CN106363648A - 一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构 - Google Patents

一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构 Download PDF

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张福海
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杨磊
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    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods

Abstract

一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构，它涉及一种机械手测量机构。本发明解决了现有的机械手测量机构存在对手指的反作用力不能保证始终垂直于手指骨，会对手指关节产生牵拉作用，使创伤手指受到额外伤害的问题。第一伸缩模块的第一基座与支撑梁的滑臂连接，滑臂沿着支撑梁长度方向在接触基础上端面滑动，第一伸缩模块、第二伸缩模块、第三伸缩模块和第四伸缩模块依次转动连接，相邻两个伸缩模块之间设置有一个外骨骼关节单元，第二伸缩模块、第三伸缩模块和第四伸缩模块两两之间通过外骨骼关节单元两侧的挡板相连，同侧相邻两个挡板在指关节处采用大间隙的销轴连接，第四伸缩模块上固装有手指拨块。本发明用于康复机械手测量领域。

Description

一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构
技术领域
本发明涉及一种机械手测量机构，具体涉及一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构属于外骨骼机械手领域。
背景技术
康复机械手是一种帮助手指创伤患者恢复手指正常运动功能的医疗机器人，是在现代循证医学和连续被动运动理论的基础上发展起来的，目前，这项研究已经成为机器人学科的一个热点方向。
机械手测量机构是康复机械手结构设计的重要组成部分。通过实时监测机械手的力/位信息状态可以对机械手的康复效果进行测评，同时还可以防止手指受到进一步的伤害。
目前，已有一些康复机械手测量机构被研制出来，这些装置大都采用了平面四杆式测量机构，这种机构对手指的反作用力不能保证始终垂直于手指骨，会对手指关节产生牵拉作用，使创伤手指受到额外伤害的问题。为此，设计了一种平行滑动导轨式测量机构，它采用了直线滑动轴承，几乎消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全。
综上，现有的机械手测量机构存在对手指的反作用力不能保证始终垂直于手指骨，会对手指关节产生牵拉作用，使创伤手指受到额外伤害的问题。
发明内容
本发明为解决现有的机械手测量机构存在对手指的反作用力不能保证始终垂直于手指骨，会对手指关节产生牵拉作用，使创伤手指受到额外伤害的问题，进而提供一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构。
本发明的单自由度康复机械手驱动装置充分模拟了人的手指自然运动的情况，避免了在康复过程中对创伤手指造成额外的伤害，解决了绳索驱动产生的张紧问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的平行滑动导杆式康复机械手测量机构包括支撑梁1、手指拨块5、第一伸缩模块2、第二伸缩模块3、第三伸缩模块4、第四伸缩模块6和三个外骨骼关节单元11，支撑梁1通过螺钉与接触基础12固定连接，第一伸缩模块2的第一基座15与支撑梁1的滑臂13连接，滑臂13沿着支撑梁1长度方向在接触基础12上端面滑动，第一伸缩模块2、第二伸缩模块3、第三伸缩模块4和第四伸缩模块6依次转动连接，相邻两个伸缩模块之间设置有一个外骨骼关节单元11，第二伸缩模块3、第三伸缩模块4和第四伸缩模块6两两之间通过外骨骼关节单元两侧的挡板7相连，同侧相邻两个挡板7在指关节处采用大间隙的销轴连接，第四伸缩模块6上固装有手指拨块5。
进一步地，第一伸缩模块2包括第一基座15、第一导套20和第一关节连杆17，第一基座15的上端面加工有直槽口，第一导套20位于第一基座15的通孔内，第一导向螺钉16穿过直槽口与导套22螺纹连接，第一导套20上套装有第一弹簧19，第一关节连杆17的连杆穿过第一导套20，第一导套20与第一关节连杆17设置有第一直线滑动轴承18。
