CN106726026A - 一种新型假肢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型假肢，包括上臂固定面、前臂固定套和手指，上臂固定面和前臂固定套之间铰接，手指包括拇指和其余的四指，拇指和四指均通过旋转轴与前臂固定套连接，拇指和四指分别通过各自的驱动杆与驱动机构连接，驱动机构经前臂固定套，并与上臂固定面连接，通过上臂固定面的转动，带动拇指和四指相对摆动，模拟抓取和张开。本发明通过传动杆的杠杆作用，依次将动作传导到前端关节或者手指，实现前端关节和手指的活动，最终实现手和关节的开闭功能的重建，结构组装简易，训练简单，使用者佩戴及使用方便，避免复杂的培训适应过程，实现假肢的功能恢复。

Description

一种新型假肢

技术领域

本发明涉及人体医疗器械领域，尤其是一种新型假肢。

背景技术

现在市面上各公司或机构研制的假肢，根据功能分为美观功能假肢和操作功能假肢。美观功能假肢仅有外观，无活动功能，患者接受程度较低。操作功能假肢根据动力分型大概分为机械和机电控制假肢，很多可以实现不同维度活动或者自适应、有传感器反馈，脑电波控制、甚至意念控制等，仿真程度相当高。但使用时常受电池电量的制约，且握力不易掌控，而且制造工艺复杂，配套设备多，有些还需要复杂的计算机程序设计，价格高昂，装配复杂，训练周期长，使用者掌握难度大。这些问题限制了假肢在广大普通患者中的应用。

人体手的最基本也最重要的功能是抓握功能，能简单、经济地实现手的抓握功能，训练周期短，病人容易掌握的假肢目前比较缺乏。

经检索，在申请号为201410776757.X中公开了一种基于快速成型的自身动力驱动假肢及其制造方法，其中假肢采用3D打印快速成型技术实现各部件的精细化造型，并在手指、手掌与上臂之间利用弹性绳索驱动，患者屈曲手掌或者前臂时可以带动绳索移动，使手指屈曲产生抓握动作，手掌或者前臂伸直时驱动绳索放松，弹性复位绳索复位伸直手指，这样仅需患者的手掌或者前臂的屈曲、伸直活动就完成了手的抓握功能。对于较大的表面光滑物品时，手指屈曲的范围较小，很难实现抓取，需要拇指与食指配合，来完成夹取动作。

在申请号为201510206137.7中公开了一种上肢假肢，该方案采用拉簧把拇指与手骨架活动连接，利用肘关节的屈曲，通过联动机构中各部件让活动的拇指和其余固定的手指配合抓握物品，方便残疾人的日常生活。在申请文件中提到，只是驱动拇指动作，配合固定不动的另外四指，实现基本的抓握功能。该结构在需要抓握的物体比较小时，拇指需要很大的运动范围，肘关节则需要很大的弯曲角度，因此会影响抓握效率，影响使用效果，与正常人手抓握模拟不相匹配。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型假肢，该假肢通过传动杆的杠杆作用，依次将动作传导到前端关节或者手指，实现前端关节和手指的活动，最终实现手和关节的开闭功能的重建，结构组装简易，训练简单，使用者佩戴及使用方便，避免复杂的培训适应过程，实现假肢的功能恢复。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新型假肢，包括上臂固定面、前臂固定套和手指，上臂固定面和前臂固定套之间铰接，其特征在于手指包括拇指和其余的四指，拇指和四指均通过旋转轴与前臂固定套连接，拇指和四指分别通过各自的驱动杆与驱动机构连接，驱动机构经前臂固定套，并与上臂固定面连接，通过上臂固定面的转动，带动拇指和四指相对摆动，模拟抓取和张开。

对上述方案作进一步的优选，所述的驱动机构为驱动连杆，驱动连杆的一端上臂固定面铰接，驱动连杆的另一端与四指驱动杆和拇指驱动杆铰接，其中四指驱动杆与四指连接，拇指驱动杆与拇指连接。

对上述方案作进一步的优选，所述的驱动连杆包括第一驱动杆和第二驱动杆，其中第一驱动杆为L形结构，其一端与上臂固定面铰接，其下端与第二驱动杆一端连接，第二驱动杆的另一端与四指驱动杆和拇指驱动杆铰接。

