CN111194254A - 用于移动身体部位的驱动组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于相对于第二身体部位移动第一身体部位的驱动组件，包括用于身体部位的至少一操纵器单元(100,200,593)，所述操纵器单元包含用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器(220,520)、转矩/力传动装置(230,530)、部分齿轮(240,540)的壳体(110,210,510)以及用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元(100,200,593)的第一端/末端的第一连接器(161,261,561)和用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元(100,200,593)的第二端/首端(202)及藉由与由所述致动器(220,520)通过所述转矩传动装置(230,530)致动的所述部分齿轮(240,540)驱动的第二连接器(162,262,562)；以及优选的用于引导所述部分齿轮(240,540)的来回运动的弧形槽道或轨道(250,550)。

Description

用于移动身体部位的驱动组件
技术领域
本公开涉及一种驱动组件，更具体地涉及一种用于相对于第二身体部位移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动的驱动组件，从而能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收。
背景技术
用于操纵身体部位的现有技术通常配置成：将电机/马达/致动器直接定位在关节转轴上；或者将机械接头直接定位在关节转轴上并且具有由位于远程/远距离位置之处的致动器操纵的延伸部。两种设计都要求身体关节由处于一侧和/或两侧的马达和/或机械接头覆盖。这种关节上方设计需要将身体部位适配在机械部件之间，并且由于不同的肢体周长而需要不同的尺寸。有时电机/致动器会妨碍身体运动。而最重要的是，该些现有技术无法操纵该些在轴向上被物理阻挡或覆盖的关节。
此外，每年会有超过1800万人患上中风，而其中一些人会因脑神经元受损而失去一些身体功能或对不同身体部位的控制，例如肢体，包括手指，手，腿等等。他们需要训练身体功能以重新学习其控制。在这方面，本领域非常需要能够辅助受损身体部位(例如肢体)的控制和运动的操纵器/控制器/机械手。
发明内容
根据本公开的一个方面，其为一种用于相对于第二身体部位移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动、并且优选地能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收的驱动组件，包括用于身体部位的至少一操纵器单元，所述操纵器单元包含用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器、转矩/力传动装置、部分齿轮的壳体以及用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器和用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器，所述第二连接器优选地进一步与由所述致动器通过所述转矩传动装置致动的所述部分齿轮连接并被其驱动；以及优选的用于限制和/或引导所述部分齿轮的往复或来回运动且优选为旋转运动的弧形槽道或轨道；其中所述第二连接器配置成在闲置/不活动状态和活动状态之间可互换地操作，在所述闲置/不活动状态时，所述第二连接器定位于或相邻于所述第二端；以及在所述活动状态时，所述第二连接器被驱动以响应于预设指令或接收的实时指令而通过所述部分齿轮沿周向远离或移向所述第二端，或者绕由所述部分齿轮的曲率限定或优选地由所述弧形槽道或轨道限定的转轴来转动预定或要求的第一角度，以便驱动与其连接的所述第二身体部位以围绕位于所述第一身体部位和所述第二身体部位之间的身体关节转动/枢转预定或要求的第二角度。
根据本公开的另一方面，其为一种驱动组件，用于相对于第二身体部位移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动、并且优选地能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收，所述驱动组件包括用于身体部位的至少一操纵器单元，所述操纵器单元包含用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器；以及用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器；以及定位于所述第一端和所述第二端之间的弯曲驱动构件，其中所述第二连接器由所述弯曲驱动构件操纵和驱动，以实现往复运动或来回运动，优选为沿着所述第一连接器和所述第二连接器之间的弯曲路径进行的转动运动；其中所述第二连接器配置成在闲置/不活动状态和活动状态之间可互换地操作，在所述闲置/不活动状态时，所述第二连接器定位于或相邻于所述第二端；以及在所述活动状态时，所述第二连接器被驱动以响应于预设指令或接收的实时指令而通过所述弯曲驱动构件沿周向远离或移向所述第二端，或者绕由所述弯曲驱动构件的曲率限定的第一转轴来转动预定或要求的第一角度，以便驱动与其连接的所述第二身体部位以围绕位于所述第一身体部位和所述第二身体部位之间的身体关节/第二转轴来转动/枢转预定或要求的第二角度；优选地，所述第一转轴与所述第二转轴大体平行或重合，以优化其中的驱动效率。在一些实施例中，所述弯曲驱动构件包括用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器、转矩/力传动装置、部分齿轮的壳体；其中所述第二连接器与由所述致动器通过所述转矩传动装置致动的所述部分齿轮连接并由其驱动，以便响应于所述预设指令或接收的实时指令而沿所述周向在第一角度位置和第二角度位置之间可互换地移动。
