上海交通大学：《力学仿生——启示与探索》课程教学资源（专利资料）陆地仿生（2011）紧凑型仿生可屈曲假手腕关节 CN102178574B.pdf_大学文库

CN102178574B 说明书 1/3页紧凑型仿生可屈曲假手腕关节技术领域 [0001]本发明涉及一种假手电动可屈曲腕关节，尤其是一种肌电假手接合实现肌电控制的曲腕装置。背景技术 [0002]人体假手有装饰性假手和功能性假手，装饰性假手具有美容效果，不能完成任何功能性动作，功能性假手可以完成特定的动作，一般为抓握、屈伸和旋转。正常的人手有27 个自由度，现在一般的肌电假手可以完成手指伸屈、手腕伸屈、手腕内外旋转三组动作，自由度少，假手只能靠小臂的移动带动，假手不能单独的由腕部的屈伸完成功能性动作。 [0003]目前国内外具有曲腕功能的假手产品大多采用外置式扇形齿轮传动设计，安全可靠性不高，且转动中心在腕关节上部位置，而不能模拟绕腕关节中心转动。 [0004]具有曲腕功能的假手更加仿生，而且它能够由腕部的屈伸完成抓握物品的移动，这样可以减少移动整个手臂所带来的能量损耗。如果能发明一种体积重量小、具有模仿腕关节中心转动的假手可屈曲腕关节，将对改变现有腕关节功能具有实际意义。发明内容 [0005]本发明是要提供一种紧凑型仿生可屈曲假手腕关节，该假手腕关节结构紧凑、重量轻、能通过肌电控制实现腕部的屈伸动作，更加仿生了残疾人用假手。 [0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种紧凑型仿生可屈曲假手腕关节，包括上基座，下基座，电机模块，行星减速机构，其特点是： [0007]电机模块由直流电机、一级行星传动机构、自锁机构、输出机构组成，直流电机输出轴与一级行星传动机构连接，一级行星传动机构中的行星传动盘与输出机构的输出齿轴之间通过自锁机构的两个自锁半齿条片相对贴合后与输出齿轴啮合连接：输出齿轴与铜环过盈配合连接，铜环与电机输出轴外固定圈过盈配合连接； [0008]行星减速机构由二级行星传动齿轮，三级行星传动齿轮，行星减速机构传动盘，行星减速机构输出盘，行星减速机构内齿圈，行星减速机构外壳和行星减速机构封闭盖构成，行星减速机构内齿圈与行星减速机构外壳过盈配合连接，行星减速机构输出盘置于行星减速机构外壳内，并分别与三个三级行星传动齿轮间隙配合，三个三级行星传动齿轮与行星减速机构内齿圈啮合，三个三级行星传动齿轮与行星减速机构传动盘啮合，行星减速机构传动盘分别与三个二级行星传动齿轮间隙配合，行星减速机构外壳输入端上固定连接行星减速机构封闭盖：行星减速机构由行星减速机构封闭盖一侧插入电机模块的输出齿轴，使三个二级行星传动齿轮与输出齿轴啮合：上基座通过三个螺杆与行星减速机构输出盘连接，并且通过轴承外固定圈与内圈固定在电机外壳上的超薄深沟轴承连接。 [0009] 电机模块和行星减速机构行星啮合后，由三个螺杆固定在下基座上。 [0010] 本发明具有以下优点和有益效果： [0011] 该专利成功的解决了体积、质量和传动比不适合的弊端，与正常人体解剖肢体的

