一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手的制作方法

本实用新型属于仿生机械手技术领域，特别是涉及一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手。

背景技术：

在中老年人群中，中风的发病率一直居高不下，而中风后形成的肢体偏瘫，在生活中会给患者带来诸多不便，特别是上肢活动能力的下降，严重影响了患者的生活自理能力，严重者甚至连吃饭喝水都无法自己独立完成，只能由护理人员帮助才行实现。

因此，为了提高肢体偏瘫患者的生活自理能力，特别是对于上肢活动能力较为低下的患者来说，科研人员设计了种类繁多的辅助器材和设备，希望帮助患者实现物品的独立抓取，进而实现吃饭喝水等方面的生活自理，但这些辅助器材和设备不是结构设计的过于复杂，就是体积或重量过大，导致其实际使用效果都不是很理想。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手，完全依照人体工程学进行结构设计，能够充分与人手进行贴合，结构简单且控制方便，具有重量轻和体积小巧的特点，能够有效辅助患者实现物品的抓取，提高了患者的生活自理能力。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手，包括腕部卡套、舵机、第一万向联轴器、第一驱动转轴、第二万向联轴器、第二驱动转轴、仿生大拇指、仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指；所述第一驱动转轴通过铰耳座水平安装在腕部卡套顶部，所述舵机竖直固装在腕部卡套右侧部，舵机的电机轴朝上，所述第一万向联轴器一端与舵机的电机轴相连，第一万向联轴器另一端与第一驱动转轴一端相连；所述第二驱动转轴通过铰耳座竖直安装在腕部卡套左侧部，所述第二万向联轴器一端与第一驱动转轴另一端相连，第二万向联轴器另一端与第二驱动转轴一端相连；所述腕部卡套卡装在小臂腕部关节处，在腕部卡套与小臂腕部之间通过粘扣带进行固定；所述仿生大拇指、仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指按照人体手部五指分布方式设置在腕部卡套上，仿生大拇指、仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指的弯曲和伸直动作的驱动力统一由舵机提供；所述仿生大拇指贴靠在手部大拇指背部，仿生食指贴靠在手部食指背部，仿生中指贴靠在手部中指背部，仿生无名指贴靠在手部无名指背部，仿生小拇指贴靠在手部小拇指背部，在仿生大拇指与手部大拇指之间、仿生食指与手部食指之间、仿生中指与手部中指之间、仿生无名指与手部无名指之间、仿生小拇指与手部小拇指之间均通过粘扣带进行固定。

所述仿生食指、仿生中指、仿生无名指及仿生小拇指结构相同，均包括曲柄、连杆、滑块、掌骨滑道杆、掌骨拉杆、近节指骨底杠杆、近节指骨拉杆、近节指骨平衡伸缩杆、中节指骨底杠杆、中节指骨拉杆、中节指骨平衡伸缩杆及远节指骨杠杆；所述曲柄一端均铰接在第一驱动转轴上，曲柄另一端与连杆一端相铰接，连杆另一端铰接在滑块上，滑块套装在掌骨滑道杆上，掌骨滑道杆一端铰接在腕部卡套上，掌骨滑道杆另一端与近节指骨平衡伸缩杆一端相铰接；所述掌骨拉杆一端铰接在滑块上，掌骨拉杆另一端与近节指骨底杠杆一端相铰接，近节指骨底杠杆另一端与近节指骨拉杆一端相铰接，所述近节指骨底杠杆的支点位于掌骨滑道杆与近节指骨平衡伸缩杆铰接点的后方；所述近节指骨平衡伸缩杆另一端与中节指骨底杠杆一端相铰接，中节指骨底杠杆另一端与中节指骨拉杆一端相铰接，所述近节指骨拉杆另一端与中节指骨平衡伸缩杆一端相铰接，中节指骨平衡伸缩杆另一端与远节指骨杠杆一端相铰接，远节指骨杠杆另一端为自由端；所述中节指骨拉杆另一端作为远节指骨杠杆的支点。

