專利名稱：仿生假手的手指的驅動結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及假手技術領域，特別涉及仿生假手技術領域，具體是指一種仿生手指 的手指的驅動結構。
背景技術：
目前，國內外將各個手指具有獨立驅動機構的假手稱為仿生手，雖然國內外對這 種假手進行了許多研究，但是只在最近幾年才有兩種結構達到實用水平，進入世界假肢產 品市場，使長期以來假手產品五個手指一直只用一個電機驅動的情況發生了改變。第一種 是首先推出的英國Touch Bionics公司的I-Limb產品，另一種是后來推出的RSLSte^er 公司的Bebionichand產品。假手指各個關節的結構是除了控制問題外，仿生手的主要技術難點之一，如果手 指的每個關節都裝上微電機，假手指的每個關節都能獨立運動，但假手指結構太復雜，也不 利于減輕重量和縮小體積，I-Limb將微電機和減速器安裝在手指內，此結構的優點是可以 為單獨缺失一個手指的患者安裝。采用繩索由假手指掌關拉動假手指第二關節屈，假手指 第二關節裝有彈簧，用彈力使假手指第二關節從屈的位置回到張開位置，手指張開力量較 小，且不能帶動較厚的仿真手外皮(手套)，只能使用薄且柔軟的手套。Bebionic Hand將 驅動手指微電機和減速器放在假手掌內，由指掌關節用連桿帶動第二關節，不同位置握力 和速度有差異，連桿傳動體積較大。因此，需要提供一種創新的仿生假手的手指的驅動結構，克服現有技術存在的缺
點ο

發明內容
本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種仿生假手的手指的驅動 結構，該仿生假手的手指的驅動結構設計獨特巧妙，能夠使得假手指各個關節一起運動，假 手指的各個關節運動時，在不同位置不論伸屈的力矩速度都不受影響，且傳動效率高，結構 簡單可靠，體積小，重量輕，性能良好，使用方便，適于大規模推廣應用。為了實現上述目的，本發明的仿生假手的手指的驅動結構具有如下結構仿生假手的手指的驅動結構的假手指包括假手指驅動器、二個或三個指節和傳動 機構。假手指驅動器包括外殼、微電機、減速器、蝸桿和蝸輪，微電機通過減速器驅動蝸桿， 蝸桿嚙合蝸輪，第一指節的下端固定在蝸輪上，帶動第一指節轉動，假手指驅動器安裝在假 手掌內，蝸輪置于假手掌的手背，減速器置于所述假手掌的手心，屈指時減速器不會凸出手 背，第一指節下段空腔使第一指節屈指在90度范圍內不會碰觸減速器。二節型假手指的傳動機構包括第一繩索、第一固定輪和第一滑輪。假手指第二指 節的下端與第一指節的上端用第一滑輪軸連接，第一滑輪安裝在第一滑輪軸上且與第二指 節的下端固定在一起，第一固定輪在第一指節下端與驅動器殼體固定，且與蝸輪同軸心。第 一繩索成8字形安裝在第一固定輪和第一滑輪上，這樣可使第一繩索拉動第二指節伸或屈與第一指節一致。第一繩索分別與第一固定輪和第一滑輪各有一點固定，當假手指伸直垂 直向上，且屈指是順時針方向時，第一繩索與第一固定輪在第一固定輪的七點半位置固定， 第一繩索與第一滑輪在第一滑輪的十點半位置固定。第一固定輪的直徑和第一滑輪的直徑 相同。當假手指第一指節與蝸輪一起轉動時，第一繩索拉動第一滑輪使固定在第一滑輪上 的第二指節同方向轉動。第一指節伸或屈運動達到限定位置時，與所述假手指驅動器外殼接觸受阻而被限 位。第一指節的運動范圍是從伸直到屈90度的握拳姿態。在第一指節轉動限位范圍內，所 述第一繩索與所述第一固定輪和所述第一滑輪的固定點都不超過第一繩索脫離上述二輪 的切點，在伸或屈的限位點離脫離點都還有45度。當假手指具有三個可動指節即還包括第三指節時，傳動機構還包括第二繩索、第 二固定輪和第二滑輪，第三指節的下端以第二滑輪軸與第二指節的上端相連，第二固定輪 固定在第一指節上端并與第一滑輪同軸心，第二滑輪安裝在第二滑輪軸上，且與第三指節 的下端固定在一起，第二繩索成8字形安裝在第二固定輪和第二滑輪上，使第二繩索拉動 第三指節伸或屈與另外二個指節一致。第二繩索分別與第二固定輪和第二滑輪各有一點固 定。當假手指伸直垂直向上，且屈指是順時針方向時，第二繩索與第二固定輪在第二固定輪 的七點半位置固定，第二繩索與第二滑輪在第二滑輪的十點半位置固定。第二滑輪的直徑 大于第二固定輪的直徑，使第三指節運動角速度比第一指節和第二指節慢，接近人手抓取 物體的動作。