帶有高精度小型化拉線控制系統(tǒng)的智能肌電假肢手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能肌電假肢手裝置，屬于智能助殘器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，假肢手研究領(lǐng)域的重要難題是設(shè)計(jì)出同時滿足重量輕、體積小、輸出力大、動作靈活的多自由度假肢手。對于智能假肢手驅(qū)動方式的研究主要分為兩種方向:一種注重通過復(fù)雜的齒輪組等機(jī)械結(jié)構(gòu)精確的再現(xiàn)手部的各種動作。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是精度較高，動作豐富，但是同時帶來的不足是故障率高，重量大，且成本極高，其中重量大和成本高這兩項(xiàng)劣勢尤其難為普通假肢手使用者所接受。
[0003]另一種方向則是通過電機(jī)驅(qū)動拉線操縱手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化，隨之重量降低，同時成本較低。且通過對拉線控制假肢手的不斷研究，目前可以通過使用較多數(shù)量的電機(jī)拉線組對假肢手實(shí)現(xiàn)高精度的控制。相較于復(fù)雜齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動方式與效果更貼近于實(shí)際人手的運(yùn)動。但是為了達(dá)到高精度的控制，拉線電機(jī)組的數(shù)量可以達(dá)到十幾組，導(dǎo)致動力模塊體積重量偏大以及拉線的走線較為繁雜。
[0004]目前對于拉線式假肢手也有兩種研究方向，一種是使用更多的拉線電機(jī)組對手指關(guān)節(jié)達(dá)到更精確地控制，但是其電機(jī)組的重量與體積不能得到很好優(yōu)化，對于患者的日常使用造成一定負(fù)擔(dān)。另一種是盡量減輕假肢手的重量，僅使用少量的電機(jī)滿足基本操作，其實(shí)用性較高，使用舒適簡單，但是不可避免的在控制精度方面有所欠缺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種帶有高精度小型化拉線控制系統(tǒng)的智能肌電假肢手，其目的是為了克服現(xiàn)有的基于拉線操縱的高精度智能假肢拉線繁雜，電機(jī)組體積大重量大不利于穿戴的不足。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
帶有高精度小型化拉線控制系統(tǒng)的智能肌電假肢手，其特征在于:該假肢手包括機(jī)械手、假肢手臂、連接線、腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒和肌電信號傳感器；機(jī)械手設(shè)置在假肢手臂的前端，連接線連接腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒和假肢手臂，肌電信號傳感器與腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒連接。
[0007]在假肢手臂內(nèi)設(shè)置有電機(jī)驅(qū)動，該電機(jī)驅(qū)動包括小型化電機(jī)以及相配套的齒輪箱和雙層滾輪，小型化電機(jī)通過齒輪箱連接雙層滾輪，小型化電機(jī)通過連接線連接腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒。
[0008]該假肢手還包括低拉伸系數(shù)拉線，該拉線由外皮、端子和內(nèi)線構(gòu)成，端子設(shè)置在外皮兩端，內(nèi)線穿過外皮和端子，一側(cè)的端子固定于假肢手臂前端的定位盤上，另一側(cè)則固定在所需連接的關(guān)節(jié)根部，內(nèi)線一端連接所需關(guān)節(jié)，另一端與雙層滾輪連接，雙層滾輪中的每一層滾輪均固定一根內(nèi)線，兩根內(nèi)線以相反的方向固定，以滿足當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，實(shí)現(xiàn)同時控制兩根內(nèi)線一收一放的要求。
[0009]在雙層滾輪的每層滾輪上均設(shè)置有拉線固定裝置和穿線孔。
[0010]拉線的一端穿過穿線孔固定在拉線固定裝置上，另一端從電機(jī)滾輪嵌入槽中引出，通過定位盤固定一側(cè)端子，拉線穿過梳線板最后通過軟管分組連接到所需的各個關(guān)節(jié)部位。
[0011]梳線板通過排列成矩形的圓孔對拉線進(jìn)行梳理分組。
