阅读说明：本技术 一种模块化多自由度上肢假肢 (Modularized multi-degree-of-freedom upper limb prosthesis ) 是由 胡冰山 陆盛 喻洪流 郭义旺 朱书静 李深圣 赵雨昕 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种模块化多自由度上肢假肢,包括依次相连的肩展收机构、肩屈伸机构、上臂内外旋机构、肘屈伸机构、肘内外旋机构、腕屈伸机构及灵巧手,上臂内外旋机构与肘屈伸机构之间设有上臂快换接头,肘内外旋机构与腕屈伸机构之间设有腕部快换接头。与现有技术相比,本发明通过在相邻的功能机构之间设计快换接头,拓宽多自由度上肢假肢的适应性,拆卸上臂快换接头可供上臂以下截肢患者使用,拆卸腕部快换接头可供腕离断患者使用,从而拓宽其适用范围,实用性好。(The invention relates to a modular multi-degree-of-freedom upper limb prosthesis which comprises a shoulder stretching mechanism, a shoulder flexion and extension mechanism, an upper arm internal and external rotation mechanism, an elbow flexion and extension mechanism, an elbow internal and external rotation mechanism, a wrist flexion and extension mechanism and a dexterous hand which are sequentially connected, wherein an upper arm quick-change connector is arranged between the upper arm internal and external rotation mechanism and the elbow flexion and extension mechanism, and a wrist quick-change connector is arranged between the elbow internal and external rotation mechanism and the wrist flexion and extension mechanism. Compared with the prior art, the invention widens the adaptability of the multi-degree-of-freedom upper limb prosthesis by designing the quick change connectors between the adjacent functional mechanisms, the quick change connector for disassembling the upper arm can be used by amputation patients below the upper arm, and the quick change connector for disassembling the wrist can be used by patients with wrist disconnection, thereby widening the application range and having good practicability.)

一种模块化多自由度上肢假肢

技术领域

本发明属于医疗康复技术领域，涉及一种功能代偿辅助模块化多自由度上肢假肢。

背景技术

上肢假肢是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以抓取、搬运或操作工具等的自动操作装置。

据2010年不完全数据统计，中国有8500万残疾人，其中上肢功能障碍者约占13.15％，这些患者缺失正常的身体机能，生活难以自理。在康复领域中，使用多自由度上肢假肢来进行功能代偿，提高患者生活自理能力，有助于增强其自信心，促进其重返社会。

然而，现有的多自由度上肢假肢大都为整体结构，无法满足不同上肢截肢平面人群的需要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种模块化多自由度上肢假肢，既能够供上肢截肢患者使用，又便于上臂以下截肢患者、腕离断患者使用，灵活性好，应用广泛。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模块化多自由度上肢假肢，该上肢假肢包括依次相连的肩展收机构、肩屈伸机构、上臂内外旋机构、肘屈伸机构、肘内外旋机构、腕屈伸机构及灵巧手，所述的上臂内外旋机构与肘屈伸机构之间设有上臂快换接头，所述的肘内外旋机构与腕屈伸机构之间设有腕部快换接头。肩展收机构，起仿照人体肩关节展收的作用；肩屈伸机构，起仿照人体肩关节屈伸的作用；上臂内外旋机构，起仿照人体上臂内外旋的作用；肘屈伸机构，起仿照人体肘关节屈伸的作用；肘内外旋机构，起仿照人体前臂内外旋的作用；腕屈伸机构，起仿照人体腕关节屈伸的作用；灵巧手，起仿照人体手做各种抓握的作用；上臂快换接头及腕部快换接头，可以快速安装或取下，适用于不同的上肢截肢者使用。

进一步地，所述的上臂快换接头及腕部快换接头均包括母快换接头、与母快换接头相适配的公快换接头、套设在母快换接头与公快换接头上的锁紧环以及与锁紧环相适配的锁紧机构。母快换接头和公快换接头分别安装在相邻的两个机构端部，以通过母快换接头和公快换接头的对接实现相邻两个机构之间的快速安装或拆卸。安装时，将母快换接头和公快换接头对接后，利用锁紧机构对锁紧环进行锁紧，进而将母快换接头和公快换接头紧紧连接在一起。

进一步地，所述的母快换接头及公快换接头上均开设有多个机构连接孔。通过机构连接孔和螺栓，将母快换接头或公快换接头与相邻的机构安装在一起。

进一步地，所述的公快换接头包括公快换接头安装板、设置在公快换接头安装板一侧的公快换接头定位环以及多个均匀布设在公快换接头定位环外侧面上的卡板，所述的母快换接头包括母快换接头安装板、设置在母快换接头安装板一侧并与公快换接头定位环相适配的母快换接头定位环以及多个均匀开设在母快换接头定位环上并与卡板相适配的卡槽。母快换接头、公快换接头上的机构连接孔分别开设在母快换接头安装板、公快换接头安装板上。公快换接头定位环和母快换接头定位环相配合，用于将公快换接头和母快换接头进行快速对接，并通过将卡板卡入卡槽中，进而实现公快换接头和母快换接头的准确对接安装。

