電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)，通過該機構(gòu)及其控制方法，患者能夠恢復(fù)手部部分功能。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著國內(nèi)交通事故和生產(chǎn)事故頻發(fā)，手部殘疾人越來越多。根據(jù)殘疾人抽樣調(diào)查顯示，目前我國現(xiàn)有肢體殘疾人約6000萬。在這些的殘疾人中，存在眾多手部殘疾的病例。缺少手指對他們造成了很大的不便。隨著科技的發(fā)展，幫助手部殘疾人的假肢越來越多。然而絕大多數(shù)只是用于美觀的固定的假肢，而其他能恢復(fù)部分手部功能的助殘手指都是由外力驅(qū)動的，如電機驅(qū)動和氣缸驅(qū)動，這些助殘手指都需要配備一整套復(fù)雜而昂貴的假肢控制系統(tǒng)和笨重的電源供應(yīng)。雖然有這些假肢控制系統(tǒng)相對來說可以控制實現(xiàn)一些復(fù)雜的動作，但由于設(shè)計復(fù)雜，材料要求嚴格等致使其造價非常昂貴，機構(gòu)笨重，續(xù)航力低下，作用力不大，防水性能不佳，可靠性和適用性不高。這些缺點致使其實用性不高，應(yīng)用不是十分廣泛?，F(xiàn)在絕大部分的手部殘疾的患者還用不上結(jié)構(gòu)簡單、可靠、價格低廉的假肢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了改善手部殘疾的患者缺少實用假肢的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)，其無需電機，結(jié)構(gòu)簡單，方便實用，不僅可以實現(xiàn)一些簡單的抓取動作，而且可以實現(xiàn)1024種姿態(tài)定位，利于肢體語言表達，同時造價低廉，實用可靠。
[0004]本發(fā)明提供一種電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)，其特征在于，包括以下三個部分:
動力機構(gòu)，主要由掌套、腕套、粘扣、內(nèi)襯套和大齒輪組成，腕套通過粘扣牢靠的固定在手腕上，掌套通過內(nèi)襯套固定在手掌后部上；
傳動機構(gòu)，主要由小齒輪、線輪軸、線輪、鋼絲繩、電磁線圈、槽組成，在線輪軸上設(shè)有多個槽，每個槽內(nèi)都具有一個電磁鐵、一個彈簧和一個鍵，鍵位于彈簧的側(cè)面，電磁線圈套在線輪軸上，線輪與鋼絲繩連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與線輪軸連接在一起，線輪通過鍵與線輪軸連接在一起；
執(zhí)行機構(gòu)，由指中、指根、指尖、扭簧軸和扭簧組成，指根和指尖通過扭簧軸連接，一個扭簧安裝在兩個指中之間。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明能夠給使用者帶來美觀外形的同時，使其恢復(fù)部分手部的功能，大大降低其購買和使用假肢的成本，方便使用，靈活易學(xué)、能給患者來帶來良好的體驗。
【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0007]圖1是本發(fā)明的單個手指工作原理圖。
[0008]圖2是本發(fā)明的多根手指之間配合原理圖。
[0009]圖3是本發(fā)明的固定端原理示意圖。
[0010]圖4是本發(fā)明的傳動示意圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1至圖4所示，本發(fā)明電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)包括以下三個部分: 一，動力機構(gòu)
動力機構(gòu)主要由掌套1、腕套20、粘扣21、內(nèi)襯套22和大齒輪19組成，腕套通過粘扣牢靠的固定在手腕上，掌套通過內(nèi)襯套固定在手掌后部上。當手腕轉(zhuǎn)動時，手掌與手腕發(fā)生了轉(zhuǎn)動，此時套在手掌上的掌套隨著手掌一起相對與手腕轉(zhuǎn)動，從而帶動與掌套固定在一起的大齒輪發(fā)生轉(zhuǎn)動，這樣手腕的上的力就通過手掌與手腕之間的相對運動傳遞到大齒輪上。這時，大齒輪的轉(zhuǎn)動帶動與之嚙合的小齒輪轉(zhuǎn)動，從而將手腕上的力傳遞到了手指動力箱的前端，提供了手指動力箱的源動力。特別的，本發(fā)明采用了硅膠內(nèi)襯套，放置在掌套內(nèi)，主要是為了適應(yīng)不同殘疾程度的手掌。
[0012]二，傳動機構(gòu)
傳動機構(gòu)主要由小齒輪18、線輪軸12、線輪17、鋼絲繩5、電磁線圈13、槽16等組成，在線輪軸上設(shè)有多個槽16，每個槽16內(nèi)都具有一個電磁鐵15、一個彈簧14和一個鍵11，鍵11位于彈簧14的側(cè)面，電磁線圈13套在線輪軸12上，線輪17與鋼絲繩5連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與線輪軸連接在一起，當手腕的力通過手指動力箱傳遞到小齒輪上時，小齒輪的轉(zhuǎn)動帶動線輪軸的轉(zhuǎn)動。線輪通過鍵與線輪軸連接在一起，當鍵被彈簧頂起時，線輪軸的轉(zhuǎn)動就會帶動線輪的轉(zhuǎn)動，從而線輪就可以拉動鋼絲繩。鋼絲繩的拉力使一直處于彎曲狀態(tài)的手指伸直，從而實現(xiàn)手指張開的動作。當鍵被電磁線圈吸引入槽內(nèi)時，線輪與線輪軸脫離，此時小齒輪上的力無法傳遞到線繩上，手指由于扭簧的作用實現(xiàn)手指握緊的狀態(tài)。