[0012]電機(jī)驅(qū)動為兩組，每7個電機(jī)驅(qū)動組成一組電機(jī)組，每組的7個電機(jī)驅(qū)動以圓周狀均勻排列，每組排列的電機(jī)驅(qū)動中，以小型化電機(jī)向內(nèi)，雙層滾輪向外的方式布置；兩組電機(jī)驅(qū)動相互交錯插空布置，即第二電機(jī)組的每個電機(jī)驅(qū)動對應(yīng)第一電機(jī)組的相鄰兩個電機(jī)驅(qū)動之間的位置，以方便順利將拉線引出。
[0013]機(jī)械手的每根手指配有兩個電機(jī)驅(qū)動，兩個電機(jī)驅(qū)動共引出四根拉線，即控制線一、控制線二、力量線一與力量線二，控制線一和控制線二相互反向連接一個電機(jī)驅(qū)動，力量線一與力量線二相互反向連接一個電機(jī)驅(qū)動，控制線一和控制線二伸進(jìn)手指內(nèi)，控制線一設(shè)置在靠近手指彎曲外面擴(kuò)展側(cè)，控制線二設(shè)置在靠近手指彎曲內(nèi)面收縮側(cè)，制線一和控制線二在指尖處相交控制手指的彎曲和伸直；力量線一與力量線二設(shè)置在手指根部處，力量線一設(shè)置在靠近手指根部旋轉(zhuǎn)的外側(cè)，力量線二設(shè)置在靠近手指根部旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)，力量線一與力量線二控制根部關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)。
[0014]在機(jī)械手的機(jī)械手腕處設(shè)置有帶兩個滑槽的俯仰轉(zhuǎn)動軸，俯仰轉(zhuǎn)動軸由兩個電機(jī)驅(qū)動分別驅(qū)動，一個電機(jī)驅(qū)動引出兩根拉線，兩根拉線從兩側(cè)，內(nèi)嵌于滑槽中，進(jìn)而通過兩根拉線一收一放，通過拉線對滑槽的摩擦力實(shí)現(xiàn)手掌的俯仰；
在機(jī)械手腕的根部設(shè)置有帶有滑槽的橫向轉(zhuǎn)動軸，電機(jī)驅(qū)動引出兩根拉線，兩根拉線從兩側(cè)，內(nèi)嵌于滑槽中，進(jìn)而在電機(jī)驅(qū)動時兩根拉線一收一放，通過拉線對滑槽的摩擦力，現(xiàn)機(jī)械手腕橫向的旋轉(zhuǎn)。
[0015]在拇指根部設(shè)置有帶有滑槽的橫向轉(zhuǎn)動軸，電機(jī)驅(qū)動引出兩根拉線，兩根拉線從兩側(cè)，內(nèi)嵌于滑槽中，進(jìn)而在電機(jī)驅(qū)動時兩根拉線一收一放，通過拉線對滑槽的摩擦力，實(shí)現(xiàn)拇指橫向的旋轉(zhuǎn)
腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒，包括控制模塊、電池組、通訊接口和控制面板，控制模塊連接電池組和設(shè)置在電池組上的通訊接口，通訊接口連接連接線和肌電信號傳感器。
[0016]優(yōu)點(diǎn)及效果:本發(fā)明提供一種帶有高精度小型化拉線控制系統(tǒng)的智能肌電假肢手，其不僅可以完成對五根手指和腕部關(guān)節(jié)的高精度控制，而且使得智能假肢手可以進(jìn)行較長時間的舒適佩戴與使用。本發(fā)明設(shè)計(jì)高精度小型化拉線控制系統(tǒng)，在假肢手臂中部設(shè)計(jì)電機(jī)組嵌入槽，共十四個槽分兩組呈圓周排列，每個電機(jī)槽帶有相應(yīng)的拉線通道以便于拉線引出。選用帶霍爾感應(yīng)器的小型無刷直流電機(jī)，將帶齒輪箱的電機(jī)嵌入電機(jī)槽中，電機(jī)通過齒輪箱減速后帶動轉(zhuǎn)輪控制拉線的收放，其中，雙層式轉(zhuǎn)輪可同時帶動兩根拉線反向轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)一根收一根放的效果。在電機(jī)組前端固定一個圓盤定位片，固定從電機(jī)槽內(nèi)引出的28根拉線的端子。之后使用帶有28個圓孔的理線板對拉線進(jìn)行梳理。在假肢手臂最前端設(shè)計(jì)通道將拉線按需分組導(dǎo)出，到達(dá)各個手指以及手腕關(guān)節(jié)。本發(fā)明設(shè)計(jì)腰掛式電池組及控制系統(tǒng)盒，將重量較大的電池組以及控制模塊集成在腰掛盒中。假肢手主體與腰掛盒之間通過一根具有良好柔韌性的數(shù)據(jù)線相連。通過綁帶固定于使用者身上。
