CN209699093U - 外骨骼机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及外骨骼技术领域，具体公开一种外骨骼机构，包括基座、固定座和用于带动固定座以关节转动中心为中心做旋转运动的平行四杆组件，其特征在于，所述的平行四杆组件包括驱动杆及折弯杆，折弯杆包括第一折弯段及第二折弯段，第一折弯段的一端与驱动杆相铰接，另一端通过第一连杆与基座相铰接，第二折弯段远离第一折弯段的一端铰接于固定座上，第一连杆沿其与折弯杆的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆与固定座相铰接，基座上设有用于驱动所述驱动杆转动的驱动组件。产品结构简单紧凑、转动灵活、相对现有技术零部件更少，加工难度更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及外骨骼技术领域，尤其涉及一种外骨骼机构。
背景技术
外骨骼机器人的在医疗康复和人机交互领域有着广泛的应用前景，其关键在于需要在有限的空间下实现骨骼机构和人体生理的适配性，即机构的运动圆心与人体关节转动中心重合，以保证安全性。对于只驱动一个运动自由度运动的关节，如肘关节、膝关节和部分手指关节，目前的外骨骼机构主要采用圆弧轨道实现与关节转动中心一致的运动，结构相对复杂、精度要求较高，因而加工难度及成本也比较高，且机构本身的空间限制导致运动角度范围受到限制。另外，在体积和质量上还需进一步优化。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对已有的技术现状，提供一种结构简单、转动灵活的外骨骼机构。
一种外骨骼机构，包括基座、固定座和用于带动固定座以关节转动中心为中心做旋转运动的平行四杆组件，其特征在于，所述的平行四杆组件包括驱动杆及折弯杆，折弯杆包括第一折弯段及第二折弯段，第一折弯段的一端与驱动杆相铰接，另一端通过第一连杆与基座相铰接，第二折弯段远离第一折弯段的一端铰接于固定座上，第一连杆沿其与折弯杆的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆与固定座相铰接，基座上设有用于驱动带动驱动杆转动的驱动组件。
所述第一折弯段与第二折弯段之间的夹角为155度～165度。
所述驱动组件包括蜗杆、与蜗杆相啮合的涡轮以及用于驱动蜗杆自转的电机，蜗杆与电机的输出轴相连接，涡轮与驱动杆相连接。
所述基座的底部向上突起形成与肢体相匹配的第一固定套，第一固定套的上方为倾斜面，电机设于第一固定套的倾斜面上，电机外可拆卸设有用于固定电机的盖套。
所述基座上设有用于安装驱动杆的第一铰接位及用于安装第一连杆的第二铰接位，第一铰接位及第二铰接位所在轴线与第一折弯段相平行，驱动杆与第一连杆相平行。
所述第一连杆沿其宽度方向延伸形成加宽部，加宽部设于第一连杆与第一折弯段的铰接处。
所述固定座的底部向上突起形成与肢体相匹配的第二固定套，第二固定套侧壁向上延伸形成安装部，安装部设有用于安装折弯杆的第三铰接位及用于安装第二连杆的第四铰接位，第三铰接位及第四铰接位所在轴线与第一连杆相平行，第二折弯段与第二连杆相平行。
所述第二连杆呈两端宽、中间窄的长条状。
所述安装部的边缘向内凹陷形成用于防止安装部与平行四杆组件相干涉的避让弧边。
本实用新型的有益效果在于：本发明采用折弯杆替代传统的直杆，相对于完全由直杆构成的平行四杆结构，在保证运动中心一致的情况下，采用折弯杆的平行四杆结构能有效降低外骨骼机构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸，产品结构简单紧凑、转动灵活、相对现有技术零部件更少，加工难度更低。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的原理结构示意图。
图3为本实用新型平行四杆组件与完全由直杆构成的平行四杆结构的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明：
请参阅图1至图2所示，本实用新型公开一种外骨骼机构，包括基座1、固定座3和用于带动固定座3以关节转动中心为中心做旋转运动的平行四杆组件2，平行四杆组件2包括驱动杆21及折弯杆22，折弯杆22包括第一折弯段221及第二折弯段222，第一折弯段221的一端与驱动杆21相铰接，另一端通过第一连杆23与基座1相铰接，第二折弯段222远离第一折弯段221的一端铰接于固定座3上，第一连杆23沿其与折弯杆22的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆24与固定座3相铰接，基座1上设有用于驱动所述驱动杆21转动的驱动组件4。
第一折弯段221与第二折弯段222之间的夹角223为155度～165度。
参阅图3所示，在同一肢体尺寸上设计平行四杆结构的外骨骼，以H点为参考原点，关节转动中心处于A点，相对于本实用新型的平行四杆结构，完全由直杆构成的平行四杆结构相对于参考原点需要更加靠前且竖直方向上的尺寸更高，所用的杆件也需要更长。
本实用新型采用折弯杆22替代传统的直杆，相对于完全由直杆构成的平行四杆结构，在保证运动中心一致的情况下，采用折弯杆22的平行四杆结构能有效降低外骨骼机构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸。
驱动组件4包括蜗杆41、与蜗杆41相啮合的涡轮42以及用于驱动蜗杆41自转的电机43，蜗杆41与电机43的输出轴相连接，涡轮42与驱动杆21相连接。