在假手指的運動限位范圍內，第二繩索與第二固定輪和第二滑輪的固定點，都 不超過第二繩索與上述兩輪脫離的切點，在假手指伸或屈的限位點，離脫離切點都大于45 度。本發明的有益效果具體如下1、本發明的假手指通過設置固定輪和滑輪的結構，用繩索成8字形傳動，使第一 指節帶動第二指節轉動，用同樣結構使第二指節帶動第三指節轉動，設計獨特巧妙，能夠 使得假手指各關節一起伸屈，且結構簡單可靠，傳動效率高，不同位置的轉動力矩和速度相 同，重量輕，體積小，性能良好，使用方便，適于大規模推廣應用。2、本發明能用固定輪和滑輪直徑的比值設定假指各關節運動速度的比值，可使假 手指接近人手指自然拿取物體的動作。3、本發明將假手指驅動器輸出部件蝸輪的輪軸直接用作假手指第一關節，且蝸輪 置于所述假手的手背，減速器置于所述假手的手心，屈指時減速器不會凸出手背，第一指節 下段空腔使第一指節屈指在90度范圍內不碰觸減速器，結構簡單巧妙，使得假手外形保持 仿真美觀。


圖1是本發明的二指節型仿生假手的手指的驅動結構的具體實施示意圖。圖2是本發明的三指節型仿生假手的手指的驅動結構的具體實施示意圖。圖3是本發明的二指節型仿生假手的手指的驅動結構的外形圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。仿生手的五個手指要能獨立活動，每個手指必須有獨立的驅動機構，五個手指長短粗細不同，但驅動 原理可以相同。現在就以一個手指說明其結構特征。圖1是本發明的二指節型仿生假手的 手指的驅動結構的具體實施示意圖；圖2本發明的三指節型仿生假手的手指的驅動結構的 具體實施示意圖；圖3是本發明的二指節型仿生假手的手指的驅動結構的外形圖。在本發 明的仿生假手的手指的驅動結構各圖中，其中相同的部件采用相同的標記號。請參見圖1所示，本發明的仿生假手的手指的驅動結構整體包括安裝在假手掌 (未示出)內的假手指驅動器19所包括的微電機1、減速器2、由減速器2內的蝸桿(未示 出)帶動的蝸輪3 ；假手指18為二節型，包括第一指節4和第二指節5 ；傳動機構12包括第 一繩索7、第一固定輪6和第一滑輪9。所述第一指節4的下端與假手指驅動器19輸出動 力的蝸輪3固定在一起，使第一指節4和蝸輪3—起轉動，所述第二指節5的下端與所述第 一指節4的上端用第一滑輪軸連接，所述第一固定輪6固定在所述假手指驅動器19的殼體 上并與蝸輪3同軸心，所述第一滑輪9安裝在所述第一指節4上端的第一滑輪軸上并與第 二指節5下端固定在一起，所述第一繩索7成8字形安裝在所述第一固定輪6和所述第一 滑輪9上。為防止所述第一繩索7在所述第一固定輪6和所述第一滑輪9的凹槽內發生滑 動，第一繩索7分別與第一固定輪6和第一滑輪9各有一點固定。請參見圖1所示，在本發 明的具體實施例中，當假手指18垂直向上，且屈指是順時針方向時，第一繩索7與第一固定 輪6在第一固定輪6的七點半位置8固定，第一繩索7與第一滑輪9在第一滑輪9的十點 半位置10固定。所述第一固定輪6的直徑和所述第一滑輪9的直徑可以不同，如果使第一滑輪9 的直徑略小于第一固定輪6，第二指節5運動會比第一指節4稍快，反之則稍慢。在本發明 的具體實施例中，所述第一固定輪6的直徑和所述第一滑輪9的直徑相同，請參見圖1所 示，從而第一指節4相對于假手掌及第二指節5相對于第一指節4的角速度相同，轉動角度 大小也相同。所述假手指驅動器19可以采用各種合適的結構，在本發明的具體實施例中，所述 假手指驅動器19包括微電機1、減速器2，減速器2內的蝸桿帶動的蝸輪3，所述微電機1通 過所述減速器2驅動所述蝸桿，所述蝸桿嚙合所述蝸輪3。微電機1和減速器2成為一體順 手指方向固定在假手掌內。本發明將假手指驅動器19的輸出部件蝸輪3的輪軸直接用作假手指18的第一關 節，且蝸輪3置于所述假手掌的手背，減速器2置于所述假手掌的手心，請參見圖1所示，從 而屈指時減速器2不會凸出手背，第一指節4下段空腔使第一指節4屈指在90度范圍內不 碰觸減速器2，見圖3所示。為了使得假手指18活動范圍與真手相同，所述第一指節4的活動范圍可限定為伸 直到屈90度，或定為伸屈稍大很少一點的范圍。所述第一指節4與所述假手指驅動器19 在伸和屈運動到達限位點時接觸，假手指驅動器19的控制電路因微電機1的電流上升而自 動切斷微電機1的電流，也可用傳感器安裝在接觸點，用傳感器來的信號控制假手指驅動 器19停止驅動。