作为优选的技术方案，所述的卡板和卡槽均呈梯形。

进一步地，所述的公快换接头定位环的外径与母快换接头定位环的内径相同，所述的卡板的厚度与母快换接头定位环的厚度相同，并且多个卡板与多个卡槽一一对应，所述的锁紧环套设在母快换接头定位环及卡板的外部。对接安装时，母快换接头定位环套在公快换接头定位环的外部，并使卡板对正相应的卡槽，之后利用锁紧环将公快换接头和母快换接头固定在一起。

进一步地，所述的锁紧环上设有开口，该开口的一端设有与锁紧环相连的第一连接板，另一端设有与锁紧环相连的第二连接板，所述的锁紧机构与第一连接板、第二连接板相适配。锁紧环大致呈U型，开口的存在使得锁紧环的内径可在一定范围内变动，进而实现对公快换接头与母快换接头的锁紧固定或释放。锁紧时，利用锁紧机构使第一连接板与第二连接板相向运动，进而缩小锁紧环的内径，实现紧固。

进一步地，所述的锁紧机构包括同时贯穿第一连接板及第二连接板的锁紧销栓及锁紧杆，所述的锁紧销栓的一端贯穿第一连接板，并在端部设有销栓头，另一端贯穿第二连接板，并与锁紧杆转动连接。锁紧时，扳动锁紧杆，在销栓头与锁紧杆的挤压作用下，使第一连接板与第二连接板相互靠近。

进一步地，所述的第二连接板的侧面设有与锁紧环相连的导向板，该导向板上开设有贯穿孔，所述的锁紧杆的一端并列设有一对椭圆形板，两椭圆形板分别位于导向板的两侧，并且两椭圆形板之间设有与锁紧销栓转动连接的转轴，所述的转轴位于贯穿孔内。导向板用于对锁紧杆进行导向和定位。转轴穿过锁紧销栓并与锁紧销栓转动连接。锁紧之前，椭圆形板的短轴与第二连接板的侧面相接触；锁紧时，顺时针扳动锁紧杆，使椭圆形板的长轴与第二连接板的侧面相接触，由于锁紧销栓的长度固定，因而使得第一连接板与第二连接板在挤压作用下相互靠近，缩小了锁紧环上的开口大小，实现紧固。

进一步地，所述的锁紧环的外侧设有与锁紧环相适配的弧形固定杆，该弧形固定杆与母快换接头安装板固定连接。弧形固定杆用于固定住锁紧环一侧的形变。锁紧环可通过螺栓与母快换接头固定在一起。

进一步地，所述的肩展收机构、肩屈伸机构、上臂内外旋机构、肘屈伸机构、肘内外旋机构及腕屈伸机构均包括壳体以及设置在壳体内并依次传动连接的电机、减速器、输出轴，所述的壳体内还设有位置传感器。减速器优选为谐波减速器。各机构由电机端驱动，经减速器减速，最终由输出端输出，改变下一个机构所在的空间位置。

本发明将多自由度上肢假肢通过快换接头形成模块化结构，可快速进行拼装或拆卸，使相应机构之间形成独立的模块，以适应不同的患者需求。

本发明中，快换接头用于拓宽模块化多自由度上肢假肢的适应性，上臂快换接头可针对上臂以下截肢患者使用，腕部快换接头可针对腕离断患者使用，从而实现针对不同上肢截肢平面的人群，可快速拼装或拆卸模块化多自由度上肢假肢以达到预期的需求。其他的相邻两个机构之间也可根据实际需要设置快换接头。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明通过在相邻的功能机构之间设计快换接头，拓宽多自由度上肢假肢的适应性，拆卸上臂快换接头可供上臂以下截肢患者使用，拆卸腕部快换接头可供腕离断患者使用，从而拓宽其适用范围，实用性好。

2)在每个机构中都安装有位置传感器，输出轴转动过程中通过位置传感器检测输出端的转速，以实时监控模块化多自由度上肢假肢各部分机构的转速以及在空间位置中的关系，进而各部分机构转速是否处于合理的运作范围内，保证模块化多自由度上肢假肢安全可控的性能。

3)本发明结构紧凑，具有一定刚度，并且质量轻，体积小。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2、图3为本发明中快换接头在不同观测角度的结构示意图；