进一步地，第二伸缩模块3包括第二基座27、两个第二导套23和两个第二关节连杆21，第二基座27上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第二基座27上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第二导套23，每个第二导套23内穿装有一个第二关节连杆21，每个第二导套23与对应的第二关节连杆21之间通过第二直线滑动轴承22连接，第二导向螺钉25穿过直槽口与对应的第二导套23连接，每个第二关节连杆21上穿装有一个第二弹簧28，第二弹簧28的一端与对应第二导套23接触，第二弹簧28的另一端与挡块24相接触，挡块24通过第一紧定螺钉26固定在第二基座27上。
进一步地，第三伸缩模块4包括第三基座32、第三导套29和第三关节连杆31，第三基座32上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第三基座32上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第三导套29，每个第三导套29内穿装有一个第三关节连杆31，每个第三导套29与对应的第三关节连杆31之间通过第三直线滑动轴承30连接，第三导向螺钉33穿过直槽口与对应的第三导套29连接。
进一步地，第三伸缩模块6包括第四基座35、第四导套37和第四关节连杆34，第四导套37位于第四基座35的通孔内，第四关节连杆34的连杆穿过在第四导套37内，第四导套37上加工有螺纹孔，第二锁紧螺钉36通过第四基座35的螺纹孔与第四导套37连接。
进一步地，外骨骼关节单元11包括关节转轴39、关节角位移传感器41，相邻的两个关节连杆之间通过关节转轴39转动连接，关节连杆与关节转轴39之间设置有滚珠调心轴承40，关节角位移传感器41通过螺钉固装在关节连杆的侧壁上，关节角位移传感器41与关节连杆之间设置有垫板42。
进一步地，手指拨块5的下部为悬臂梁结构，手指拨块5的悬臂梁与第四伸缩模块6的第四基座35固定连接，手指拨块5的悬臂梁的下表面设置有应变片。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的平行滑动导杆式康复机械手测量机构采用了平行滑动导杆结构，在导套和关节连杆之间使用直线滑动轴承，消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全；伸缩模块配置了弹簧，关节连杆可以缓慢伸缩，使得康复过程更加平稳；每个导套在基座中的位置可以调整，关节连杆、导套与基座构成了三层伸缩结构，可以适应不同患者的手指长度；三个外骨骼关节单元交错布置，可以避免在运动过程中发生干涉；滑臂可沿着支撑梁在接触基础上滑动，顺应了手指掌指关节的外展/内收的自由度，与手指关节的自然运动更加贴合。
附图说明
图1是本发明的平行滑动导杆式康复机械手测量机构的整体结构立体图；
图2是本发明具体实施方式一测量装置与接触基础连接示意图；
图3是本发明具体实施方式二中第一伸缩模块2的分解图；
图4是本发明具体实施方式三中第二伸缩模块3的分解图；
图5是本发明具体实施方式四中第三伸缩模块4的分解图；
图6是本发明具体实施方式五中第四伸缩模块6的分解图；
图7是本发明的外骨骼关节单元的结构分解图；
图8是本发明的手指拨块5的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～8所示，本实施方式的平行滑动导杆式康复机械手测量机构包括支撑梁1、手指拨块5、第一伸缩模块2、第二伸缩模块3、第三伸缩模块4、第四伸缩模块6和三个外骨骼关节单元11，支撑梁1通过螺钉与接触基础12固定连接，第一伸缩模块2的第一基座15与支撑梁1的滑臂13连接，滑臂13沿着支撑梁1长度方向在接触基础12上端面滑动，第一伸缩模块2、第二伸缩模块3、第三伸缩模块4和第四伸缩模块6依次转动连接，相邻两个伸缩模块之间设置有一个外骨骼关节单元11，第二伸缩模块3、第三伸缩模块4和第四伸缩模块6两两之间通过外骨骼关节单元两侧的挡板7相连，同侧相邻两个挡板7在指关节处采用大间隙的销轴连接，第四伸缩模块6上固装有手指拨块5。
三个外骨骼关节单元11包括外骨骼关节单元8、第二外骨骼关节单元9和第三外骨骼关节单元10。