在一些实施例中，驱动组件包括设置成彼此串联和/或并联连接的多个尺寸相同或尺寸不同的操纵器单元；其中所述多个操纵器单元的各自的第一连接器配置成彼此连接和/或与同一第一身体部位连接，以及所述多个操纵器单元的各自的第二连接器配置成彼此连接和/或与同一第二身体部位连接，用于为所述第二身体部位提供相对于所述第一身体部位的额外的转动自由度或运动自由度。
在其它实施例中，所述多个操纵器单元的其中之一的第二连接器配置成与所述多个操纵器单元中的另一的第一连接器连接，以便为被所述多个操纵器单元的其中之一或多个单独地/分别地或共同地连接和驱动的一或多个身体部位提供额外的转动角度和/或额外的运动自由度。
在另一些实施例中，驱动组件还包括一或多个止挡件，所述止挡件设置于所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体之处，并且优选地邻接所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体的末端，用于限制在闲置和活动状态下操作的所述部分齿轮的运动和/或为所述运动提供安全限度。
在再一些其它实施例中，所述致动器选自由包括以下各项组成的组：DC电动机，AC/DC电动机，液压电动机，气动电动机，有刷/无刷电动机，压电电动机，由AC/DC电、电池、化学品、温度变化、压力变化、灯光或电磁、声波或能量波驱动的记忆合金；和/或其中所述转矩传动装置选自由包括以下各项组成的组：蜗杆/蜗轮，正齿轮/直齿轮/圆柱齿轮，锥齿轮/伞齿轮/斜齿轮，皮带传动装置，皮带轮传动装置及其组合；和/或其中所述部分齿轮选自由包括以下各项组成的组：蜗轮，正齿轮/直齿轮，锥齿轮/斜磨擦轮，带轮，皮带轮/滑轮及其组合；和/或其中所述部分齿轮是转动度小于360度，优选小于135度，但大于0度的齿轮。。
在若干实施例中，所述操纵器单元还包括设置在所述壳体之上或之内的一或多个传感器和/或一或多个控制器，以测量或控制/处理与所述第二连接器的位置、转动角度、运动程度或定向，所述第二连接器所施加或所承受的力或压力，环境声、环境光、和/或环境温度相关的数据；其中由所述传感器和/或所述控制器产生的测量和输出或反馈的数据通过包括蓝牙、无线热点(Wifi)、红外线，紫蜂(Zigbee)、全球流动通讯系统(GSM)、长期演进技术(LTE)及其组合的有线和/或无线技术和协议中的其中之一或多种来通信或传输，优选地送至远程/外部终端。
在其它实施例中，相邻的一对第一操纵器单元和第二操纵器单元通过所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、或者所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连而彼此连接。
根据本公开的另一方面，其公开了一种用于移动或转动，或辅助或抵制人手和/或其手指的运动的机器人手或手套，包括上述的驱动组件，还包括手掌板件，用于将所述机器人手或手套安装于人手腕和/或前臂上以及用于安装多个操纵器单元，以用于人手的多个手指和其操纵，其中多个手指中的每一皆连接和受控于配置成和能够提供一或多个自由度的一或多个操纵器单元；以及一或多个传感器或传感装置，包括用于测量人手和手指的肌肉的电活动的肌电图/肌电描记/肌电信号传感器、用于测量或收集与在人手的每一指尖处的压力相关的信息的力敏电阻器、用于测量人手和手指的加速力的加速计、和/或用于测量或保存人手和手指的定向和角速度的陀螺仪；微控制器，配置成响应于由所述一或多个传感器测量和提供的数据来控制/操纵、协调、和/或同步多个操纵器单元的运动，以便实现机器人手的要求操作，以辅助或抵制人手的运动。
在一些其它实施例中，所述手掌板件还包括至少一第一附接连接器，其具有设置于所述手掌板件的近端处或附近的第一接合构件，以与人的手腕和/或前臂耦合；和/或至少一第二附接连接器，其具有设置于所述手掌板件的远端处或附近的第二接合构件，以与多个操纵器单元中的相邻接/相邻近/最邻近的其中之一的第一连接器连接。
在另一些实施例中，以级联方式设置的两个操纵器单元与人手手指或拇指中的其中之一连接以提供2个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括近端指间(PIP)关节和/或掌指(MCP)关节，以限定手指或拇指的屈曲和/或伸展；和/或以级联方式设置的两个或三个操纵器单元与另一手指连接，包括食指、中指、无名指、和小指，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括PIP关节，MCP关节和/或远端指间(DIP)关节；或与人手的拇指连接，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括指间(IP)关节，MCP关节和/或腕骨和掌骨(CMC)关节；和/或其中独立地设置或与其它操纵器联合地设置的额外的一或多个操纵器与拇指和其它手指连接以提供用于外展和/或内收的额外自由度。
