沿S方向或Z方向在丝杠〔10〕上移动，从而实现前臂〔9〕的屈或伸动作，当组合螺母〔8〕沿S方向移动时为屈臂，沿Z方向移动时为伸臂。前臂的运动范围为0～130°。组合螺母〔8〕由〔8a〕、〔8b〕、〔8c〕三部分组成，〔8a〕和〔8c〕均为螺母，它们用螺钉联接到固定套〔8b〕上，通过调节〔8a〕、〔8c〕的相对旋动，能够方便地实现对丝杠〔10〕与组合螺母〔8〕之间反向间隙值的调节，从而控制前臂运动的反向间隙。

本摆动螺旋机构的各运动尺寸是采用优化设计方法确定的，使得当前臂在0～130°范围内运动时，机构的传动效率最高，负载转化到螺母上的阻力矩最小，同时满足机构的最佳传动角条件。在优化设计中，对杆长BC进行了限制，使其大于一定值（＞25mm），这使得丝杠〔10〕与组合螺母〔8〕之间的反向运动间隙转化到BC杆（即前臂）的角度变化上就较小。机构的总平均传动比为i＝930。该机构利用螺旋机构的自锁性能实现肘关节的自锁功能，由于采用了螺旋机构，使得自锁性能可靠，同时，螺旋机构运动平稳，耐冲击性能好。

利用本实用新型设计的假肢关节，具有运动平稳，自锁性能好，耐冲击性能强，反向间隙小，结构简单，重量轻等优点。本肘关节可做为假肢的通用肘关节模块，利用上臂接口〔12〕，前臂接口〔11〕可方便地与上臂筒和前臂筒联接。此外，该肘关节机构除了做为假肢的肘关节使用以外，也可做为一般电动操作机械臂的旋转单元使用。