CN113894772B - 一种仿生小臂可穿戴机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生穿戴结构。一种仿生小臂可穿戴机构，包括小臂套筒，小臂套筒上安装有可相对小臂套筒旋转的转动结构，所述的转动结构包括可相互旋转的第一转环和第二转环，在小臂套筒和转动结构之间通过助力结构相连。本发明提供了一种可穿戴机构体积小，质量轻，柔度好，符合人体小臂的生物力学特性的一种仿生小臂可穿戴机构；解决现有技术中仿生肘关节可穿戴机构体积大、质量沉，柔度差的技术问题。

Description

一种仿生小臂可穿戴机构
技术领域
本发明涉及一种仿生穿戴结构，尤其涉及一种基于张拉整体结构的仿生小臂机构。
背景技术
仿生肘关节可穿戴机器人具有运动灵活性高和自适应性强等特点，在穿戴运动过程中能够实现适应性半自主复位的肘部的屈伸。与传统工业机器人、刚性结构机器人等相比较，基于张拉整体的仿生肘关节可穿戴机器人面对不同的环境情况，如遇到非设计运动方向的力等工作情况，能够通过张拉整体结构构成的张力网格，将冲击力均匀的分布在每一个构件上，提高应对冲击力的能力，使机构可以承受较大冲击而不出现故障乃至损坏。而现有的小臂关节可穿戴机器人仅能够实现人体小臂旋前旋后的运动功能，缺少对于小臂骨骼和肌肉生物结构功能的详细探索，一般采用简单的铰连接设计，仅能简单的在结构方面模仿小臂关节生物学特征，其他生物学特征仍需要通过控制系统进行进一步完善，虽然仿生小臂关节结构在助力和康复方面得到了极大的关注，但与人体小臂关节结构相比较，仍存在体积大、质量沉，柔度差，控制系统复杂等缺点。
发明内容
本发明提供了一种可穿戴机构体积小，质量轻，柔度好，符合人体小臂的生物力学特性的一种仿生小臂可穿戴机构；解决现有技术中仿生肘关节可穿戴机构体积大、质量沉，柔度差的技术问题。
本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种仿生小臂可穿戴机构，包括小臂套筒，小臂套筒上安装有可相对小臂套筒旋转的转动结构，所述的转动结构包括可相互旋转的第一转环和第二转环，在小臂套筒和转动结构之间通过助力结构相连。小臂套筒套接在小臂上，随着小臂的旋转，第一转环和第二转环相互旋转，并且转动结构也与小臂套筒也相对转动，柔度好，符合人体小臂的生物力学特性，模拟小臂转动动作，同时，通过助力结构在需要回转时为小臂套筒和转动结构提供助力，让整个穿戴机构灵活性更好。
作为优选，所述的第一转环包括转环本体，在转环本体的一侧设有内圈，在转环本体上设有与小臂套筒连接的连接结构。通过设置内圈的配合将第一转环和第二转环轴向连接，并可以相互转动。
作为优选，所述的连接结构包括开设在转环本体内壁上的环形导轨槽，所述的小臂套筒上设有与环形导轨槽配合的环形凸起。环形槽和环形凸起的配合，实现了小臂套筒和第一转环之间的相互转动，同时保证了两者的同轴度。
作为优选，所述的转环本体的圆周方向上均布有多个通孔，多个通孔位于同一环形面上，通孔在所处的环形面与环形导轨槽所在的环形面重合。在导轨上设置通孔，减小摩擦力，让转动更自如，提高仿生小臂的灵活度。
作为优选，所述的第一转环和第二转环的结构相同且对称布置，在第一转环和第二转环之间安装有回复结构。第一转环和第二转环相互转动时，会有轴向的形变，通过回复结构控制两者的轴向距离。
作为优选，第一转环的内圈和第二转环的内圈相互嵌套，转环本体的内圈通过支撑板与转环本体连接，内圈与转环本体相互平行，第一转环的两个支撑板和第二转环的两个支撑板对称布置，四个支撑板均布在内圈上，第一转环和第二转环的之间的最小距离为内圈与转环本体之间的距离。内圈的设置还可以保证第一转环和第二转环的同轴度，让旋转时不会产生径向跳动。在第一转环和第二转环随着小臂转动而相互转动时，会产生形变，第一转环和第二转环之间的距离为形变提供一个预留空间，保证后续的转动过程中，整个结构的稳定性。
