專利名稱：殘疾人人體仿真機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純機械結(jié)構(gòu)的仿真機械手，尤其涉及一種有臂殘疾人仿真機械手。
背景技術(shù)：
目前殘疾人的仿真機械手分為有臂和無臂兩種，無臂機械手需要依靠腳部、胸部等肌肉來運作，完成簡單的生活動作。對于有臂機械手，大部分都采用雙指或多指鉗住的方 式來完成取物品和持有物品的動作。如專利號為CN200720071414. 9所申請的肌電手機械 手頭結(jié)構(gòu)及附件，包括組成手頭的食指和中指、拇指、手架板、連桿、食指-拇指軸組合件等 組成，該種設計只單獨采用了單軸轉(zhuǎn)動，完成食指和拇指間的夾緊和放開，這種方式雖然簡 單，但是對保持物品的能力不高，與真實人手相差太大，由于該結(jié)構(gòu)只能讓手指的兩個支點 與物品接觸，一方面接觸點少就不容易拿住東西，另外接觸面少而引發(fā)的大壓強很容易把 目標物體捏壞，從而無法拿取較小，易碎的物品，如陶瓷物品、甚至雞蛋等。再一方面夾持方 式的機械手張開程度有限，一般難以大于120度的范圍，從而大大限制了該類機械手無法 拿取大型體積的物品，如大直徑的礦泉水，只有將手指設計的盡量長一些才能面前完成大 物品的拿取，然而這比必將導致機械手過大，影響日常生活，在捏取小物品時候反而變得不 方便。在普通的機械手的功能中是無法完成寫字、烹調(diào)、用叉子和調(diào)羹進食的功能，對于這 些人體仿真現(xiàn)有的機械手還是無法到達。針對以上所講述的現(xiàn)有機械手的各種缺點，如拿 捏物品的體積、易碎程度限制，對物品的拿持的牢固程度不夠、對人體仿真距離過遠，功能 單一的缺點，本發(fā)明能提供有效克服上述問題的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有機械手的各種缺點，如拿捏物品的體積、易碎程度限制，對物品的拿持 的牢固程度不夠、對人體仿真距離過遠，功能單一技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種殘疾人人體仿 真機械手，該機械手具有極高的人體仿真程度，能夠拿捏不同體積，易碎的物品，能夠穩(wěn)定、 牢固的保持物品，同時具有其他如寫字等人體高仿真的功能。本發(fā)明為一種殘疾人人體仿真機械手，包括手體、機械臂，手體和機械臂可通過鎖 扣裝置實現(xiàn)結(jié)合和分離。所述的手體前側(cè)設有若干手指，前側(cè)手指由上指段、中指段、下指 段依次活動連接，上指段下部與中指段上端部通過上指軸活動連接，中指段下部與下指段 上端部通過中指軸活動連接，下指段下部與手指根上端部通過下指軸活動連接，所述的手 體后側(cè)設有一個或若干個拇指，拇指下部與拇指根通過拇指軸活動連接，所述的手體由拇 指根與若干手指根固定連接而成，手體與傳動體中部通過傳動體軸活動連接，傳動體上端 部與拇指下端部通過拇指傳動韌帶活動連接，傳動體中部與下指段下端部通過下指傳動韌 帶活動連接，中指段下端部與指根的中部通過中指傳動韌帶活動連接，上指段下端部與下 指段上部通過上指傳動韌帶活動連接，傳動體另一端活動連接連桿，該連桿的另一端連接 固定裝置。該殘疾人人體仿真機械手，模仿人體手指結(jié)構(gòu)，擁有三個手指段，分別是上指段、中指段和下指段，而每兩個手指段之間通過上指軸、中指軸活動連接，下指段與手體也通過下指軸活動連接，與人體手指不一樣的是，傳動各個手指段的傳動韌帶并非一體，而是在兩 個相隔指段之間通過一個金屬做的傳動韌帶活動連接，如上指段與下指段之間，中指段與 指根之間，都通過傳動韌帶活動連接，特別重要的是，上述所說的上部與上端部之間的位置 關(guān)系，這里的上端部比上部更加靠近指段的端部，只有這樣才能通過指關(guān)節(jié)的運動迫使相 鄰指段在傳動韌帶的驅(qū)動下，完成彎轉(zhuǎn)和伸直動作，起始驅(qū)動是通過活動連接在指根處的 傳動體完成，該傳動體轉(zhuǎn)動到一個極限角度的時候，機械手便完成握緊或者伸直的動作，因 