CN212439297U - 一种基于sea模块的康复用手部外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，包括外骨骼驱动部分、手部外骨骼部分、外骨骼固定手部护板；外骨骼驱动部分包括两套驱动组件、齿轮支撑座、前侧支撑座、侧面连接板I、侧面连接板II、换向轮I、换向轮II；手部外骨骼部分包括外骨骼MCP部分、外骨骼关节连接部分、外骨骼PIP部分、关节外壳、手部固定套、MCP‑PIP连接板、手部护板；通过驱动部分的电机带动外骨骼MCP部分、外骨骼PIP部分的线轮动作，通过线轮带动周围的关节连接板、以及连杆机构动作，模拟手指的关节运动，所述装置的结构可拆卸，质量轻，可以高效的远距离传动，且可以较好的贴合手指的实际运动方式，成本低，可以作为整体康复机器人的模块化部分。

Description

一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置。

背景技术

近年来，我国脑卒中疾病呈现爆发式增长的态势，每年脑卒中的患者达196万。中风幸存者在康复后也常会出现残疾的情况。并且随着工业发展，遭受车祸、生产事故甚至运动活动中手部功能损伤的患者呈现逐年上升趋势。传统的手部康复疗法主要依靠医护人员对患者进行手动治疗的方式，虽然有一定的康复效果，但是受限于医护人员护理经验的影响，并且效率较低。

近年来诸多实验表明，康复机器人康复效果较好，且一定程度上能减轻医护人员工作负担，因此国内外纷纷展开康复康复机器人的研究。目前，线缆驱动的外骨骼机器人其线缆驱动反映了实际手指运动时肌腱的运动情况，有利于保持低重量、低惯性结构和独立驱动控制的特点，但是存在设计复杂的问题，并且在传动组件末端存在回转中心不一定重合的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，包括外骨骼驱动部分、手部外骨骼部分、外骨骼固定手部护板；

所述外骨骼驱动部分包括：两套驱动组件、齿轮支撑座(5)、前侧支撑座(8)、侧面连接板I(7)、侧面连接板II(13)、换向轮I(14-1)、换向轮II(14-2)；每套驱动组件包括驱动电机(1)、丝杠(2)、从动齿轮(3)、主动齿轮(4)、弹簧I(6)、SEA模块(10)、导杆(12)、弹簧固定块I(16)、弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)、弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23)、弹簧II(24)、弹簧III(25)、弹簧IV(26)；所述SEA模块(10)包括：SEA模块连接块(10-1)、丝杠螺母(10-2)、线轮IV(9)、线轮V(11)、轴承I(15)；弹簧固定块I(16)为环形实体结构，弹簧固定块I(16)的内环上加工有螺纹，弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)均与弹簧固定块I(16)为相同结构，SEA模块连接块(10-1)为由中间横梁、方形壳体构成的8字形结构，丝杠(2)通过丝杠螺母(10-2)安装在SEA模块连接块(10-1) 的中间横梁上，贯穿SEA模块(10)的丝杠(2)两端分别通过轴承固定在SEA模块连接块 (10-1)上，弹簧I(6)、弹簧II(24)均安装在丝杠(2)上，弹簧固定块I(16)、弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)的内环均通过螺纹连接安装在丝杠(2) 上，且满足弹簧I(6)的两端分别固定在弹簧固定块I(16)和弹簧固定块II(17)上，弹簧 II(24)的两端分别固定在弹簧固定块III(18)和弹簧固定块IV(19)上，弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)的中间横梁上，弹簧固定块 I(16)、弹簧固定块IV(19)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)上；弹簧固定块V (20)为环形实体结构，弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23) 均与弹簧固定块V(20)为相同结构，导杆(12)穿过中间横梁上的阶梯孔贯穿SEA模块(10)，导杆(12)的两端分别固定在SEA模块连接块(10-1)上，弹簧III(25)、弹簧IV(26)均安装在导杆(12)上，弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23)的内环均通过轴孔过盈连接安装在导杆(12)上，且满足弹簧III(25) 的两端分别固定在弹簧固定块V(20)和弹簧固定块VI(21)上，弹簧IV(26)的两端分别固定在弹簧固定块VII(22)和弹簧固定块VIII(23)上，弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块 VII(22)的外环分别安装在SEA模块连接块(10-1)的中间横梁上，弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VIII(23)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)上；线轮IV(9)、线轮V (11)分别通过轴承I(15)安装在SEA模块连接块(10-1)上；丝杠(2)、导杆(12)的两端分别固定在齿轮支撑座(5)和前侧支撑座(8)上，驱动电机(1)固定在齿轮支撑座(5) 上，主动齿轮(4)安装在驱动电机(1)的输出轴上，从动齿轮(3)安装在伸出齿轮支撑座 (5)的丝杠(2)一端，且满足从动齿轮(3)与主动齿轮(4)相啮合；两套驱动组件中的 SEA模块(10)平行安装；侧面连接板I(7)、侧面连接板II(13)的两端分别固定在前侧支撑座(8)和齿轮支撑座(5)上，换向轮I(14-1)、换向轮II(14-2)分别安装在侧面连接板 I(7)、侧面连接板II(13)上；

