用于残疾人假手的拇指被动关节技术领域
本发明具体涉及一种用于残疾人假手的拇指被动关节。
背景技术
手是人类赖以生存和劳动的最复杂、最精细的工具，人类可以通过自己的双手与
外界环境接触并从环境中取得信息，更好的操作环境。假手作为康复医学工程的重要内容
和组成部分，是使残疾人康复、回归社会的重要手段。因此如何设计外形和功能高度模仿人
手、对被操作物体具有高度的自适应性能力，一直是假手研究领域的重点。
人手拇指的特殊构型以及在手掌中的位置保证了人手具有更加复杂的功能和完
成复杂与精细的动作，因此如何设计假手的拇指成为了近年来假手研究中的重点内容，拇
指的运动分为对掌运动与外展-内收运动两个部分，需要残疾人通过肌电信号来控制，但受
限于现阶段的信号提取技术，控制拇指的外展-内收运动的肌电信号难于提取，因此以上所
述的因素限制了假手的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于残疾人假手的拇指被动关节，以解决现有假手指的
拇指的外展-内收关节复杂且难于用肌电信号控制的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种用于残疾人假手的拇指被动关节，它包括锁紧机构与复位开关机构；
所述锁紧机构包括安装座、连接轴、模式转换棘轮、模式转换棘爪和第一复位弹
簧，所述复位开关机构包括复位按钮和第二复位弹簧，所述安装座固定安装在手背板上，所
述连接轴铰接在安装座上，拇指基关节座和模式转换棘轮依次固定套装在连接轴上，第一
复位弹簧设置在模式转换棘轮和安装座之间，所述复位按钮穿过手背板与安装座滑动配
合，第二复位弹簧套装在复位按钮上，所述模式转换棘爪分别与复位按钮和安装座相铰接，
所述模式转换棘爪与模式转换棘轮相啮合。
所述安装座依次通过螺钉和销钉固定安装在手背板上。
连接轴为D型连接轴。
连接轴通过安装轴承与安装座相铰接。
模式转换棘爪通过棘爪旋转轴与安装座相铰接。
复位按钮包括按压盖和滑动杆，按压盖位于滑动杆的正上方且二者固定连接制为
一体，按压盖为弧形盖，按压盖的上端面上加工有防滑纹，按压盖的外形与手背板的外形相
配合，所述手背板上加工有与复位按钮相配合的阶梯孔，所述安装座上加工有与滑动杆滑
动配合的通孔，所述滑动杆依次穿过阶梯孔和通孔，所述第二复位弹簧套装在滑动杆上且
其两端分别顶紧在按压盖与安装座之间。
所述滑动杆的下端通过复位连接轴与模式转换棘爪相铰接。
所述滑动杆通过直线轴承与安装座滑动配合。
所述第一复位弹簧套装在连接轴上，所述第一复位弹簧的上端固定安装在模式转
换棘轮的下轮面上，所述第一复位弹簧的下端固定安装在安装座上。
模式转换棘轮包括轮本体、大齿和五个小齿，大齿和五个小齿依次固定连接在轮
本体的外圆周端面上，大齿靠近复位按钮设置。
本发明与现有技术相比的有益效果：
一、本发明基于假手肌电控制的原理，将拇指的外展-内收关节设计为被动关节，
根据残疾人的操作习惯与操作能力，设计了能够实现手动旋转拇指，复位开关机构控制锁
紧机构的复位工作，从而有效简化了假手的结构复杂程度，降低假手的制造成本，减少了残
疾人对假手的控制难度。
二、根据人手的实际尺寸设计被动关节的尺寸，根据拇指不同抓取模式以及所在
的位置配合设置了锁紧机构中的模式转换棘轮的齿形结构。本发明的结构设计合理，根据
残疾人的实际操作情况设计有复位弹簧，不仅简化了假手拇指的操作流程，同时增加了拇
指的抗冲击能力。
三、本发明的复位按钮的形状和结构设计合理可靠，按压盖与手背板的曲线形状
融为一体，使得假手外表平整且仿真性高，同时按压盖上加工的防滑纹能够有效增加复位
按钮与手指的摩擦力，利于残疾人对假手进行便捷的操作。
四、本发明灵活性强，模式转换棘轮的结构设置能够实现拇指的平面托举、侧边捏
取、两指捏取、三指捏取和包络抓取共五种抓取位置
附图说明
图1是本发明安装在手掌13上的结构示意图；
图2是本发明的俯视结构剖面示意图；
图3是图1的后视结构示意图；
图4是本发明中按下复位开关时的俯视结构剖面示意图；
图5是模式转换棘轮3的齿形角放大效果图；
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式包括
锁紧机构与复位开关机构；
所述锁紧机构包括安装座1、连接轴2、模式转换棘轮3、模式转换棘爪4和第一复位
弹簧7，所述复位开关机构包括复位按钮15和第二复位弹簧16，所述安装座1固定安装在手
背板14上，所述连接轴2铰接在安装座1上，拇指基关节座8和模式转换棘轮3依次固定套装
在连接轴2上，第一复位弹簧7设置在模式转换棘轮3和安装座1之间，所述复位按钮15穿过
手背板14与安装座1滑动配合，第二复位弹簧16套装在复位按钮15上，所述模式转换棘爪4
分别与复位按钮15和安装座1相铰接，所述模式转换棘爪4与模式转换棘轮3相啮合。
本发明的结构能够实现对人手拇指的高度模仿，本发明安装在机器人的手掌13
中，通过复位开关机构控制锁紧机构的复位工作，从而省去利用肌电信号控制拇指的外展-
内收动作，锁紧机构安装座相当于人手中的大多角骨，有效避免因无法或难以获取肌电信
号时拇指的外展-内收动作难以实现的问题，能够带动拇指19进行外展-内收运动。