对上述方案作进一步的优选，所述的第二驱动杆中部穿过滑套中部的通孔，其中滑套设于前臂固定套前端，与前臂固定套内壁卡紧，在滑套上设有润滑油孔。

对上述方案作进一步的优选，所述的四指和四指驱动杆之间设有四指增强骨架，四指与四指增强骨架固定，四指驱动杆与四指增强骨架铰接，四指增强骨架通过旋转轴与手指支撑连接，在四指驱动杆的推拉下，四指增强骨架带动四指绕旋转轴转动。

对上述方案作进一步的优选，所述的拇指和拇指驱动杆之间设有拇指增强骨架，拇指与拇指增强骨架固定，拇指驱动杆与拇指增强骨架铰接，拇指增强骨架通过旋转轴与手指支撑连接，在拇指驱动杆的推拉下，拇指增强骨架带动拇指绕旋转轴转动。

对上述方案作进一步的优选，所述的手指支撑为筒形结构，筒内壁设有弧面及凸起，凸起部位与旋转轴连接，手指支撑设于前臂固定套前端。

对上述方案作进一步的优选，所述的上臂固定面为环绕于残留上臂外侧的固定板，在固定板上设有一条以上、用于固定的绑缚带，在上臂固定面的内部附有上臂增强骨架。

对上述方案作进一步的优选，所述的第一驱动杆与上臂增强骨架的末端铰接，其铰接位置靠近前臂固定套与上臂固定面铰接的位置。

对上述方案作进一步的优选，所述的前臂固定套包括用于承载外力的前臂增强骨架以及附于前臂增强骨架外侧的覆盖层，覆盖层包覆于前臂增强骨架的外部，并于前臂增强骨架形成一体结构，覆盖层的外形模拟正常人前臂外形。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明是利用上臂固定面与前臂固定套之间的相对转动，利用杠杆原理来驱动传动杆，依次将动作传导到前端关节和手指，实现前端关节和手指的活动，最终实现手和关节的开闭功能的重建；

（2）本发明中的驱动装置中，是利用第一驱动杆拉动第二驱动杆，同时对拇指和四指进行驱动，实现拇指和四指相向同时转动，实现抓取和张开动作，这种模拟方式更接近于真手的动作，而且驱动方式简单，容易实现；

（3）本发明中各部件是根据断臂的具体情况，进行精细化加工而成，保证整体组装快捷，使用者佩戴及使用方便，避免复杂的培训适应过程，实现假肢的功能恢复；

（4）本发明中的拇指和四指均配合增强骨架，实现各自的旋转，其中增强骨架为旋转体，配合手指支撑和旋转轴，把驱动杆的直线拉动，转换为拇指和四指的转动，巧妙的实现了拇指和四指的快速合拢与分开，减少了残疾人的操作难度；

（5）本发明中的所用部件均可经快速成型方法或者传统数字切割成形，锻造、铸造或者去材质等工艺制作，由于在拇指、四指、前臂固定套和上壁固定面中均有增强骨架的加入，可以提高假肢的强度减轻假肢的重量，增强患者的舒适度及接受程度，实现假肢的功能。

附图说明

图1是本发明中主剖视图的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本发明中具有断面结构的立体示意图；

图4是图1中I处结构放大图；

图5是本发明中拇指、食指独立驱动，中指、无名指和尾指共同驱动的示意图；

图6是图5中的D-D剖视图；

图中：1、上臂固定面，2、绑缚带，3、上臂增强骨架，4、前臂固定套，5、第一驱动杆，6、覆盖层，7、前臂增强骨架，8、第二驱动杆，9、手指支撑，10、四指驱动杆，11、旋转轴，12、四指增强骨架，13、四指，14、拇指驱动杆，15、拇指增强骨架，16、拇指，17、滑套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

