CN106625603A - 基于扇形轨道的外骨骼机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扇形轨道的外骨骼机构，包括第一扇形轨道、第二扇形轨道、第三扇形轨道、近指节(4)、中指节(5)和远指节(6)，第一扇形轨道通过圆柱销一(15)与近指节滑动连接，第二扇形轨道通过圆柱销二(16)与中指节滑动连接，第三扇形轨道通过圆柱销三(17)与远指节滑动连接。近指节通过伸缩装置一连接第二扇形轨道，中指节通过伸缩装置二连接第三扇形轨道。将第一扇形轨道、第二扇形轨道、第三扇形轨道固定在相应的手指关节处，利用圆柱销和钢丝绳进行传动从而带动指节转动。本发明每个关节处都采用扇形轨道，近指节、中指节和远指节在3个扇形轨道内运动，解决现有外骨骼机构结构复杂，零件较多的问题。

Description

基于扇形轨道的外骨骼机构

技术领域

本发明属于机械工程领域，具体涉及一种基于扇形轨道的外骨骼机构。

背景技术

如今，关于外骨骼机构的研究已经非常深入，外骨骼机构可以穿戴在人身上，给人提供保护、额外的动力或能力，还可以帮助受伤的肢体恢复功能，也可以用于主从机械手系统，实现遥操控，完成各项工程任务并且能够实现力反馈。

综合国内外外骨骼机构的研究现状，现有的外骨骼机构存在以下几方面的问题：由于外骨骼机构结构复杂，零部件较多，质量较大，对操作者会产生一种约束感进而破坏自由空间的临场感；外骨骼机构都存在集成度不高的问题，即驱动与外骨骼机构本身不为一体，整个设备需要很多附件，这也给操作者的使用，以及主从控制实验带来不便；市面上的外骨骼机构成本昂贵。

为了解决这些问题，有人提议采用操纵杆实现遥操作以及力反馈，但是，使用操纵竿会将操作者手的运动范围限制在一个较小的范围内，并且无法对每一个单独的手指施加力反馈，远远无法实现外骨骼机构所能实现的功能，因此，设计一款结构简单、功能完整、成本低廉的外骨骼机构是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于解决现有针对手部使用的外骨骼机构结构复杂，零部件较多，运动不可靠等问题，提供一种基于扇形轨道的外骨骼机构。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

基于扇形轨道的外骨骼机构，包括第一扇形轨道、第二扇形轨道、第三扇形轨道、近指节(4)、中指节(5)和远指节(6)，所述第一扇形轨道包括两个扇形板一(1)和钢条一(41)，所述扇形板一(1)开设有滑槽一(51)，所述两个扇形板一(1)对称固定在钢条一(41)的同一侧；所述第二扇形轨道包括两个扇形板二(2)和钢条二(42)，所述扇形板二(2)中开设有滑槽二(52)，所述两个扇形板二(2)对称固定在钢条二(42)的同一侧；所述第三扇形轨道包括两个扇形板三(3)和钢条三(43)，所述扇形板三(3)开设有滑槽三(53)，所述两个扇形板三(3)对称固定在钢条三(43)的同一侧；

所述近指节(4)包括扇形部位一(61)和直边部位一(62)，所述扇形部位一(61)和直边部位一(62)固定连接，且所述扇形部位一(61)开设有通孔一(31)；所述中指节(5)包括扇形部位二(63)和直边部位二(64)，所述扇形部位二(63)和直边部位二(64)固定连接，且所述扇形部位二(63)开设有通孔二(32)；远指节(6)包括扇形部位三(65)和直边部位三(66)，所述扇形部位三(65)和直边部位三(66)固定连接，且所述扇形部位三(65)开设有通孔三(33)；

近指节(4)的扇形部位一(61)设置于两个扇形板一(1)之间，所述通孔一(31)位于滑槽一(51)的范围内，且所述通孔一(31)和滑槽一(51)贯穿有圆柱销一(15)，所述近指节(4)的扇形部位一(61)通过圆柱销一(15)与第一扇形轨道滑动连接；中指节(5)的扇形部位二(63)设置于两个扇形板(2)之间，所述通孔二(32)位于滑槽二(52)的范围内，且所述通孔二(32)和滑槽二(52)贯穿有圆柱销二(16)，所述中指节(5)的扇形部位二(63)通过圆柱销二(16)与第二扇形轨道滑动连接；远指节(6)的扇形部位三(65)设置于两个扇形板三(3)之间，所述通孔三(33)位于滑槽三(53)的范围内，且所述通孔三(33)和滑槽三(53)贯穿有圆柱销三(17)，所述远指节(6)的扇形部位三(65)通过圆柱销三(17)与第三扇形轨道滑动连接；