[0017]綜上所述，本發(fā)明可以在對五根手指和手腕關(guān)節(jié)進(jìn)行精確控制的同時，將重量體積都較大的電機(jī)齒輪箱組，通過小型化電機(jī)內(nèi)嵌的方式置假肢手臂內(nèi)部，大幅減小了模塊的尺寸，更適合智能假肢手對于重量和體積的要求，便于佩戴使用的同時減少了拉線的行程。拉線長度縮短，且大部分都從假肢臂內(nèi)部走線，使用過程中更加穩(wěn)定，不易出現(xiàn)與其它物體的纏繞刮碰而影響假肢手穩(wěn)定工作的情況。腰掛盒上集成了較重的電池組和控制模塊，由于是佩戴于腰帶上，使用舒適的同時對于重量限制大大放寬，對于增大電池容量，延長使用時間，升級硬件性能極為有利。同時由于采取拉線控制的方式，結(jié)構(gòu)簡潔，故障率較低，成本較低，適合普通患者的日常使用需求。
[0018]【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)總圖；
圖2為小型化電機(jī)模塊圖；
圖3為拉線結(jié)構(gòu)圖；
圖4為高精度小型化拉線控制系統(tǒng)示意圖；
圖5為電機(jī)內(nèi)嵌方式示意圖；
圖6為電機(jī)組剖面圖；
圖7為手指關(guān)節(jié)拉線布線方式示意圖；
圖8為腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒示意圖；
圖9為手掌根部滑槽示意圖；
圖10為大拇指根部滑槽示意圖。
[0019]
【具體實(shí)施方式】:下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明:
本發(fā)明提供一種帶有高精度小型化拉線控制系統(tǒng)的智能肌電假肢手，該假肢手包括機(jī)械手1、假肢手臂2、連接線3、腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒4和肌電信號傳感器5 ;機(jī)械手I設(shè)置在假肢手臂2的前端，連接線3連接腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒4和假肢手臂2，肌電信號傳感器5與腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒4連接。
[0020]在假肢手臂2內(nèi)設(shè)置有電機(jī)驅(qū)動，該電機(jī)驅(qū)動包括小型化電機(jī)6以及相配套的齒輪箱7和雙層滾輪8，小型化電機(jī)6通過齒輪箱7連接雙層滾輪8，小型化電機(jī)6通過連接線3連接腰掛式電池與控制系統(tǒng)盒4。
[0021]該假肢手還包括低拉伸系數(shù)拉線，該拉線由外皮10、端子11和內(nèi)線12構(gòu)成，端子11設(shè)置在外皮10兩端，內(nèi)線12穿過外皮10和端子11，一側(cè)的端子固定于假肢手臂2前端的定位盤上，另一側(cè)則固定在所需連接的關(guān)節(jié)根部，內(nèi)線12 —端連接所需關(guān)節(jié)，另一端與雙層滾輪8連接，雙層滾輪8中的每一層滾輪均固定一根內(nèi)線12，兩根內(nèi)線12以相反的方向固定，以滿足當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，實(shí)現(xiàn)同時控制兩根內(nèi)線一收一放的要求。
[0022]在雙層滾輪8的每層滾輪上均設(shè)置有拉線固定裝置9和穿線孔。
[0023]拉線的一端穿過穿線孔固定在拉線固定裝置9上，另一端從電機(jī)滾輪嵌入槽13中引出，通過定位盤14固定一側(cè)端子11，拉線穿過梳線板15最后通過軟管16分組連接到所需的各個關(guān)節(jié)部位。
[0024]梳線板15通過排列成矩形的圓孔對拉線進(jìn)行梳理分組。
[0025]電機(jī)驅(qū)動為兩組，每7個電機(jī)驅(qū)動組成一組電機(jī)組，每組的7個電機(jī)驅(qū)動以圓周狀均勻排列，每組排列的電機(jī)驅(qū)動中，以小型化電機(jī)6向內(nèi)，雙層滾輪8向外的方式布置；兩組電機(jī)驅(qū)動相互交錯插空布置，即第二電機(jī)組18的每個電機(jī)驅(qū)動對應(yīng)第一電機(jī)組17的相鄰兩個電機(jī)驅(qū)動之間的位置，以方便順利將拉線引出。
[0026]機(jī)械手I的每根手指配有兩個電機(jī)驅(qū)動，兩個電機(jī)驅(qū)動共引出四根拉線，即控制線一 20、控制線二 21、力量線一 22與力量線二 23，控制線一 20和控制線二 21相互反向連接一個電機(jī)驅(qū)動，力量線一 22與力量線二 23相互反向連接一個電機(jī)驅(qū)動，控制線一 20和控制線二 21伸進(jìn)手指內(nèi)，控制線一 20設(shè)置在靠近手指彎曲外面擴(kuò)展側(cè)，控制線二 21設(shè)置在靠近手指彎曲內(nèi)面收縮側(cè)，制線一 20和控制線二 21在指尖處相交控