基座1的底部向上突起形成与肢体相匹配的第一固定套11，确保使用者佩戴时的舒适性，第一固定套11的上方为倾斜面，符合人体工学设计，避免在运动过程中与肢体相抵，电机43设于第一固定套11的倾斜面上，电机43外可拆卸设有用于固定电机43的盖套44，电机43设于倾斜面上，使得整体结构紧凑，同时有效降低结构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸。
基座1上设有用于安装驱动杆21的第一铰接位12及用于安装第一连杆23的第二铰接位13，第一铰接位12及第二铰接位13所在轴线与第一折弯段221相平行，驱动杆21与第一连杆23相平行。
第一连杆23沿其宽度方向延伸形成加宽部，加宽部设于第一连杆23与第一折弯段221的铰接处，加强第一连杆23与第一折弯段221运动过程中的稳定性。
固定座3的底部向上突起形成与肢体相匹配的第二固定套31，第二固定套31侧壁向上延伸形成安装部32，安装部32设有用于安装折弯杆22的第三铰接位321及用于安装第二连杆24的第四铰接位322，第三铰接位321及第四铰接位322所在轴线与第一连杆23相平行，第二折弯段222与第二连杆24相平行。
第二连杆24呈两端宽、中间窄的长条状，在确保平行四杆组件2的正常运作的基础上进一步精简外骨骼机构的尺寸及质量。
本实用新型中，平行四杆组件2由两个平行四边形构成，其中第一铰接位12及第二铰接位13所在轴线、第一折弯段221、驱动杆21和第一连杆23共同构成一个平行四边形，第三铰接位321及第四铰接位322所在轴线、第一连杆23、第二折弯段222和第二连杆24共同构成另一个平行四边形，第一连杆23与第一折弯段221的铰接点(第五铰接位231)形成两个平行四边形的共同顶点，电机43通过驱动蜗杆41、涡轮42从而带动驱动杆21运动，实现关节的转动。
本实用新型的使用过程中，将基座1与固定座3分别固定于关节两侧的肢体上，平行四杆组件2对应关节位置，穿戴时关节转动中心置于A点，平行四杆组件2在电机43的驱动下带动固定座3上的肢体绕关节转动中心做符合人体生理规律的旋转运动。
穿戴后，关节转动中心与第二铰接位13、第三铰接位321、第五铰接位231共同构成平行四边形，保证外骨骼机构与肢体生理的适配性，固定座3上的肢体在平行四杆组件2的带动下绕关节转动中心做旋转运动，相对于传统的圆弧轨道机构，平行四杆组件2使得关节的转动范围更大，同时整体传动机构仅采用杆件，结构简单，大大减低加工难度，减轻机构的重量。
安装部32的边缘向内凹陷形成用于防止安装部32与平行四杆组件2相干涉的避让弧边323，避免折弯杆22及第二连杆24在运动过程中与安装部32的边缘相抵影响机构的运作。
作为本实用新型的一种具体实施方式，本实用新型可应用于肘关节，将基座1固定于上臂，固定座3固定于小臂。
作为本实用新型的另一种具体实施方式，本实用新型可应用于膝关节，将基座1固定于大腿，固定座3固定于小腿。
作为本实用新型的另一种具体实施方式，本实用新型可应用于手指关节，将基座1固定于近节指骨，固定座3固定于中节指骨。
本实用新型不仅适用于只驱动一个运动自由度运动的关节，在本实用新型机构的基础上增加相应的平行四杆组件2及固定座3，可延伸应用于需要多个运动自由度的康复治疗。
当然，以上图示仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种外骨骼机构，包括基座、固定座和用于带动固定座以关节转动中心为中心做旋转运动的平行四杆组件，其特征在于，所述的平行四杆组件包括驱动杆及折弯杆，折弯杆包括第一折弯段及第二折弯段，第一折弯段的一端与驱动杆相铰接，另一端通过第一连杆与基座相铰接，第二折弯段远离第一折弯段的一端铰接于固定座上，第一连杆沿其与折弯杆的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆与固定座相铰接，基座上设有用于驱动所述驱动杆转动的驱动组件。
2.根据权利要求1所述的外骨骼机构，其特征在于，所述第一折弯段与第二折弯段之间的夹角为155度～165度。
3.根据权利要求1所述的外骨骼机构，其特征在于，所述驱动组件包括蜗杆、与蜗杆相啮合的涡轮以及用于驱动蜗杆自转的电机，蜗杆与电机的输出轴相连接，涡轮与驱动杆相连接。
4.根据权利要求3所述的外骨骼机构，其特征在于，所述基座的底部向上突起形成与肢体相匹配的第一固定套，第一固定套的上方为倾斜面，电机设于第一固定套的倾斜面上，电机外可拆卸设有用于固定电机的盖套。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的外骨骼机构，其特征在于，所述基座上设有用于安装驱动杆的第一铰接位及用于安装第一连杆的第二铰接位，第一铰接位及第二铰接位所在轴线与第一折弯段相平行，驱动杆与第一连杆相平行。
6.根据权利要求5所述的外骨骼机构，其特征在于，所述第一连杆沿其宽度方向延伸形成加宽部，加宽部设于第一连杆与第一折弯段的铰接处。
7.根据权利要求1所述的外骨骼机构，其特征在于，所述固定座的底部向上突起形成与肢体相匹配的第二固定套，第二固定套侧壁向上延伸形成安装部，安装部设有用于安装折弯杆的第三铰接位及用于安装第二连杆的第四铰接位，第三铰接位及第四铰接位所在轴线与第一连杆相平行，第二折弯段与第二连杆相平行。
8.根据权利要求7所述的外骨骼机构，其特征在于，所述第二连杆呈两端宽、中间窄的长条状。
9.根据权利要求7所述的外骨骼机构，其特征在于，所述安装部的边缘向内凹陷形成用于防止安装部与平行四杆组件相干涉的避让弧边。
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