所述近指节(4)通过伸缩装置一连接第二扇形轨道，所述中指节(5)通过伸缩装置二连接第三扇形轨道。

进一步的，所述伸缩装置一包括模块一(21)和模块二(22)，所述模块一(21)为开设有3～5列螺栓孔一的连接板一，所述模块一(21)水平固定在近指节(4)直边部位一(62)上远离通孔一(31)的端部，所述连接板一上的螺栓孔一对称分布在近指节(4)的两侧；所述模块二(22)为开设有螺栓孔二的连接板二，所述连接板二水平固定在钢条二(42)上，所述螺栓孔二的位置与螺栓孔一的位置相对应，且所述螺栓孔一的尺寸与螺栓孔二的尺寸相同。

进一步的，所述伸缩装置二包括模块三(23)和模块四(24)，所述模块三(23)为开设有3～5排螺栓孔三的连接板三，所述模块三(23)水平固定在中指节(5)直边部位二(64)上远离通孔二(32)的端部，所述连接板三上的螺栓孔三对称分布在中指节(5)的两侧；所述模块四(24)为开设有螺栓孔四的连接板四，所述连接板四水平固定在钢条三(43)上，所述螺栓孔三的位置与螺栓孔四的位置相对应，且所述螺栓孔三和尺寸和螺栓孔四的尺寸相同。

进一步的，所述模块一(21)与模块二(22)通过螺栓一(7)和螺母一(11)进行连接，所述模块三(23)和模块四(24)通过螺栓二(9)和螺母二(13)进行连接。

进一步的，在所述所述圆柱销一(15)、圆柱销二(16)和圆柱销三(17)通过钢丝绳进行串联。

进一步的，所述扇形部位一(61)一侧圆弧的直径为30～32mm，另一侧圆弧的直径为40～42mm。

进一步的，所述扇形部位一(61)、扇形部位二(63)和扇形部位三(65)的弧度相同。

本发明的有益效果为：

本发明与现有技术相比，本发明集成化程度更高，结构简单、紧凑，质量较小，运动更加可靠。本发明每个关节处都采用扇形轨道的形式，利用圆柱销和钢丝绳进行传动，能跟随操作者手指进行稳定可靠的运动。当外骨骼手指跟随操作者手指一起运动时，其各关节的旋转中心和人手手指关节的旋转中心重合，可以确保外骨骼手与人手之间的无干涉运动。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的俯视示意图；

图3是本发明的仰视示意图；

图4是本发明的组装示意图；

图5是本发明的立体示意图；

图6是本发明的近指节和第二扇形轨道的组装示意图；

图7是本发明的中指节和第三扇形轨道的组装示意图。

附图标记说明

1-扇形板一、2-扇形板二、3-扇形板三、4-近指节、5-中指节、6-远指节、7-螺栓一、9-螺栓二、11-螺母一、13-螺母二、15-圆柱销一、16-圆柱销二、17-圆柱销三、21-模块一、22-模块二、23-模块三、24-模块四、31-通孔一、32-通孔二、33-通孔三、41-钢条一、42钢条二、43-钢条三、51-滑槽一、52-滑槽二、53-滑槽三、61-扇形部位一、62-直边部位一、63-扇形部位二、64-直边部位二、65-扇形部位三、66-直边部位三。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

基于扇形轨道的外骨骼机构，包括第一扇形轨道、第二扇形轨道、第三扇形轨道、近指节4、中指节5和远指节6。第一扇形轨道包括两个扇形板一1和钢条一41，扇形板一1开设有滑槽一51，两个扇形板一1对称固定在钢条一41的同一侧。第二扇形轨道包括两个扇形板二2和钢条二42，扇形板二2中开设有滑槽二52，两个扇形板二2对称固定在钢条二42的同一侧。第三扇形轨道包括两个扇形板三3和钢条三43，扇形板三3开设有滑槽三53，两个扇形板三3对称固定在钢条三43的同一侧。

