(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020855672.1
(22)申请日 2020.05.20
(73)专利权人 暨南大学
地址 510632 广东省广州市天河区黄埔大
道西601号
(72)发明人 陈法明 沈清雄 杨宣宣 莫宇乾
(74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有
限公司 44245
代理人 陈燕娴
(51)Int.Cl.
A61H 1/02(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
(57)摘要
本实用新型公开了一种仿生手手指和多自
由度仿生手，该仿生手手指包括自前向后依次设
相连；驱动关节包括驱动电机、主动锥齿轮和从
动锥齿轮；驱动电机设于前一指段以驱动后一指
段上下摆转，其具有向后方伸出的输出轴；主动
锥齿轮与输出轴固定，从动锥齿轮设于后一指
段，并与主动锥齿轮啮合形成齿轮副。通过在相
邻指段之间设置驱动关节，使得仿生手手指具有
多个自由度，与人手手指的运动功能接近，比现
有的单自由度仿生手手指更加灵活，每个驱动关
节由独立的驱动电机提供动力，并通过锥齿轮传
动，实现两个相邻的指段之间的屈伸，可以很好
地协助患者完成所需的手功能康复训练。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 212466514 U 2021.02.05
C N 212466514
U
1.一种仿生手手指，其特征在于，包括自前向后依次设置的至少三个指段，相邻的两个所述指段通过驱动关节相连；所述驱动关节包括驱动电机、主动锥齿轮和从动锥齿轮；所述驱动电机设于前一所述指段
以驱动后一指段上下摆转，其具有向后方伸出的输出轴；所述主动锥齿轮与输出轴固定，所述从动锥齿轮设于后一指段，并与所述主动锥齿轮啮合形成齿轮副。
2.根据权利要求1所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述驱动关节还包括连接支架，所述连接支架的底部与前一所述指段的后端固定，一连接轴横向穿过从动锥齿轮并与所述连接支架枢接。
3.根据权利要求2所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述连接支架包括底壁和分别连接底壁两端并向上延伸的第一侧壁和第二侧壁，所述连接轴的两端分别与第一侧壁和第二侧壁枢接，所述第二侧壁的前侧上方设有避开主动锥齿轮的缺口。
4.根据权利要求3所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述驱动关节还包括锥齿轮固定架，所述锥齿轮固定架位于第一侧壁和第二侧壁之间，其包括底板和分别连接底板两端并向上延伸的第一侧板和第二侧板，底板与后一所述指段的前端固定，所述第一侧板位于靠近第一侧壁的一侧；所述从动锥齿轮包括柱形端和齿形端，其柱形端与所述第一侧板固定，其齿形端朝向第二侧板并与所述主动锥齿轮对接。
5.根据权利要求3所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述驱动关节还包括电机支架，所述电机支架包括水平固定板和竖直固定板，所述水平固定板与对应指段下侧固定，所述竖直固定板底端与所述水平固定板的一端相连，于横向方向，所述竖直固定板位于对应指段靠近所述第二侧壁的一侧，所述驱动电机与所述竖直固定板固定。
6.根据权利要求1所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述指段包括相对设置的两条角铁。
7.根据权利要求6所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述角铁设有多个减重孔。
8.根据权利要求1所述的一种仿生手手指，其特征在于，所述驱动电机为带有减速器的微型电机。
9.一种多自由度仿生手，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一项所述的仿生手手指。
10.根据权利要求9所述的一种多自由度仿生手，其特征在于，仿生手手指数量为5个，其中一个所述仿生手手指带有两个驱动关节，其余四个所述仿生手手指带有三个驱动关节。
权 利 要 求 书1/1页CN 212466514 U
仿生手手指和多自由度仿生手
技术领域