根据附图1-3可知，本发明具体涉及一种新型假肢，具体是一种由人体关节经驱动杆驱动或者复位的假肢的手指或者前端关节的活动，其结构具体包括上臂固定面1、前臂固定套4和手指，上臂固定面1和前臂固定套4之间通过螺钉铰接，两者之间可以实现相对转动，手指包括拇指16以及其余四指13，其中四指13通过四指增强骨架12固定，拇指16和四指13均通过旋转轴11与前臂固定套4连接，这样拇指16和四指13可以围绕旋转轴11转动。本发明中为了实现拇指16和四指13同时转动来模拟手的抓取动作，把拇指16和四指13分别通过各自的驱动杆与同一个驱动机构连接，驱动机构置于前臂固定套4内部，并与上臂固定面1连接，通过上臂固定面1的转动，带动驱动机构平动，同时分别带动拇指16和四指13各自的驱动杆驱动两者同时绕旋转轴11旋转，实现拇指16和四指13相对摆动，模拟抓取和张开。

在上述结构中，拇指16和四指13均做成弯曲的弧形结构，弧形部位相对布置，控制驱动机构拉动的距离，保证拇指16和四指13闭合的程度，最大可以实现拇指16转动至四指13的指缝之间，使其能够满足各种大小物品的抓去。

本发明中的驱动机构，通过连杆带动，实现拇指16和四指13的动作，而且容易操作、要求成本低，因此驱动机构采用杠杆式驱动原理，采用驱动连杆拉动拇指16和四指13运动，具体为驱动连杆包括第一驱动杆5和第二驱动杆8，其中第一驱动杆5为L形结构，第一驱动杆5置于前臂固定套4的内部，其长的一端与上臂固定面1末端铰接，其铰接位置靠近前臂固定套4与上臂固定面1铰接的位置，利用上臂固定面1的转动，带动第一驱动杆5运动，第一驱动杆5的下端与第二驱动杆8一端连接，拉动第二驱动杆8运动，第二驱动杆8的另一端与四指驱动杆10和拇指驱动杆14铰接，其中四指驱动杆10与四指13连接，拇指驱动杆14与拇指16连接。

在上述的驱动机构中，为了保证拇指16和四指13转动的平稳性，对中间连杆进行了限位，具体是把第二驱动杆8中部穿过滑套17中部的通孔，其中滑套17设于前臂固定套4前端，与前臂固定套4内壁卡紧，在滑套17上设有润滑油孔。这样利用滑套17来限制第二驱动杆8，防止其在运动中产生摆动，影响拉动拇指16和四指13的效果。当使用一段时间，有卡涩感时，可以进行配合面的润滑。

在附图4中可以看到，对拇指16和四指13的连接位置增设了增强骨架板，其中拇指16和拇指驱动杆14之间设有拇指增强骨架15，拇指16与拇指增强骨架15固定，拇指驱动杆14与拇指增强骨架15铰接，拇指增强骨架15通过旋转轴11与手指支撑9连接，在拇指驱动杆14的推拉下，拇指增强骨架15带动拇指16绕旋转轴11转动。四指13和四指驱动杆10之间设有四指增强骨架12，四指13与四指增强骨架12固定为一体，四个弯曲的手指通过转轴串联，四指驱动杆10与四指增强骨架12铰接，四指增强骨架12通过旋转轴11与手指支撑9连接，在四指驱动杆10的推拉下，四指增强骨架12带动四指13绕旋转轴11转动。在上述结构中，拇指驱动杆14和四指驱动杆10为承载双向力的拉压杆，拉压杆与拇指驱动杆14和四指驱动杆10之间通过小转轴铰接，小转轴位于旋转轴11的一侧，通过拉压杆的拉动，变成四指增强骨架12和拇指增强骨架15的转动，从而带动拇指16和四指13转动。上述连接方式更加稳固，而且驱动转动的效果比单个手指驱动效果更加稳定，从而保证操作者使用中顺畅，不会产生卡阻现象。

在附图4中，作为增强骨架板的支撑体——手指支撑9，其为与手腕处形状类似的筒形结构，在筒内壁设有弧面及凸起，弧形部分作为连接部位，把凸起和筒内壁连接，并在筒中心留有连杆穿过的空间，凸起部位超出圆筒的端面，并与旋转轴11连接，用于支撑旋转轴11及增强骨架板，弧面中间留有第二驱动杆8穿过的空间，手指支撑9设于前臂固定套4前端，与滑套17连接。

在附图3中，可以看到，所述的上臂固定面1为环绕于残留上臂外侧的固定板，在固定板上设有一条以上、用于固定的绑缚带2，在上臂固定面1的内部附有上臂增强骨架3。前臂固定套4包括前臂增强骨架7以及位于前臂增强骨架7外侧的覆盖层6，覆盖层6为轻质或弹性材料，覆盖层6与前臂增强骨架7形成一个整体，两者之间形成随动关系，其中覆盖层6包覆于前臂增强骨架7外表面，覆盖层6的外形模拟正常人前臂外形，用于外观美化覆盖。