為傳動體也通過傳動韌帶與拇指和和下指段活動連接，而傳動體的轉(zhuǎn)動是依靠連接在傳動 體后端部的連桿推動完成的，而連桿的推動則是通過手臂的彎曲和伸直的不同狀態(tài)引起的 拉動和推動作用，因為當連桿和人體小臂、大臂之間構(gòu)成三角形的時候，小臂和大臂形成一 直線上的時候，所形成的三角形的另一邊就要求變長，而連桿是剛性的，所以連桿只能通過 拉動傳動體的方式滿足長邊三角形的形成，此時傳動體也通過傳動韌帶的作用，讓機械手 成伸開狀態(tài)，反之，當形成小邊三角形的時候，機械手就形成握緊狀態(tài)，如此一來，依靠手臂 的彎曲和張開兩種方式就能完成了機械手的兩種工作狀態(tài)，這種模擬人手的機械手具有對 物體多觸點方式，能夠更好的緊緊握住物體，把物體進行圓周式的包圍，更節(jié)省力氣，彎曲 的手指也不會造成行動不便，將近180度的手指伸展角度能夠握住大體積的物體，受力平 均也讓機械手不容易損壞，延長實用壽命。作為優(yōu)選，所述的手體和機械臂可通過鎖扣裝置實現(xiàn)結(jié)合和分離，所述鎖扣裝置 包括手體下端部設有若干個連接凹形口，機械臂上端部設有若干個連接凸出端，且所述的 連接凹形口和連接凸出端相互配合。這樣可方便殘疾人佩戴以及維修等。作為優(yōu)選，所述的手指為中指、食指和無名指三個手指或適當增減手指數(shù)量，所述 的拇指為兩個或適當增減拇指數(shù)量。按照人體仿真學，單側(cè)具有三個手指的機械手已經(jīng)能 夠很有效、很穩(wěn)定的握住物體了，多增加手指的效果不明顯，但卻增加了成本，和增加了重 量，因而手指的最優(yōu)選數(shù)量為三個，而拇指的最優(yōu)選數(shù)量為兩個。作為優(yōu)選，所述的若干手指之間的空隙與拇指相對。由于無法像人體拇指那樣做 上下運動，因而要刻意讓該機械手的拇指對準對面手指之間的空隙位置，一般是食指和中 指之間的空隙位置，只有這樣才能充分的握緊機械手，形成緊密的拳頭，從而拿捏細小如筆 等小體積物品。作為優(yōu)選，所述的拇指為兩個。采用兩個拇指能夠更加穩(wěn)定的將物體夾持住，此時 兩拇指分別對準食指與中指之間和中指與無名指之間的空隙。作為優(yōu)選，所述的拇指只要適當?shù)母淖兿陆Y(jié)構(gòu)和安裝位置，亦可使手體在張開的 時候，拇指與其他手指處在同一平面，猶如真人手掌的張開形式，但這種結(jié)構(gòu)有可能會影響 握力的大小。作為優(yōu)選，所述的手體的手指根側(cè)部設有工具接口，該工具接口為沿著手指根方 向的圓柱管。在該工具接口內(nèi)可以安裝特殊的菜刀等生活工具，讓殘疾人也能獨自完成烹 飪等事情。作為優(yōu)選，所述的下指段側(cè)部設有工具接口，該工具接口為垂直與下指段的固定 夾。在該工具接口內(nèi)刻意安裝普通湯匙、餐叉等生活物品，完成該手的輔助進食動作。作為優(yōu)選，所述的下指段下部的垂直方向上設有圓柱管的工具接口。在該工具接口內(nèi)刻意安裝筆等書寫工具，讓殘疾人也能通過殘疾的手書寫較為大型的字體。作為優(yōu)選，所述的圓柱管、固定夾和筆管，可適當?shù)脑鰷p其數(shù)量和改變安裝位置， 與各種特制的工具相連接。作為優(yōu)選，所述的手指內(nèi)側(cè)設有防滑橡膠層。防滑橡膠層的使用讓機械手更加容 易握住物體，而不會因為金屬表面過于光滑而滑落物品。作為優(yōu)選，所述的手體內(nèi)外側(cè)可覆蓋一層人體皮膚色的橡膠皮，以增加美觀性。作為優(yōu)選，所述的機械臂上設有若干凹下的綁定口。該綁定口用于將機械臂綁定 在人體小臂上。作為優(yōu)選，所述的殘疾人人體仿真機械手采用輕質(zhì)的強化鋁材料或其他合適的材 料制成。運用輕質(zhì)的強化鋁材料或其他合適的材料能夠讓該機械手更加輕便，也增加強度， 實用壽命更長。作為優(yōu)選，所述的機械臂后端連接大機械臂，大機械臂上設有固定裝置，大機械臂 上設有的L形連桿連接機械臂上的連桿二，而連桿二活動套接在機械臂上的活動固定筒， 連桿二的另一端通過萬向球裝置與所述的連桿連接，該萬向球裝置滑動固定在機械臂的端 部的活動槽內(nèi)。