CN108836582B - 一种三自由度串并混联假手腕关节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三自由度并联假手腕关节,该装置采用串—并联的结构形式,具有三个主动自由度,可实现假手腕关节的旋内旋外、屈伸和侧偏运动。该装置由基座、旋转台、第一主动支链、第二主动支链、约束支链和动平台等组成。旋转台与电机通过键连接,可以实现假手腕关节的旋内旋外运动;第一主动支链和第二主动支链的伸缩,使得动平台绕着约束支链中虎克副的两条轴线转动,实现屈伸和侧偏运动。本发明具有刚度高、承载能力强、精度高、仿生性和功能性强等优点。

Description

一种三自由度串并混联假手腕关节
技术领域
本发明涉及一种假手腕关节,具体涉及一种三自由度并联假手腕关节。
背景技术
随着工业交通事业的迅速发展,交通事故及意外伤害频繁发生,每年产生大量的截肢患者。这类特殊群体因为肢体的残缺,给生活、工作和学习带来了诸多不便,同时造成心理上的严重打击。这些截肢者的社会能力因截肢部位不同而有所差异,上肢截肢患者的社交能力远低于下肢截肢患者。
目前对于上肢假肢的研究多集中于假手,对于腕部关节的研究较少,为了充分满足上肢假肢用户的正常需求,不仅需要解决手部的灵巧性和抓握能力问题,更需要解决腕部关节的功能实现问题。传统假手腕关节多是采用串联机构来实现手腕功能,结构复杂,重量较大,且仅实现手腕旋内旋外、屈伸和侧偏三个自由度中的部分自由度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三自由度并联假手腕关节,该假手腕关节重量轻、刚度大、精度高、承载能力强,可实现手腕的屈伸、侧偏以及旋内旋外三个运动自由度。
一种三自由度并联假手腕关节,其特征在于采用串—并联的结构形式,包括基座、旋转台、第一主动支链、第二主动支链、约束支链、动平台;
所述旋转台依次穿过端盖、第一轴承、轴承隔套、第二轴承、C形卡圈后与电机传动轴通过平键连接,电机通过减速器与基座固定连接,旋转台上装有轴承隔套和C形卡圈,轴承隔套放置在两个滚动轴承中间,C形卡圈放置在第二滚动轴承靠近电机的那一侧。
所述第一主动支链和第二主动支链为并列的UPS支链,U为虎克副,P为移动副,S为球副,所述旋转台上固连有第一固定座和第二固定座,所述动平台上固连有第三固定座、第四固定座和第五固定座;
所述第一主动支链包括第一上连杆、第一推杆式线性驱动器和第一下连杆,所述第一推杆式线性驱动器包括第一内杆和第一外杆,第一内杆与第一外杆连接,构成移动副;所述第一上连杆一端与动平台上的第四固定座连接,构成球副,另一端与第一推杆式线性驱动器第一内杆固连;所述第一下连杆一端与第一推杆式线性驱动器第一外杆固连,另一端通过第一十字连接件与旋转台上的第一固定座连接,构成虎克副;
所述第二主动支链包括第二上连杆、第二推杆式线性驱动器和第二下连杆,所述第二推杆式线性驱动器包括第二内杆和第二外杆,第二内杆与第二外杆连接,构成移动副;所述第二上连杆一端与动平台上的第五固定座连接,构成球副,另一端与第二推杆式线性驱动器第二内杆固连;所述第二下连杆一端与第二推杆式线性驱动器第二外杆固连,另一端通过第二十字连接件与旋转台上的第二固定座连接,构成虎克副;
所述约束支链包括中间连杆和第三十字连接件,所述中间连杆一端与旋转台垂直固连,另一端通过第三十字连接件与动平台上的第三固定座连接,构成虎克副;
通过电机带动旋转台转动,可以实现假手腕关节的旋内旋外运动,通过第一主动支链和第二主动支链中推杆式线性驱动器的驱动,动平台可绕约束支链上虎克副的两个轴线转动,实现假手腕关节的屈伸和侧偏运动。
与现有发明比本发明的有益效果是:重量轻、刚度大、精度高、承载能力强,可实现手腕的屈伸、侧偏以及旋内旋外三个运动自由度,功能性更强。
附图说明
图1为本发明一种三自由度并联假手腕关节的总体结构示意图;
图2为本发明一种三自由度并联假手腕关节的并联部分结构示意图;
图3为本发明一种三自由度并联假手腕关节的支链与旋转台连接示意图;
图4为本发明一种三自由度并联假手腕关节的支链与动平台连接示意图;
图5为本发明一种三自由度并联假手腕关节的基座内部零件示意图;
图6为本发明一种三自由度并联假手腕关节的基座内部零件爆炸图;
图1-6中:1—旋转台;2-1—第一固定座;3-1—第一十字连接件;4-1—第一下连杆;5-1—第一外杆;6-1—第一内杆;7-1—第一上连杆;8-1—第四固定座;2-2—第二固定座;3-2—第二十字连接件;4-2—第二下连杆;5-2—第二外杆;6-2—第二内杆;7-2—第二上连杆;8-2—第五固定座;9—动平台;10—第三固定座;11—第三十字连接件;12—中间连杆;13-端盖;14-第一轴承;15-轴承隔套;16-第二轴承;17-C形卡圈;18-平键;19-减速器;20-电机;21-基座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
