CN210757813U - 旋转关节机构及外骨骼设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转关节机构及外骨骼设备。该旋转关节机构包括：第一骨骼结构、第二骨骼结构、转子以及定子；转子设有可与第一导线电连接的第一触点；定子设有可与第二导线连接的第二触点；转子固定在第一骨骼结构上，定子固定在第二骨骼结构上，转子与定子转动相接，以使两骨骼结构可以相对转动，且二者相对转动时，第一触点和第二触点之间可以保持电性连接。在本实用新型中，只需分别在定子和转子的相应触点上连接导电线，然后再将导电线分别与两骨骼结构上相应的元器件相接，便可以两骨骼结构上元器件之间的电连接，操作简单方便，且设置在旋转关节处的导线可以不随旋转关机结构的转动而产生弯折，从而可以提高导线的使用寿命。

Description

旋转关节机构及外骨骼设备

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种旋转关节机构及外骨骼设备。

背景技术

VR技术(VR为Virtual Reality的缩写，中文名称为虚拟现实技术)的出现改变了人类与计算机的交互方式，在体验VR技术时，人们通常需要穿戴相应的外骨骼设备。其中，为了使用户在穿戴外骨骼装置后动作更流畅，外骨骼设备通常设有与人体匹配的旋转关节机构。

为了获取人们的动作信息，通常在旋转关节机构上设有传感器等元器件，比如外骨骼设备为手部外骨骼设备时，主要包括用于与手指绑定在一起的手指机构，以及用于与手掌绑定在一起的底座，其中二者可转动地连接在一起，组成一旋转关节机构；其中手指机构上设有相应的角度传感器、电机等元器件，底座内设有控制器、电源等元器件，需要通过导电线将手指机构上的相应元器件与底座内的相应元器件电性连接在一起。此时必不可少的会有导线等经过旋转关节机构两的转动连接区域，因此需要设计一种方便布线的旋转关节，以提高生产效率。

实用新型内容

本实用新型提供了一种旋转关节机构以及外骨骼设备，旨在使旋转关节处的布线更加方便。

一种旋转关节机构包括：第一骨骼结构；第二骨骼结构；转子，所述转子上设有可与第一导线电连接的第一触点；以及定子，所述定子上设有可与第二导线连接的第二触点；其中，所述转子固定在所述第一骨骼结构上，所述定子固定在所述第二骨骼结构上，所述转子与所述定子转动相接，以使所述第一骨骼结构与所述第二骨骼结构可以相对转动，且所述转子与所述定子相对转动时，所述第一触点和所述第二触点之间可以保持电性连接。

本实用新型提供的旋转关节机构，两骨骼结构通过定子和转子实现转动连接，且定子和转子上分别设有可以与导电线相接的触点，这样当两骨骼结构、定子以及转子组成一旋转关节后，只需分别在定子和转子的相应触点上连接导电线，然后再将导电线分别与两骨骼结构上相应的元器件相接，便可以将第一骨骼结构上的电能或电信号等传输至第二骨骼结构上(或者是将第二骨骼结构上的电能或电信号等传输至第一骨骼结构上等)，操作简单方便。同时，本实用新型提供的旋转关节机构，设置在其上的导线可以分为两段，即分为第一导线和第二导线两段，这两段导线分别连接在转子和定子上，由于转子与定子分别固定在旋转关节机构的第一骨骼结构和第二骨骼结构上，所有两骨骼结构相对转动时，第一导线可相对于第一骨骼结构静止不动，第二导线可相对于第二骨骼结构静止不动，两导线均无需随旋转关节机构的转动而弯折，从而可以降低设置在旋转关节上的导线损坏的概率，提高导线的使用寿命。

进一步的，所述转子和所述定子的其中一者设有转轴结构，另一者设有与所述转轴结构匹配的槽体结构，所述转轴结构可置入所述槽体结构，并可在所述槽体结构内转动。

进一步的，所述转轴结构的侧壁和所述槽体结构的内壁的其中一者设有凸起，另一者设有与所述凸起匹配的凹槽；所述转轴结构在所述槽体结构内转动时，所述凸起可以在所述凹槽内转动。