作为优选，所述的回复结构包括安装在第一转环和第二转环上的固定板，在两个固定板之间设有弹性部件，弹性部件提供两个固定板向内的拉力。向内的拉力就是将两个部件向相互靠近的方向拉动。
作为优选，所述的小臂套筒包括第一套筒和第二套筒，在第一套筒和第二套筒之间安装有转动结构，所述的小臂套筒、第一转环和第二转环位于同一轴线上。第一套筒和第二套筒分别连接在小臂两侧的结构上，比如肘关节系统和桡骨固定端。
作为优选，所述的助力结构包括均布在小臂套筒外的小臂套筒固定端、均布在转动部件外的转动部件固定端，小臂套筒固定端与转动部件固定端交错布置，在小臂套筒固定端与转动部件固定端之间安装有弹性助力部件。
作为优选，所述的弹性助力部件分为两组，第一组弹性助力部件包括多个第一弹力件和第二弹力件，第一弹力件连接在第一套筒和第二转环之间，第二弹力件位于第一转环和第二转环之间，第一弹力件和第二弹力件位于同一倾斜直线上，第一组弹性助力部件呈锯齿状分布；第二组弹性助力部件包括多个第三弹力件，第三弹力件连接在第二转环和第二套筒之间，第二组弹性助力部件也呈锯齿状分布。两组弹性助力部件不会相互干涉，并且助力效果好。第一组弹性助力部件呈锯齿状分布，每一组锯齿呈人字状，因此可以在桡骨左右旋转时，都可以提供助力，左转时右侧助力部件拉伸提供助力，右转时左侧助力部件提供助力。整个部件稳定性好，干涉小。
因此，本发明的一种仿生小臂可穿戴机构：能有效模拟人体小臂的生物学性能，体积小，质量轻，仿生效果好，方便穿戴，能适应各种工作环境，机构的运动过程模拟小臂旋前旋后运动过程中尺骨与桡骨的相对转动，符合人体小臂的生物力学特征。
附图说明
图1是本发明的一种仿生小臂可穿戴机构的立体图。
图2是图1的另一方向的立体图。
图3是图1内的第一套筒的立体图。
图4是图1内的第一转环的立体图。
图5是图1的使用状态图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1和2所示， 一种仿生小臂可穿戴机构，包括由第一套筒1和第二套筒2构成的小臂套筒。第一套筒1和第二套筒2是相互平行的。在第一套筒1和第二套筒2之间安装有第一转环3和第二转环4。第一套筒1、第一转环3、第二转环4和第二套筒2的轴线重合，并且相互之间是可以互相转动的。第一套筒1和第二套筒2的结构相同，第一转环3和第二转环4的结构相同。
如图3所示，第一套筒1的外圆周表面一体成型有两个小臂套筒固定端5，两个小臂套筒固定端5均布在第一套筒1外。在第一套筒1的外圆周表面还一体成型有环形凸起13。
如图4所示，第一转环3包括转环本体17，转环本体17上成型有两个L形的支撑板15，两个支撑板15的夹角为90°。支撑板15上焊接有内圈12，内圈12与转环本体17相互平行。在转环本体17内壁上开设有环形导轨槽14，环形导轨槽14与第一转筒上的环形凸起13配合。在环形导轨槽14上开设有多个通孔8，用于减小摩擦力。
第一转环的内圈12和第二转环的内圈相互嵌套，第一转环的两个支撑板15和第二转环的两个支撑板对称布置，四个支撑板均布在内圈12上。第一转环3和第二转环4之间的最小距离就为L形支撑板15的高度。
第一转环的内圈位于第二套筒2内，第二转环的内圈位于第一套筒1内。
在第一转环3的外表面一体成型有四个转动部件固定端7和两个固定板6，四个转动部件固定端7均布，两个固定板6之间夹角为180°。在第一转环3和第二转环4的固定板6上安装有弹性绳18，从而形成回复结构。
初始状态时，第一套筒1和第二套筒2上的小臂套筒固定端5在轴向方向上的投影重合，第一转环3和第二转环4上的转动部件固定端7和固定板6在轴向方向上的投影也是重合的。
