本发明涉及一种康复医疗器械，具体为一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法。
背景技术：
1、仿人假肢手为上肢残障患者的日常生活提供了便利，是康复医疗器技术领域重要的研究方向。在国内，适用于残疾人的康复辅具需求量大，假肢手的发展空间巨大。
2、全驱动假肢手如由日本岐阜大学研制的gifu-iii，拥有16个自由度，每个关节均由一个伺服电机进行驱动导致假肢手体积较大，只能进行实验室研究；相对于全驱动假肢手而言，目前腱绳传动欠驱动型假肢手的设计较为主流。近年来，关节运动协同思想被广泛运用于假肢手的设计中，关节运动协同思想来源于人手解剖学以及相关的抓握运动实验。人手解剖结构表明，人手指深屈肌分出四根肌腱，连接四根手指，而拇指由拇长屈肌单独驱动；同样的指浅屈肌和指总屈肌的肌腱也只连接四根手指，拇指的运动由分开的肌肉系统驱动，从而说明其余四指潜在的运动协同关系以及拇指相对独立运动的能力。这种设计方法利用关节运动协同的原理，使得假肢手能够展现出非常逼真的抓握运动模式。通过这种方法，只需使用少量的驱动器，就能够实现类似人手的抓握功能。哈尔滨工程大学戴景辉设计的欠驱动假肢手利用平面交叉耦合四连杆机构结合自适应五连杆机构的结合设计了假肢手结构，可以实现通过4个驱动器实现假肢手的差动功能，但假肢手总体体积和质量仍然较大，不适合残障者使用。目前常见的差动机构包括杠杆差分机构、动滑轮差动机构和行星齿轮差分机构等，而大部分假肢手采用了whiffle tree机构，在实现差动的同时还可以实现假肢手指间力的自适应平衡。whiffle tree机构可以将一个输入自适应地分配到多个输出，其本质是一个杠杆差分机构，现有的差动机构大多是仅包括小指及无名指来实现，同时目前针对多指的差动研究会进一步影响假肢手对人手的复现。
技术实现思路
1、本发明为了解决现有的假肢手差动机构仅包括小指及无名指，还没有针对多指的差动机构的问题，提供了一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，腱传动即为绳索驱动。
2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，包括如下步骤：
3、s1、自然手抓握运动实验及实验数据处理与分析：通过对自然手抓握运动数据分析，采集健康人手在抓握运动过程中的空间角度数据，验证人手抓握运动过程中的协同规律，为制作协同差动机构做数据支撑；该实验包括自然手抓握运动的相关性分析与主成分分析，验证自然手在抓握运动中的协同规律以及各手指在抓握运动中的贡献率。
4、s2、按照步骤s1对自然手抓握运动关节角度进行主成分分析，得到主成分载荷图。
5、s3、在自然手抓握运动实验及实验数据处理和分析的基础上，结合whiffle tree机构设计原理与腱绳传动假肢手的特点，以及人手抓握运动相关分析与主成分分析结果验证，完成协同差动机构的设计。
6、s4、三手指协同抓握运动角度采集实验：采集受试中指、无名指和小指在不同抓握工况条件下的关节角度与极限抓握角度，作为假肢手逆向仿真运动的输入条件；采用数显量角器进行测量。
7、s5、腱传动假肢手模型建立：三维建模软件中建立假肢手模型，在仿真模拟软件中建立腱绳传动系统，作为假肢手逆向运动求解执行及仿真模拟测试部分。
8、s6、腱传动假肢手逆向运动求解与协同差动机构零部件选型计算：通过逆向运动求解与零部件选型计算，获取协同差动机构实物设计数据；并将采集到的极限角度输入腱传动假肢手模型中。
9、s7、协同差动机构仿真模拟与实物样机测试：通过测试协同差动机构在假肢手上的协同效果和差动效果，以及进行实物样机测试，验证协同差动机构的可行性。
10、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，本发明在人手解剖学的基础上，通过自然手抓握运动实验及实验数据处理与分析；三手指协同抓握实验；腱传动假肢手模型建立；协同差动机构原理设计；假肢手模型逆向运动求解与零部件选型计算方法；协同差动机构仿真模拟与实物样机测试，验证了协同差动机构在腱传动假肢手安装的可行性，实现了腱传动假肢手在安装协同差动机构后，减少驱动数目的同时，还可以保持对人手抓握功能的复现。本发明减少了腱传动假肢手的驱动数目，一根绳索可以控制小指、无名指与中指的抓握运动，进一步降低假肢手的制造成本与重量；同时通过协同差动机构还可以提高假肢手抓握不规则物体时的稳定性，进一步实现假肢手对人手功能的复现。
1.一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s2具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：假肢手设有小指(1)、无名指(2)、中指(3)、食指(4)、拇指(5)、小指传动腱绳(6)、无名指传动腱绳(7)、中指传动腱绳(8)、食指传动腱绳(9)、拇指传动腱绳(10)与四指掌骨(11)；
5.根据权利要求4所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s4具体为：
6.根据权利要求5所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s5具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s6为对弹簧的选型计算，选取微型弹簧，并忽略弹簧所受到的重力影响，通过假肢手模型逆向运动求解得到小指、无名指和中指在不同工况下对应滑块的移动距离，从而分别确定协同差动机构中弹簧的变形量，具体如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s7具体为：
9.根据权利要求5所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：所述步骤4-2中，第五种小指和无名指伸展不动，中指向手心进行抓握，允许拇指进行辅助；第六种小指和中指伸展不动，无名指向手心进行抓握，允许拇指进行辅助；第七种无名指和中指伸展不动，小指向手心进行抓握，允许拇指进行辅助。
10.根据权利要求8所述的一种基于腱传动假肢手的协同差动机构分析与设计方法，其特征在于：步骤s7-3中，根据步骤s6的弹簧选型，选择0.4*5*15与0.4*5*25两种类型的拉簧。