在一些实施例中，每一操纵器单元配置成为其本身或人手中的相关联的手指的其中一段提供优选为大于0度以及更优选为180度以内的转动运动。
附图说明
以下将参照附图详细叙述本公开，其中：
图1和1a分别是根据本公开的优选实施例的适于移动相关联部件/物体的示例性驱动组件的透视图和侧视图；
图2a-2d分别是根据本公开的优选实施例的适于移动相关联部件/物体的另一示例性驱动组件的局部剖视图和透视图；
图3a-3g分别是根据本公开的优选实施例的适于移动相关联部件/物体的其它示例性驱动组件的透视图；
图4a-4l分别是根据本公开的优选实施例的适于移动相关联身体部位的其它示例性驱动组件的透视图；
图5a-5c分别是根据本公开的优选实施例的适于移动相关联身体部位的另一示例性驱动组件/手套的透视图和俯视图；以及
图6是根据本公开的优选实施例的用于移动相关联身体部位的另一示例性驱动组件的透视侧视图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本公开作进一步详述，以使本公开的目的，技术方案和优点更加清楚。
根据本公开，其提供了一种设计成根据关节轴转动身体部位的身体关节操纵器，并且允许操纵其中身体关节难以接近/存取的身体部位。操纵器包括作为移动臂件的由致动器、传动齿轮、部分齿轮构成的集成件/一体件以及壳体，其优选地具有弧形槽道以引导齿轮传动式臂件的运动。齿轮传动式臂件和/或弧形槽道具有连接到身体部位和/或彼此连接的连接器。操纵器可配置成单一关节操纵器，或者可以级联，以用于多个关节的操纵或单一关节的复合运动操纵。
在一些实施例中，本公开的技术方案能够在不覆盖关节轴/轴线的情况下操纵身体关节，这可通过将运动限制在弧形槽道内而达成，所述弧形槽道的转动中心在关节轴线之处。因此，可以容易地将操纵器安装于身体部位上和将其自身体部位上移除，而无需任何适配/拟合/装配/调整。对于被其它身体部位阻塞的关节，所述技术方案也可以轻松地操纵关节的运动。所述技术方案的另一优点是其可级联性。多个操纵器可以通过不同长度的连接器级联在一起。因此，就可以同一配置来覆盖整个身体/肢体。
根据本公开，提供了一种身体关节操纵器，其能够沿着相应的身体关节来移动或转动身体部位而无需占据关节轴的空间。该操纵器包括致动器，转矩传动装置，部分齿轮；用于机械部件(致动器，齿轮和部分齿轮)的壳体，其与弧形槽道或轨道相结组合，以引导部分齿轮的运动(移出或移入壳体的弧形部)；以及位于壳体末端和齿轮的首端/尖端/端头的连接器，以允许固定在身体部位以及其它机械部件上(包括级联在另一相邻操纵器上)，其中致动器是DC马达/电动机，但也可以是其它致动器，例如AC/DC电动机，液压、气动、有刷/无刷式电动机等等。
在一些实施例中，齿轮可以是蜗杆/蜗轮，但也可以是其它齿轮，例如正齿轮/直齿轮/圆柱齿轮，锥齿轮/伞齿轮/斜齿轮，皮带传动装置，皮带轮传动装置等等，其具有一或多个由多个齿轮或皮带或电缆构成的组合物；其中，部分齿轮是蜗轮，但也可以是其它齿轮，例如正齿轮/直齿轮，锥齿轮/斜磨擦轮，带轮，皮带轮/滑轮等等；其中，所述部分齿轮是转动度小于360度，优选小于135度，但大于0度的齿轮。
在其它实施例中，壳体具有小于360度但大于0度的弧形槽道或轨道，以允许齿轮的转动运动小于360度但大于0度，其中部分齿轮的运动由壳体的弧形槽道和/或在壳体侧面上的一或多个导轨限制，使用但不限于杆件，轴承，滚子等等；优选地，壳体的导轨和/或弧形槽道具有一或多个机械止挡件/止动器，以限制齿轮的前向或后向运动(移入或移出壳体)。
在另一些的实施例中，壳体具有内部结构来限制马达/致动器，传动装置和齿轮的位置，以便保持传动装置或齿轮之间的中心距离；其中壳体可以是一完整部件或使用但不限于螺钉/螺栓，钉子，超声波等等连接在一起的不同部件的组合物；和/或其中传动装置，齿轮和壳体可以采用不同的材料制成，例如但不限于塑料，金属，复合材料等等；和/或其中传动装置，齿轮和壳体可以通过不同的方法来制造，例如但不限于CNC，钻削和铣削，铸造，注塑，3D打印，冲压/模压/模锻等等。
在若干示例实施例中，其中连接器可以位于壳体的任何部位之处，并且可以连接到另一部操纵器的任何部位和/或身体的任何部位；和/或其中连接器可以具有任何长度和任何形状以适配具有不同尺寸的另一操纵器和/或不同身体部位。
根据本公开，操纵器可以应用于不同的身体关节(包括但不限于)，例如肩部，肘部，腕部，手指，臀部，膝部/膝盖和踝部/脚踝等等；和/或操纵器可以辅助或抵制运动(包括但不限于)，例如屈曲/弯曲，伸展，外展，内收，转动，抓握，打开/闭合等等；和/或其中操纵器可以与另一操纵器连接，以为一或多个身体关节提供额外的转动角度和/或更大的自由度；和/或其中操纵器可以与具有不同致动器，不同齿轮，不同尺寸，不同运动范围，不同材料，不同形状，不同连接器，不同装置/固定设备等等的一或多种版本的这种操纵器级联在一起；和/或其中操纵器可与另一操纵器以不同的布置/排列方式连接(包括但不限于)，诸如末端对接尖端，尖端对接尖端，末端对接末端等等；和/或其中操纵器可以与串联或并联地设置、单个地或多个地设置的一或多个操纵器一起设置，这取决于不同的身体部位或关节(包括但不限于)，例如支持屈曲/伸展和外展/内收和转动的肩关节；具有屈曲/伸展和外展/内收、外翻/旋前、内翻/旋后和转动能力的腕关节；支持屈曲/伸展和外展/内收的具有多个手指关节的手；具有屈曲/伸展和外展/内收和转动能力的髋关节；具有屈曲/伸展和外展/内收和转动能力的踝关节；以及其它适用的身体关节等等。
