一种对称配置的模块化机械假肢

技术领域

本发明涉及机器人设备技术领域，具体涉及一种对称配置的模块化机械假肢。

背景技术

随着科学技术的发展，机械假肢得到了极大的发展与改进，智能假肢的结构也越来越精细、复杂，以使手指运动方式更加真实，可以给用户提供更好的功能和体验。但是，大多数与人类手的美学外观相似的电动假肢都是使用设备左、右手部分的镜像版本制作的，根据生产方法的不同，生产和储存左、右版本组件的需求会大大增加制造、仓储和物流成本；同时，机械假肢需要在设备的整个生命周期中进行定期维护，当传统的机械假肢的部分零部件断裂或磨损时，用户通常必须将假肢整体运回制造商，以便更换或维修损坏的部分；某些设备可能允许假肢的手指被取出并由除制造商以外的有资格的人员替换，但这些不能由用户自行完成，并且维修过程中需要特殊的工具。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种模块化、且使用相同模块就可以将机械假肢配置成左手或右手的对称配置的模块化机械假肢。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

一种对称配置的模块化机械假肢，机械假肢由三种模块构成，包括主手模块、拇指模块和至少一个手指模块；定义朝向机械假肢指尖的方向的远端，相反方向为近端，所述主手模块沿纵向中心轴对称设置，呈“凸”字型，远端设置四个手指承载位置，手指模块向主手模块远端延伸，与主手模块可拆卸连接，所述主手模块内安装有第一PCB板，手指组件与第一PCB板电性连接；所述主手模块近端横向设置有拇指引导孔，拇指模块横向可拆卸连接在拇指引导孔内，主手模块内设有第二PCB板，拇指模块与第二PCB板电性连接；所述拇指模块设有与主手模块连接的连接部，所述连接部可双向与主手模块，进而连接实现左/右手切换。

进一步地，所述主手模块手背部远端依次设有食指承载位置、中指承载位置、无名指承载位置、小指承载位置；中指承载位置、无名指承载位置的位置远于食指承载位置、小指承载位置的位置，所述中指承载位置与无名指承载位置、所述食指承载位置与小指承载位置分别对称设置。

进一步地，所述手指模块包括掌骨关节、近节指骨、远节指骨，所述掌骨关节与近节指骨传动连接，所述近节指骨与远节指骨通过第一柔性关节连接，所述掌骨关节靠近主手模块的一端内安装有手指模块PCB板。

进一步地，所述手指模块PCB板上设有第一电触点插脚，所述第一电触点插脚沿朝向指腹的方向贯穿掌骨关节，所述掌骨关节上还设有朝向指腹方向的承重销，承重销的长度大于第一电触点插脚的长度；第一电触点插脚与第一PCB板上的电触点触接。

进一步地，所述主手模块近端设有向远端开口的U型盖板，U型盖板与主手模块之间形成拇指引导孔；所述拇指模块包括连接部、拇指掌骨、拇指近端指骨、拇指远端指骨；所述连接部一端传动连接拇指掌骨的近端，拇指掌骨的远端传动连接拇指近端指骨，拇指近端指骨与拇指远端指骨通过第二柔性关节连接；所述拇指模块的连接部横跨主手模块的宽度，拇指模块的连接部远离拇指掌骨的一端内部设有拇指PCB板，拇指PCB板上设有第二电触点插脚，第二电触点插脚朝向主手模块背部，第二点触点插脚与主手模块的第二PCB板上的第二电触点触接。

进一步地，所述主手模块手背侧设有背侧板和摩擦锁，所述背侧板呈平板状，上端呈“凸”字型，下端设有U型开口；主手模块手背侧沿其外轮廓设有插槽，背侧板的开口端插拔设置在插槽内，背侧板的上端压紧手指模块的近端；所述背侧板上部设有跑道型滑槽，滑槽一端设有与U型开口连通的避让口，所述摩擦锁呈“L”型，摩擦锁的横壁连接在主手模块内，竖直壁连接在滑槽内，沿滑槽平推摩擦锁，使其远离或对齐避让口，可实现背侧板的锁紧或解锁。