附加了大機械臂結(jié)構(gòu)，讓連桿推動傳動體有了大機械臂的支撐，結(jié)構(gòu)巧妙， 使用起來更加舒適，更能發(fā)揮出大臂的力量，避免連桿或固定裝置直接對大臂施加壓力，弓丨 起大臂的疲勞感，甚至酸痛，此更改方案的最大優(yōu)點也在于機械臂可完全被包裹到衣袖里 去。作為優(yōu)選，所述的機械臂后端連接大機械臂，大機械臂通過連桿與傳動體連接，大 機械臂上設有固定裝置，機械臂上設有的“7”形連桿連接背部固定裝置，背部固定裝置和人 體相互固定。通過人體肩部和背部的肌肉進行調(diào)節(jié)控制，同樣能簡單、方便的完成對機械手 的控制?？傊?，本發(fā)明突破了以往一般有臂機械手的技術(shù)，克服了各種缺點，如拿捏物品的 體積、易碎程度限制，對物品的拿持的牢固程度不夠、對人體仿真距離過遠，功能單一，操作 和佩戴不方便等，本機械手具有極高的人體仿真程度，能夠拿捏不同體積，易碎的物品，能 夠穩(wěn)定、牢固的保持物品，同時具有其他如寫字、烹飪等人體高仿真的功能。


附圖1是本發(fā)明的一種側(cè)視圖；附圖2是附圖1的運動示意圖；附圖3是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是附圖3的運動示意圖；附圖5是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是附圖5的運動示意圖。附圖標記說明手體1，機械臂2，上指段3、中指段4，下指段5，上指軸30，中指軸 40，下指軸50，拇指6，拇指根7，拇指軸60，手指根13，傳動體8，傳動體軸80，連桿10，固定 裝置11，鎖扣裝置12，圓柱管14，固定夾15，筆管16，橡膠層17，綁定口 18，上指傳動韌帶 19，中指傳動韌帶20，下指傳動韌帶21，拇指傳動韌帶22，連接凹形口 23，連接凸出端24，大 機械臂34，固定裝置33，L形連桿31，連桿二 28，活動固定筒29，萬向球裝置27，活動槽26，連接關(guān)節(jié)35，“7”形連桿38，背部固定裝置37，大臂殘肢42，人體41。
具體實施例方式本發(fā)明提供如下優(yōu)選的實施方案。實施例1 本發(fā)明為一種殘疾人人體仿真機械手，如附圖1，包括手體1、機械臂2，手體和機 械臂可通過鎖扣裝置12實現(xiàn)結(jié)合和分離，手體前側(cè)設有三手指，前側(cè)手指由上指段3、中指 段4、下指段5依次活動連接，上指段下部與中指段上端部通過上指軸30活動連接，中指段 下部與下指段上端部通過中指軸40活動連接，下指段下部與手指根上端部通過下指軸50 活動連接，所述的手體后側(cè)設有一個拇指6，拇指下部與拇指根7通過拇指軸60活動連接， 所述的手體由拇指根7與該三根手指根13固定連接而成，手體與傳動體8中部通過傳動體 軸80活動連接，傳動體上端部與拇指下端部通過拇指傳動韌帶22活動連接，傳動體中部與 下指段下端部通過下指傳動韌帶21活動連接，中指段下端部與指根的中部通過中指傳動 韌帶20活動連接，上指段下端部與下指段上部通過上指傳動韌帶19活動連接，傳動體另一 端活動連接連桿10，該連桿的另一端連接固定裝置11，該固定裝置為綁定帶，在手體的手 指根側(cè)部設有工具接口，該工具接口為沿著手指根方向的圓柱管14，在下指段側(cè)部設有工 具接口，該工具接口為垂直與下指段的固定夾15，在下指段下部的垂直方向上設有筆管16 的工具接口，手指內(nèi)側(cè)設有防滑橡膠層17，在該機械臂上具有兩個綁定口 18，用于固定帶 將人體手臂綁定在機械臂上。