根据本公开，其进一步提供一种外骨胳型机器人手之设计，它具有身体部位操纵器或远程中心式操纵器(RCM)，其包括蜗杆/蜗轮传动装置/螺旋齿轮，部分蜗轮/齿轮，以及优选的弧形轨道/通道以引导用于驱动人手手指的远程中心(RC)运动。机器人手包括1个以上的手指，每一手指具有双RCM，以操纵两个手指关节--PIP关节和MCP关节。如果需要，同一操纵器也可以驱动DIP和腕关节。所述机器人手可以帮助肌肉力量较弱和手部肌肉协调能力差的人，使其以较高强度/力量和较快速度实现正常的手部功能。
RCM型机器人手设计成驱动人手手指以辅助其运动并增加强度。它包括用于每一手指的至少一操纵器。每一操纵器可以根据其转动中心来致动手指运动。RCM型机器人手可以为5只手指的操纵提供10个自由度。每一操纵器可提供大于90度的转动自由度或运动范围。RCM型机器人手配置成提供辅助手部的功能，以帮助人们使用他们的手，即使他们具有较差的肌肉力量和/或协调性。
参照图1和1a，所示为根据本公开的优选实施例的适于控制相关联部件/物体的示例性驱动组件的透视图和侧视图，根据所示，驱动组件包括用于相对于第二部件移动第一部件的操纵器单元100，其包括用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器、转矩/力传动装置、部分齿轮的壳体110以及用于与所述第一部件连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器161和用于与所述第二部件连接的通过其连接机构163可移动地设置在和连接到所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器162，所述第二连接器优选地进一步与由所述致动器通过所述转矩传动装置致动的所述部分齿轮的自由端142连接并被其驱动。在处于其闲置状态时，部分齿轮将完全收纳并隐藏在壳体中。而在其处于活动状态时，部分齿轮将通过设置在壳体处并且优选地定位在操纵器单元的第二端处的开口而伸出或缩回到壳体中。如图1a所示，操纵器100可包括第一部分10，其适于容纳致动器和转矩/力传动装置；以及第二部分20，其带有的具有大致半圆形或弯曲横截面的一部分可用于容纳具有弯曲部分的所述部分齿轮。在一些实施例中，第一部分10大体呈圆柱形壳体的形式以及第二部分20大体呈半圆形或弯曲形壳体的形式，用于限制和引导所述部分齿轮的运动，其中圆柱形壳体与弯曲形壳体连通，以实现所述部分齿轮和传动装置之间的适当接合。
现在参照图2a-2d，所示为根据本公开的优选实施例的适于移动相关联部件/物体的另一示例性驱动组件的局部剖视图和透视图。根据本公开，示例性驱动组件适于相对于第二身体部位(诸如人体/身体关节的部位)移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动、并且优选地能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收；其中身体关节包括但不限于可见于手指，手腕，肘部，肩部，膝部/膝盖，踝部/脚踝，脚趾，颈部，臀部和人体脊柱之处的关节。图2-2a所示的示例性驱动组件包括用于身体部位的至少一操纵器单元200，其包括用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器220、转矩/力传动装置230、部分齿轮240的壳体210以及用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端201的第一连接器261和用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端202的第二连接器262，所述第二连接器优选地进一步与由所述致动器通过所述转矩传动装置230致动的所述部分齿轮240的自由端242连接并被其驱动；以及优选的用于限制和/或引导所述部分齿轮240的往复或来回运动且优选为旋转运动的弧形槽道或轨道250。
在若干优选实施例中，所述致动器选自由包括以下各项组成的组：DC电动机，AC/DC电动机，液压电动机，气动电动机，有刷/无刷电动机，压电电动机，由AC/DC电、电池、化学品、温度变化、压力变化、灯光或电磁、声波或能量波驱动的记忆合金；和/或其中所述转矩传动装置选自由包括以下各项组成的组：蜗杆/蜗轮/螺旋齿轮，正齿轮/直齿轮/圆柱齿轮，锥齿轮/伞齿轮/斜齿轮，皮带传动装置，皮带轮传动装置及其组合；和/或其中所述部分齿轮选自由包括以下各项组成的组：蜗轮/螺旋齿轮，正齿轮/直齿轮，锥齿轮/斜磨擦轮，带轮，皮带轮/滑轮及其组合；和/或其中所述部分齿轮是转动度小于360度，优选小于135度，但大于0度的齿轮。
在一些示例性实施例中，自由端242可以采用具有倒T形横截面的异形件/块的形式，其配置成可与第二连接器的连接机构的配对物(诸如类似于和/或由图1中的数字163所表示的具有匹配截面的凹槽)通过紧配合/过盈配合而接合，而且它们可以优选地进一步通过本领域公知的传统螺纹机构或连接机构(未示出)而彼此接合。
在若干实施例中，操纵器单元还包括一或多个止挡件，所述止挡件设置在所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体，并且优选地邻接/邻近于所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体的末端，用于限制在闲置和活动状态下操作的所述部分齿轮的运动和/或为所述运动提供安全限度。