在所述近节指骨拉杆与近节指骨平衡伸缩杆之间、中节指骨拉杆与中节指骨平衡伸缩杆之间均设置有双杆平行保持机构，双杆平行保持机构包括限位块及导向销柱，在限位块上分别开设有第一导向孔和第二导向孔，第一导向孔与第二导向孔相垂直，所述导向销柱竖直固装在近节指骨拉杆/中节指骨拉杆上表面，导向销柱穿装在第一导向孔中，近节指骨平衡伸缩杆/中节指骨平衡伸缩杆穿装在第二导向孔中。

所述仿生大拇指包括曲柄、连杆、滑块、掌骨滑道杆、掌骨拉杆、近节指骨底杠杆、近节指骨拉杆、近节指骨平衡伸缩杆及远节指骨杠杆；所述曲柄一端铰接在第二驱动转轴上，曲柄另一端与连杆一端相铰接，连杆另一端铰接在滑块上，滑块套装在掌骨滑道杆上，掌骨滑道杆一端铰接在腕部卡套上，掌骨滑道杆另一端与近节指骨平衡伸缩杆一端相铰接；所述掌骨拉杆一端铰接在滑块上，掌骨拉杆另一端与近节指骨底杠杆一端相铰接，近节指骨底杠杆另一端与近节指骨拉杆一端相铰接，所述近节指骨底杠杆的支点位于掌骨滑道杆与近节指骨平衡伸缩杆铰接点的后方；所述近节指骨平衡伸缩杆另一端与远节指骨杠杆一端相铰接，远节指骨杠杆另一端为自由端；所述近节指骨拉杆另一端作为远节指骨杠杆的支点。

在所述近节指骨拉杆与近节指骨平衡伸缩杆之间设置有双杆平行保持机构，双杆平行保持机构包括限位块及导向销柱，在限位块上分别开设有第一导向孔和第二导向孔，第一导向孔与第二导向孔相垂直，所述导向销柱竖直固装在近节指骨拉杆上表面，导向销柱穿装在第一导向孔中，近节指骨平衡伸缩杆穿装在第二导向孔中。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手，完全依照人体工程学进行结构设计，能够充分与人手进行贴合，结构简单且控制方便，具有重量轻和体积小巧的特点，能够有效辅助患者实现物品的抓取，提高了患者的生活自理能力。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手的立体图；