进一步的，所述槽体结构上设有径向贯穿所述槽体结构侧壁的缺口；所述缺口与所述转轴结构适配，使得所述转轴结构可以从所述缺口处置入所述槽体结构内。

进一步的，所述第一触点设置在所述凸起上，所述第二触点设置在所述凹槽内；或者所述第一触点设置在所述凹槽内，所述第二触点设置在所述凸起上。

进一步的，所述转子相对所述定子在第一旋转平面内做旋转运动，所述凸起与所述凹槽的个数均大于等于两个，并分别沿垂直所述第一旋转平面的方向依次排布，且各所述凸起之间相互绝缘，各所述凹槽之间相互绝缘。

进一步的，所述第一骨骼结构上设有可使所述第一导线置入的第一走线槽，所述第一走线槽延伸至所述转子处。

进一步的，所述第二骨骼结构上设有可使所述第二导线置入的第二走线槽，所述第二走线槽延伸至所述定子处。

进一步的，所述转子上设有第一接线端子，所述第一接线端子与所述第一触点电性连接；所述定子上设有第二接线端子，所述第二接线端子与所述第二触点电性连接。

一种旋转关节机构，包括：第一骨骼结构；第二骨骼结构，所述第一骨骼结构与所述第二骨骼结构转动相接；第一导电件，设置在所述第一骨骼结构上，所述第一导电件设有用于与第一导电线电连接的第一触点；第二导电件，设有用于与第二导电线电连接的第二触点，所述第一导电件和所述第二导电件可拆卸地连接在一起，且二者连接后，所述第一触点和所述第二触点电性相接。

本实用新型提供的旋转关节机构，当旋转关节组装完成后，只需分别在两导电件(此时两导电件拆卸分开，以方便连接导电线)的相应触点上连接导电线，然后再将导电线分别与两骨骼结构上相应的元器件相，最后在将两导电件连接在一起，便可以将第一骨骼结构上的电能或电信号等传输至第二骨骼结构上(或者是将第二骨骼结构上的电能或电信号等传输至第一骨骼结构上等)，操作简单方便。

进一步的，所述第一导电件包括电路板和第一插接端子，所述第一触点设置在所述电路板上，所述第一插线端子设置在所述电路板上，并与所述第一触点电性相接；所述第二导电件包括第二插线端子，所述第二触点设置在所述第二插拔端子上；所述第二插线端子和所述第一插线端子可插拔连接，且二者插接在一起时所述第一触点和所述第二触点电性相接。

本实用新型还提供了一种外骨骼设备，该外骨骼设备包括如上任意一项所述的旋转关节机构。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的旋转关节机构的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的旋转关节机构的第一骨骼结构的局部示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的旋转关节机构的转子的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的旋转关节机构的定子的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的旋转关节机构的定子与转子的配合示意图；

图6为本实用新型另一实施例提供的旋转关节机构的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于或安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接或相接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

如图1和图2所示，在本实用新型提供的实施例中，该旋转关节机构包括：第一骨骼结构1、第二骨骼结构2、转子3、定子4；其中，转子3固定在第一骨骼结构1上，定子4固定在第二骨骼结构2上。

在本实施例中，转子3可与定子4配合相接，且转子3与定子4配合相接后，转子3可以相对定子4在第一旋转平面内做旋转运动，从而使第一骨骼结构1可以相对于与第二骨骼结构2做旋转运动。

在本实施例中，转子3上设有可与第一导线电连接5的第一触点3a，定子 4上设有可与第二导线6连接的第二触点4a，第一触点3a和第二触点4a可在转子3与定子4配合相接后电性连接，且在转子3相对于定子4在第一旋转平面内做旋转运动时，第一触点3a也能和第二触点4a保持电性连接。在本实施例中，设置在第一骨骼结构1一侧的第一导线5和设置在第二骨骼结构2一侧的第二导线6，通过定子4与转子3之间的配合安装而电性连接在一起，当第一骨骼结构1相对与第二骨骼结构2转动时，第一导线5可相对于第一骨骼结构1 静止不动，第二导线2可相对于第二骨骼结构6静止不动，两导线均无需随旋转关节机构的转动而弯折，从而可以降低设置在旋转关节上的导线损坏的概率，降低维护成本。

此外，在本实施例中，转子3与定子4配合后不仅可以用于导线的连接，还直接用于为旋转关节机构提供一个旋转运动副，优化了旋转关节机构的结构设置。同时，由于定子4和转子3分别设置在两骨骼结构上，且定子4和转子3 均设有可与导电线连接的触点，这样可以在旋转关节机构组装完成后，根据实际需要进行导电线连接。而且只需分别在定子4和转子3的相应触点上连接导电线，然后再将导电线分别与两骨骼结构上相应的元器件相接，便可以将第一骨骼结构1上的电能或电信号等传输至第二骨骼结构2上(或者是将第二骨骼结构2上的电能或电信号等传输至第一骨骼结构1上)，布线操作简单方便。