在一些进一步的实施例中，操纵器单元还包括传感器270，传感器270配置成测量和反馈转矩/力传动装置230和/或部分齿轮240的转动角度或负载力，以便能够自动调节由驱动组件控制的相关联身体部位的运动。
在其它实施例中，操纵器单元还包括设置在所述壳体之上或之内的一或多个传感器和/或一或多个控制器，以测量或控制/处理与所述自由端和/或所述第二连接器的位置、转动角度、运动程度或定向；以及所述自由端和/或所述第二连接器所施加或所承受的力或压力，环境声、环境光、和/或环境温度相关的数据。在一些实施例中，由所述传感器和/或所述控制器产生的测量和输出或反馈的数据通过包括蓝牙、无线热点、红外线，紫蜂、全球流动通讯系统、长期演进技术及其组合在内的有线和/或无线技术和协议中的其中之一或多种来通信或传输，优选地传递或传输至远程/外部终端。
根据本公开，第二连接器262配置成在闲置/不活动状态和活动状态之间可互换地操作，在所述闲置/不活动状态时，所述第二连接器定位于或相邻于所述第二端202；以及在所述活动状态时，所述第二连接器被驱动以响应于预设指令或接收的实时指令而通过所述部分齿轮240沿周向远离或移向所述第二端202，或者绕由所述部分齿轮的曲率限定或优选地由所述弧形槽道或轨道限定的第一转轴来转动预定或要求的第一角度，以便驱动与其连接的所述第二身体部位，以围绕位于所述第一身体部位和所述第二身体部位之间的身体关节/第二转轴(未示出)转动/枢转预定或要求的第二角度。在一些实施例中，所述第一转轴与所述第二转轴大体平行或重合，以优化其中的驱动效率。
如图2b-2d所示，部分齿轮240的自由端242或第二连接器262被驱动以响应于由驱动组件提供的预设指令或接收的实时指令而沿着由部分齿轮240和/或优选地为弧形槽道或轨道250所限定的圆周方向移动远离第二端202，以绕由所述部分齿轮的曲率限定和/或优选地由所述弧形槽道或轨道限定的转轴来分别转动45度，90度和135度角度，其中几乎四分之一，一半和整个部分齿轮240业已被驱动并从壳体210或弧形槽道250伸出，使得相关联的身体部位会被相应地驱动以完成要求的运动。
现在参照图3a-3g，所示为根据本公开的优选实施例的其它示例性驱动组件的透视图。根据本公开，多个尺寸相同或尺寸不同的操纵器单元可以彼此串联和/或并联地设置；其中所述多个操纵器单元的各自的第一连接器配置成彼此连接和/或与同一第一身体部位连接，以及所述多个操纵器单元的各自的第二连接器配置成彼此连接和/或与同一第二身体部位连接，以便为所述第二身体部位提供相对于所述第一身体部位的额外的转动自由度或运动自由度。
在一些实施例中，多个操纵器单元的其中之一的第二连接器配置成与所述多个操纵器单元中的另一的第一连接器连接，以便为被所述多个操纵器单元的其中之一或多个单独地/分别地或共同地连接和驱动的一或多个身体部位提供额外的转动角度和/或额外的运动自由度。
在又一些实施例中，相邻的一对第一操纵器单元和第二操纵器单元通过所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、或者所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连而彼此连接。
图3a示出了具有两个级联操纵器的首端对末端的构造/配置(或头对尾)或第一构造/配置，所述两个级联操纵器是通过经由用作中间连接器363的第一连接器或第二连接器而使操纵器单元的其中之一的首端与另一操纵器单元的末端相连而形成，以致于两个操纵器总共仅配备三个连接器361,362,363；图3b示出了具有两个级联操纵器的末端到末端的构造/配置或第二结构/配置，所述两个级联操纵器是通过将其末端连接在一起而形成；其中所述部分齿轮的各自的自由端都处于闲置/非活动/非工作位置，以及被驱动成沿着由部分齿轮限制的圆周方向转动0度角。
图3c示出了图3a中所示的第一配置；图3d示出了图3b中所示的第二配置；其中所述部分齿轮的每一自由端皆处于活动/工作位置，以及被驱动成沿着由部分齿轮限制的圆周方向移动和转动45度角，因此位于右手侧的连接器362相对于位于左手侧的连接器361总共转动90度角。
图3e示出了图3a中所示的第一配置；图3f示出了图3b中所示的第二配置；其中所述部分齿轮的每一自由端皆处于活动/工作位置以及被驱动成沿着由部分齿轮限制的圆周方向移动和转动90度角，因此位于右手侧的连接器362相对于位于左手侧的连接器361总共转动180度角。此外，图3e中的中间连接器是通过互连两个连接器而形成，即左方操纵器单元的第二连接器和右方操纵器单元的第一连接器；其中该两个连接器也可以通过诸如连杆(未示出)的中间连接构件而相连接，以延长左方操纵器单元和右方操纵器单元之间的距离。
在一些实施例中，三个或以上的操纵器可以彼此串联或并联连接，诸如图3g中所示的另一首端对末端配置(或第三配置)，其可以适用于具有许多关节/连接表面的特定应用/关节。
图4a-4l所示分别为根据本公开的优选实施例的适于移动相关联身体部位的其它示例性驱动组件的透视图。如图4a-4b所示，四个操纵器单元配置/构造成定位在上肢以覆盖两个臂的肘部和肩部。在该实施例中，左臂的运动或其外展和内收是由定位于左肩上的操纵器单元控制。
参照图4c-4d，一个操纵器单元定位于右臂肘部的背部，其中设置在操纵器单元的第一端的第一连接器与上臂连接，设置在操纵器单元的第二端的可移动的第二连接器与前臂连接，以致于右肘的各种运动，即弯曲和伸展，通过操纵器单元的相应操作来驱动和控制。