图4为本发明中锁紧机构锁紧前的结构示意图；

图5为本发明中锁紧机构锁紧后的结构示意图；

图6为本发明中肩展收机构的结构示意图；

图7为本发明中肩屈伸机构的结构示意图；

图8为本发明中上臂内外旋机构的结构示意图；

图9为本发明中肘屈伸机构/肘内外旋机构的结构示意图；

图10为本发明中腕屈伸机构的结构示意图。

图中标记说明：

1—肩展收机构、2—肩屈伸机构、3—上臂内外旋机构、4—肘屈伸机构、5—肘内外旋机构、6—腕屈伸机构、7—灵巧手、8—上臂快换接头、9—腕部快换接头、10—母快换接头、11—公快换接头、12—锁紧环、13—机构连接孔、14—公快换接头安装板、15—公快换接头定位环、16—卡板、17—母快换接头安装板、18—母快换接头定位环、19—卡槽、20—开口、21—第一连接板、22—第二连接板、23—锁紧销栓、24—锁紧杆、25—销栓头、26—导向板、27—贯穿孔、28—椭圆形板、29—转轴、30—弧形固定杆、31—壳体、32—电机、33—减速器、34—输出轴、35—位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的一种模块化多自由度上肢假肢，包括依次相连的肩展收机构1、肩屈伸机构2、上臂内外旋机构3、肘屈伸机构4、肘内外旋机构5、腕屈伸机构6及灵巧手7，上臂内外旋机构3与肘屈伸机构4之间设有上臂快换接头8，肘内外旋机构5与腕屈伸机构6之间设有腕部快换接头9。

如图2、图3所示，上臂快换接头8及腕部快换接头9均包括母快换接头10、与母快换接头10相适配的公快换接头11、套设在母快换接头10与公快换接头11上的锁紧环12以及与锁紧环12相适配的锁紧机构。母快换接头10及公快换接头11上均开设有多个机构连接孔13。

公快换接头11包括公快换接头安装板14、设置在公快换接头安装板14一侧的公快换接头定位环15以及多个均匀布设在公快换接头定位环15外侧面上的卡板16，母快换接头10包括母快换接头安装板17、设置在母快换接头安装板17一侧并与公快换接头定位环15相适配的母快换接头定位环18以及多个均匀开设在母快换接头定位环18上并与卡板16相适配的卡槽19。公快换接头定位环15的外径与母快换接头定位环18的内径相同，卡板16的厚度与母快换接头定位环18的厚度相同，并且多个卡板16与多个卡槽19一一对应，锁紧环12套设在母快换接头定位环18及卡板16的外部。

锁紧环12上设有开口20，该开口20的一端设有与锁紧环12相连的第一连接板21，另一端设有与锁紧环12相连的第二连接板22，锁紧机构与第一连接板21、第二连接板22相适配。锁紧机构包括同时贯穿第一连接板21及第二连接板22的锁紧销栓23及锁紧杆24，锁紧销栓23的一端贯穿第一连接板21，并在端部设有销栓头25，另一端贯穿第二连接板22，并与锁紧杆24转动连接。

第二连接板22的侧面设有与锁紧环12相连的导向板26，该导向板26上开设有贯穿孔27，锁紧杆24的一端并列设有一对椭圆形板28，两椭圆形板28分别位于导向板26的两侧，并且两椭圆形板28之间设有与锁紧销栓23转动连接的转轴29，转轴29位于贯穿孔27内。

锁紧环12的外侧设有与锁紧环12相适配的弧形固定杆30，该弧形固定杆30与母快换接头安装板17固定连接。

如图4、图5所示，锁紧之前，椭圆形板28的短轴与第二连接板22的侧面相接触；锁紧时，顺时针扳动锁紧杆24，使椭圆形板28的长轴与第二连接板22的侧面相接触，由于锁紧销栓23的长度固定，因而使得第一连接板21与第二连接板22相互靠近，缩小了锁紧环12上的开口20大小，实现紧固。

如图6、图7、图8、图9、图10所示，肩展收机构1、肩屈伸机构2、上臂内外旋机构3、肘屈伸机构4、肘内外旋机构5及腕屈伸机构6均包括壳体31以及设置在壳体31内并依次传动连接的电机32、减速器33、输出轴34，壳体31内还设有位置传感器35。

本模块化多自由度上肢假肢在于在多自由度上肢假肢中运用快换接头的模式提高多自由度上肢假肢的适应性，从而可针对不同的上肢截肢患者使用。并在其转动过程中运用位置传感器35测量模块化多自由度上肢假肢各机构的转速是否在合理运转的范围内，以便进行实时调控，保证其安全可控性。在整体上，结构紧凑具有一定刚度，并且质量轻，体积小。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。