近指节4包括扇形部位一61和直边部位一62，扇形部位一61和直边部位一62固定连接且装配成整体，且扇形部位一61开设有两个相邻的通孔一31。中指节5包括扇形部位二63和直边部位二64，扇形部位二63和直边部位二64固定连接且装配成整体，且扇形部位二63开设有两个相邻的通孔二32。远指节6包括扇形部位三65和直边部位三66，扇形部位三65和直边部位三66固定连接且装配成整体，且扇形部位三65开设有两个相邻的通孔三33。扇形部位一61一侧圆弧的直径为30mm，另一侧圆弧的直径为40mm，从而确定扇形部位一的良好的受力弧度。扇形部位一61、扇形部位二63和扇形部位三65的弧度均相同。直边部位一62、直边部位二64和直边部位三66的长度均不同，直边部位一62、直边部位二64和直边部位三66的长度分别根据各指节的长度进行设定。

近指节4的扇形部位一61设置于两个扇形板一1之间，通孔一31位于滑槽一51的范围内，且通孔一31和滑槽一51贯穿有圆柱销一15，近指节4的扇形部位一61通过两根圆柱销一15与第一扇形轨道滑动连接。中指节5的扇形部位二63设置于两个扇形板2之间，通孔二32位于滑槽二52的范围内，且通孔二32和滑槽二52贯穿有圆柱销二16，中指节5的扇形部位二63通过两根圆柱销二16与第二扇形轨道滑动连接。远指节6的扇形部位三65设置于两个扇形板三3之间，通孔三33位于滑槽三53的范围内，且通孔三33和滑槽三53贯穿有圆柱销三17，远指节6的扇形部位三65通过两根圆柱销三17与第三扇形轨道滑动连接。

近指节4通过伸缩装置一连接第二扇形轨道，伸缩装置一包括模块一21和模块二22。模块一21为开设有3～5列螺栓孔一的连接板一，模块一21水平固定在近指节4直边部位一62上远离通孔一31的端部。连接板一上的螺栓孔一对称分布在近指节4的两侧。模块二22为开设有螺栓孔二的连接板二，连接板二水平固定在钢条二42上，螺栓孔二的位置与螺栓孔一的位置相对应，且螺栓孔一的尺寸与螺栓孔二的尺寸相同。模块一21与模块二22通过螺栓一7和螺母一11进行连接。

中指节5通过伸缩装置二连接第三扇形轨道，伸缩装置二包括模块三23和模块四24，模块三23为开设有3～5排螺栓孔三的连接板三，模块三23水平固定在中指节5直边部位二64上远离通孔二32的端部，连接板三上的螺栓孔三对称分布在中指节5的两侧。模块四24为开设有螺栓孔四的连接板四，连接板四水平固定在钢条三43上，螺栓孔三的位置与螺栓孔四的位置相对应，且螺栓孔三和尺寸和螺栓孔四的尺寸相同。模块三23和模块四24通过螺栓二9和螺母二13进行连接。

近指节4和第二扇形轨道2通过伸缩装置一进行连接，通过选取任一列螺栓孔一或者螺栓孔二运用螺栓一7和螺母一11进行固定，从而可实现改变指节长度，以适应不同操作者手指的长度。同样的，对于中指节5和第三扇形轨道3的连接也是通过选取任一列螺栓孔三或者螺栓孔四运用螺栓二9和螺母二13进行固定，从而可实现改变指节长度，以适应不同操作者手指的长度。

在圆柱销一15、圆柱销二16、和圆柱销三17的两端分别安装绕线柱用于缠绕钢丝绳，且钢丝绳的尾端连接电机起到反馈作用。在伸缩装置一和伸缩装置二的底部分别安装架子与手指关节固定。运用钢丝绳依次串联绕接圆柱销一15、圆柱销二16、和圆柱销三17，将三个扇形轨道通过架子放置在操作者手指三个关节处，并运用绑带捆绑手指关节与三个扇形轨道进行固定。利用钢丝绳带动圆柱销一15、圆柱销二16和圆柱销三17运动，从而使近指节4、中指节5、远指节6分别在第一扇形轨道1、第二扇形轨道2、第三扇形轨道3中运动。当远指节6弯曲时，远指节6移动从而带动圆柱销三17在滑槽三53内滑动，且圆柱销三17远离中指节5进行滑动；当远指节6伸直时，远指节6向原处移动从而带动圆柱销三17在滑槽三53内向中指节5滑动。当中指节5弯曲时，中指节5移动从而带动圆柱销二16在滑槽二52内向远指节6滑动；当中指节5伸直时，中指节5向原处移动从而带动圆柱销二16在滑槽二52内向近指节4滑动。当近指节4弯曲时，近指节4移动从而带动圆柱销一15在滑槽一51内向中指节5滑动，当近指节4伸直时，近指节4向原处移动从而带动圆柱销一15在滑槽一51内向手掌方向滑动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：包括第一扇形轨道、第二扇形轨道、第三扇形轨道、近指节(4)、中指节(5)和远指节(6)，所述第一扇形轨道包括两个扇形板一(1)和钢条一(41)，所述扇形板一(1)开设有滑槽一(51)，所述两个扇形板一(1)对称固定在钢条一(41)的同一侧；所述第二扇形轨道包括两个扇形板二(2)和钢条二(42)，所述扇形板二(2)中开设有滑槽二(52)，所述两个扇形板二(2)对称固定在钢条二(42)的同一侧；所述第三扇形轨道包括两个扇形板三(3)和钢条三(43)，所述扇形板三(3)开设有滑槽三(53)，所述两个扇形板三(3)对称固定在钢条三(43)的同一侧；

