CN107088884A - 一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器 - Google Patents

一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，包括前端端盖、末端端盖、上侧波纹状结构、底层、箍，绳、软管；所述前端端盖和末端端盖分别位于波纹状结构的两端，底层位于波纹状结构的下端；前端端盖、末端端盖、波纹状结构、底层一起构成内部为波纹状的腔体结构；所述箍为半圆形结构，箍套在波纹状结构的波峰位置和底层的外部；所述绳安装在位于底层下端的两端，且绳的长度方向与波纹状结构的轴向方向一致；软管安装于前端端盖处，与波纹状结构的内部腔体相连通；所述前端端盖、末端端盖、波纹状结构的材料均为弹性材料；本发明的驱动器具有良好柔顺性，承压能力强，末端输出力大，特别适合于医疗康复领域。

Description

一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器
技术领域
本发明属于气动技术领域，特别是一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器。
背景技术
气动柔性驱动器是近几年逐渐发展起来的一种新型驱动装置，它利用气压驱动，柔顺性较好，驱动过程平稳安全，所以特别适合用于医疗康复，气动夹持等领域。JosephL.McKibben设计出了最早的柔性驱动器，被称之为McKibben型PMA(Pneumatic MuscleActuator)，其由橡胶管和纤维网组成，两端由金属挟箍密封。当向管中充入气体时，橡胶管会产生径向膨胀和轴向收缩，用于产生驱动拉力，但是此种驱动器不能产生弯曲变形，不能用于驱动手腕和手指产生弯曲动作。
公开号为CN 101863030A的中国专利，专利名称为充气伸长型气动柔性驱动器，由扁平状橡胶软管和加在管外的加强网套构成，软管主体套在导杆上，向橡胶软管内充气加压时，整体会产生沿着轴向的膨胀变形，并且变形量较大，从而产生轴向的伸长运动。这种驱动器具有良好柔顺性的直线驱动器，但是其只能产生伸长运动，不能产生弯曲变形。
公开号为CN 1562583A的中国专利，专利名称为气动柔性弯曲关节，包括端盖、橡胶管、嵌套在橡胶管管壁中的螺旋钢丝，橡胶管两端与两个端盖密封连接，在橡胶管一侧的管壁中嵌入约束钢丝，且约束钢丝与螺旋钢丝的每一匝缠绕；通入一定压力的气体时，由于橡胶管一侧嵌入的约束钢丝限制此处的伸长变形，而螺旋钢丝又限制橡胶管的径向变形，于是驱动器整体朝着嵌入约束钢丝这一侧弯曲。这种驱动器体积较大，刚性较大，不适合用于康复领域。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，解决现有驱动器无法产生弯曲变形或弯曲变形较小而不适合用于康复手腕、手指等关节的医疗康复领域的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，包括前端端盖、末端端盖、上侧波纹状结构、底层、箍，绳、软管；
所述前端端盖和末端端盖分别位于波纹状结构的两端，底层位于波纹状结构的下端；前端端盖、末端端盖、波纹状结构、底层一起构成内部为波纹状的腔体结构；所述箍为半圆形结构，箍套在波纹状结构的波峰位置和底层的外部；所述绳安装在位于底层下端的两端，且绳的长度方向与波纹状结构的轴向方向一致；软管安装于前端端盖处，与波纹状结构的内部腔体相连通；所述前端端盖、末端端盖、波纹状结构的材料均为弹性材料。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明的驱动器具有良好柔顺性，与人体具有良好的亲和性；体积小，具备可穿戴性，特别适合于诸如康复手腕、手指等关节的医疗康复领域。
(2)本发明的驱动器，通过对其进行多次的弯曲性能和力学性能试验，其承压能力强，末端输出力大。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明气动加箍型柔性驱动器的轴测图。
图2为本发明驱动器的主剖视图和俯视图。
图3为本发明驱动器的箍的局部放大图。
图4为本发明驱动器康复手指应用实例示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图3，本发明的一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，包括前端端盖4、末端端盖1、上侧波纹状结构3、底层7、箍2，绳6、软管5；
