一種功能性的手指假肢的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種功能性的手指假肢，即一種手指假肢，采用耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)，可使殘缺手指實(shí)現(xiàn)抓握物體功能。
【背景技術(shù)】
[0002]人手的5個(gè)手指共擁有21個(gè)自由度，可以抓取、操作物體，完成各種復(fù)雜的工作任務(wù)。人手在人們的日常生活中所發(fā)揮的作用至關(guān)重要。近年來(lái)，由于工傷、交通事故、疾病、戰(zhàn)爭(zhēng)等原因，肢體殘疾人的數(shù)量呈大幅增加趨勢(shì)。由于人手是人們操作、使用工具的主要肢體，所以手部殘疾，尤其是手指殘疾事故不在少數(shù)。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種功能性假肢紛紛誕生，對(duì)手掌假肢、大腿假肢、小腿假肢的研宄也在不斷進(jìn)展。但相比于這些假肢，現(xiàn)存的手指假肢絕大部分只具有裝飾性。手指殘疾人士若要安裝功能性假肢，通常要將整個(gè)手掌截去，安裝手掌假肢。這無(wú)疑是得不償失。因此，研宄一種具有一定抓取能力和擬人化特征的手指假肢不僅是廣大殘疾人患者的福音，也具有極高的學(xué)術(shù)價(jià)值。
[0003]手掌假肢在處理手指運(yùn)動(dòng)的時(shí)候常用耦合性單自由度手指機(jī)構(gòu)和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)手指機(jī)構(gòu)，而將這兩者結(jié)合的耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)是目前的趨勢(shì)。這種機(jī)構(gòu)被羅海東等(羅海東.假肢手指的擬人優(yōu)化設(shè)計(jì)與抓取力研宄[D].湖南:中南大學(xué)，2013)闡釋為:人手手指在自然彎曲時(shí)三個(gè)指關(guān)節(jié)之間的旋轉(zhuǎn)角度呈一定的耦合關(guān)系，可知只需要給假肢一個(gè)自由度便可以使其實(shí)現(xiàn)擬人化的屈伸動(dòng)作。在一個(gè)自由度下手指假肢只能實(shí)現(xiàn)指尖捏抓，抓取力較小，于是又在結(jié)構(gòu)中加入彈性元件增加其自適應(yīng)性，使假肢不僅僅是指尖處與物件接觸，增加抓取力。
[0004]現(xiàn)存的幾種功能性手指假肢，均采用耦合型單自由度手指結(jié)構(gòu)，因此在功能上存在一定的局限性。美國(guó)著名醫(yī)生Dan Didrick發(fā)明的單自由度手指基指節(jié)截?cái)嘤眉偈种竂-finger采用了該結(jié)構(gòu)，可利用殘余基指節(jié)實(shí)現(xiàn)手指屈伸或用指尖捏取物品等功能。但由于該手指結(jié)構(gòu)只有單自由度，無(wú)法如正常手指一樣對(duì)被抓對(duì)象的形狀和尺寸自適應(yīng)。楊會(huì)生(楊會(huì)生.仿人型殘疾人用半掌手機(jī)構(gòu)及其傳感器系統(tǒng)的研宄[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，2009)提出的兩自由度手指基指節(jié)截?cái)嘤眉偈种窹artial Finger擁有兩個(gè)自由度，可良好地實(shí)現(xiàn)屈伸運(yùn)動(dòng)和側(cè)擺運(yùn)動(dòng)兩種功能；但在手指屈伸運(yùn)動(dòng)中仍是采用耦合性單自由度手指機(jī)構(gòu)，另外一個(gè)自由度與其無(wú)關(guān)，使得假肢不具自適應(yīng)能力，甚至?xí)谧ノ瘴锲分杏绊懯褂谜叩牟僮鳌?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了進(jìn)一步提高手指抓物的靈活性，本發(fā)明提供了一種功能性手指假肢，包括牽引機(jī)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)；主體結(jié)構(gòu)固定于殘指節(jié)上，牽引機(jī)構(gòu)固定于相鄰的手指上，牽引機(jī)構(gòu)通過(guò)與主體結(jié)構(gòu)相互連接的連桿，帶動(dòng)主體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0006]牽引機(jī)構(gòu)主要由牽引指套一號(hào)、牽引指套二號(hào)、牽引連桿一號(hào)、牽引連桿二號(hào)、牽引連桿三號(hào)組成；指套一號(hào)、牽引指套二號(hào)分別與牽引連桿二號(hào)和牽引連桿一號(hào)的端點(diǎn)鉸接；牽引連桿二號(hào)的另一端和牽引連桿一號(hào)的另一端，以及牽引連桿三號(hào)的一個(gè)端點(diǎn)相互鉸接在一起，使?fàn)恳B桿一號(hào)、牽引連桿二號(hào)與牽引指套一號(hào)、牽引指套二號(hào)形成四連桿結(jié)構(gòu)；牽引連桿三號(hào)的另一個(gè)端點(diǎn)與主體結(jié)構(gòu)中的主體連桿一號(hào)的中間部位鉸接。