CN102178574B 说明书 2/3页体积和质量相差不大。该专利应用三级行星轮传动机构，通过电机的转动实现假肢手腕的屈伸，能大大的提高了残肢者的生活质量，也增强了仿生效果、更加人性化。 [0012] 本发明的特点： [0013](1)结构紧凑，体积小 [0014] (2)材料适当，质量轻 [0015] (3)三级减速，传动比大 [0016] (4)分次装配，易装配 [0017] (5)装有超薄深沟轴承，转动更平滑 [0018] (6)减少电量损耗。附图说明 [0019] 图1是本发明的结构立体总装图： [0020] 图2是电机模块主视图： [0021] 图3是图2中沿A-A的剖视图： [0022] 图4是行星减速机构主视图； [0023] 图5是图4中沿B-B的剖视图； [0024] 图6是行星减速机构封闭盖结构立体图： [0025] 图7是上、下基座剖面图； [0026] 图8是假手电动可屈曲腕关节与假手、臂筒连接的自然位立体图； [0027] 图9是假手电动可屈曲腕关节与假手、臂筒连接的曲腕位立体图。具体实施方式 [0028] 下面结合附图与实施例对本发明作一步说明： [0029] 如图1所示，本发明的紧凑型仿生可屈曲假手腕关节由上基座19，下基座18，电机模块21，行星减速机构22组成。 [0030] 电机模块21和行星减速机构22行星啮合后，由三个螺杆固定在下基座18上。 [0031] 上基座19通过三个螺杆与行星减速机构22输出盘15连接，并且通过轴承外固定圈20与内圈固定在电机外壳4上的超薄深沟轴承3连接。 [0032]将上基座19的左侧板与行星减速机构22输出盘15通过三个螺钉连接，上基座19 的右侧与深沟轴承3外圈通过开口箍连接。这样就得到了如图1所示的完整的假手可屈曲腕关节24。 [0033]如图2,3所示，电机模块21包括直流电机1、一级行星传动机构，自锁机构，输出机构。直流电机1输出轴与一级行星传动机构连接。电机模块21中电机输出齿轴9与铜环10过盈配合，铜环10与电机输出轴外固定圈8过盈配合。两个自锁半齿条片7相对贴合后与电机输出齿轴9啮合，然后将装有三个行星减速小轴承5的传动盘6的两个脚插入自锁半齿条片7。 [0034]电机模块21的装配是将两个半齿条片7装在输出机构的输出齿轴9上形成配合，再将两个半齿条片7与一级行星传动机构的行星传动盘6配合，然后一起装入电机外壳4 中，插入直流电机1使直流电机1的输出轴与三个轴承5形成配合，放入深沟轴承3，旋上电

CN102178574B 说明书 3/3页机压盖2就形成了完整的电机模块21。 [0035]如图4,5所示，行星减速机构22由二级行星传动齿轮12，三级行星传动齿轮14，行星减速机构传动盘13，行星减速机构输出盘15，行星减速机构内齿圈16，行星减速机构外壳17和行星减速机构封闭盖11（图6）构成。 [0036]将行星减速机构输出盘15与行星减速机构外壳17配合，装入第三级行星齿轮14，第三级行星齿轮14的输入为一个中间行星减速机构传动盘13，转入行星减速机构传动盘 13后再装入第二级行星齿轮12，旋上行星减速机构封闭盖11，这样就完成了电机外行星减速机构的装配。 [0037] 将行星减速机构由行星减速机构封闭盖11一侧插入电机模块21的输出齿轴9 形成齿轮啮合，再通过经由下基座18的三个固定螺杆固定行星减速机构22的径向和轴向的自由度。 [0038]电机模块21与下基座18的装配方法：将行星减速机构22作为整体放入直流电机外壳4中，装入直流电机1使其输出轴与三个行星减速小轴承5构成配合实现传动。再将此部分由电机外壳4的尾部，按图7中的下基座18从右到左插入，使电机外壳4头部的台阶沉入下基座18的沉孔中，这时将深沟轴承3由电机外壳4的尾部插入，使其内圈顶在下基座18的凸台上。旋上电机压盖2。这样就完成了电机模块与下基座18的装配。 [0039]图8是假手可屈曲腕关节24与假手模块23、臂筒25连接的自然位。可屈曲假手腕关节24上面通过上基座19固定连接假手模块23，下面通过下基座18与臂筒固定连接。 [0040]在使用过程中，由肌电信号控制固定在下基座18上的直流电机1输出轴的转动，电机输出轴的转动带动行星减速小轴承5的转动，行星减速小轴承带动行星传动盘6转动，行星传动盘6通过自锁机构带动输出齿轴9转动，这样就完成了电机外壳4内部的一级行星减速传动。 [0041]输出齿轴9带动与它啮合的行星减速机构的第二级行星齿轮12，第二级行星齿轮 12带动一个中间行星减速机构传动盘13，行星减速机构传动盘13的齿轴带动与其啮合的第三级行星齿轮14，第三级行星齿轮14带动行星减速机构输出盘15，从而带动与其连接的上基座19的转动，实现曲腕的功能（图9）