进一步地，所述拇指模块的连接部远离拇指掌骨一端的两侧设有第一拇指挡块，主手模块下方两端设有第二拇指挡块，第一拇指挡块与主手模块一端的第二拇指挡块抵接；所述拇指模块的连接部靠近拇指掌骨一端朝向手背侧设有与主手模块适配的楔形挡块，所述背侧板下端的U型开口其中一角抵接在楔形挡块外侧。

进一步地，所述手指模块的近节指骨内设有马达、蜗杆、蜗轮，所述马达固定安装在近节指骨内，马达的输出端连接蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合连接，蜗轮的中心轴两端与近节指骨外壳转动连接，蜗轮的中心轴端部分别通过方轴连接掌骨关节。

进一步地，所述拇指模块的连接部内设有第一传动机构，所述第一传动机构驱动拇指掌骨相对连接部转动，执行对向/非对向运动；所述第一传动机构包括第一电机、第一蜗杆和第一蜗轮，所述第一电机连接第一蜗杆，第一蜗杆与第一蜗轮啮合连接，第一蜗轮的中心轴两端与连接部的外壳转动连接，第一蜗轮的中心轴端部通过方轴连接拇指掌骨一端。

进一步地，所述拇指模块的拇指近端指骨内设有第二传动机构，第二驱动机构驱动拇指近端指骨相对拇指掌骨转动，执行弯曲/伸展运动；所述第二传动机构包括第二电机、第二蜗杆、第二蜗轮，所述第二电机连接第二蜗杆，第二蜗杆与第二蜗轮啮合连接，第二蜗轮的中心轴两端与拇指近端指骨的外壳转动连接，第二蜗轮的中心轴端部通过方轴连接拇指掌骨远离连接部的一端。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明的对称配置的模块化机械假肢，手指模块和拇指模块可以以左手或右手配置交替耦合到对称配置的主手模块上，对于左手和右手配置使用相同的手指模块和拇指模块，避免了制造左手和右手部件的要求，减小制造、仓储和物流成本。

本发明的对称配置的模块化机械假肢，手指模块和拇指模块与主手模块的连接简单可靠，用户可自行更换，减少制造商定点维修的成本。本发明通过背侧板实现对手指模块、拇指模块的固定，可简化安装和拆卸步骤，用户无需工具即可删除或替换任一手指或拇指，减少对制造商更换受损设备的依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例配置为右手的结构示意图；

图2是本发明实施例配置为左手的结构示意图；

图3是主手模块的手背侧结构示意图；

图4是主手模块的掌心侧结构示意图；

图5是手指模块的结构示意图；

图6是手指模块与主手模块的装配示意图；

图7是手指模块的近节指骨内部结构示意图；

图8是拇指模块的结构示意图一；

图9是拇指模块的结构示意图二；

图10是拇指模块中第一/第二传动机构的结构示意图；

图11是背侧板的装配示意图；

图12是背侧板与拇指模块的安装局部示意图；

图13是拇指模块的拆卸示意图一；

图14是拇指模块的拆卸示意图二；

图15是拇指模块从右手构型变为左手构型的示意图。

附图标记：100-手指模块，120-远节指骨，122-近节指骨，124-掌骨关节，126-第一柔性关节，130-第一电触点插脚，134-承重销，136-方轴，138-手指模块PCB，140-马达，142-蜗杆，144-蜗轮；

200-主手模块，222-U形盖板，224-背侧板，226-摩擦锁，232-电触点，234-食指承载位置，236-小指承载位置，238-中指承载位置，240-无名指承载位置，246-安装孔，250-拇指引导孔，220-第二电触点，228-第二拇指挡块；

300-拇指模块，320-拇指远端指骨，330-第二柔性关节，332-拇指近端指骨，334–拇指掌骨，326-连接部，328-拇指挡块，338-第二电触点插脚，340-第一电机，342-第一蜗杆，344-第一蜗轮，346-第一方轴，350-第二电机，352-第二蜗杆，354-第二蜗轮，356-第二方轴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