具体实施方式二：如图1和图3所示，本实施方式第一伸缩模块2包括第一基座15、第一导套20和第一关节连杆17，第一基座15的上端面加工有直槽口，第一导套20位于第一基座15的通孔内，第一导向螺钉16穿过直槽口与导套22螺纹连接，第一导套20上套装有第一弹簧19，第一关节连杆17的连杆穿过第一导套20，第一导套20与第一关节连杆17设置有第一直线滑动轴承18。如此设计，在导套和关节连杆之间使用直线滑动轴承，消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全；伸缩模块配置了弹簧，关节连杆可以缓慢伸缩，使得康复过程更加平稳；每个导套在基座中的位置可以调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图4所示，本实施方式第二伸缩模块3包括第二基座27、两个第二导套23和两个第二关节连杆21，第二基座27上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第二基座27上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第二导套23，每个第二导套23内穿装有一个第二关节连杆21，每个第二导套23与对应的第二关节连杆21之间通过第二直线滑动轴承22连接，第二导向螺钉25穿过直槽口与对应的第二导套23连接，每个第二关节连杆21上穿装有一个第二弹簧28，第二弹簧28的一端与对应第二导套23接触，第二弹簧28的另一端与挡块24相接触，挡块24通过第一紧定螺钉26固定在第二基座27上。如此设计，在导套和关节连杆之间使用直线滑动轴承，消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全；伸缩模块配置了弹簧，关节连杆可以缓慢伸缩，使得康复过程更加平稳；每个导套在基座中的位置可以调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1和5所示，本实施方式第三伸缩模块4包括第三基座32、第三导套29和第三关节连杆31，第三基座32上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第三基座32上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第三导套29，每个第三导套29内穿装有一个第三关节连杆31，每个第三导套29与对应的第三关节连杆31之间通过第三直线滑动轴承30连接，第三导向螺钉33穿过直槽口与对应的第三导套29连接。如此设计，在导套和关节连杆之间使用直线滑动轴承，消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全；伸缩模块配置了弹簧，关节连杆可以缓慢伸缩，使得康复过程更加平稳；每个导套在基座中的位置可以调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：如图1和6所示，本实施方式第三伸缩模块6包括第四基座35、第四导套37和第四关节连杆34，第四导套37位于第四基座35的通孔内，第四关节连杆34的连杆穿过在第四导套37内，第四导套37上加工有螺纹孔，第二锁紧螺钉36通过第四基座35的螺纹孔与第四导套37连接。如此设计，在导套和关节连杆之间使用直线滑动轴承，消除了对创伤手指关节的牵拉作用，使得整个康复过程更为安全；伸缩模块配置了弹簧，关节连杆可以缓慢伸缩，使得康复过程更加平稳；每个导套在基座中的位置可以调整。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图1和图7所示，本实施方式外骨骼关节单元11包括关节转轴39、关节角位移传感器41，相邻的两个关节连杆之间通过关节转轴39转动连接，关节连杆与关节转轴39之间设置有滚珠调心轴承40，关节角位移传感器41通过螺钉固装在关节连杆的侧壁上，关节角位移传感器41与关节连杆之间设置有垫板42。如此设计，三个外骨骼关节单元交错布置，可以避免在运动过程中发生干涉；滑臂可沿着支撑梁在接触基础上滑动，顺应了手指掌指关节的外展/内收的自由度，与手指关节的自然运动更加贴合。其它组成及连接关系与具体实施方式二、三或五相同。
具体实施方式七：如图1和图8所示，本实施方式手指拨块5的下部为悬臂梁结构，手指拨块5的悬臂梁与第四伸缩模块6的第四基座35固定连接，手指拨块5的悬臂梁的下表面设置有应变片。如此设计，通过用变测量原理对作用反力进行检测。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
工作原理：
所述的支撑梁通过螺钉与接触基础固连，伸缩模块组要由基座、导套和关节连杆组成，导套安装在基座的通孔中，关节连杆穿过导套，导套与关节连杆之间使用直线滑动轴承，构成三层伸缩式结构，4个伸缩模块中第一个模块的基座1通过螺栓与支撑梁上的滑臂连接，滑臂可沿着支撑梁在接触基础上滑动，其他三个模块都分别与外骨骼关节单元两侧的挡板相连，各挡板在指关节处采用大间隙的销轴连接，3个外骨骼关节单元交错安装在手指之上，通过角位移传感器测量关节连杆之间的角位移，从而得到手指关节的角位移，手指拨块与第四个伸缩模块的基座4固连，通过驱动装置带动手指拨块使创伤手指运动，拨块下表面贴有应变片，可以进行力测量。