[0007]主體結(jié)構(gòu)主要包括固定套、假肢中指節(jié)、假肢遠(yuǎn)指節(jié)、主體連桿一號(hào)、主體連桿二號(hào)、主體連桿三號(hào)、扭轉(zhuǎn)彈簧、彈性連桿、前聯(lián)軸器和后聯(lián)軸器；假肢遠(yuǎn)指節(jié)和假肢中指節(jié)為仿真指節(jié)的塊體，假肢中指節(jié)的一端與假肢遠(yuǎn)指節(jié)鉸接；假肢中指節(jié)的另一端與固定套通過(guò)后聯(lián)軸器相互鉸接；前聯(lián)軸器和后聯(lián)軸器分別位于假肢中指節(jié)的前端和后端；后聯(lián)軸器在靠近牽引機(jī)構(gòu)一端與主體連桿一號(hào)的一端鉸接；前聯(lián)軸器遠(yuǎn)離牽引機(jī)構(gòu)一端與主體連桿三號(hào)的一端鉸接，前聯(lián)軸器靠近牽引機(jī)構(gòu)一端與主體連桿二號(hào)的一端鉸接。
[0008]固定套在遠(yuǎn)離牽弓I機(jī)構(gòu)的一端與彈性連桿的一端鉸接，其鉸接運(yùn)動(dòng)的軸線與后聯(lián)軸器的軸線不共線。
[0009]彈性連桿的另一端與主體連桿三號(hào)的另一端鉸接；主體連桿一號(hào)的另一端與主體連桿二號(hào)的另一端鉸接；固定套、假肢中指節(jié)、主體連桿三號(hào)與彈性連桿形成一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)；固定套、主體連桿一號(hào)、主體連桿二號(hào)、彈性連桿形成一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)。
[0010]扭轉(zhuǎn)彈簧的一個(gè)扭臂與主體連桿三號(hào)固定，另一個(gè)扭臂與假肢遠(yuǎn)指節(jié)固定，扭轉(zhuǎn)彈簧的軸線與假肢中指節(jié)和假肢遠(yuǎn)指節(jié)形成的指關(guān)節(jié)的軸線共線。
[0011]安裝該功能性手指假肢時(shí)，應(yīng)先對(duì)殘缺手指進(jìn)行手術(shù)處理使殘缺手指的基指節(jié)剩余足夠的長(zhǎng)度，并將固定套安裝在殘缺手指的基指節(jié)上；同時(shí)將牽引指套一號(hào)安裝在相鄰手指基指節(jié)上，將牽引指套二號(hào)安裝在相鄰手指中指節(jié)上。
[0012]所述牽引指套一號(hào)3和牽引指套二號(hào)4由透氣性較好、較為柔軟的人造樹(shù)脂制成，經(jīng)過(guò)曲面造型后可分別牢固地安裝在相鄰手指的基指節(jié)和中指節(jié)上。
[0013]所述牽引連桿一號(hào)5、牽引連桿三號(hào)6、牽引連桿二號(hào)7、主體連桿一號(hào)8由質(zhì)量較輕、剛度較高的金屬制成，鉸接處使用間隙配合公差。
[0014]所述牽引連桿一號(hào)5、牽引連桿二號(hào)7通過(guò)銷(xiāo)軸鏈接與牽引指套一號(hào)3、牽引指套二號(hào)4鉸接，使?fàn)恳B桿一號(hào)5、牽引連桿二號(hào)7與相鄰手指基指節(jié)、中指節(jié)形成四連桿結(jié)構(gòu)，該四連桿結(jié)構(gòu)通過(guò)牽引連桿三號(hào)6將運(yùn)動(dòng)傳遞到主體結(jié)構(gòu)。
[0015]所述假肢中指節(jié)13和假肢遠(yuǎn)指節(jié)10使用質(zhì)量較輕、強(qiáng)度較好的金屬制成，并在外表面安裝匹配的有色硅膠外套。
[0016]所述主體連桿二號(hào)9使用質(zhì)量較輕、強(qiáng)度較好的金屬制成，鉸接點(diǎn)使用間隙配合公差，同時(shí)通過(guò)淬火提高其硬度。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種實(shí)用的康復(fù)用具，適用于失去食指、中指、無(wú)名指或小指殘疾人。本發(fā)明采用了連桿式的耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu):根據(jù)原生手指的屈伸運(yùn)動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)的連桿與指節(jié)使其在自然屈伸過(guò)程中良好地耦合原生手指的運(yùn)動(dòng)軌跡；在合適的位置加入欠驅(qū)動(dòng)元件使其抓取物體時(shí)根據(jù)物體的表面形狀調(diào)整各指節(jié)間的位置關(guān)系，使得各指節(jié)均能與物體緊密貼合，提高了抓取物體的穩(wěn)定性，避免了耦合性單自由度手指機(jī)構(gòu)在抓取物體過(guò)程中只能指尖捏抓的缺陷。