所述手部外骨骼部分包括外骨骼MCP部分、外骨骼关节连接部分、外骨骼PIP部分、关节外壳(27)、手部固定套、MCP-PIP连接板(29)、手部护板(30)；所述手部固定套包括手部固定链(28)和手部护板(30)；所述外骨骼MCP部分包括线轮连接板I(31)、线轮I(32)、 MCP固定块(33)、轴承II(34)、套筒I(35)、MCP驱动连杆(36)、线缆导向块(37)、MCP 驱动轴(38)；MCP固定块(33)的端面上开有滑槽，MCP固定块(33)固定在手部护板(30) 上，手部护板(30)安装在手部固定链(28)上，通过手部固定链(28)套在手臂上，MCP 驱动轴(38)通过轴承II(34)安装在MCP固定块(33)上，线缆导向块(37)为中间薄两侧厚的实体结构，在线缆导向块(37)的两侧分别开有两个通孔，线缆导向块(37)固定在 MCP固定块(33)上，MCP驱动连杆(36)、套筒I(35)、线轮I(32)均安装在MCP驱动轴(38)上，线轮连接板I(31)安装在线轮I(32)的外侧端面上；外骨骼MCP部分关于 MCP驱动连杆(36)轴向对称；

外骨骼关节连接部分包括：MCP从动连杆(39)、指板I(40)、MCP转轴(41)、关节连接板I(42)、套筒II(43)、销轴I(44)；关节连接板I(42)上开有滑槽，MCP驱动连杆(36) 的另一端通过螺栓螺母连接安装在关节连接板I(42)的滑槽内，指板I(40)为由立板、底板构成的倒T形结构，指板I(40)的立板一端开有滑槽，MCP从动连杆(39)与MCP驱动连杆(36)为相同结构，MCP从动连杆(39)的一端通过螺栓螺母安装在MCP固定块(33) 的滑槽内，MCP从动连杆(39)与MCP驱动连杆(36)通过销轴I(44)连接，MCP转轴 (41)为阶梯轴，指板I(40)、关节连接板I(42)、MCP从动连杆(39)依次安装在MCP 转轴(41)上，MCP转轴(41)的两端安装有套筒II(43)，安装在指板I(40)一端的关节连接板I(42)固定在指板I(40)的立板上；MCP-PIP连接板(29)的一端加工有滑槽，通过螺栓螺母将MCP-PIP连接板(29)上的滑槽与指板I(40)上的滑槽连接；关节外壳(27) 为倒U形结构，关节外壳(27)的一侧安装在MCP转轴(41)上，另一侧固定在指板I(40) 上；

外骨骼PIP部分包括：PIP从动连杆(45)、PIP驱动连杆(46)、PIP驱动轴(47)、线轮连接板II(48)、线轮连接板III(50)、线轮II(51)、线轮III(52)、PIP转轴(53)、轴端挡圈 II(54)、关节连接板II(56)、销轴II(57)、关节连接板III(58)、指板II(59)；PIP从动连杆(45)、PIP驱动连杆(46)与MCP驱动连杆(36)为相同结构，PIP从动连杆(45)、PIP 驱动连杆(46)通过销轴II(57)连接，关节连接板II(56)、关节连接板III(58)与关节连接板I(42)为相同结构，线轮II(51)、MCP-PIP连接板(29)、关节连接板II(56)、PIP驱动连杆(46)、线轮III(52)依次安装在PIP驱动轴(47)上，线轮连接板II(48)固定在线轮II(51)的外侧端面上，线轮连接板III(50)固定在线轮III(52)的外侧端面上，PIP从动连杆(45)的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板II(56)的滑槽内，指板II(59)与指板I (40)为相同结构，指板II(59)、关节连接板III(58)、PIP从动连杆(45)安装在PIP转轴 (53)上，PIP转轴(53)的两端分别安装有轴端挡圈II(54)，安装在指板II(59)一端的关节连接板III(58)通过螺栓固定在指板II(59)的立板上，PIP驱动连杆(46)的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板III(58)的滑槽内。