[0013]三，執(zhí)行機構(gòu)
執(zhí)行機構(gòu)是按照人手仿生設(shè)計的，由指中4、指根7、指尖6、扭簧軸2和扭簧3組成，其中，指根7和指尖6通過扭簧軸2連接，一個扭簧3安裝在兩個指中4之間。在無鋼絲繩的拉力作用下，由于受到扭簧的壓力，手指處于彎曲狀態(tài)。當想要抓取東西時，在鋼絲繩的拉力作用下，手指伸直。鋼絲繩放松后，手指又在扭簧的作用下彎曲，抓緊東西。
[0014]單個手指工作原理如下:在手臂放松的情況下手指是抓緊的，就像人握著拳頭一樣。由于手指的關(guān)節(jié)之間存在一個兩腳之間角度小于90度的扭簧3和限制扭簧3位置的扭簧軸2，在兩者的綜合作用下，手指一直處于抓緊狀態(tài)。要實現(xiàn)手指伸直，需要手腕發(fā)力，帶動大齒輪19轉(zhuǎn)動，從而帶動線輪17的轉(zhuǎn)動。線輪17與鋼絲繩5 —端連接，同時鋼絲繩5的另一端固定在指尖6上，當線輪17轉(zhuǎn)動時就會帶動鋼絲繩5伸直，從而鋼絲繩5會給手指一個力矩。當力矩大于各扭簧3扭矩之和時，手指張開，就實現(xiàn)了單根手指的伸縮運動。
[0015]多根手指之間配合原理如下:在線輪軸上有五個槽16，每個槽16內(nèi)都具有一個電磁鐵15、一個彈簧14和一個鍵11。每個槽位16上安裝有一個線輪17，對應(yīng)的，每個線輪17上有四個鍵槽，這樣每個電磁鐵15都可以控制一個鍵16進入對于線輪17的任意一個槽內(nèi)，這樣每個線輪17都有四個姿態(tài)，分別為O度，90度，180度和270度。這五個線輪17分別用來控制假肢上面的大拇指，食指，中指，無名指和小拇指。當齒輪轉(zhuǎn)動時，通過軸上的鍵11帶動線輪17轉(zhuǎn)動，從而拉動了鋼絲繩5伸直。需要聲明的是:在斷電情況下，由于彈簧14的推力，鍵11向外伸出，線輪軸12與線輪17接合。五根手指的姿態(tài)獨立控制，整個假肢的手指姿態(tài)有4x4x4x4x4=1024種。
[0016]活動鍵的工作原理如下:當電磁鐵15不通電時，彈簧14處于原始狀態(tài)，此時鍵11被彈簧14頂起來，這時線輪軸12就可以帶動線輪17運動。當電磁鐵15通電時，鍵11由于收到電磁鐵15的吸引力而壓縮彈簧14，使彈簧14處于壓縮狀態(tài)，這時彈簧14無法將鍵11頂起來，所以當線輪軸12運動時，無法帶動線輪17運動。
[0017]綜上所述，本發(fā)明涉及一種基于電磁鐵控制的無源助殘手指，這種假肢主要由腕部驅(qū)動，無需電機，結(jié)構(gòu)簡單，方便實用，不僅可以實現(xiàn)一些簡單的抓取動作，而且可以實現(xiàn)1024種姿態(tài)定位，利于肢體語言表達，同時造價低廉，實用可靠。本發(fā)明通過電磁鐵來控制鍵伸出和伸入主軸內(nèi)來控制線輪與主軸的嚙合，手指殘疾患者只需要通過簡單的訓(xùn)練就能夠?qū)嵱玫蛢r地改善自身的生活品質(zhì)，部分恢復(fù)勞動能力。
【主權(quán)項】
1.一種電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)，其特征在于，包括以下三個部分: 動力機構(gòu)，主要由掌套、腕套、粘扣、內(nèi)襯套和大齒輪組成，腕套通過粘扣牢靠的固定在手腕上，掌套通過內(nèi)襯套固定在手掌后部上； 傳動機構(gòu)，主要由小齒輪、線輪軸、線輪、鋼絲繩、電磁線圈、槽組成，在線輪軸上設(shè)有多個槽，每個槽內(nèi)都具有一個電磁鐵、一個彈簧和一個鍵，鍵位于彈簧的側(cè)面，電磁線圈套在線輪軸上，線輪與鋼絲繩連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與線輪軸連接在一起，線輪通過鍵與線輪軸連接在一起； 執(zhí)行機構(gòu)，由指中、指根、指尖、扭簧軸和扭簧組成，指根和指尖通過扭簧軸連接，一個扭簧安裝在兩個指中之間。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電磁鐵控制的無源機械假肢機構(gòu)，包括：動力機構(gòu)，主要由掌套、腕套、粘扣、內(nèi)襯套和大齒輪組成，腕套通過粘扣牢靠的固定在手腕上，掌套通過內(nèi)襯套固定在手掌后部上；傳動機構(gòu)，主要由小齒輪、線輪軸、線輪、鋼絲繩、電磁線圈、槽組成，在線輪軸上設(shè)有多個槽，每個槽內(nèi)都具有一個電磁鐵、一個彈簧和一個鍵，鍵位于彈簧的側(cè)面，電磁線圈套在線輪軸上，線輪與鋼絲繩連接，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪與線輪軸連接在一起，線輪通過鍵與線輪軸連接在一起；執(zhí)行機構(gòu)，由指中、指根、指尖、扭簧軸和扭簧組成，指根和指尖通過扭簧軸連接，一個扭簧安裝在兩個指中之間。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，方便實用。
【IPC分類】A61F2-56, A61F2-58
【公開號】CN104873310
【申請?zhí)枴緾N201510243518
【發(fā)明人】周歡歡, 張鑫, 董焰章, 陳勇
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月14日