CN114344080A - 一种致动器防偏机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种致动器防偏机构，包括基板，所述基板由可弹性弯曲的材料制成；至少两个固定夹具，各所述固定夹具安装于所述基板的同一侧波纹管，所述波纹管连接于两个所述固定夹具之间；限位部，所述限位部位于相邻的两所述固定夹具之间，所述限位部与所述基板固接，所述限位部与所述波纹管的外壁挡接。本发明通过在波纹管与基板之间添加限位部，可以限制波纹管在弯曲时因受到外力导致波纹管失稳而产生的侧弯和拱起变形，减少波纹管因产生侧弯和拱起变形造成的能量损失，当其应用在康复手套上时，可以增大波纹管对人手的弯曲作用力，同时也增加了康复手套在使用时的美观性。

Description

一种致动器防偏机构

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种致动器防偏机构。

背景技术

当今社会工业化发展迅速，但是也导致各种事故频发，由于各种事故和意外造成的人手部运动功能受损的人数在逐年增加。手部功能受损患者通常因肢体运动功能障碍导致一些日常活动无法独立完成，需要他人进行辅助和帮助，造成劳动力的缺失，这给患者家庭和社会都带来了不小的压力。然而使用机器人辅助康复训练手套对手部功能受损患者进行康复训练，不仅可以根据患者的康复状况进行针对性的康复训练，还能够节约大量的人力物力。

目前市面上主流手功能康复训练设备主要采用的是波纹管状软体致动器，这种波纹管状软体致动器能够提供较大的弯曲力度，可以对不同程度的手部功能受损患者进行康复训练；但是其通常存在充气时容易发生侧弯和向上拱起的问题，影响使用效果，压力过大时波纹管的侧弯角度过大可能会对使用者造成损伤，而且向上拱起也会损失一部分能量，使波纹管的弯曲力度减小。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能防止气动助力关节气囊偏曲，提高驱动效率的致动器防偏机构。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种致动器防偏机构，包括：

基板，所述基板由可弹性弯曲的材料制成；

至少两个固定夹具，各所述固定夹具安装于所述基板的同一侧；

波纹管，所述波纹管安装于两个所述固定夹具之间，所述波纹管的至少一端设有进气口；

限位部，所述限位部位于相邻的两所述固定夹具之间，所述限位部与所述基板固接，所述限位部与所述波纹管的外壁挡接，以阻止所述波纹管偏离预设路径而产生异常弯曲。

在本发明的一可选实施例中，所述限位部为条状物，所述条状物弯曲成U型，所述条状物卡设于所述波纹管的波谷处，所述条状物的两端与所述基板固接。

在本发明的一可选实施例中，所述限位部包括环形夹套，所述环形夹套包覆于所述波纹管的波峰及波峰的两侧，所述环形夹套上设有沿径向延伸设置的连接部，所述连接部与所述基板固接。

在本发明的一可选实施例中，所述环形夹套由柔性材料制成。

在本发明的一可选实施例中，所述环形夹套上远离所述基板的一侧设有弧形孔，所述弧形孔对应于所述波纹管的波峰区域设置，以使所述波纹管上远离所述基板的一侧的波峰能够显露于所述环形夹套外部。

在本发明的一可选实施例中，所述环形夹套靠近所述基板的一侧设有开口，所述开口将所述环形夹套断开并形成两个端部。

在本发明的一可选实施例中，所述开口处的两端部上分别设有一所述连接部。

在本发明的一可选实施例中，所述波纹管的端部设有连接头，所述固定夹具上设有与所述连接头配合的安装孔，所述安装孔的至少端部设有与所述波纹管的外壁相适配的锥面。

在本发明的一可选实施例中，所述固定夹具包括底座和上盖，所述底座与所述基板固接所述上盖与所述底座可拆卸式连接，所述底座和上盖上分别设有半圆形缺口，两所述半圆形缺口拼合成所述安装孔。

在本发明的一可选实施例中，所述底座的半圆形缺口两侧设有卡槽，所述上盖的半圆形缺口两侧设有卡扣，当所述上盖与所述底座合拢时，所述卡扣与所述卡槽卡合。

本发明的技术效果在于：

本发明通过在波纹管与基板之间添加限位部，可以有效地限制波纹管产生的左右方向上的侧弯和向上的拱起变形，将波纹管的主要运动方向限制为波纹管的伸缩运动，当其应用在康复手套上时，可以防止对患者造成二次伤害。

本发明通过在波纹管与基板之间添加限位部，可以限制波纹管在弯曲时因受到外力导致波纹管失稳而产生的左右方向上的侧弯和向上的拱起变形，减少波纹管因产生侧弯和拱起变形造成的能量损失，当其应用在康复手套上时，可以增大波纹管对人手的弯曲作用力，同时也增加了康复手套在使用时的美观性。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的一种手部气动助力装置的立体结构示意图；