图2为本实用新型的一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手的俯视图；

图3为本实用新型的一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手(仿生大拇指未示出)的侧视图；

图4为本实用新型的仿生食指/仿生中指/仿生无名指/仿生小拇指(伸直状态)的结构原理图；

图5为本实用新型的仿生食指/仿生中指/仿生无名指/仿生小拇指(弯曲状态)的结构原理图；

图6为本实用新型的仿生大拇指(伸直状态)的结构原理图；

图7为本实用新型的仿生大拇指(弯曲状态)的结构原理图；

图中，1—腕部卡套，2—舵机，3—第一万向联轴器，4—第一驱动转轴，5—第二万向联轴器，6—第二驱动转轴，7—仿生大拇指，8—仿生食指，9—仿生中指，10—仿生无名指，11—仿生小拇指，12—小臂，13—曲柄，14—连杆，15—滑块，16—掌骨滑道杆，17—掌骨拉杆，18—近节指骨底杠杆，19—近节指骨拉杆，20—近节指骨平衡伸缩杆，21—中节指骨底杠杆，22—中节指骨拉杆，23—中节指骨平衡伸缩杆，24—远节指骨杠杆，25—双杆平行保持机构，26—限位块，27—导向销柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1～7所示，一种用于辅助抓握物品的可穿戴仿生机械手，包括腕部卡套1、舵机2、第一万向联轴器3、第一驱动转轴4、第二万向联轴器5、第二驱动转轴6、仿生大拇指7、仿生食指8、仿生中指9、仿生无名指10及仿生小拇指11；所述第一驱动转轴4通过铰耳座水平安装在腕部卡套1顶部，所述舵机2竖直固装在腕部卡套1右侧部，舵机2的电机轴朝上，所述第一万向联轴器3一端与舵机2的电机轴相连，第一万向联轴器3另一端与第一驱动转轴4一端相连；所述第二驱动转轴6通过铰耳座竖直安装在腕部卡套1左侧部，所述第二万向联轴器5一端与第一驱动转轴4另一端相连，第二万向联轴器5另一端与第二驱动转轴6一端相连；所述腕部卡套1卡装在小臂12腕部关节处，在腕部卡套1与小臂12腕部之间通过粘扣带进行固定；所述仿生大拇指7、仿生食指8、仿生中指9、仿生无名指10及仿生小拇指11按照人体手部五指分布方式设置在腕部卡套1上，仿生大拇指7、仿生食指8、仿生中指9、仿生无名指10及仿生小拇指11的弯曲和伸直动作的驱动力统一由舵机2提供；所述仿生大拇指7贴靠在手部大拇指背部，仿生食指8贴靠在手部食指背部，仿生中指9贴靠在手部中指背部，仿生无名指10贴靠在手部无名指背部，仿生小拇指11贴靠在手部小拇指背部，在仿生大拇指7与手部大拇指之间、仿生食指8与手部食指之间、仿生中指9与手部中指之间、仿生无名指10与手部无名指之间、仿生小拇指11与手部小拇指之间均通过粘扣带进行固定。

所述仿生食指8、仿生中指9、仿生无名指10及仿生小拇指11结构相同，均包括曲柄13、连杆14、滑块15、掌骨滑道杆16、掌骨拉杆17、近节指骨底杠杆18、近节指骨拉杆19、近节指骨平衡伸缩杆20、中节指骨底杠杆21、中节指骨拉杆22、中节指骨平衡伸缩杆23及远节指骨杠杆24；所述曲柄13一端均铰接在第一驱动转轴4上，曲柄13另一端与连杆14一端相铰接，连杆14另一端铰接在滑块15上，滑块15套装在掌骨滑道杆16上，掌骨滑道杆16一端铰接在腕部卡套1上，掌骨滑道杆16另一端与近节指骨平衡伸缩杆20一端相铰接；所述掌骨拉杆17一端铰接在滑块15上，掌骨拉杆17另一端与近节指骨底杠杆18一端相铰接，近节指骨底杠杆18另一端与近节指骨拉杆19一端相铰接，所述近节指骨底杠杆18的支点位于掌骨滑道杆16与近节指骨平衡伸缩杆20铰接点的后方；所述近节指骨平衡伸缩杆20另一端与中节指骨底杠杆21一端相铰接，中节指骨底杠杆21另一端与中节指骨拉杆22一端相铰接，所述近节指骨拉杆19另一端与中节指骨平衡伸缩杆23一端相铰接，中节指骨平衡伸缩杆23另一端与远节指骨杠杆24一端相铰接，远节指骨杠杆24另一端为自由端；所述中节指骨拉杆22另一端作为远节指骨杠杆24的支点。

在所述近节指骨拉杆19与近节指骨平衡伸缩杆20之间、中节指骨拉杆22与中节指骨平衡伸缩杆23之间均设置有双杆平行保持机构25，双杆平行保持机构25包括限位块26及导向销柱27，在限位块26上分别开设有第一导向孔和第二导向孔，第一导向孔与第二导向孔相垂直，所述导向销柱27竖直固装在近节指骨拉杆19/中节指骨拉杆22上表面，导向销柱27穿装在第一导向孔中，近节指骨平衡伸缩杆20/中节指骨平衡伸缩杆23穿装在第二导向孔中。