所述前端端盖4和末端端盖1分别位于波纹状结构3的两端，底层7位于波纹状结构3的下端；前端端盖4、末端端盖1、波纹状结构3、底层7一起构成内部为波纹状的腔体结构；所述箍2为半圆形结构，箍2套在波纹状结构3的波峰位置和底层7的外部；所述绳6安装在位于底层7下端的两端，且绳6的长度方向与波纹状结构3的轴向方向一致；软管5安装于前端端盖4处，与波纹状结构3的内部腔体相连通，用于对腔体内部进行充气。所述前端端盖4、末端端盖1、波纹状结构3的材料均为可发生弹性变形的弹性材料。
进一步的，所述箍2上端内部设有弧形槽21，弧形槽21用于卡住波纹状结构3的波峰位置，避免箍2从波纹状结构3的波峰位置脱离。
进一步的，所述箍2下端两侧分别设有定位槽22，绳6穿过定位槽22，定位槽22用于对底层7下端的细绳6进行定位。
进一步的，所述波纹状结构3的波峰至少为3个，可实现单个关节的弯曲驱动。
进一步的，所述绳6在拉伸力下不可伸长，如铁丝绳、钢丝绳、尼龙绳。
进一步的，所述箍2的下端固定弯曲传感器8，用于反馈驱动器弯曲过程中的弯曲角度值。
进一步的，所述末端端盖1下端固定有压力传感器9，用于反馈驱动器驱动过程中末端输出力的大小。
所述前端端盖4、末端端盖1、上侧波纹状结构3的材料为硅橡胶、橡胶或复合材料；优选的，所述前端端盖4、末端端盖1、上侧波纹状结构3的材料均为硅橡胶，硬度shore A20-A40，优点具有一定的弹性，延伸性和承压能力。
所述前端端盖4、末端端盖1、上侧波纹状结构3一体浇注而成，再与底层7一体浇注，形成最终的腔体结构，密封性能良好。
所述箍2与底层7、绳6均用粘结剂进行粘结。
结合图4，工作时，通过软管5给驱动器腔体加入一定压力的气体，驱动器上侧波纹状结构3拉伸变形大，底层7最下侧由于有绳6约束，不产生伸长，于是上侧变形大，下侧变形小，驱动器整体产生弯曲变形，同时弯曲传感器8输出弯曲角度值，压力传感器9输出末端输出力的值；将本发明应用于可穿戴式手部助力康复装置中，该手部助力康复装置主要由可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器和运动手套以及一些加固件组成(如10为泡沫胶带)，驱动装置为本发明可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，充气加压带动手指做弯曲运动，经过实验测试当输入压力为200Kpa时，驱动器可以使手指完全弯曲，此时驱动器末端输出力在2.5～3N，驱动器在康复的过程中，可以根据传感器反馈的数据调节输入压力，使得手指康复过程更为有效，安全及平稳。由于本发明所述的柔性驱动器具有良好的柔顺性，可有效避免由于施力不当对手指产生过度弯曲从而造成的关节二次损伤。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，包括前端端盖(4)、末端端盖(1)、上侧波纹状结构(3)、底层(7)、箍(2)，绳(6)、软管(5)；
所述前端端盖(4)和末端端盖(1)分别位于波纹状结构(3)的两端，底层(7)位于波纹状结构(3)的下端；前端端盖(4)、末端端盖(1)、波纹状结构(3)、底层(7)一起构成内部为波纹状的腔体结构；所述箍(2)为半圆形结构，箍(2)套在波纹状结构(3)的波峰位置和底层(7)的外部；所述绳(6)安装在位于底层(7)下端的两端，且绳(6)的长度方向与波纹状结构(3)的轴向方向一致；软管(5)安装于前端端盖(4)处，与波纹状结构(3)的内部腔体相连通；所述前端端盖(4)、末端端盖(1)、波纹状结构(3)的材料均为弹性材料。
2.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述箍(2)上端内部设有弧形槽(21)，弧形槽(21)卡住波纹状结构(3)的波峰位置。
3.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述箍(2)下端两侧分别设有定位槽(22)，绳(6)穿过定位槽(22)。
4.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述波纹状结构(3)的波峰至少为3个。
5.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述箍(2)的下端固定弯曲传感器(8)。
6.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述末端端盖(1)下端固定有压力传感器(9)。
7.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述前端端盖(4)、末端端盖(1)、上侧波纹状结构(3)的材料均为硅橡胶，硬度shoreA20-A40。
8.如权利要求1所述的可穿戴式加箍型气动充气弯曲柔性驱动器，其特征在于，所述前端端盖(4)、末端端盖(1)、上侧波纹状结构(3)一体浇注而成，再与底层(7)一体浇注，形成最终的腔体结构。
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