所述手部外骨骼装置在安装时，为了更好的贴合手臂，在齿轮支撑座(5)与手臂接触的一端面上，加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在前侧支撑座(8)与手臂接触的一端面上，加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在SEA模块连接块(10-1) 与手臂接触的一端面上加工有圆弧形凹槽。

进一步地，驱动外骨骼MCP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座(5)上，线缆的另一端从线轮IV(9)的上端绕入，从线轮IV(9)的下端绕出，从换向轮I(14-1)的上端绕入，从换向轮I(14-1)的下端绕出，从前侧支撑座(8)上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从线缆导向块(37)上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮I(32) 的上端绕入，从线轮I(32)的下端绕出，线缆绕出线轮I(32)后，穿过位于线缆导向块(37) 同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座(8)上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，从线轮V(11)的上端绕入，从线轮V(11)的下端绕出，最后固定在前侧支撑座 (8)上。

进一步地，驱动外骨骼PIP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座(5)上，线缆的另一端绕过另一套驱动组件上的线轮，从换向轮II(14-2)的上端绕入，从换向轮II(14-2)的下端绕出，从前侧支撑座(8)上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从另一个线缆导向块上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮III(52)的上端绕入，从线轮 III(52)的下端绕出，线缆绕出线轮III(52)后，穿过位于线缆导向块同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座(8)上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，绕过另一套驱动组件上的另一个线轮，最后固定在前侧支撑座(8)上。

进一步地，为了保持手部外骨骼部分的受力平衡，两条线缆分别绕在不同侧的线轮上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出了一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，所述装置采用线缆来传递驱动力，机构具有较好的韧性；此外，所述装置的MCP关节、PIP关节采用连杆机构，可以实现回转中心与实际手指重合，并且旋转范围相对于传统连杆结构大；同时所述装置所需空间小，有效避免了传统连杆结构的空间占比大的问题，解决了现有技术中外骨骼机器人回转中心不重合以及结构冗杂的问题；而且通过驱动结构带动线轮进行运动，可以实现驱动传动带动手指弯曲以及伸展动作，帮助患者进行日常康复，减轻医护人员负担；所述装置的结构可拆卸，质量轻，可以高效的远距离传动，且可以较好的贴合手指的实际运动方式，成本低，可以作为整体康复机器人的模块化部分。

附图说明

图1为本实用新型中基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置的整体装配图；

图2为本实用新型中SEA模块的装配图及其爆炸图，其中图(a)表示SEA模块的装配图，图(b)表示SEA模块的爆炸图；

图3为本实用新型中的手部外骨骼示意图，其中图(a)表示装配有关节外壳的手部外骨骼示意图，图(b)表示未装配关节外壳的手部外骨骼示意图；

图4为本实用新型中外骨骼MCP部分的装配图及其爆炸图，其中图(a)表示外骨骼MCP部分的装配图，图(b)表示外骨骼MCP部分的爆炸图；

图5为本实用新型中外骨骼关节连接部分的装配图及其爆炸图，其中图(a)表示外骨骼关节连接部分的装配图，图(b)表示外骨骼关节连接部分的爆炸图；

图6为本实用新型中外骨骼PIP部分的装配图及其爆炸图，其中图(a)表示外骨骼PIP 部分的装配图，其中图(b)表示外骨骼PIP部分的爆炸图；

图7为本实用新型中SEA模块连接块的结构图，其中图(a)表示SEA模块连接块一端面的结构图，图(b)表示SEA模块连接块另一端面的结构图；

图8为本实用新型中手部固定套的结构图及其手部护板的结构图，其中图(a)表示手部固定套的结构图，图(b)表示手部护板的结构图；

图9为本实用新型中MCP固定块的结构图及其主视图，其中图(a)表示MCP固定块的结构图，图(b)表示MCP固定块的主视图；

图10为本实用新型中部分零件的结构图，其中图(a)表示MCP-PIP连接板的结构图，图(b)表示关节连接板I的结构图，图(c)表示指板的结构图，图(d)表示线轮的结构图，图(e)表示MCP驱动轴的结构图，图(g)表示齿轮支撑座的结构图，图(h)表示前侧支撑座的结构图；