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為牽引機(jī)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3為主體結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ] 圖4為彈性連桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖5為扭轉(zhuǎn)彈簧的位置與結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖6為固定套的結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖7為后聯(lián)軸器的位置關(guān)系圖；
[0025]圖8為前聯(lián)軸器的位置關(guān)系圖；
[0026]圖中:1牽引機(jī)構(gòu)；2主體結(jié)構(gòu)；3牽引指套一號(hào)；4牽引指套二號(hào)；5牽引連桿一號(hào)；6牽引連桿三號(hào)；7牽引連桿二號(hào)；8主體連桿一號(hào)；9主體連桿二號(hào)；10假肢遠(yuǎn)指節(jié)；11主體連桿三號(hào)；12彈性連桿；13假肢中指節(jié)；14固定套；15扭轉(zhuǎn)彈簧；16前聯(lián)軸器；17后聯(lián)軸器。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做具體的說(shuō)明。
[0028]一種功能性手指假肢，包括牽引機(jī)構(gòu)I和主體結(jié)構(gòu)2 ;主體結(jié)構(gòu)2固定于殘指節(jié)上，牽引機(jī)構(gòu)I固定于相鄰的手指上，牽引機(jī)構(gòu)I通過(guò)與主體結(jié)構(gòu)2相互連接的連桿，帶動(dòng)主體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0029]牽引機(jī)構(gòu)I主要由牽引指套一號(hào)3、牽引指套二號(hào)4、牽引連桿一號(hào)5、牽引連桿二號(hào)7、牽引連桿三號(hào)6組成；指套一號(hào)3、牽引指套二號(hào)4分別與牽引連桿二號(hào)7和牽引連桿一號(hào)5的端點(diǎn)鉸接；牽引連桿二號(hào)7的另一端和牽引連桿一號(hào)5的另一端，以及牽引連桿三號(hào)6的一個(gè)端點(diǎn)相互鉸接在一起，使?fàn)恳B桿一號(hào)5、牽引連桿二號(hào)7與牽引指套一號(hào)3、牽引指套二號(hào)4形成四連桿結(jié)構(gòu)；牽引連桿三號(hào)6的另一個(gè)端點(diǎn)與主體結(jié)構(gòu)中的主體連桿一號(hào)8的中間部位鉸接。
[0030]主體結(jié)構(gòu)2主要包括固定套14、假肢中指節(jié)13、假肢遠(yuǎn)指節(jié)10、主體連桿一號(hào)8、主體連桿二號(hào)9、主體連桿三號(hào)11、扭轉(zhuǎn)彈簧15、彈性連桿12、前聯(lián)軸器16和后聯(lián)軸器17 ；假肢遠(yuǎn)指節(jié)10和假肢中指節(jié)13為仿真指節(jié)的塊體，假肢中指節(jié)13的一端與假肢遠(yuǎn)指節(jié)10鉸接；假肢中指節(jié)13的另一端與固定套14通過(guò)后聯(lián)軸器17相互鉸接；前聯(lián)軸器16和后聯(lián)軸器17分別位于假肢中指節(jié)13的前端和后端；后聯(lián)軸器17在靠近牽引機(jī)構(gòu)I 一端與主體連桿一號(hào)8的一端以相互垂直方式鉸接。
[0031]前聯(lián)軸器遠(yuǎn)離牽引機(jī)構(gòu)I 一端與主體連桿三號(hào)11的一端以相互垂直方式鉸接，前聯(lián)軸器靠近牽引機(jī)構(gòu)I一端與主體連桿二號(hào)9的一端以相互垂直方式鉸接。
[0032]固定套14在遠(yuǎn)離牽引機(jī)構(gòu)I的一端與彈性連桿12的一端以在平行面活動(dòng)的方式相互鉸接，其鉸接運(yùn)動(dòng)的軸線與后聯(lián)軸器17的軸線不共線。
[0033]彈性連桿12的另一端與主體連桿三號(hào)11的另一端以在平行面活動(dòng)的方式相互鉸接；主體連桿一號(hào)8的另一端與主體連桿二號(hào)9的另一端以在平行面活動(dòng)的方式相互鉸接；固定套14、假肢中指節(jié)13、主體連桿三號(hào)11與彈性連桿12形成一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)；固定套14