一种对称配置的模块化机械假肢，如图1-图15所示，机械假肢由三种模块构成，包括主手模块200、拇指模块300和至少一个手指模块100；定义朝向机械假肢指尖的方向的远端，相反方向为近端，所述主手模块200沿纵向中心轴对称设置，呈“凸”字型，远端设置四个手指承载位置，手指模块100向主手模块200远端延伸，与主手模块200可拆卸连接，所述主手模块200内安装有第一PCB板，手指组件100与第一PCB板电性连接；所述主手模块200近端横向设置有拇指引导孔250，拇指模块300横向可拆卸连接在拇指引导孔250内，主手模块200内设有第二PCB板，拇指模块300与第二PCB板电性连接；所述拇指模块300设有与主手模块200连接的连接部326，所述连接部326可双向与主手模块200连接，进而实现左/右手切换。

所述主手模块200手背部远端依次设有食指承载位置234、中指承载位置238、无名指承载位置240、小指承载位置236；如图3、图4所示，中指承载位置238、无名指承载位置240的位置远于食指承载位置234、小指承载位置236的位置，所述中指承载位置238与无名指承载位置240、所述食指承载位置234与小指承载位置236分别对称设置，这样在不同位置安装同样的手指模块，可提供不同手指长度的美学外观，并且对称设置可以适应左手或右手配置。

所述手指模块100如图5、图6所示，包括掌骨关节124、近节指骨122、远节指骨120，所述掌骨关节124与近节指骨122传动连接，所述近节指骨122与远节指骨120通过第一柔性关节126连接，所述掌骨关节124靠近主手模块200的一端内安装有手指模块PCB板138；优选的，所述手指模块PCB板138上设有第一电触点插脚130，所述第一电触点插脚130沿朝向指腹的方向贯穿掌骨关节124，所述掌骨关节124上还设有朝向指腹方向的承重销134，承重销134的长度大于第一电触点插脚130的长度。安装时，手指模块从主手模块背部向掌部方向安装，所述承重销134首先通过安装孔246插入主手模块200内，起到导向和定位作用，然后所述第一电触点插脚130插入主手模块，当掌骨关节124的指腹部与主手模块100背部平顶时，第一电触点插脚130与第一PCB板上的电触点232触接，实现电路接通；所述承重销134被设计用来处理作用在手指模块上的载荷，并防止任何这些力损坏弹簧加载的第一电触点插脚130。进一步地，所述第一电触点插脚130共设五个，分别连接两个电机电源线、编码器电源、编码器接地和编码器信号。

所述主手模块200近端设有向远端开口的U型盖板222，如图3、图4所示，U型盖板222与主手模块200之间形成拇指引导孔250；所述拇指模块300如图8、图9、图10所示，包括连接部326、拇指掌骨334、拇指近端指骨332、拇指远端指骨320；所述连接部326一端传动连接拇指掌骨334的近端，拇指掌骨334的远端传动连接拇指近端指骨332，拇指近端指骨332与拇指远端指骨320通过第二柔性关节330连接。所述拇指模块300的连接部326横跨主手模块200的宽度，拇指模块300的连接部326远离拇指掌骨334的一端内部设有拇指PCB板，拇指PCB板上设有第二电触点插脚338，第二电触点插脚338朝向主手模块200背部，第二点触点插脚338与主手模块200的第二PCB板上的第二电触点220触接，实现电路导通。所述拇指模块300的连接部326的两侧设有第一拇指挡块328，主手模块200下方设有第二拇指挡块228，沿拇指引导孔250推动连接部326，直至第一拇指挡块328与主手模块的第二拇指挡块228抵接，此时，第二点触点插脚338与主手模块200的第二PCB板上的第二电触点220触接，完成拇指模块的装配，U型盖板222可防止拇指模块300在使用过程中与主手模块200脱落。

所述主手模块200设有背侧板224和摩擦锁226；所述背侧板224呈平板状，上端呈“凸”字型，下端设有U型开口，背侧板224轮廓如图11中加宽线条所示；主手模块200手背侧沿其轮廓设有插槽，背侧板224的开口端插拔设置在插槽内，背侧板224的上端压紧手指模块100的近端；所述背侧板224上部设有跑道型滑槽，滑槽一端设有与U型开口连通的避让口，所述摩擦锁226呈“L”型，摩擦锁的横壁连接在主手模块200内，竖直壁连接在滑槽内。如图11所示，沿滑槽平推摩擦锁226，使其远离或对齐避让口，可实现背侧板224的锁紧或解锁，解锁后，向远端拉动背侧板224，可取下背侧板取下，此时，四个手指模块100中的任何一个都可移除。具体的，将掌骨关节124向手背侧推，直至承重销134完全暴露，即可取手指模块。