图11为本实用新型中线缆绕线方式示意图；

图中，1、驱动电机，2、丝杠，3、从动齿轮，4、主动齿轮，5、齿轮支撑座，6、弹簧 I，7、侧面连接板I，8、前侧支撑座，9、线轮IV，10、SEA模块，11、线轮V，12、导杆， 13、侧面连接板II，14-1、换向轮I，14-2、换向轮II，15、轴承I，16、弹簧固定块I，17、弹簧固定块II，18、弹簧固定块III，19、弹簧固定块IV，20、弹簧固定块V，21、弹簧固定块 VI，22、弹簧固定块VII，23、弹簧固定块VIII，24、弹簧II，25、弹簧III，26、弹簧IV，27、关节外壳，28、手部固定链，29、MCP-PIP连接板，30、手部护板，31、线轮连接板I，32、线轮I，33、MCP固定块，34、轴承II，35、套筒I，36、MCP驱动连杆，37、线缆导向块， 38、MCP驱动轴，39、MCP从动连杆，40、指板I，41、MCP转轴，42、关节连接板I，43、套筒II，44、销轴I，45、PIP从动连杆，46、PIP驱动连杆，47、PIP驱动轴，48、线轮连接板II，50、线轮连接板III，51、线轮II，52、线轮III、53、PIP转轴，54、轴端挡圈II，56、关节连接板II，57、销轴II，58、关节连接板III，59、指板II。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对实用新型做进一步说明。

如图1～10所示，一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，包括外骨骼驱动部分、手部外骨骼部分、外骨骼固定手部护板；

所述外骨骼驱动部分包括：两套驱动组件、齿轮支撑座5、前侧支撑座8、侧面连接板I7、侧面连接板II13、换向轮I14-1、换向轮II14-2；每套驱动组件包括驱动电机1、丝杠2、从动齿轮3、主动齿轮4、弹簧I6、SEA模块10、导杆12、弹簧固定块I16、弹簧固定块II17、弹簧固定块III18、弹簧固定块IV19、弹簧固定块V20、弹簧固定块VI21、弹簧固定块VII22、弹簧固定块VIII23、弹簧II24、弹簧III25、弹簧IV26；所述SEA模块10(系列弹性模块简称SEA 模块)包括：SEA模块连接块10-1、丝杠螺母10-2、线轮IV9、线轮V11、轴承I15；SEA模块连接块10-1为由中间横梁跟方形壳体构成的8字形结构，在SEA模块连接块10-1的中间横梁上加工有阶梯孔和六边形孔，且满足阶梯孔和六边形孔的圆心在同一水平线上，六边形孔内安装有丝杠螺母10-2，丝杠2通过丝杠螺母10-2安装在SEA模块连接块10-1的中间横梁上，与中间横梁相对的两个侧面上分别加工有两个阶梯孔，且满足同一侧面上的两个阶梯孔的圆心在同一条水平线上，相对侧面上的两个相对的阶梯孔大小相等，且圆心位于同一水平线上，在SEA模块连接块10-1的另两个相对侧面的中间位置上加工有螺纹孔，且满足两个螺纹孔的圆心在同一水平线上，弹簧固定块I16为环形实体结构，弹簧固定块I16的内环上加工有螺纹，弹簧固定块II17、弹簧固定块III18、弹簧固定块IV19均与弹簧固定块I16为相同结构，丝杠2穿过SEA模块连接块10-1相对侧面上相对的两个阶梯孔、中间横梁上的六边形孔贯穿SEA模块10，丝杠2两端分别通过轴承固定在SEA模块连接块10-1侧面的阶梯孔内，弹簧I6、弹簧II24均安装在丝杠2上，弹簧固定块I16、弹簧固定块II17、弹簧固定块III18、弹簧固定块IV19的内环均通过螺纹连接安装在丝杠2上，且满足弹簧I6的两端分别固定在弹簧固定块I16和弹簧固定块II17上，弹簧II24的两端分别固定在弹簧固定块III18和弹簧固定块IV19上，弹簧固定块II17、弹簧固定块III18的外环分别固定在SEA模块连接块10-1中间横梁的相对侧面上，弹簧固定块I16、弹簧固定块IV19的外环分别固定在SEA模块连接块10-1 的内侧面上；弹簧固定块V20为环形实体结构，弹簧固定块VI21、弹簧固定块VII22、弹簧固定块VIII23均与弹簧固定块V20为相同结构，导杆12穿过SEA模块连接块10-1相对侧面上的另两个相对的阶梯孔、中间横梁上的阶梯孔贯穿SEA模块10，导杆12两端分别通过轴孔过盈配合安装在SEA模块连接块10-1侧面的阶梯孔内，弹簧III25、弹簧IV26均安装在导杆 12上，弹簧固定块V20、弹簧固定块VI21、弹簧固定块VII22、弹簧固定块VIII23的内环均通过轴孔过盈配合安装在导杆12上，且满足弹簧III25的两端分别固定在弹簧固定块V20和弹簧固定块VI21上，弹簧IV26的两端分别固定在弹簧固定块VII22和弹簧固定块VIII23上，弹簧固定块VI21、弹簧固定块VII22的外环分别安装在SEA模块连接块10-1中间横梁的相对侧面上，弹簧固定块V20、弹簧固定块VIII23的外环分别固定在SEA模块连接块10-1的内侧面上；线轮IV9、线轮V11分别安装有轴承I15，轴承I15通过螺栓固定在SEA模块连接块10-1 的侧面上，安装时满足位于两侧的线轮IV9、线轮V11的轴线在同一水平线上；