Claims (7)

1.一种平行滑动导杆式康复机械手测量机构，所述康复机械手测量机构包括支撑梁(1)、手指拨块(5)、第一伸缩模块(2)、第二伸缩模块(3)、第三伸缩模块(4)、第四伸缩模块(6)和三个外骨骼关节单元(11)，其特征在于：支撑梁(1)通过螺钉与接触基础(12)固定连接，第一伸缩模块(2)的第一基座(15)与支撑梁(1)的滑臂(13)连接，滑臂(13)沿着支撑梁(1)长度方向在接触基础(12)上端面滑动，第一伸缩模块(2)、第二伸缩模块(3)、第三伸缩模块(4)和第四伸缩模块(6)依次转动连接，相邻两个伸缩模块之间设置有一个外骨骼关节单元(11)，第二伸缩模块(3)、第三伸缩模块(4)和第四伸缩模块(6)两两之间通过外骨骼关节单元两侧的挡板(7)相连，同侧相邻两个挡板(7)在指关节处采用大间隙的销轴连接，第四伸缩模块(6)上固装有手指拨块(5)。
2.根据权利要求1所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：第一伸缩模块(2)包括第一基座(15)、第一导套(20)和第一关节连杆(17)，第一基座(15)的上端面加工有直槽口，第一导套(20)位于第一基座(15)的通孔内，第一导向螺钉(16)穿过直槽口与导套(22)螺纹连接，第一导套(20)上套装有第一弹簧(19)，第一关节连杆(17)的连杆穿过第一导套(20)，第一导套(20)与第一关节连杆(17)设置有第一直线滑动轴承(18)。
3.根据权利要求1所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：第二伸缩模块(3)包括第二基座(27)、两个第二导套(23)和两个第二关节连杆(21)，第二基座(27)上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第二基座(27)上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第二导套(23)，每个第二导套(23)内穿装有一个第二关节连杆(21)，每个第二导套(23)与对应的第二关节连杆(21)之间通过第二直线滑动轴承(22)连接，第二导向螺钉(25)穿过直槽口与对应的第二导套(23)连接，每个第二关节连杆(21)上穿装有一个第二弹簧(28)，第二弹簧(28)的一端与对应第二导套(23)接触，第二弹簧(28)的另一端与挡块(24)相接触，挡块(24)通过第一紧定螺钉(26)固定在第二基座(27)上。
4.根据权利要求1所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：第三伸缩模块(4)包括第三基座(32)、第三导套(29)和第三关节连杆(31)，第三基座(32)上沿其长度方向并列设置有两个通孔，第三基座(32)上端面上加工有与所述通孔对应的两个直槽口，每个所述通孔内设置有一个第三导套(29)，每个第三导套(29)内穿装有一个第三关节连杆(31)，每个第三导套(29)与对应的第三关节连杆(31)之间通过第三直线滑动轴承(30)连接，第三导向螺钉(33)穿过直槽口与对应的第三导套(29)连接。
5.根据权利要求1所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：第三伸缩模块(6)包括第四基座(35)、第四导套(37)和第四关节连杆(34)，第四导套(37)位于第四基座(35)的通孔内，第四关节连杆(34)的连杆穿过在第四导套(37)内，第四导套(37)上加工有螺纹孔，第二锁紧螺钉(36)通过第四基座(35)的螺纹孔与第四导套(37)连接。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：外骨骼关节单元(11)包括关节转轴(39)、关节角位移传感器(41)，相邻的两个关节连杆之间通过关节转轴(39)转动连接，关节连杆与关节转轴(39)之间设置有滚珠调心轴承(40)，关节角位移传感器(41)通过螺钉固装在关节连杆的侧壁上，关节角位移传感器(41)与关节连杆之间设置有垫板(42)。
7.根据权利要求6所述的平行滑动导杆式康复机械手测量机构，其特征在于：手指拨块(5)的下部为悬臂梁结构，手指拨块(5)的悬臂梁与第四伸缩模块(6)的第四基座(35)固定连接，手指拨块(5)的悬臂梁的下表面设置有应变片。
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