小臂套筒固定端5与转动件固定端7交错布置。在小臂套筒固定端5与转动部件固定端7之间安装有弹性助力部件。弹性助力部件分为两组，第一组弹性助力部件包括多个第一弹力件9和第二弹力件10，第一弹力件9连接在第一套筒1和第二转环3之间，第二弹力件10位于第一转环4和第二转环之间，第一弹力件9和第二弹力件10位于同一倾斜直线上，第一组弹性助力部件呈锯齿状分布，连接顺序按照第一弹力件9、第二弹力件10、第二弹力件10、第一弹力件9这样分布。拐点前的第一弹力件9与第二弹力件10由于被拉伸产生向内的拉力，拐点后的第二弹力件10和第一弹力件9受压缩，从而不产生拉力；第二组弹性助力部件包括多个第三弹力件11，第三弹力件11连接在第二转环4和第二套筒2之间，第二组弹性助力部件也呈锯齿状分布。弹力件为弹力绳。
使用时，第一转筒1与套接在手腕处的部件19连接，第二转筒2与肘关节的固定部件16连接，当手腕处的部件顺时针转动时，带动第一套筒转动，第一套筒随着小臂转动而转动，第一转筒的转动带动第一转环和第二转环的转动，那第一转筒最后相对于第二转动旋转90°，可以模拟小臂旋前90°。反向旋转时亦然。

Claims (8)

1.一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：包括小臂套筒，小臂套筒上安装有可相对小臂套筒旋转的转动结构，所述的转动结构包括可相互旋转的第一转环和第二转环，在小臂套筒和转动结构之间通过助力结构相连；所述的助力结构包括均布在小臂套筒外的小臂套筒固定端、均布在转动部件外的转动部件固定端，小臂套筒固定端与转动部件固定端交错布置，在小臂套筒固定端与转动部件固定端之间安装有弹性助力部件；所述的弹性助力部件分为两组，第一组弹性助力部件包括多个第一弹力件和第二弹力件，第一弹力件连接在第一套筒和第二转环之间，第二弹力件位于第一转环和第二转环之间，第一弹力件和第二弹力件位于同一倾斜直线上，第一组弹性助力部件呈锯齿状分布；第二组弹性助力部件包括多个第三弹力件，第三弹力件连接在第二转环和第二套筒之间，第二组弹性助力部件也呈锯齿状分布。
2.根据权利要求1所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的第一转环包括转环本体，在转环本体的一侧设有内圈，在转环本体上设有与小臂套筒连接的连接结构。
3.根据权利要求2所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的连接结构包括开设在转环本体内壁上的环形导轨槽，所述的小臂套筒上设有与环形导轨槽配合的环形凸起。
4.根据权利要求3所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的转环本体的圆周方向上均布有多个通孔，多个通孔位于同一环形面上，通孔在所处的环形面与环形导轨槽所在的环形面重合。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的第一转环和第二转环的结构相同且对称布置，在第一转环和第二转环之间安装有回复结构。
6.根据权利要求5所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：第一转环的内圈和第二转环的内圈相互嵌套，转环本体的内圈通过支撑板与转环本体连接，内圈与转环本体相互平行，第一转环的两个支撑板和第二转环的两个支撑板对称布置，四个支撑板均布在内圈上，第一转环和第二转环的之间的最小距离为内圈与转环本体之间的距离。
7.根据权利要求5所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的回复结构包括安装在第一转环和第二转环上的固定板，在两个固定板之间设有弹性部件，弹性部件提供两个固定板向内的拉力。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的一种仿生小臂可穿戴机构，其特征在于：所述的小臂套筒包括第一套筒和第二套筒，在第一套筒和第二套筒之间安装有转动结构，所述的小臂套筒、第一转环和第二转环位于同一轴线上。
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