齿轮支撑座5为方形壳体结构，壳体的厚度为2mm，在齿轮支撑座5的两个相对侧面上沿竖直方向分别加工有两个螺纹孔，用于使用螺栓连接侧面连接板I7、侧面连接板II13，开螺纹孔的侧面厚度设置为12mm，在齿轮支撑座5的一端面上加工有两个安装丝杠2的通孔，两个安装导杆12的通孔，两个安装驱动电机1的通孔，以及固定电机的螺纹孔，前侧支撑座 8为方形块状结构，在前侧支撑座8的两个相对侧面上沿竖直方向分别加工有两个螺纹通孔，在前侧支撑座8的一端面上加工有两个安装丝杠2的通孔，两个安装导杆12的通孔，以及连接线缆用的八个导向孔，八个导向孔分四列排布在四个通孔的两侧，每列沿竖直方向排布两个，实际安装时，驱动部外骨骼部分运动只用到两根线缆，两根线缆用到四个导向孔，原则上线缆可选择性的通过其中的四个导向孔，但是为了保证受力平衡，一般会对称性的选择四个导向孔，丝杠2的两端分别通过轴承固定在齿轮支撑座5和前侧支撑座8上，导杆12的两端分别通过轴孔过盈配合安装在齿轮支撑座5和前侧支撑座8上，驱动电机1固定在齿轮支撑座5上，主动齿轮4安装在驱动电机1的输出轴上，从动齿轮3安装在伸出齿轮支撑座5 的丝杠2一端，且满足从动齿轮3与主动齿轮4相啮合；两套驱动组件中的SEA模块10平行安装；侧面连接板I7为长方体结构，侧面连接板I7的两端分别通过两个螺栓固定在前侧支撑座8、齿轮支撑座5的一端，侧面连接板II13与侧面连接板I7为相同结构，侧面连接板II13 的两端分别通过两个螺栓固定在前侧支撑座8、齿轮支撑座5的另一端，换向轮I14-1、换向轮II14-2分别安装在侧面连接板I7、侧面连接板II13上，换向轮I14-1的安装位置靠近齿轮支撑座5，换向轮II14-2的安装位置靠近前侧支撑座8，对线缆运动起导向、换向作用，安装时注意，位于同一侧的换向轮II14-1、线轮IV9位于同一水平面内，保证线缆沿水平方向绕线；