现在参照图4e-4f，串联的或首端对末端地配置的两个操纵器单元定位在手/手掌和手指背部，其中设置在右操纵器单元的第一端处的第一连接器连接手掌以及设置在左操纵器单元的第二端的可移动的第二连接器与手指连接，以致于手指的PIP和MCP关节的各种运动，诸如弯曲和伸展，可通过左和/或右操纵器单元的相应操作来控制。
在如图4g-4j所示的一些实施例中，一或多个操纵器单元可以定位在髋关节的背部或侧部，其中设置在操纵器单元的第一端处的第一连接器可以与臀部连接以及设置在操纵器单元的第二端处的可移动的第二连接器可以与大腿连接，以致于髋关节的各种运动，即外展/内收，屈曲/伸展，可通过一或多个操纵器单元的相应操作来驱动和控制。
在如图4k-4l所示的一些实施例中，操纵器单元定位在膝关节之处，其中设置在操纵器单元的第一端处的第一连接器与大腿连接以及设置在操纵器单元的第二端的可移动第二连接器与小腿连接，以致于膝关节的各种运动，即屈曲和伸展，由操纵器单元的相应操作来驱动和控制。
现在参照图5a-5b，所示为根据本公开的优选实施例的适于移动相关联手部和手指的采用机器人手或手套形式的另一示例性驱动组件的透视图和俯视图。机器人手或手套500适于移动或转动，辅助或抵制人手和/或其手指的运动，其包括前述的驱动组件以及还包括手掌板件，用于将机器人手或手套安装在人体手腕和/或前臂上以及用于安装多个操纵器单元593，以用于人手的多个手指和其操纵，其中多个手指中的每一皆连接和受控于配置成和能够提供一或多个自由度的一或多个操纵器单元。
参照图5c，操纵器单元593类似于图2a中所示的操纵器单元以及包括用于至少部分地接纳可操作地彼此连接的致动器520，转矩/力传动装置530，部分齿轮540的壳体510以及用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器561和用于与所述第二身体部位和/或相邻的操纵器单元连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器562，所述第二连接器优选地进一步与由所述致动器通过所述转矩传动装置530致动的所述部分齿轮540的自由端542连接并被其驱动；以及优选的用于限制和/或有助于引导所述部分齿轮540的往复或来回运动且优选为旋转运动的弧形槽道或轨道550。
壳体可以通过其连接机构511与手掌板件接合，连接机构511可以是传统的螺纹连接或固定机构。
在若干优选实施例中，机器人手或手套还包括一或多个传感器或传感装置，包括用于测量人手和手指的肌肉的电活动的肌电图/肌电描记/肌电信号传感器、用于测量或收集与在人手的每一指尖处的压力相关的信息的力敏电阻器、用于测量人手和手指的加速力的加速计、和/或用于测量或保存人手和手指的定向和角速度的陀螺仪；。
在其它实施例中，机器人手或手套还包括微控制器，配置成响应于由一或多个传感器测量和提供的数据来控制/操纵、协调、和/或同步多个操纵器单元的运动，以便实现机器人手的要求操作，以辅助或抵制人手的运动。
在又一些实施例中，手掌板件还包括至少一第一附接连接器591，其具有设置于所述手掌板件的近端处或附近的第一接合构件，以与人的手腕和/或前臂连接/耦合；和/或至少一第二附接连接器592，其具有设置于所述手掌板件的远端处或附近的第二接合构件，以与多个操纵器单元中的相邻接/相邻近/最邻近的其中之一的第一连接器连接。
在另外的示例实施例中，以级联方式设置的两个操纵器单元与人手手指或拇指中的其中之一连接以提供2个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括PIP关节和/或MCP关节，以提供/限定手指或拇指的屈曲和/或伸展；和/或以级联方式设置的两个或三个操纵器单元与另一手指连接，包括食指、中指、无名指、和小指，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括PIP关节，MCP关节和/或DIP关节；或与人手的拇指连接，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括IP关节，MCP关节和/或CMC关节；和/或其中独立地设置或与其它操纵器联合地设置的额外的一或多个操纵器与拇指和其它手指连接以提供用于外展和/或内收的额外自由度。
在若干实施例中，每一操纵器单元配置成为其本身或人手中的其中一段手指提供优选为大于0度以及更优选为180度以内的转动运动。
根据本公开，机器人手或手套500可以为每一手指提供2个或以上的自由度。其采用一或多个操纵器/操纵器单元来驱动一或多个手指，其中每一手指具有多于1个操纵器来致动手指关节的转动，例如PIP关节和/或MCP关节的转动。每一操纵器配置成操纵手指以及可与手指关节之处的远程的/微细的转动相符/相一致/相适应，其中由人所产生的转动度(运动范围)和/或手指关节转矩可通过其中嵌入的传感器来测量。弧形槽道或轨道配置成有助于引导齿轮的运动，以及操纵器还包括特别/极限止挡件/止动器，以便为齿轮的运动提供安全限制。两个或以上的操纵器可以以不同的配置或布置而彼此连接，例如首端对首端，末端对末端，首端对末端或者末端对首端，正如上文所述的那样。每一操纵器可以在齿轮的末端和壳体的末端配备连接器，以便连接到待操纵的手指。掌板配置成固定不同手指的操纵器，并且其可牢固地连接到人手的背部。