操作方法如下，如附圖2，將殘疾人的殘疾手臂伸入該機械臂當中，通過固定帶將 機械手綁定在人體手臂上，通過鎖扣裝置將手體和機械臂連接在一起，注意的是連桿的端 部通過固定裝置必須固定在大臂上位置，當人體手臂伸直的時候，大臂就拉動固定在上面 的連桿，而連桿在另一端拉動傳動體，傳動體的前端通過拇指傳動韌帶22拉動拇指下端 部，迫使拇指頭向外展開，同時，傳動體的中部通過下指傳動韌帶21拉動下指段的下端部， 在下指軸的作用下，下指段向后轉(zhuǎn)動，連接在指根與中指段下端部的中指傳動韌帶20在下 指段轉(zhuǎn)動的壓力下，被迫拉動中指段，使得中指段也向后轉(zhuǎn)動，同樣，連接在上指下端部與 下指段的上指傳動韌帶19在中指段轉(zhuǎn)動的壓力下，被迫拉動上指段，使得上指段也向后轉(zhuǎn) 動，從而通過人體手臂的伸直完成機械手伸開的過程，如果人體手臂進行彎曲動作的時候， 同樣機械手就相反的完成握緊的動作，從而完成高人體仿真的機械手功能。本實施例結(jié)構(gòu) 為肘部以下小臂殘缺，但仍保留部分小臂的殘疾人設計，通過人體手臂肘部關(guān)節(jié)的伸曲進 行調(diào)節(jié)控制，能簡單、方便的完成對機械手的控制。實施例2 本實施例為在上述實施例中添加大機械臂結(jié)構(gòu)，并附加一些優(yōu)秀的關(guān)節(jié)、連桿設 置，讓整個機械手更加完善，使用更加方便。結(jié)構(gòu)如圖3所示，在機械臂后端連接一大機械 臂34，大機械臂和前面所述的機械臂之間通過連接關(guān)節(jié)35轉(zhuǎn)動連接，大機械臂上設有固 定裝置33，固定裝置同樣為綁定帶，大機械臂上設有的L形連桿31連接機械臂上的連桿二 28，其中L形連桿的短桿朝下，短桿和長桿成一定角度，并短桿的長度控制大臂伸縮引起的 連桿的移動范圍，并最終控制機械手的運動幅度，而連桿二活動套接在機械臂上的活動固 定筒29，連桿二的另一端通過萬向球裝置27與所述的連桿10連接，該萬向球裝置滑動固定在機械臂的端部的活動槽26內(nèi)。操作方法如下，如附圖4，將殘疾人的殘疾手臂伸入該機械臂當中，通過大臂固定 裝置將機械手綁定在人體上，當人體手臂彎曲的時候，大臂就推動固定在上面的L形連桿， 而L形連桿在另一端推動連桿二，連桿二的前端通過萬向球裝置推動連桿一，連桿一在另 一端推動傳動體，從而迫使手體握緊，如果人體手臂進行伸直動作的時候，同樣機械手就相 反的完成張開的動作。實施例3 本實施例為在上實施例1中添加大機械臂、背部固定裝置和“7”形連桿結(jié)構(gòu)等。同 樣本實施例中連桿和轉(zhuǎn)動體部分也可按照實施例2的設計，結(jié)構(gòu)如圖5所示，在機械臂2后 端連接一大機械臂34，大機械臂和機械臂之間通過連接關(guān)節(jié)35轉(zhuǎn)動連接，大機械臂上設有 固定裝置33，固定裝置同樣為綁定帶。機械臂上設有的“7”形連桿38連接背部固定裝置 37，其中“7”形連桿的短桿與機械臂萬向活動連接，“7”形連桿的長桿與背部固定裝置也萬 向活動連接，從而保障大臂與肩膀關(guān)節(jié)的運動自如，短桿與長桿之間成一定角度，并短桿的 長度控制大臂運動引起的連桿的移動范圍，并最終控制機械手的運動幅度，而背部固定裝 置固定在殘疾人人體41的背部。操作方法如下，如附圖6，將殘疾人的大臂殘肢42伸入大機械臂當中，通過大臂固 定裝置和背部固定裝置將機械手綁定在人體上，當人體大臂向前運動的時候，大臂就拉動 固定在背部固定裝置上面的“7”形連桿，而“7”形連桿在另一端拉動機械臂，通過連接關(guān) 節(jié)迫使整條機械臂伸直，從而拉動連桿，連桿在另一端拉動傳動體，從而迫使手體張開，如 果人體大臂進行向后運動的時候，同樣機械手就相反的完成緊握的動作。本實施例結(jié)構(gòu)為 肘部和小臂都殘缺只保留部分大臂的殘疾人設計，通過人體肩部和背部的肌肉進行調(diào)節(jié)控 制，同樣能簡單、方便的完成對機械手的控制。
權(quán)利要求