本发明中的四指13可以同时固定为一体，均与四指增强骨架12固定连接。同时，也可以把四指13分为食指、中指、无名指和尾指，其中的每个手指均设置相应的旋转轴，通过四指增强骨架配合各自的驱动杆，实现每个手指的独立转动，驱动方式与拇指驱动方式相同，从而更好的模拟手指动作，实现抓取和张开。在附图5和6中，给出了拇指、食指有独立的驱动杆，在中指、无名指和尾指上公用一个驱动杆的结构实施例图。从图中可以看到包括拇指驱动杆14和四指驱动杆10，其中四指驱动杆10中有两个，分别为食指驱动杆10-1和中指、无名指和尾指的驱动杆10-2，这两个驱动杆分别各自独立的第二驱动杆8来驱动。

本发明具体安装使用，把上臂固定面1与残留的上臂外形服帖，内服嵌合上臂增强骨架3，前臂固定套4嵌合前臂增强骨架7，内侧面贴服前臂皮肤表面，手指支撑9连接前臂增强骨架7及手指，并让第二驱动杆8通过，手指嵌合手指增强骨架，外观覆盖模拟手指外形覆盖面，拇指及其余四指底端设立杠杆结构，前臂表面或者体内设立第一驱动杆5通过空间，上臂固定面1的一侧设立第一驱动杆5，依次将上臂固定面1、上臂增强骨架3、第一驱动杆5、第二驱动杆8、四指驱动杆10和拇指驱动杆14结果连接起来，通过传动杆的杠杆作用依次将传动活动传导到前端关节或者手指，实现前端关节或者手指的活动，最终实现手或者关节的开闭功能的重建。

本发明中的假肢中被加工成有类似于对侧肢体完整外观并匹配于残疾肢体残端的机械尺寸。假肢由设计师利用计算机辅助设计软件（CAD）和计算机控制加工方法形成。利用计算机辅助设计系统为患者生产假肢。如果患者另一侧肢体完好,就能够设计出外观完全类似于对侧而同时匹配于残疾肢体残端的假肢。为了准确地生成匹配的假肢,首先对患者的对侧完整肢体的尺寸进行测量。优先选用光学测量装置(也可以使用其他如医学影像学仪器工具等测量工具)进行外形的的测量。可以利用测量工具获得包括上臂、前臂、手掌、手指的完整的外观尺寸以及其相对位置。

除了基本的假肢外观尺寸之外,为了假肢在穿戴时舒适,承窝形状必须非常匹配截断肢的残端。承窝的设计数据可由修复师提供。与肢体表面数据一样,承窝的设计数据能够通过对截断肢端部的外形扫描测量获得。这些测量数据可以用于生成承窝表面形状,该形是截断肢端部的反向形状。承窝的形状也可以设计成截断肢与承窝壁之间的填充材料形状。在实施方式中,也可以将用于截断肢的残端的测量电子化并且保存在电子存储器中,从而能够通过CAD系统，结合使用承窝和肢体的数据，以生成用于患者的准确假肢数据。

设计者使用基于CAD的应用软件使得肢体数据与承窝、关节及假肢数据相结合以生成在计算机上显示的完整的虚拟假肢。这些图形用户界面(GUI)控制能够允许假肢设计师以各种方式改变假肢的设计以对设计的各种属性在由内置变量指定的参数内进行定制,其中所述参数控制肢体的运动和外观。例如可以使用GUI工具来改变与肢体一起使用的上臂、前臂、手、手指和承窝部件。因此,假肢设计师能够生成任意匹配于完整肢体外形的假肢。

假肢构造经过电子化后，经过数据转化，可以通过快速成型方法制造假肢,该快速成型方法包括已知的锻造、铸造、去材制造工艺、增材制造、快速制造、成层制造、三维(3D)印刷、激光烧结、和电子束熔融(EBM)、熔融材料沉积(FDM)等。最后制成假肢，交给患者使用。