所述第一固定輪6的直徑和所述第一滑輪9的直徑的比例必須滿足的條件是，在 所述轉動限位范圍內，所述第一繩索7在第一固定輪6和第一滑輪9的固定點分別不超過第一繩索7脫離上述兩輪的切點，在兩輪直徑相同，假手指18的第一指節4活動范圍定為 90度的條件下，不論伸或屈在限位點，固定點8或10還有45度以上才能到達第一繩索7脫 離的切點。當第一指節4被限位后，被驅動的第二指節5也就被限位不動了。圖2顯示的是本發明的仿生手指的手指的驅動結構的另一具體實施例，與圖1所 示的具體實施例的不同之處在于，增加了第三指節13，即假手指18包括第一指節4、第二指 節5和第三之指節13，可以用上面同樣的結構，驅動第三指節13，因而增加了第三指節13 的傳動部件第二繩索14、第二固定輪11和第二滑輪15，所述第二固定輪11固定在所述第 一指節4上端并與第一滑輪9同軸心，所述第二滑輪15固定在所述第三指節13的下端且 用第二滑輪軸與第二指節5上端連接，所述第二繩索14成8字形安裝在所述第二固定輪11 和所述第二滑輪15上。為防止第二繩索14在第二固定輪11或第二滑輪15的凹槽內發生滑動，所述第二 繩索14分別與所述第二固定輪11和所述第二滑輪15各有一點固定。請參見圖2所示，在 本發明的具體實施例中，當假手指18伸直并垂直向上且屈指是順時針方向時，所述第二繩 索14與所述第二固定輪11在所述第二固定輪11的七點半位置16固定，所述第二繩索14 與所述第二滑輪15在所述第二滑輪15的十點半位置17固定。所述第二固定輪11的直徑和所述第二滑輪15的直徑可以不同，如果使第二滑輪 15的直徑略小于第二固定輪11，第三指節13運動速度會比第二指節5稍快，反之則稍慢。 所述第二固定輪11的直徑和所述第二滑輪15的直徑的比例必須滿足，在所述第一指節4 的轉動范圍內，所述第二繩索14與所述第二固定輪11和所述第二滑輪15的固定點都不會 超過第二繩索14脫離上述二輪的切點，在本發明的具體實施例中，所述第二滑輪15的直徑 大于所述第二固定輪11的直徑，使假手指18的第三指節13的運動角速度比假手指18的 第二指節5慢，比較接近人手指運動。在第一指節4伸屈90度的二個限位點，第二繩索14 的二個固定點16和17到脫離切點都大于45度。在假手指18伸直時，第一指節4、第二指節5、第三指節13的中軸線都在一條直線 上，如圖2所示。當與蝸輪3 —體的第一指節4運動時，便由第一繩索7拉動裝在第一滑輪 9上的第二指節5 —起運動，由于第一繩索7的交叉，第二指節5與第一指節4相同方向作 屈或伸運動。第二指節5相對于第一指節4運動時，由第二繩索14拉動裝在第二滑輪15 上的第三指節13 —起運動，由于第二繩索14的交叉，第二指節5運動時，拉動第三指節13 一起同方向作屈指或伸指運動。在上述兩個具體實施例中，所述第一繩索7和所述第二繩索14可用多股細鋼索或 其他強度高的繩索。本發明通過上述創新型的結構，從而使得假手指18各關節接近真手指動作一起 屈伸，在手指動作的任何位置，不論伸或屈假手指都具有同樣力矩和速度，克服了現有仿生 假手產品的不足之處，在仿生假手和機器人方面都有很大實用價值。綜上，本發明的仿生手指設計獨特巧妙，能夠使得假手指的各關節一起運動，且結 構簡單可靠，傳動效率高、重量輕，體積小，性能良好，使用方便，適于大規模推廣應用。在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的 而非限制性的。
權利要求
一種仿生假手的手指的驅動結構，其假手指包括假手指驅動器、二個或三個指節和傳動機構，所述二個或三個指節包括第一指節和第二指節，其特征在于，所述傳動機構包括第一繩索、第一固定輪和第一滑輪，假手指驅動器的動力輸出輪與第一指節的下端固定在一起，帶動第一指節轉動，第二指節的下端與第一指節的上端用第一滑輪軸連接，第一滑輪安裝在第一滑輪軸上且與第二指節的下端固定在一起，第一固定輪固定在假手指驅動器殼體上端，第一繩索成8字形安裝在第一固定輪和第一滑輪上，第一繩索拉動第二指節繞第一滑輪軸轉動。
2.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第一繩索分 別與所述第一固定輪和所述第一滑輪各有一點固定。
3.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，當假手指伸直垂 直向上，且屈指是順時針方向時，所述第一繩索與所述第一固定輪在所述第一固定輪的七 點半位置固定，所述第一繩索與所述第一滑輪在所述第一滑輪的十點半位置固定。