图2是本发明的实施例所提供的致动器防偏机构的立体结构示意图；

图3是本发明的实施例所提供的限位部的立体结构示意图；

图4是本发明的实施例所提供的固定夹具的立体结构示意图；

图5是本发明的另一实施例所提供的致动器防偏机构的立体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1-5所示，本发明提供了一种手部气动助力装置，包括基板10、固定夹具11、波纹管12和限位部13。

请参阅图1、2、5所示，所述基板10由可弹性弯曲的材料制成；所述基板10例如可以是橡胶板、硅胶板、塑料板或柔性纤维板，可以理解的是，所述基板10一方面作为固定夹具11、波纹管12、限位部13等结构的载体，另一方面，所述基板10作为穿戴结构连接于人的肢体；例如在本实施例中，所述基板10被裁剪成与手部轮廓一致的形状，并在所述基板10上设置相应的绑扎结构，使用时，所述基板10贴附于使用者的手背，然后通过绑扎结构将基板10固定在手掌和各个手指上；需要说明的是，所述基板10需要限制波纹管12其中一侧的轴向伸展，以实现关节的弯曲，因此所述基板10应当具有一定的抗拉刚度。

请参阅图1、2、5所示，所述固定夹具11设有多个，各所述固定夹具11安装于所述基板10的同一侧；本实施例中，所述波纹管的端部设有连接头，所述固定夹具上设有与所述连接头配合的安装孔，所述安装孔的至少端部设有与所述波纹管的外壁相适配的锥面，可以理解的是，同一根手指上的多个波纹管12可以彼此连通，通过一条气路控制一根手指的整体弯曲，这样能够大大简化气路结构；另一种方式是，通过固定夹具11将个波纹管12的管腔分隔开，对应每一个波纹管12设置一条单独的气路，这样能够提高手指的灵活性。

请参阅图4所示，所述固定夹具11包括底座111和上盖112，所述底座111与所述基板10固接，所述上盖112与所述底座111可拆卸式连接，所述底座111和上盖112上分别设有半圆形缺口，两所述半圆形缺口拼合成所述安装孔；所述底座111的半圆形缺口两侧设有卡槽114，所述上盖112的半圆形缺口两侧设有卡扣113，当所述上盖112与所述底座111合拢时，所述卡扣113与所述卡槽114卡合。本发明将所述上盖112和所述底座111设置为可拆卸式结构，方便波纹管12的安装，以及后期的更换、维护等操作。可以理解的是，实现上盖112与底座111可拆卸式连接的手段是多样的，而不局限于本发明上述提供的实施例，例如，也可以采用螺栓将上盖112和底座111实施固定。

请参见图1、2、5所示，所述波纹管12连接于相邻的两所述固定夹具11之间，所述波纹管的至少一端设有进气口，可以理解的是，在本发明中，所述波纹管12作为气囊使用，波纹管12主体应当由弹性材料制成，在波纹管12的波峰和波谷处可以设置刚性支撑作为波纹管12的骨架，这样能够防止波纹管12产生径向变形，使波纹管12能够根据自身的折叠规律有序伸缩。

请参阅图2、3、5所示，所述限位部13位于相邻的两所述固定夹具11之间，所述限位部13与所述基板10固接，所述限位部13与所述波纹管12的外壁挡接，以阻止所述波纹管偏离预设路径而产生异常弯曲，所述异常弯曲主要为向上的拱起变形，以及左右方向的侧弯。本发明中，所述预设路径是指大致平行于所述基板的一条路径，该路径会随着基板的弯曲而同步弯曲，并始终与基板保持大致平行；本发明中，所述上、下、左、右等指示方位的表述是基于手掌平放且手背向上时的状态而言的，即图1所示状态，可以理解的是，当手掌姿态发生变化的，上述相应的方位表述应当同步发生变化。

请参阅图2、3所示，在本发明的一具体实施例中，所述限位部13包括环形夹套131，所述环形夹套131包覆于所述波纹管12的波峰及波峰的两侧，所述环形夹套131上设有沿径向延伸设置的连接部133，所述连接部133与所述基板10固接。

具体的，所述环形夹套131由柔性材料制成；可以理解的是，限位部13的作用是限制波纹管12的径向位移，而为了使波纹管12能够均匀伸缩，限位部13最好能够避免对波纹管12的伸缩造成阻碍，为此本发明将环形夹套131设置成柔性的，当波纹管12伸展时，环形夹套131能够跟随波纹管12同步产生形变，进而确保波纹管12的均匀伸缩。

请参阅图3所示，进一步的，所述环形夹套131上远离所述基板10的一侧设有弧形孔132，所述弧形孔132对应于所述波纹管12的波峰区域设置，以使所述波纹管12上远离所述基板10的一侧的波峰能够显露于所述环形夹套131外部。可以理解的是，波纹管12充气时，其远离基板10的一侧产生的形变较大，本发明在该侧的环形夹套131上设置弧形孔132，能够进一步降低环形夹套131对波纹管12伸展动作的限制。