所述近指节(4)包括扇形部位一(61)和直边部位一(62)，所述扇形部位一(61)和直边部位一(62)固定连接，且所述扇形部位一(61)开设有通孔一(31)；所述中指节(5)包括扇形部位二(63)和直边部位二(64)，所述扇形部位二(63)和直边部位二(64)固定连接，且所述扇形部位二(63)开设有通孔二(32)；远指节(6)包括扇形部位三(65)和直边部位三(66)，所述扇形部位三(65)和直边部位三(66)固定连接，且所述扇形部位三(65)开设有通孔三(33)；

近指节(4)的扇形部位一(61)设置于两个扇形板一(1)之间，所述通孔一(31)位于滑槽一(51)的范围内，且所述通孔一(31)和滑槽一(51)贯穿有圆柱销一(15)，所述近指节(4)的扇形部位一(61)通过圆柱销一(15)与第一扇形轨道滑动连接；中指节(5)的扇形部位二(63)设置于两个扇形板(2)之间，所述通孔二(32)位于滑槽二(52)的范围内，且所述通孔二(32)和滑槽二(52)贯穿有圆柱销二(16)，所述中指节(5)的扇形部位二(63)通过圆柱销二(16)与第二扇形轨道滑动连接；远指节(6)的扇形部位三(65)设置于两个扇形板三(3)之间，所述通孔三(33)位于滑槽三(53)的范围内，且所述通孔三(33)和滑槽三(53)贯穿有圆柱销三(17)，所述远指节(6)的扇形部位三(65)通过圆柱销三(17)与第三扇形轨道滑动连接；

所述近指节(4)通过伸缩装置一连接第二扇形轨道，所述中指节(5)通过伸缩装置二连接第三扇形轨道。

2.如权利要求1所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：所述伸缩装置一包括模块一(21)和模块二(22)，所述模块一(21)为开设有3～5列螺栓孔一的连接板一，所述模块一(21)水平固定在近指节(4)直边部位一(62)上远离通孔一(31)的端部，所述连接板一上的螺栓孔一对称分布在近指节(4)的两侧；所述模块二(22)为开设有螺栓孔二的连接板二，所述连接板二水平固定在钢条二(42)上，所述螺栓孔二的位置与螺栓孔一的位置相对应，且所述螺栓孔一的尺寸与螺栓孔二的尺寸相同。

3.如权利要求2所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：所述伸缩装置二包括模块三(23)和模块四(24)，所述模块三(23)为开设有3～5排螺栓孔三的连接板三，所述模块三(23)水平固定在中指节(5)直边部位二(64)上远离通孔二(32)的端部，所述连接板三上的螺栓孔三对称分布在中指节(5)的两侧；所述模块四(24)为开设有螺栓孔四的连接板四，所述连接板四水平固定在钢条三(43)上，所述螺栓孔三的位置与螺栓孔四的位置相对应，且所述螺栓孔三和尺寸和螺栓孔四的尺寸相同。

4.如权利要求3所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：所述模块一(21)与模块二(22)通过螺栓一(7)和螺母一(11)进行连接，所述模块三(23)和模块四(24)通过螺栓二(9)和螺母二(13)进行连接。

5.如权利要求1所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：在所述所述圆柱销一(15)、圆柱销二(16)和圆柱销三(17)通过钢丝绳进行串联。

6.如权利要求1所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：所述扇形部位一(61)一侧圆弧的直径为30～32mm，另一侧圆弧的直径为40～42mm。

7.如权利要求1所述的基于扇形轨道的外骨骼机构，其特征在于：所述扇形部位一(61)、扇形部位二(63)和扇形部位三(65)的弧度相同。