4.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第一固定輪 的直徑和所述第一滑輪的直徑相同。
5.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述假手指驅動 器包括殼體、微電機、減速器、蝸桿和蝸輪，所述微電機通過所述減速器驅動所述蝸桿，所述 蝸桿嚙合所述蝸輪，所述蝸輪為所述動力輸出輪。
6.根據權利要求5所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述假手指驅動 器安裝在假手掌內，所述第一指節的下端固定在所述蝸輪上，所述蝸輪的輪軸直接用作假 手指第一關節軸。
7.根據權利要求5所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第一固定輪 與所述蝸輪同軸心。
8.根據權利要求5所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述蝸輪置于所 述假手掌的手背，所述減速器置于所述假手掌的手心，第一指節下段空腔使第一指節屈指 在90度范圍內不會碰觸減速器。
9.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第一指節伸 或屈運動達到限定位置時，所述假手指被限位。
10.根據權利要求9所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，在第一指節轉動 限位范圍內，所述第一繩索與所述第一固定輪和所述第一滑輪的固定點都不會超過第一繩 索與上述兩輪脫離的切點。
11.根據權利要求1所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，當假手指具有三 個可動指節即還包括第三指節時，所述傳動機構增加了第二繩索、第二固定輪和第二滑輪， 所述第三指節的下端以第二滑輪軸與第二指節的上端相連，所述第二固定輪固定在所述第 一指節上端并與第一滑輪同軸心，第二滑輪安裝在第二滑輪軸上且固定在所述第三指節的 下端，所述第二繩索成8字形安裝在所述第二固定輪和所述第二滑輪上，第二繩索拉動第 三指節繞第二滑輪軸轉動。
12.根據權利要求11所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第二繩索 分別與所述第二固定輪和所述第二滑輪各有一點固定。
13.根據權利要求11所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，當假手指伸直2垂直向上，且屈指是順時針方向時，所述第二繩索與所述第二固定輪在所述第二固定輪的 七點半位置固定，所述第二繩索與所述第二滑輪在所述第二滑輪的十點半位置固定。
14.根據權利要求11所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，所述第二滑輪 的直徑大于所述第二固定輪的直徑。
15.根據權利要求11所述的仿生假手的手指的驅動結構，其特征在于，在所述假手指 的運動范圍內，所述第二繩索與所述第二固定輪和所述第二滑輪的固定點都不會超過第二 繩索與上述兩輪脫離的切點。
全文摘要
本發明涉及一種仿生假手的手指的驅動結構，其假手指包括假手指驅動器、二個或三個指節和傳動機構，假手指驅動器安裝在假手掌內，其動力輸出輪與第一指節的下端固定在一起，第二指節的下端與第一指節的上端用滑輪軸連接，滑輪安裝在滑輪軸上且與第二指節的下端固定在一起，固定輪與驅動器的外殼固定且與動力輸出輪同軸心，繩索成8字形安裝在固定輪和滑輪上，且繩索與上述兩輪各有一點固定，當假手指具有可動第三指節時，第二指節對第三指節驅動也采用上述結構，本發明設計獨特巧妙，假手指的各個關節能一起伸屈運動，傳動效率很高，各關節在不同位置的力矩和速度相同，且結構簡單可靠，重量輕，體積小，性能良好，使用方便，適于大規模推廣應用。
文檔編號A61F2/70GK101912321SQ201010283849
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者羅永昭 申請人:上海科生假肢有限公司