所述拇指模块的连接部326靠近拇指掌骨334一端朝向手背侧设有与主手模块适配的楔形挡块，如图12所示，所述背侧板224下端的U型开口其中一角抵接在楔形挡块外侧，可避免在使用过程中拇指模块300沿拇指引导孔滑脱。同时，需要拆卸拇指模块300时，同拆卸手指模块一样，如图11所示，首先沿滑槽平推摩擦锁226，使背侧板224解锁，然后向远端拉动背侧板224，将背侧板取下；然后可将拇指模块沿拇指引导孔250方向推出，如图13所示，直至第一拇指挡块328抵接滑出侧的第二拇指挡块228，然后向掌心侧推动拇指模块即可取出，如图14所示。

进一步地，所述手指模块100的近节指骨122内设有马达140、蜗杆142、蜗轮144，如图7所示，所述马达140固定安装在近节指骨122内，马达140的输出端连接蜗杆142，蜗杆142与蜗轮144啮合连接，蜗轮144的中心轴两端与近节指骨122外壳转动连接，蜗轮的中心轴端部分别通过方轴136连接掌骨关节124。蜗轮与掌骨关节124相对固定连接，马达驱动蜗杆转动，蜗杆自转的同时沿蜗轮外轮廓运动，带动近节指骨122绕蜗轮中心转动，实现近节指骨122相对掌骨关节124转动。远节指骨120通过电缆与掌骨关节124相连，这使得近节指骨122中的驱动机构能够同时驱动掌骨关节124和第一柔性关节126。所述手指模块100内还设有电位器，所述电位器与蜗轮连接，所述电位器将掌骨关节124的绝对位置发送给控制器。

如图10所示，所述拇指模块300的连接部326内设有第一传动机构，所述第一传动机构驱动拇指掌骨334相对连接部326转动，执行对向/非对向运动；所述第一传动机构包括第一电机340、第一蜗杆342和第一蜗轮344，所述第一电机340连接第一蜗杆342，第一蜗杆342与第一蜗轮344啮合连接，第一蜗轮344的中心轴两端与连接部326的外壳转动连接，第一蜗轮344的中心轴端部通过第一方轴346连接拇指掌骨334一端。第一电机驱动第一蜗杆转动，第一蜗杆带动第一蜗轮转动，第一蜗轮通过第一方轴带动拇指掌骨334相对连接部326转动。所述拇指模块300的拇指近端指骨332与拇指掌骨334的连接和驱动机构与手指模块100的驱动机构相同。具体的，所述拇指近端指骨332内设有第二传动机构，所述第二传动机构包括第二电机350、第二蜗杆352、第二蜗轮354，所述第二电机350连接第二蜗杆352，第二蜗杆352与第二蜗轮354啮合连接，第二蜗轮354的中心轴两端与拇指近端指骨332的外壳转动连接，第二蜗轮354的中心轴端部通过第二方轴356连接拇指掌骨334远离连接部326的一端，所述第二传动机构驱动拇指模块300执行弯曲/伸展运动。第二蜗轮与拇指掌骨334相对固定连接，第二电机驱动第二蜗杆转动，第二蜗杆自转的同时沿第二蜗轮外轮廓运动，带动拇指近端指骨332绕第二蜗轮中心转动，实现拇指近端指骨332相对拇指掌骨334转动，实现拇指模块300执行弯曲/伸展运动。所述拇指掌骨334的两端分别设有电位器，所述电位器分别连接第一蜗轮、第二蜗轮，电位器将拇指掌骨334的位置信息发送给控制器。

从不同方向安装所述拇指模块，通过翻转与拇指掌骨334连接的拇指近端指骨332，如图15所示，可以实现左手或右手的转换配置。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。