如上所述，机器人手或手套500可以具有附接连接器(诸如图5a中所示的591)，用于连接到不同的手指和手腕，以便操纵该些身体部位。操纵器的连接器可以连接到人体或连接到另一操纵器。机器人手或手套可以包括用于将手指固定于操纵器的指垫，以及用于操纵所述操纵器的运动的微控制器；以及其它传感器，诸如肌电信号传感器，加速度计和陀螺仪，FSR等等；其可以无线连接到其它终端以进行控制和数据传输。在一些实施例中，每一操纵器可以配置成提供/限定大于90度但小于180度的转动运动。
现在参照图6，所示为根据本公开的优选实施例的用于移动相关联身体部位的另一示例性驱动组件的透视侧视图，根据该驱动组件，两个操纵器693被级联以用于辅助身体部位(诸如手指)的运动或其控制，其中左方操纵器的最左侧连接器661的末端配置成可安装在第一身体部位或掌板上，而其首端和右方操纵器的末端以类似于图3a中所示的方式通过具有延长的长度/尺寸的中间连接器663来连接或耦合。中间连接器663包括第一和第二连接构件，所述第一和第二连接构件在长度方向上间隔开并且设置在相对端，以便与左方和右方操纵器的相应端部或其中的部分齿轮的自由端连接；以及开口664，优选为通槽，其沿宽度方向延伸，适于插入诸如带件/绳件的紧固构件，用于缠绕在第二身体部位(或手指)上，以便将驱动组件适当地定位/安装于手指或相应的手指关节(未示出)之处。中间连接器的尺寸或长度和/或宽度可以适配于身体部位的预定尺寸，以在左右操纵器之间提供或形成具有要求刚度的优化接头，以实现/有助于其优化操作；以及其也可以与设置在左方操纵器的末端的最左侧的连接器661和/或设置在右方操纵器的首端的最右边的连接器662(尺寸)不相同，正如图所示。在一些实施例中，左和右操纵器与中间连接器和/或最右侧连接器集成在一起。
本公开业已根据具体实施例作出叙述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出各种改型和等同物。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本公开做出许多修改，以适应具体情况和本公开的特定组件。因此，本公开不限于本文公开的具体实施例，并且应包括落入权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (12)

1.一种用于相对于第二身体部位移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动、并且优选地能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收的驱动组件，包括用于身体部位的至少一操纵器单元，所述操纵器单元包含用于至少部分地接纳可操作地彼此连接的致动器、转矩/力传动装置、部分齿轮的壳体以及用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器和用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器，所述第二连接器优选地进一步与由所述致动器通过所述转矩传动装置致动的所述部分齿轮连接并被其驱动；以及优选的用于限制和/或引导所述部分齿轮的往复或来回运动且优选为旋转运动的弧形槽道或轨道；
其中所述第二连接器配置成在闲置/不活动状态和活动状态之间可互换地操作，在所述闲置/不活动状态时，所述第二连接器定位于或相邻于所述第二端；以及在所述活动状态时，所述第二连接器被驱动以响应于预设指令或接收的实时指令而通过所述部分齿轮沿周向远离或移向所述第二端，或者绕由所述部分齿轮的曲率限定或优选地由所述弧形槽道或轨道限定的转轴来转动预定或要求的第一角度，以便驱动与其连接的所述第二身体部位以围绕位于所述第一身体部位和所述第二身体部位之间的身体关节转动/枢转预定或要求的第二角度。
2.根据权利要求1所述的驱动组件，包括设置成彼此串联和/或并联连接的多个尺寸相同或尺寸不同的操纵器单元；其中所述多个操纵器单元的各自的第一连接器配置成彼此连接和/或与同一第一身体部位连接，以及所述多个操纵器单元的各自的第二连接器配置成彼此连接和/或与同一第二身体部位连接，用于为所述第二身体部位提供相对于所述第一身体部位的额外的转动自由度或运动自由度；和/或
其中所述多个操纵器单元的其中之一的第二连接器配置成与所述多个操纵器单元中的另一的第一连接器连接，以便为被所述多个操纵器单元的其中之一或多个单独地/分别地或共同地连接和驱动的一或多个身体部位提供额外的转动角度和/或额外的运动自由度。
3.根据权利要求1或2所述的驱动组件，还包括一或多个止挡件，所述止挡件设置于所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体之处，并且优选地邻接所述部分齿轮、所述弧形槽道或轨道、和/或所述壳体的末端，用于限制在闲置和活动状态下操作的所述部分齿轮的运动和/或为所述运动提供安全限度。
4.根据权利要求1或2所述的驱动组件，其中所述致动器选自由包括以下各项组成的组：DC电动机，AC/DC电动机，液压电动机，气动电动机，有刷/无刷电动机，压电电动机，由AC/DC电、电池、化学品、温度变化、压力变化、灯光或电磁、声波或能量波驱动的记忆合金；和/或
其中所述转矩传动装置选自由包括以下各项组成的组：蜗杆/蜗轮/螺旋齿轮，正齿轮/直齿轮/圆柱齿轮，锥齿轮/伞齿轮/斜齿轮，皮带传动装置，皮带轮传动装置及其组合；和/或
其中所述部分齿轮选自由包括以下各项组成的组：蜗轮/螺旋齿轮，正齿轮/直齿轮，锥齿轮/斜磨擦轮，带轮，皮带轮/滑轮及其组合；和/或