所述手部外骨骼部分包括外骨骼MCP部分、外骨骼关节连接部分、外骨骼PIP部分、关节外壳27、手部固定套、MCP-PIP连接板29、手部护板30；所述手部固定套包括手部固定链28和手部护板30；所述外骨骼MCP部分包括线轮连接板I31、线轮I32、MCP固定块33、轴承II34、套筒I35、MCP驱动连杆36、线缆导向块37、MCP驱动轴38；MCP固定块33的端面上开有滑槽，滑槽与水平面的夹角为10°，滑槽的下边开有通孔和螺纹孔，MCP固定块 33固定在手部护板30上，手部护板30安装在手部固定链28上，通过手部固定链28套在手臂上，MCP驱动轴38通过轴承II34安装在MCP固定块33的通孔内，线缆导向块37为中间薄两侧厚的实体结构，在线缆导向块37的两侧分别开有两个通孔，线缆导向块37通过螺栓固定在MCP固定块33上，MCP驱动连杆36为由两侧竖直杆跟水平横梁构成的弓形结构， MCP驱动连杆36水平横梁的中间位置开有安装销轴的通孔，MCP驱动连杆36两侧的竖直杆上开有通孔或螺纹孔，MCP驱动连杆36、套筒I35、线轮I32均安装在MCP驱动轴38上， MCP驱动连杆36的一端通过轴孔过盈配合安装在MCP驱动轴38的中间位置，线轮I32与MCP驱动轴38为键连接，线轮连接板I31安装在线轮I32的外侧端面上；外骨骼MCP部分关于MCP驱动连杆36轴向对称；

外骨骼关节连接部分包括：MCP从动连杆39、指板I40、MCP转轴41、关节连接板I42、套筒II43、销轴I44；关节连接板I42上沿水平方向开有滑槽，滑槽的下边开有通孔和螺纹孔， MCP驱动连杆36的另一端通过螺栓螺母连接安装在关节连接板I42的滑槽内，指板I40为由立板跟底板构成的倒T形结构，指板I40的立板一端沿水平方向开有滑槽，指板I40的立板另一端开有通孔，MCP从动连杆39与MCP驱动连杆36为相同结构，MCP从动连杆39的一端通过螺栓螺母安装在MCP固定块33的滑槽内，MCP从动连杆39与MCP驱动连杆36通过销轴I44连接，MCP转轴41为阶梯轴，指板I40、关节连接板I42、MCP从动连杆39依次通过轴孔间隙配合安装在MCP转轴41上，MCP转轴41的两端安装有套筒II43，与MCP转轴41为轴孔过盈配合，安装在指板I40一端的关节连接板I42通过螺栓固定在指板I40的立板上；MCP-PIP连接板29的一端沿水平方向开有滑槽，MCP-PIP连接板29的另一端加工有通孔，通过螺栓螺母将MCP-PIP连接板29上的滑槽与指板I40上的滑槽连接；关节外壳27为倒U形结构，关节外壳27一侧开有螺纹孔，另一侧开有通孔，关节外壳27的一侧安装在 MCP转轴41上，另一侧通过螺栓固定在指板I40上；

外骨骼PIP部分包括：PIP从动连杆45、PIP驱动连杆46、PIP驱动轴47、线轮连接板II48、线轮连接板III50、线轮II51、线轮III52、PIP转轴53、轴端挡圈II54、关节连接板II56、销轴 II57、关节连接板III58、指板II(59)；PIP从动连杆45、PIP驱动连杆46与MCP驱动连杆 36为相同结构，PIP从动连杆45、PIP驱动连杆46通过销轴II57连接，关节连接板II56、关节连接板III58与关节连接板I42为相同结构，线轮II51、MCP-PIP连接板29、关节连接板II56、 PIP驱动连杆46、线轮III52依次安装在PIP驱动轴47上，PIP驱动连杆46的一端通过轴孔过盈配合安装在PIP驱动轴47上，线轮II51、线轮III52与PIP驱动轴47为键连接，线轮连接板II48固定在线轮II51的外侧端面上，线轮连接板III50固定在线轮III52的外侧端面上，PIP 从动连杆45的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板II56的滑槽内，指板II59与指板I40为相同结构，指板II59、关节连接板III58、PIP从动连杆45依次通过轴孔过盈配合安装在PIP转轴53上，PIP转轴53的两端分别安装有轴端挡圈II54，安装在指板II59一端的关节连接板III58 通过螺栓固定在指板II59的立板上，PIP驱动连杆46的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板 III58的滑槽内。