在本实施例中，转子3与第一骨骼结构1之间可以通过螺钉连接在一起：此时第一骨骼结构1上设置有连接孔(连接孔可以是通孔)，在转子3上设置与连接孔相对应的螺纹孔，螺钉穿过第一骨骼结构1上的连接孔与转子3上相应的螺纹孔配合后，可以实现转子3与第一骨骼结构1之间的固定。在本实用新型提供的其他实施例中，转子3与第一骨骼结构1之间的固定连接也可以是通过其他方式，比如转子3嵌设于第一骨骼结构1内、转子3与第一骨骼结构1 通过注塑一体成型等方式。可以理解的，定子4与第二骨骼结构2之间的固定连接也可以采用同样的连接方式，本实用新型在此不做过多限制说明。另外，在本实施例中，第一导线5和第二导线6可以的电源线也可以是信号线，第一导线5可以通过扎带等固定在第一骨骼结构1上，第二导线6也可以通过同样的方式固定在第二骨骼结构6上。

如图3和图4所示，在本实用新型提供的实施例中，转子3上设有转轴结构31，定子4上设有与转轴结构31匹配的槽体结构41，转轴结构31可以置入槽体结构41内，并可在槽体结构41内转动，实现转子3与定子4之间的配合装配。具体的，在本实施例中，转子3为一圆柱体，槽体结构41圆形槽，圆柱体可以轴向置入圆形槽内，并可在圆形槽内同轴转动，即此时圆柱体与圆形槽同轴设置。

可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，槽体结构41也可以是能够使圆柱体径向置入的凹槽，即此时圆柱体的轴线方向与槽体结构41的深度方向垂直。当然，在本实用新型提供的其他实施例中，转子3的转轴结构31也可以是圆台等结构。此外，在本实用新型提供的其他实施例中，也可以是定子4 上设有转轴结构31，转子3上设有与该转轴结构31匹配的槽体结构41，使得转轴结构31与槽体结构41配合后，转子3可相对于定子4转动。

如图3所示，在本实用新型提供的实施例中，转子3还包括用于与第一骨骼结构1配合连接的连接部32，连接部32与转轴结构31相接。即转子3包括依次相接的两部分，其中，第一部分为用于与定子4配合的转轴结构31，第二部分是用于与第一骨骼结构1配合的连接部32。另外，第二部分的结构与第一部分的结构可以相同也可以不同。比如，在本实施例中，连接部32也为圆柱体结构，且与转轴结构31同轴设置，其中，在本实施例中，连接部32的横截面半径小于转轴结构31的横截面半径，即此时转子3大致为一阶梯轴结构。可以理解的，在其他实施例中，二者的横截面半径也相同，当然，在其他实施例中，连接部32也可以是棱柱等结构。此外，定子4也可以采用相同的结构设置，比如，定子4整体为一圆筒结构，或者定子4的一部分为圆筒结构，另一部分为圆柱体等，本实用新型在此不做过多说明。

如图3和图4所示，在本实用新型提供的实施例中，转轴结构31的侧壁设有凸起311，槽体结构41的内壁设有与凸起311匹配的凹槽411，当转轴结构 31置入槽体结构41时，凸起311也置入凹槽411内，且转轴结构31在槽体结构41内转动时，凸起311也会在凹槽411内转动，即转子3相对于定子4在第一旋转平面内做旋转运动时，凸起311可以在凹槽411内转动。通过凸起31与凹槽411的配合，可以限定转子3与定子4之间的位置关系，可避免转子3在槽体结构41的深度方向上上下晃动，使转子3与定子4配合的更紧密。另外，凹槽411可以是设置槽体结构41内壁上环形槽，也可以是其他能使凸起311在其内部转动的下凹结构。可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，也可以是转轴结构31的侧壁上设有凹槽411、槽体结构41的内壁上设有相对应的凸起311。

在本实施例中，第一触点3a设置在凸起311上，第二触点4a设置在凹槽 411内。具体的，在本实施例的一种实施方式中，凸起311本身便为第一触点 3a，凹槽411的内壁本身就为第二触点，即凹槽411所在区域本身即是由导电材料制成。在本实用新型的另一种实施方式中，第二触点4a为贴设在凹槽411 内壁的金属片。可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，当转轴结构 31的侧壁上设置的是凹槽411，槽体结构41的内壁设置的是凸起311时，也可以是第一触点3a设置在凹槽411内，第二触点4a设置在凸起311上，本实用新型在此不做过多说明。