[0001]本实用新型涉及仿生手技术领域，尤其涉及一种仿生手手指和多自由度仿生手。
背景技术
[0002]随着全球老龄化的加剧，偏瘫患者的数量不断增加，同时，因交通事故而造成手功能受损的人数也越来越多，手功能康复需求越来越多，将仿生手应用于手功能康复，可帮助手功能患者恢复手功能，缓解国内康复医疗师稀缺的现状，在当前的全球化背景之下，具有较好的临床意义和应用市场。
[0003]目前，市场上的仿生手的手指仅有一个自由度，此类仿生手与健康人手的运动功能相差较大，具体而言，健康人手在活动的时候，每个手指各手指段之间可独立摆动，而对于此类仿生手而言，该仿生手只能整节手指摆动，即每个手指仅有一个自由度，无法实现各手指关节之间的独立屈伸，整个仿生手的活动不够灵活，对于一些不规则物品的抓握是很不方便的，且对患者所需手功能康复训练的辅助功能也有一定限制。
实用新型内容
[0004]本实用新型的首要目的在于提供一种仿生手手指，可实现各指段的独立驱动，相比现有的单自由度仿生手手指更为灵活。
[0005]本实用新型的第二个目的在于提供一种多自由度仿生手，该仿生手的手指具有多个自由度，与健康人手的运动功能接近，利于协助患者完成所需的手功能康复训练动作。[0006]为实现第一个实用新型目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0007]一种仿生手手指，包括自前向后依次设置的至少三个指段，每两个相邻指段通过一驱动关节相连；所述驱动关节包括驱动电机、主动锥齿轮和从动锥齿轮；所述驱动电机设于前一所述指段用以驱动后一指段上下摆转，其具有向后方伸出的输出轴；所述主动锥齿轮与输出轴固定，从动锥齿轮设于后一指段，并与主动锥齿轮啮合形成齿轮副。
[0008]作为进一步的优选方案，所述驱动关节还包括连接支架，所述连接支架的底部与所述前一指段的后端固定，一连接轴横向穿过从动锥齿轮并与所述连接支架枢接。[0009]作为进一步的优选方案，所述连接支架包括底壁和分别连接底壁两端并向上延伸的第一侧壁和第二侧壁，所述连接轴的两端分别与第一侧壁和第二侧壁枢接，所述第二侧壁的前侧上方设有避开主动锥齿轮的缺口。
[0010]作为进一步的优选方案，所述驱动关节还包括锥齿轮固定架，所述锥齿轮固定架位于第一侧壁和第二侧壁之间，其包括底板和和分别连接底板两端并向上延伸的第一侧板和第二侧板，底板与后一所述指段的前端固定，所述第一侧板位于靠近第一侧壁的一侧；所述从动锥齿轮包括柱形端和齿形端，其柱形端与所述第一侧板固定，其齿形端朝向第二侧板并与所述主动锥齿轮对接。
[0011]作为进一步的优选方案，所述驱动关节还包括电机支架，所述电机支架包括水平固定板和竖直固定板，所述水平固定板与对应指段下侧固定，所述竖直固定板底端与所述
水平固定板的一端相连，于横向方向，所述竖直固定板位于对应指段靠近所述第二侧壁的一侧，所述驱
动电机与所述竖直固定板固定。
[0012]作为进一步的优选方案，所述指段包括相对设置的两条角铁。
[0013]作为进一步的优选方案，所述角铁设有多个减重孔。
[0014]作为进一步的优选方案，所述驱动电机为带有减速器的微型电机。
[0015]为实现第二个实用新型目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0016]一种多自由度仿生手，包括上述的仿生手手指。
[0017]作为进一步的优选方案，仿生手手指数量为5个，其中一个所述仿生手手指带有两个驱动关节和三个指段，对应人手的拇指，其余四个所述仿生手手指均带有三个驱动关节和四个指段，分别对应人手的食指、中指、无名指、小指。
[0018]与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
[0019]1、本实用新型提供的仿生手手指通过在相邻指段之间设置驱动关节，使得仿生手手指具有多个自由度，与健康人手手指的运动功能接近，比现有的单自由度仿生手手指更加灵活，每个驱动关节由独立
的驱动电机提供动力，并通过锥齿轮传动，实现两个相邻的指段之间的屈伸，可以很好地协助患者完成所需的手功能康复训练。相比于连杆或绳牵引结构，锥齿轮传动具有传动平稳、承载能力较高、工作可靠性高的特点，使用锥齿轮传动，有利于仿生手手指稳定工作；
[0020]2、该仿生手手指的指段由角铁构成，其结构简单，成本低，便于大量生产和维护；[0021]3、指段的角铁上设置多个通孔，一方面可减轻重量，另一方面可作为角铁与关节或仿生手手掌锁紧固定的定位孔；