所述仿生大拇指7包括曲柄13、连杆14、滑块15、掌骨滑道杆16、掌骨拉杆17、近节指骨底杠杆18、近节指骨拉杆19、近节指骨平衡伸缩杆20及远节指骨杠杆24；所述曲柄13一端铰接在第二驱动转轴6上，曲柄13另一端与连杆14一端相铰接，连杆14另一端铰接在滑块15上，滑块15套装在掌骨滑道杆16上，掌骨滑道杆16一端铰接在腕部卡套1上，掌骨滑道杆16另一端与近节指骨平衡伸缩杆20一端相铰接；所述掌骨拉杆17一端铰接在滑块15上，掌骨拉杆17另一端与近节指骨底杠杆18一端相铰接，近节指骨底杠杆18另一端与近节指骨拉杆19一端相铰接，所述近节指骨底杠杆18的支点位于掌骨滑道杆16与近节指骨平衡伸缩杆20铰接点的后方；所述近节指骨平衡伸缩杆20另一端与远节指骨杠杆24一端相铰接，远节指骨杠杆24另一端为自由端；所述近节指骨拉杆19另一端作为远节指骨杠杆24的支点。

在所述近节指骨拉杆19与近节指骨平衡伸缩杆20之间设置有双杆平行保持机构25，双杆平行保持机构25包括限位块26及导向销柱27，在限位块26上分别开设有第一导向孔和第二导向孔，第一导向孔与第二导向孔相垂直，所述导向销柱27竖直固装在近节指骨拉杆19上表面，导向销柱27穿装在第一导向孔中，近节指骨平衡伸缩杆20穿装在第二导向孔中。

下面结合附图说明本实用新型的一次使用过程：

使用前，先将腕部卡套1准确扣在手臂12腕部，然后通过粘扣带将腕部卡套1与手臂12腕部进行固定，然后由护理人员帮助患者手指伸直，分别将手指的背部贴合到仿生指上，之后也由粘扣带将手指与仿生指固定到一起，对仿生大拇指7来说，粘扣带连接在手部大拇指的近节指骨与仿生大拇指7的近节指骨拉杆19之间，对于其他四根仿生指来说，粘扣带有两处，第一处粘扣带连接在手部中节指骨与仿生指的中节指骨拉杆22之间，第二处粘扣带连接在手部近节指骨与仿生指的近节指骨拉杆19之间，这样连接后，就可以保证手部五指可以完全随着仿生五指同步运动。

当需要利用仿生机械手辅助手部进行物体抓握时，只需启动舵机2即可，舵机2将同步带动第一万向联轴器3、第一驱动转轴4、第二万向联轴器5及第二驱动转轴6同步转动，进而同步带动仿生五指的曲柄13同步向前摆转。

对于仿生大拇指7来说，当曲柄13向前摆转后，将首先带动连杆14向前移动，进而带动滑块15沿着掌骨滑道杆16向前移动，通过向前移动的滑块15，将带动掌骨拉杆17向前移动，进而带动近节指骨底杠杆18逆时针摆转，此时近节指骨拉杆19将随着近节指骨底杠杆18的摆转向后移动，进而带动远节指骨杠杆24向后偏转，同时将带动近节指骨平衡伸缩杆20伸长且逆时针摆转，直到仿生大拇指7弯曲到指定状态。

对于其他四根仿生指来说，当曲柄13向前摆转后，将首先带动连杆14向前移动，进而带动滑块15沿着掌骨滑道杆16向前移动，通过向前移动的滑块15，将带动掌骨拉杆17向前移动，进而带动近节指骨底杠杆18逆时针摆转，此时近节指骨拉杆19将随着近节指骨底杠杆18的摆转向后移动，进而带动中节指骨底杠杆21逆时针摆转，同时带动近节指骨平衡伸缩杆20伸长且逆时针摆转，此时中节指骨拉杆22将随着中节指骨底杠杆21的摆转向后移动，进而带动远节指骨杠杆24向后偏转，同时将带动近节指骨平衡伸缩杆20伸长且逆时针摆转，直到仿生指弯曲到指定状态。

当全部五根仿生指均达到指定的弯曲状态后，就可以将目标物体准确的抓握在手中，从而提高了患者的生活自理能力，无论是吃饭时抓握勺子，还是喝水时抓握水杯，都无需他人的帮助，完全实现了独立抓握物品的目的。

实施例中的方案并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。