在实际使用中旋转关节处设置的导线可能不止一条，故在本实用新型提供的实施例中，凸起311和凹槽411的个数均大于等于两个，这些凸起311和凹槽411均沿着垂直于第一旋转平面的方向依次排布，比如，凸起311沿着转轴结构31的长度方向依次排布、凹槽411沿着槽体结构41的深度方向依次排布。另外，各凸起311之间相互绝缘，各凹槽411之间也相互绝缘。此外，当凸起 311的个数和凹槽411的个数相同时，凸起311与凹槽411一一对应。可以理解的，当转轴结构31的侧壁上设置的是凹槽411、槽体结构41的内壁设置的是凸起311时，凸起311和凹槽411除了设置的位置不同之外，也可以采取与上述实施例相同的设置方式，本实用新型在此不做过多说明。

如图5所示，在本实施例中，转轴结构31的侧壁上设有第一孔位312，第一孔位312延伸至凸起311处，第一孔位312内填充有导电浆液(比如银浆等)，形成电极引脚313。电极引脚313与凸起311电性连接，第一导线5电性连接在电极引脚313上，实现与凸起311的电性连接。可以理解的，第一孔位312也可以只用于避让第一导线5，即第一孔位312内不设置导电浆液，第一导线5穿过第一孔位与凸起311电连接，或者是第一导线5与凸起311电连接后从第一孔位内穿出。可以理解的，槽体结构41中也可以采用与转轴结构31相同的方式实现第二导线6与凹槽411处的电性连接，本实施例在此不做重复说明。

如图4所示，在本实用新型提供的实施例中，槽体结构41上设有径向贯穿槽体结构41侧壁的缺口412，即缺口412由槽体结构41的内壁延伸至槽体结构 41的外壁，第一导线5可以通过缺口412伸入槽体内部41与第一触点的连接。另外，缺口412的尺寸设置的与转轴结构31适配，以便使转轴结构31可以从缺口412处置入槽体结构41内，从而提高转子3与定子4的装配效率。此外，在本实施例中，缺口412在槽体结构41的深度方向上贯穿槽体结构41的侧壁。

如图2所示，在本实用新型提供的实施例中，第一骨骼结构1上设有可使第一导线5置入的第一走线槽11，其中第一走线槽11延伸至转子3处，可以理解的，第一走线槽11实际是延伸至第一骨骼结构1用于安装转子3的安装位处。这样可以减少旋转关节机构的外部走线，降低因导线因碰撞、刮花等因素造成损坏的概率，提高导线的使用寿命，降低维护成本。同样的，在本实用新型提供的实施例中，第二骨骼结构2上设有可使第二导线6置入、并延伸至定子4 处的第二走线槽。

在本实用新型提供的实施例中，转子3上设有与第一触点电性连接的第一接线端子(第一接线端子可以设置在电极引脚313处)；定子4上设有与第二触点电性连接的第二接线端子。第一接线端子和第二接线端子可以采用插拔式接线端子、螺丝压扣式接线端子等中的一者或任意组合。通过设置第一接线端子和第二接线端子可以提高布线效率。当然，在本实用新型提供的其他实施例中，导线也可以是通过焊接方式连接在第一触点3a和第二触点4a上。

如图6所示，在本实用新型提供的另一实施例这，该旋转关节机构包括：第一骨骼结构10、第二骨骼结构20、第一导电件30以及第二导电件40。

第一骨骼结构10与第二骨骼结构20转动相接，具体的，第二骨骼结构20上设有安装孔201，第一骨骼结构10上设有转轴101，转轴101上安装有轴承50，轴承50安装在安装孔201内。

第一导电件30设有用于与第一导电线电连接的第一触点；第二导电件40 设置在第二骨骼结构20上，第二导电件40设有用于与第二导电线电连接的第二触点，第一导电件30和第二导电件40可拆卸地连接在一起，且二者连接后，第一触点和第二触点电性相接。

具体的，在本实施例中，第一导电件30包括第一插线端子301，第一触点设置在第一插拔端子上；第二导电件40包括电路板401和第二插接端子402，第二触点设置在电路板401上，第二插线端子402设置在电路板401上，并与第二触点电性相接。其中，第一插线端子和第二插线端子402可插拔连接，且二者插接在一起时第一触点和第二触点电性相接。可以理解的，在其他实施例中，第二导电件40也可以是只包括第二插线端子402，此时第二触点直接设置在第二插线端子402上。