一種殘疾人人體仿真機械手，包括手體(1)、機械臂(2)，其特征在于所述的手體和機械臂可通過鎖扣裝置(12)實現(xiàn)結(jié)合和分離，手體由拇指根(7)與若干手指根(13)固定連接而成，手體前側(cè)設有若干手指，前側(cè)手指由上指段(3)、中指段(4)、下指段(5)依次活動連接，所述的手體后側(cè)設有一個或若干個拇指(6)，拇指與拇指根之間活動連接，手體與傳動體(8)之間活動連接，傳動體與拇指之間、傳動體與下指段之間、中指段與手指根之間、上指段與下指段之間活動連接，傳動體另一端活動連接連桿(10)，該連桿的另一端連接固定裝置(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的上指段下部與中指段上端部 通過上指軸(30)活動連接，中指段下部與下指段上端部通過中指軸(40)活動連接，下指段 下部與手指根上端部通過下指軸(50)活動連接。拇指下部與拇指根(7)通過拇指軸(60) 活動連接，手體與傳動體(8)中部通過傳動體軸(80)活動連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的傳動體上端部與拇指下端部 通過拇指傳動韌帶(22)活動連接，傳動體中部與下指段下端部通過下指傳動韌帶(21)活 動連接，中指段下端部與手指根的中部通過中指傳動韌帶(20)活動連接，上指段下端部與 下指段上部通過上指傳動韌帶(19)活動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的手指為中指、食指和無名指 三個手指或適當增減手指數(shù)量，所述的拇指為兩個或適當增減拇指數(shù)量，所述的若干手指 之間的空隙與拇指相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述鎖扣裝置包括手體下端部設有 若干個連接凹形口(23)，機械臂上端部設有若干個連接凸出端(24)，且所述的連接凹形口 和連接凸出端相互配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的手體的手指根側(cè)部設有工具 接口，該工具接口為沿著手指根方向的圓柱管(14)，所述的下指段側(cè)部設有工具接口，該工 具接口為垂直與下指段的固定夾(15)，所述的下指段下部的垂直方向上設有筆管(16)的 工具接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的圓柱管、固定夾和筆管，可適 當?shù)脑鰷p其數(shù)量和改變安裝位置，與各種特制的工具相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的手指內(nèi)側(cè)設有防滑橡膠層 (17)，所述的機械臂上設有若干凹下的綁定口(18)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的機械臂后端連接大機械臂 (34)，大機械臂上設有固定裝置(33)，大機械臂上設有的L形連桿(31)連接機械臂上的連 桿二(28)，而連桿二活動套接在機械臂上的活動固定筒(29)，連桿二的另一端通過萬向球 裝置(27)與所述的連桿(10)連接，該萬向球裝置滑動固定在機械臂的端部的活動槽(26) 內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殘疾人人體仿真機械手，所述的機械臂后端連接大機械臂 (34)，大機械臂通過連桿(10)與傳動體(8)連接，大機械臂上設有固定裝置(33)，機械臂上 設有的“7”形連桿(38)連接背部固定裝置(37)，背部固定裝置和人體(41)相互固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純機械結(jié)構(gòu)的仿真機械手，該仿真機械手具有多關(guān)節(jié)手指，通過傳動韌帶、傳動體接受手臂彎曲的力量來驅(qū)動手體的握緊和伸開，可隨意控制握力的大小，能夠很穩(wěn)定、牢固的保持住物品，能夠拿取大小不同體積的物品，也能夠很好的握住易碎程度高的物品，同時，還具有寫字、烹調(diào)、用叉子和調(diào)羹進食等的人體仿真功能，為殘疾人的生活帶來極大的方便。
文檔編號A61F2/54GK101828980SQ20101015579
公開日2010年9月15日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者王連方 申請人:王連方