请参阅图3所示，所述环形夹套131靠近所述基板10的一侧设有开口134，所述开口134将所述环形夹套131断开并形成两个端部，所述开口134处的两端部上分别设有一所述连接部133。本发明将环形夹套131设置为开环式结构，便于环形夹套131与波纹管12之间进行组装。

需要说明的是，本发明的限位部13的具体结构不限于上述实施例所限定的内容，请参阅图5所示，所述限位部13例如还可以是条状物，所述条状物弯曲成U型，所述条状物卡设于所述波纹管12的波谷处，所述条状物的两端与所述基板10固接。

需要说明的是，本实施例中，每个手部气动助力装置可对应不同手指设置多组关节组件每组关节组件又包含多个气动关节，各气动关节的位置与手指实际关节的位置相匹配，以中指为例，请参阅图1所示，本实施例对应中指设置了四个固定夹具11和三个波纹管12，四个所述固定夹具11成一字型间隔排列，三个所述波纹管12分别位于各相邻固定夹具11之间，三个所述波纹管12分别对应中指的指尖关节、指中关节和指根关节设置。

更进一步的，本发明提供的气动助力装置例如可以配合传感器来使用，传感器用于检测使用者的运动参数，计算机根据该运动参数判断使用者的运动意图，然后根据使用者的运动意图驱动气动助力装置运动，例如当使用者想要弯曲中指时，计算机通过传感器判断出使用者的运动意图，然后向气源控制系统发出控制指令，气源对中指上的各波纹管12进行充气，此时波纹管12靠近基板10的一侧由于受到基板10的约束无法进行伸展，而远离基板10的一侧则能够进行伸展，进而实现各关节的弯曲；该过程中，由于所述各波纹管12受到限位部13的限制，因此不会偏离预设的伸展路径，避免波纹管12产生拱形弯曲而导致的气压损失。

综上所述，本发明通过在波纹管12与基板10之间添加限位部13，可以有效地限制波纹管12产生的侧弯变形，将波纹管12的主要运动方向限制为波纹管12的伸缩运动，当其应用在康复手套上时，可以防止对患者造成二次伤害。本发明通过在波纹管12与基板10之间添加限位部13，可以限制波纹管12在弯曲时因受到外力导致波纹管12失稳而产生的侧弯和拱起变形，减少波纹管12因产生侧弯和拱起变形造成的能量损失，当其应用在康复手套上时，可以增大波纹管12对人手的弯曲作用力，同时也增加了康复手套在使用时的美观性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中”的意思包括“在…中”和“在…上”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种致动器防偏机构，其特征在于，包括：

基板，所述基板由可弹性弯曲的材料制成；

至少两个固定夹具，各所述固定夹具安装于所述基板的同一侧；

波纹管，所述波纹管安装于两个所述固定夹具之间,所述波纹管的至少一端设有进气口；

限位部，所述限位部位于相邻的两所述固定夹具之间，所述限位部与所述基板固接，所述限位部与所述波纹管的外壁挡接，以阻止所述波纹管偏离预设路径而产生异常弯曲。

2.根据权利要求1所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述限位部为条状物，所述条状物弯曲成U型，所述条状物卡设于所述波纹管的波谷处，所述条状物的两端与所述基板固接。

3.根据权利要求1所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述限位部包括环形夹套，所述环形夹套包覆于所述波纹管的波峰及波峰的两侧，所述环形夹套上设有连接部，所述连接部与所述基板固接。

4.根据权利要求3所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述环形夹套由柔性材料制成。

5.根据权利要求3所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述环形夹套上远离所述基板的一侧设有弧形孔，所述弧形孔对应于所述波纹管的波峰区域设置，以使所述波纹管上远离所述基板的一侧的波峰能够显露于所述环形夹套外部。

6.根据权利要求3所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述环形夹套靠近所述基板的一侧设有开口，所述开口将所述环形夹套断开并形成两个端部。

7.根据权利要求6所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述开口处的两端部上分别设有一所述连接部。

8.根据权利要求1所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述波纹管的端部设有连接头，所述固定夹具上设有与所述连接头配合的安装孔，所述安装孔的至少端部设有与所述波纹管的外壁相适配的锥面。

9.根据权利要求8所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述固定夹具包括底座和上盖，所述底座与所述基板固接，所述上盖与所述底座连接，所述底座和上盖上分别设有半圆形缺口，两所述半圆形缺口拼合成所述安装孔。

10.根据权利要求9所述的致动器防偏机构，其特征在于，所述底座的半圆形缺口两侧设有卡槽，所述上盖的半圆形缺口两侧设有卡扣，当所述上盖与所述底座合拢时，所述卡扣与所述卡槽卡合。

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