3D打印手指、上臂固定面、前臂固定套时，打印材料能够是金属、合金、纤维、聚乳酸、含有聚乳酸的混合物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物、聚酰胺、含聚酰胺的混合物、羟磷灰、石磷酸三钙碳的一种或几种组成的混合物，打印材料也能够是含有羟磷灰或石磷酸三钙碳的混合物；此外，打印材料还能够是硅胶、橡胶、明胶、工业淀粉、琼脂、聚氨基葡萄糖、藻朊酸盐、白明胶、骨原胶、纤维素、硅酮中的一种或几种组成的混合物。

本发明所用部件均可经快速成型方法或者传统数字切割成形，锻造、铸造或者去材制造等工艺制作，而且该假肢组装简易，训练简单，使用者佩戴及使用方便，避免复杂的培训适应过程，实现假肢的功能恢复，由于增强骨架的加入，可以提高假肢的强度减轻假肢的重量，增强患者的舒适度及接受程度，实现假肢的功能。

综上所述，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型假肢，包括上臂固定面（1）、前臂固定套（4）和手指，上臂固定面（1）和前臂固定套（4）之间铰接，其特征在于手指包括拇指（16）和其余的四指（13），拇指（16）和四指（13）均通过旋转轴（11）与前臂固定套（4）连接，拇指（16）和四指（13）分别通过各自的驱动杆与驱动机构连接，驱动机构经前臂固定套（4），并与上臂固定面（1）连接，通过上臂固定面（1）的转动，带动拇指（16）和四指（13）相对摆动，模拟抓取和张开。

2.根据权利要求１所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的驱动机构为驱动连杆，驱动连杆的一端上臂固定面（1）铰接，驱动连杆的另一端与四指驱动杆（10）和拇指驱动杆（14）铰接，其中四指驱动杆（10）与四指（13）连接，拇指驱动杆（14）与拇指（16）连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的驱动连杆包括第一驱动杆（5）和第二驱动杆（8），其中第一驱动杆（5）为L形结构，其一端与上臂固定面（1）铰接，其下端与第二驱动杆（8）一端连接，第二驱动杆（8）的另一端与四指驱动杆（10）和拇指驱动杆（14）铰接。

4.根据权利要求3所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的第二驱动杆（8）中部穿过滑套（17）中部的通孔，其中滑套（17）设于前臂固定套（4）前端，与前臂固定套（4）内壁卡紧，在滑套（17）上设有润滑油孔。

5.根据权利要求3所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的四指（13）和四指驱动杆（10）之间设有四指增强骨架（12），四指（13）与四指增强骨架（12）固定，四指驱动杆（10）与四指增强骨架（12）铰接，四指增强骨架（12）通过旋转轴（11）与手指支撑（9）连接，在四指驱动杆（10）的推拉下，四指增强骨架（12）带动四指（13）绕旋转轴（11）转动。

6.根据权利要求3所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的拇指（16）和拇指驱动杆（14）之间设有拇指增强骨架（15），拇指（16）与拇指增强骨架（15）固定，拇指驱动杆（14）与拇指增强骨架（15）铰接，拇指增强骨架（15）通过旋转轴（11）与手指支撑（9）连接，在拇指驱动杆（14）的推拉下，拇指增强骨架（15）带动拇指（16）绕旋转轴（11）转动。

7.根据权利要求5或6所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的手指支撑（9）为筒形结构，筒内壁设有弧面及凸起，凸起部位与旋转轴（11）连接，手指支撑（9）设于前臂固定套（4）前端。

8.根据权利要求2所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的上臂固定面（1）为环绕于残留上臂外侧的固定板，在固定板上设有一条以上、用于固定的绑缚带（2），在上臂固定面（1）的内部附有上臂增强骨架（3）。

9.根据权利要求8所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的第一驱动杆（5）与上臂增强骨架（3）的末端铰接，其铰接位置靠近前臂固定套（4）与上臂固定面（1）铰接的位置。

10.根据权利要求1所述的一种新型假肢，其特征在于：所述的前臂固定套（4）包括用于承载外力的前臂增强骨架（7）以及附于前臂增强骨架（7）外侧的覆盖层（6），覆盖层（6）包覆于前臂增强骨架（7）的外部，并于前臂增强骨架（7）形成一体结构，覆盖层（6）的外形模拟正常人前臂外形。