本发明中拇指基关节座8与拇指19相连接，从而通过模式转换棘轮3通过连接轴2
以及拇指基关节座8的配合从而使拇指19作出相关的动作。
本发明中连接轴2的顶端设置有固定端盖9。
具体实施方式二：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中所述安装座1依次
通过螺钉10和销钉11固定安装在手背板14上。其他结构与连接关系与具体实施方式一相
同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图4和图5说明本实施方式，本实施方式中连接轴2
为D型连接轴。D型连接轴更加有利于配合模式转换棘轮3实现其转动动作。其他结构与连接
关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中连接轴2通过安装
轴承6与安装座1相铰接。其他结构与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中模式转换棘爪4通
过棘爪旋转轴5与安装座1相铰接。其他结构与连接关系与具体实施方式一或四相同。
具体实施方式六：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式复位按钮15包括按
压盖15-1和滑动杆15-2，按压盖15-1位于滑动杆15-2的正上方且二者固定连接制为一体，
按压盖15-1为弧形盖，按压盖15-1的上端面上加工有防滑纹20，按压盖15-1的外形与手背
板14的外形相配合，所述手背板14上加工有与复位按钮15相配合的阶梯孔，所述安装座1上
加工有与滑动杆15-2滑动配合的通孔，所述滑动杆15-2依次穿过阶梯孔和通孔，所述第二
复位弹簧16套装在滑动杆15-2上且其两端分别顶紧在按压盖15-1与安装座1之间。
本实施方式中复位按钮15具有弧形外形，防滑纹20为雕刻有菊花型深槽。此种复
位按钮的形状设计合理可靠，按压盖15-1的外形与手背板的曲线形状融为一体，使得假手
外表美观，同时按压盖15-1的防滑纹20的加工增加复位按钮15与手指的摩擦力，利于残疾
人对假手进行便捷的操作。其他结构与连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中所述滑动杆15-2
的下端通过复位连接轴17与模式转换棘爪4相铰接。其他结构与连接关系与具体实施方式
六相同。
具体实施方式八：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中所述滑动杆15-2
通过直线轴承18与安装座1滑动配合。其他结构与连接关系与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式中所述第一复位弹
簧7套装在连接轴2上，所述第一复位弹簧7的上端固定安装在模式转换棘轮3的下轮面上，
所述第一复位弹簧7的下端固定安装在安装座1上。其他结构与连接关系与具体实施方式一
相同。
具体实施方式十：结合图5说明本实施方式，本实施方式中模式转换棘轮3包括轮
本体、大齿和五个小齿，大齿和五个小齿依次固定连接在轮本体的外圆周端面上，大齿靠近
复位按钮设置。
本实施方式中大齿的齿形角大于小齿的齿形角，大齿设置的目的是模式转换棘轮
3在第一复位弹簧7的回弹力的作用下回转时因大齿的结构便于模式转换棘爪4对其进行有
效定位，使模式转换棘轮3与模式转换棘爪4之间顺利啮合。
本实施方式中大齿和五个小齿依次命名为C1、C2、C3、C4、C5和C6，大齿3-2和五个
小齿3-3之间的5个旋转角度依次为a、b、c、d和e，大齿C1为初始位置的棘轮齿，大齿C1所对
应的旋转角为0度，C6为终止位置的棘轮齿，棘轮齿C6所对应的旋转角e＝120°，本发明中模
式转换棘轮3的结构使拇指19处于6种不同的外展-内收位置，从而使得假手能够完成不同
的抓取模式：旋转角度a～e分别对应着拇指的平面托举、侧边捏取、两指捏取、三指捏取和
包络抓取共五种抓取位置。
工作原理
锁紧机构中的安装座1通过螺钉10和销钉11固定安装在手背板14上，连接轴2通过
安装轴承6与安装座1相铰接，模式转换棘轮3与连接轴2固定配合，模式转换棘爪4通过棘爪
旋转轴5与安装座1铰接，模式转换棘爪4与模式转换棘轮3啮合，第一复位弹簧7的下端与安
装座1相连，第一复位弹簧7的上端与模式转换棘轮3相连，第一复位弹簧7为模式转换棘轮3
提供回复力。复位按钮15通过复位连接轴17与模式转换棘爪4铰接，复位按钮15通过直线轴
承18与锁紧机构安装座1滑动配合，复位弹簧16安装在复位按钮15的滑动杆15-2处，为复位
按钮提供恢复力。动作状态下，拨动拇指19使得模式转换棘轮3顺时针旋转，模式转换棘爪4
锁住模式转换棘轮3的回复运动，棘轮复位弹簧7保持拇指19的稳定，从而完成拇指的内收
运动；当按压盖15-1被按下后，模式转换棘轮3与模式转换棘爪4脱离啮合，从而拇指19在第
一复位弹簧7的作用下回复到初始状态，从而完成拇指的外展运动，松开按压盖15-1，按压
盖15-1和滑动杆15-2在第二复位弹簧16的回弹力下恢复初始位置待一次操作。