其中所述部分齿轮是转动度小于360度，优选小于135度，但大于0度的齿轮。
5.根据权利要求1所述的驱动组件，其中所述操纵器单元还包括设置在所述壳体之上或之内的一或多个传感器和/或一或多个控制器，以测量或控制/处理与所述第二连接器的位置、转动角度、运动程度或定向，所述第二连接器所施加或所承受的力或压力，环境声、环境光、和/或环境温度相关的数据；
其中由所述传感器和/或所述控制器产生的测量和输出或反馈的数据通过包括蓝牙、无线热点、红外线，紫蜂、全球流动通讯系统、长期演进技术及其组合的有线和/或无线技术和协议中的其中之一或多种来通信或传输，优选地送至远程/外部终端。
6.根据权利要求1所述的驱动组件，其中相邻的一对第一操纵器单元和第二操纵器单元通过所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连、所述第一操纵器单元的第一连接器和所述第二操纵器单元的第一连接器的互连、或者所述第一操纵器单元的第二连接器和所述第二操纵器单元的第二连接器的互连而彼此连接。
7.一种用于移动或转动，或辅助或抵制人手和/或其手指的运动的机器人手或手套，包括根据权利要求1-6中任一项所述的驱动组件，还包括手掌板件，用于将所述机器人手或手套安装于人手腕和/或前臂上以及用于安装多个操纵器单元，以用于人手的多个手指和其操纵，其中多个手指中的每一皆连接和受控于配置成和能够提供一或多个自由度的一或多个操纵器单元；以及
一或多个传感器或传感装置，包括用于测量人手和手指的肌肉的电活动的肌电图/肌电描记/肌电信号传感器、用于测量或收集与在人手的每一指尖处的压力相关的信息的力敏电阻器、用于测量人手和手指的加速力的加速计、和/或用于测量或保存人手和手指的定向和角速度的陀螺仪；
微控制器，配置成响应于由所述一或多个传感器测量和提供的数据来控制/操纵、协调、和/或同步多个操纵器单元的运动，以便实现机器人手的要求操作，以辅助或抵制人手的运动。
8.根据权利要求7所述的机器人手或手套，其中所述手掌板件还包括至少一第一附接连接器，其具有设置于所述手掌板件的近端处或附近的第一接合构件，以与人的手腕和/或前臂接合；和/或至少一第二附接连接器，其具有设置于所述手掌板件的远端处或附近的第二接合构件，以与多个操纵器单元中的相邻接/相邻近/最邻近的其中之一的第一连接器连接。
9.根据权利要求7所述的机器人手或手套，其中以级联方式设置的两个操纵器单元与人手手指或拇指中的其中之一连接以提供2个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括PIP关节和/或MCP关节，以限定手指或拇指的屈曲和/或伸展；和/或以级联方式设置的两个或三个操纵器单元与另一手指连接，包括食指、中指、无名指、和小指，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括PIP关节，MCP关节和/或DIP关节；或与人手的拇指连接，以提供2或3个自由度以及驱动一或多个手指关节的转动，包括IP关节，MCP关节和/或CMC关节；和/或其中独立地设置或与其它操纵器联合地设置的额外的一或多个操纵器与拇指和其它手指连接以提供用于外展和/或内收的额外自由度。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的机器人手或手套，其中每一操纵器单元配置成为其本身或人手中的相关联的手指的其中一段提供优选为大于0度以及更优选为180度以内的转动运动。
11.一种驱动组件，用于相对于第二身体部位移动或转动第一身体部位、或者用于辅助或抵制所述第一身体部位相对于所述第二身体部位的运动、并且优选地能够使所述第一身体部位能够相对于所述第二身体部位屈曲、伸展、外翻/旋前、内翻/旋后、旋转、外展和内收，所述驱动组件包括用于身体部位的至少一操纵器单元，所述操纵器单元包含用于与所述第一身体部位连接的设置在所述操纵器单元的第一端/末端的第一连接器；以及用于与所述第二身体部位连接及一起移动的可移动地设置在所述操纵器单元的第二端/首端的第二连接器；以及定位于所述第一端和所述第二端之间的弯曲驱动构件，其中所述第二连接器由所述弯曲驱动构件操纵和驱动，以实现往复运动或来回运动，优选为沿着所述第一连接器和所述第二连接器之间的弯曲路径进行的转动运动；
其中所述第二连接器配置成在闲置/不活动状态和活动状态之间可互换地操作，在所述闲置/不活动状态时，所述第二连接器定位于或相邻于所述第二端；以及在所述活动状态时，所述第二连接器被驱动以响应于预设指令或接收的实时指令而通过所述弯曲驱动构件沿周向远离或移向所述第二端，或者绕由所述弯曲驱动构件的曲率限定的第一转轴来转动预定或要求的第一角度，以便驱动与其连接的所述第二身体部位以围绕位于所述第一身体部位和所述第二身体部位之间的身体关节/第二转轴来转动/枢转预定或要求的第二角度；优选地，所述第一转轴与所述第二转轴大体平行或重合，以优化其中的驱动效率。
12.根据权利要求11所述的驱动组件，其中所述弯曲驱动构件包括用于至少部分地容纳可操作地彼此连接的致动器、转矩/力传动装置、部分齿轮的壳体；其中所述第二连接器与由所述致动器通过所述转矩传动装置致动的所述部分齿轮连接并由其驱动，以便响应于所述预设指令或接收的实时指令而沿所述周向在第一角度位置和第二角度位置之间可互换地移动。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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