另外，在本实施例中，第一骨骼结构10上设有走线槽102，第一导电线设置在走线槽102内，这样可以通过走线槽102遮挡并保护第一导电线。

本实用新型还提供的实施例中还包括一种外骨骼设备，该外骨骼设备使用了上述任一实施例所述的旋转关节机构。从而可以避免经过外骨骼设备旋转关节机构处的导线弯折损坏，提高导线使用寿命和整个外骨骼设备的工作性能。具体的，在本实施例中，外骨骼设备为手部外骨骼设备，其中，第一骨骼结构为用于与手指绑定在一起的手指机构，第二骨骼结构为用于与手掌绑定在一起的底座。可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，外骨骼设备也可以是其他具有旋转关节机构的设备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种旋转关节机构，其特征在于包括：

第一骨骼结构；

第二骨骼结构；

转子，所述转子上设有可与第一导线电连接的第一触点；以及

定子，所述定子上设有可与第二导线连接的第二触点；

其中，所述转子固定在所述第一骨骼结构上，所述定子固定在所述第二骨骼结构上，所述转子与所述定子转动相接，以使所述第一骨骼结构与所述第二骨骼结构可以相对转动，且所述转子与所述定子相对转动时，所述第一触点和所述第二触点之间可以保持电性连接。

2.根据权利要求1所述的旋转关节机构，其特征在于，所述转子和所述定子的其中一者设有转轴结构，另一者设有与所述转轴结构匹配的槽体结构，所述转轴结构可置入所述槽体结构，并可在所述槽体结构内转动。

3.根据权利要求2所述的旋转关节机构，其特征在于，所述转轴结构的侧壁和所述槽体结构的内壁的其中一者设有凸起，另一者设有与所述凸起匹配的凹槽；其中，所述转轴结构在所述槽体结构内转动时，所述凸起可以在所述凹槽内转动。

4.根据权利要求3所述的旋转关节机构，其特征在于，所述槽体结构上设有径向贯穿所述槽体结构侧壁的缺口；

所述缺口与所述转轴结构适配，使得所述转轴结构可以从所述缺口处置入所述槽体结构内。

5.根据权利要求3所述的旋转关节机构，其特征在于，所述第一触点设置在所述凸起上，所述第二触点设置在所述凹槽内；或者所述第一触点设置在所述凹槽内，所述第二触点设置在所述凸起上。

6.根据权利要求5所述的旋转关节机构，其特征在于，所述转子相对所述定子在第一旋转平面内做旋转运动，所述凸起与所述凹槽的个数均大于等于两个，并分别沿垂直所述第一旋转平面的方向依次排布，且各所述凸起之间相互绝缘，各所述凹槽之间相互绝缘。

7.根据权利要求1所述的旋转关节机构，其特征在于，所述第一骨骼结构上设有可使所述第一导线置入的第一走线槽，所述第一走线槽延伸至所述转子处；及/或

所述第二骨骼结构上设有可使所述第二导线置入的第二走线槽，所述第二走线槽延伸至所述定子处；及/或

所述转子上设有第一接线端子，所述第一接线端子与所述第一触点电性连接；所述定子上设有第二接线端子，所述第二接线端子与所述第二触点电性连接。

8.一种旋转关节机构，其特征在于，包括：

第一骨骼结构；

第二骨骼结构，所述第一骨骼结构与所述第二骨骼结构转动相接；

第一导电件，设置在所述第一骨骼结构上，所述第一导电件设有用于与第一导电线电连接的第一触点；

第二导电件，设有用于与第二导电线电连接的第二触点，所述第一导电件和所述第二导电件可拆卸地连接在一起，且二者连接后，所述第一触点和所述第二触点电性相接。

9.根据权利要求8所述的旋转关节机构，其特征在于，所述第一导电件包括第一插接端子，所述第一触点设置所述第一插线端子上；

所述第二导电件包括第二插线端子，所述第二触点设置在所述第二插拔端子上；所述第二插线端子和所述第一插线端子可插拔连接，且二者插接在一起时所述第一触点和所述第二触点电性相接。

10.一种外骨骼设备，其特征在于，所述外骨骼设备包括如权利要求1～9任意一项所述的旋转关节机构。

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