如图1至图6所示,本实施例提供了一种三自由度并联假手腕关节,包括基座(21)、旋转台(1)、第一主动支链、第二主动支链、约束支链、动平台(9)。
所述旋转台(1)依次穿过端盖(13)、第一轴承(14)、轴承隔套(15)、第二轴承(16)、C形卡圈(17)后与电机(20)输出轴通过平键(18)连接,电机(20)通过减速器(19)与基座(21)固定连接,旋转台(1)上装有轴承隔套(15)和C形卡圈(17),轴承隔套(15)放置在两个滚动轴承(14和16)中间,C形卡圈(17)放置在第二滚动轴承(16)靠近电机(20)的那一侧。
所述第一主动支链和第二主动支链为并列的UPS支链,U为虎克副,P为移动副,S为球副,所述旋转台(1)上固连有第一固定座(2-1)和第二固定座(2-2),所述动平台(9)上固连有第三固定座(10)、第四固定座(8-1)和第五固定座(8-2);
所述第一主动支链包括第一上连杆(7-1)、第一推杆式线性驱动器和第一下连杆(4-1),所述第一推杆式线性驱动器包括第一内杆(6-1)和第一外杆(5-1),第一内杆(6-1)与第一外杆(5-1)连接,构成移动副;所述第一上连杆(7-1)一端与动平台(9)上的第四固定座(8-1)连接,构成球副,另一端与第一推杆式线性驱动器第一内杆(6-1)固连;所述第一下连杆(4-1)一端与第一推杆式线性驱动器第一外杆(5-1)固连,另一端通过第一十字连接件(3-1)与旋转台(1)上的第一固定座(2-1)连接,构成虎克副;
所述第二主动支链包括第二上连杆(7-2)、第二推杆式线性驱动器和第二下连杆(4-2),所述第二推杆式线性驱动器包括第二内杆(6-2)和第二外杆(5-2),第二内杆(6-2)与第二外杆(5-2)连接,构成移动副;所述第二上连杆(7-2)一端与动平台(9)上的第五固定座(8-2)连接,构成球副,另一端与第二推杆式线性驱动器第二内杆(6-2)固连;所述第二下连杆(4-2)一端与第二推杆式线性驱动器第二外杆(5-2)固连,另一端通过第二十字连接件(3-2)与旋转台(1)上的第二固定座(2-2)连接,构成虎克副;
所述约束支链包括中间连杆(12)和第三十字件(11),所述中间连杆(12)一端与旋转台(1)垂直固连,另一端通过第三十字连接件(11)与动平台(9)上的第三固定座(10)连接,构成虎克副;
通过电机(20)带动旋转台(1)转动,可以实现假手腕关节的旋内旋外运动,通过第一主动支链和第二主动支链的推杆式线性驱动器的驱动,动平台(9)可绕约束支链上虎克副的两个轴线转动,实现假手腕关节的屈伸和侧偏运动。
以上所述详细说明是针对本发明有效可行实施实例的具体说明,并非用以对本发明作任何形式上的限定。应当指出的是,本领域技术人员可以在未脱离本发明技术原理下做出若干改进、变更或有效实施,这些改进、变更或有效实施均应包含于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种三自由度并联假手腕关节,其特征在于:采用串—并联的结构形式,包括基座、旋转台、第一主动支链、第二主动支链、约束支链和动平台;
串联结构:
电机通过减速器与所述基座固定连接,所述旋转台依次穿过端盖、第一轴承、轴承隔套、第二轴承、C形卡圈后与电机轴通过键连接,实现假手腕关节的旋内旋外运动;旋转台上装有轴承隔套和C形卡圈,轴承隔套放置在第一轴承和第二轴承中间,C形卡圈放置在第二轴承靠近电机的那一侧;
并联结构:
所述第一主动支链和第二主动支链为并列的UPS支链,U为虎克副,P为移动副,S为球副,所述旋转台上固连有第一固定座和第二固定座,所述动平台上固连有第三固定座、第四固定座和第五固定座;
所述第一主动支链包括第一上连杆、第一推杆式线性驱动器和第一下连杆,所述第一推杆式线性驱动器包括第一内杆和第一外杆,第一内杆与第一外杆连接,构成移动副;所述第一上连杆一端与动平台上的第四固定座连接,构成球副,另一端与第一推杆式线性驱动器第一内杆固连;所述第一下连杆一端与第一推杆式线性驱动器第一外杆固连,另一端通过第一十字连接件与旋转台上的第一固定座连接,构成虎克副;
所述第二主动支链包括第二上连杆、第二推杆式线性驱动器和第二下连杆,所述第二推杆式线性驱动器包括第二内杆和第二外杆,第二内杆与第二外杆连接,构成移动副;所述第二上连杆一端与动平台上的第五固定座连接,构成球副,另一端与第二推杆式线性驱动器第二内杆固连;所述第二下连杆一端与第二推杆式线性驱动器第二外杆固连,另一端通过第二十字连接件与旋转台上的第二固定座连接,构成虎克副;
所述约束支链包括中间连杆和第三十字连接件,所述中间连杆一端与旋转台垂直固连,另一端通过第三十字连接件与动平台上的第三固定座连接,构成虎克副;
通过第一主动支链和第二主动支链中推杆式线性驱动器的驱动,动平台可绕约束支链虎克副的两个轴线转动,实现假手腕关节的屈伸和侧偏运动。
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