[0022]4、本实用新型提供的多自由度仿生手的仿生手手指具有多个自由度，可以很好地协助患者完成所需的手功能康复训练动作。
附图说明
[0023]附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：[0024]图1是本实用新型中仿生手手指的俯视图；
[0025]图2是本实用新型中仿生手手指的侧视图；
[0026]图3是本实用新型中驱动关节的结构示意图；
[0027]图4是本实用新型中多自由度仿生手的结构示意图；
[0028]图5是本实用新型中多自由度仿生手的俯视图；
[0029]图中，指段-1；角铁-11；驱动关节-2；驱动电机-21；输出轴-211；电机支架-22；水平固定板-221；竖直固定板-222；主动锥齿轮-23；从动锥齿轮-24；连接支架25；底壁-251；第一侧壁-252；第二侧壁-253；锥齿轮固定架-26；底板-261；第一侧板-262；第二侧板-263；连接轴-27；食指-101；中指-102；无名指-103；小指-104；拇指-105；杆件-106。
具体实施方式
[0030]为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件
上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。[0031]除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0032]实施例1
[0033]请参阅图1-3，本实施例提供一种仿生手手指，可应用在医疗类仿生手上用以辅助患者进行手功能康复训练。所述仿生手手指包括自前向后依次排布的至少三个指段1，每两个相邻指段1由一驱动关节2连接，各驱动关节2独立驱动，从而实现仿生手手指的多自由度活动。本实施例中，共设置三个指段1和两个驱动关节2，第一个所述驱动关节设置在第一指段和第二指段之间以驱动第二指段摆动，第二个所述驱动关节设置在第二指段和第三指段之间以驱动第三指段摆动，在其他实施例中，指段1和驱动关节2的数量可根据实际情况进行调整。
[0034]如图1-2，所述驱动关节2包括驱动电机21、主动锥齿轮23和从动锥齿轮24。所述驱动电机21通过电机支架22安装在对应所述指段1上以驱动后一所述指段1摆动。所述电机支架22呈L型，其包括水平固定板221和连接水平固定板221一侧并向上延伸的竖直固定板222，所述水平固定板221与对应指段1的底面固定，竖直固定板贴紧对应指段的侧边，所述驱动电机21的侧边与所述竖直固定板222固定。通过设置电机支架22撑高驱动电机21，使得驱动电机21与对应指段1间留有一定的高度距离，为主动锥齿轮23预留足够活动空间，避免主动锥齿轮23接触指段1。所述驱动电机21具有向后方伸出的输出轴211，主动锥齿轮23与输出轴211固定，从动锥齿轮24设于后一指段1，并与主动锥齿轮23啮合形成齿轮副，主动锥齿轮23的旋转轴线与所述从动锥齿轮24的旋转轴线垂直。驱动电机21启动，主动锥齿轮23旋转并致动从动锥齿轮24，由于从动锥齿轮24与后一指段1固定，后一指段随之摆动。[0035]相比于连杆或绳牵引
传动，锥齿轮传动具有传动平稳、承载能力较高、工作可靠性高的特点，使用锥齿轮传动，有利于仿生手手指稳定工作。本实例中，所述驱动电机21选用带有减速器的微型电机。
[0036]如图3，所述驱动关节2还包括连接支架25，于前后方向，连接支架25位于对应所述指段和后一相邻所述指段之间。所述连接支架25包括水平设置的底壁251和分别连接底壁251两端并向上延伸的第一侧壁252和第二侧壁253，所述底壁251的前半段通过螺栓与对应指段1的后端锁定，其宽度小于所述指段1的宽度，第一侧壁252和第二侧壁253倾斜设置，两者上端的距离大于指段1的宽度。当仿生手手指伸直时，连接支架25可挡止后一指段1的前端，避免后一指段1复位时过度下摆。于左右方向，所述第二侧壁253靠近竖直固定板222的一侧，其后侧上方设置避开主动锥齿轮23的缺口。所述连接支架25还包括横向设置并穿过从动锥齿轮24的连接轴27，所述连接轴27中心线的高度与驱动电机21的输出轴211对应。所述连接轴27的两端分别与第一侧壁252和第二侧壁253相连。
[0037]如图3，所述驱动关节2还包括大致呈U型的锥齿轮固定架26，所述锥齿轮固定架26位于第一侧壁252和第二侧壁253之间。锥齿轮固定架26包括一底板261和和分别连接底板
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