其中，外骨骼MCP部分代替的是实际人手中掌指关节(MCP joints)的作用，外骨骼PIP 部分代替的是实际人手中近端指间关节(PIP joints)的作用。

所述手部外骨骼装置在安装时，为了更好的贴合手臂，在齿轮支撑座5与手臂接触的一端面上，沿臂长方向加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在前侧支撑座8与手臂接触的一端面上，沿臂长方向加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在SEA模块连接块(10-1)与手臂接触的一端面上，在中间位置沿臂长方向加工为圆弧形凹槽。

所述的齿轮支撑座5、前侧支撑座8、SEA模块连接块10-1采用3D打印技术加工。

驱动外骨骼MCP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座5上，线缆的另一端从线轮IV9的上端绕入，从线轮IV9的下端绕出，从换向轮I14-1的上端绕入，从换向轮I14-1的下端绕出，从前侧支撑座8上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从线缆导向块37上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮I32的上端绕入，从线轮I32的下端绕出，线缆绕出线轮I32后，穿过位于线缆导向块37同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座8上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，从线轮V11的上端绕入，从线轮V11 的下端绕出，最后固定在前侧支撑座8上；线缆绕线方式的示意图如图11所示，当表示驱动外骨骼MCP部分运动所用线缆的示意图时，图中线轮A、线轮B分别代表位于SEA模块10两侧的两个线轮，换向轮代表换向轮I14-1，线轮C代表外骨骼MCP部分的线轮I32；

外骨骼驱动部分带动外骨骼MCP部分转动的工作原理为：驱动电机1正转/反转时，带动主动齿轮4转动，主动齿轮与从动齿轮3通过齿轮啮合带动从动齿轮3转动，实现从动齿轮3的减速运动，从动齿轮3带动丝杠2转动，丝杠2通过丝杠螺母10-2带动SEA模块10 运动，安装在SEA模块10上的线轮IV9、线轮V11跟随SEA模块10一起运动，绕在线轮IV9 上的线缆收缩/伸张，带动线轮I32转动，线轮I32带动MCP驱动轴38转动，MCP驱动轴38 带动MCP驱动连杆36，MCP驱动连杆36带动一端的螺栓螺母在关节连接板I42的滑槽内向上/向下滑动，MCP驱动连杆36同时带动MCP从动连杆39转动，MCP从动连杆39转动带动一端的螺栓螺母在MCP固定块33的滑槽内向下/向上运动，MCP从动连杆39同时带动 MCP转轴41转动，MCP转轴41转动带动指板I40向下/向上运动，即可实现MCP关节的向下/向上运动；

驱动外骨骼PIP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座5上，线缆的另一端绕过另一套驱动组件上的线轮，从换向轮II14-2的上端绕入，从换向轮II14-2的下端绕出，从前侧支撑座8上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从另一个线缆导向块上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮III52的上端绕入，从线轮III52的下端绕出，线缆绕出线轮III52后，穿过位于线缆导向块同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座8上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，绕过另一套驱动组件上的另一个线轮，最后固定在前侧支撑座8上；线缆绕线方式的示意图如图11所示，当表示驱动外骨骼PIP部分运动所用线缆的示意图时，图中线轮A、线轮B分别代表位于另一个SEA模块10两侧的两个线轮，换向轮代表换向轮II14-2，线轮C表示外骨骼PIP部分的线轮II51或线轮III52。

外骨骼驱动部分带动外骨骼PIP部分转动的工作原理，与外骨骼MCP部分转动的工作原理相同。

为了保持手部外骨骼部分的受力平衡，两条线缆分别绕在不同侧的线轮上。

Claims (6)

1.一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，包括外骨骼驱动部分、手部外骨骼部分、外骨骼固定手部护板；

所述外骨骼驱动部分包括：两套驱动组件、齿轮支撑座(5)、前侧支撑座(8)、侧面连接板I(7)、侧面连接板II(13)、换向轮I(14-1)、换向轮II(14-2)；每套驱动组件包括驱动电机(1)、丝杠(2)、从动齿轮(3)、主动齿轮(4)、弹簧I(6)、SEA模块(10)、导杆(12)、弹簧固定块I(16)、弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)、弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23)、弹簧II(24)、弹簧III(25)、弹簧IV(26)；所述SEA模块(10)包括：SEA模块连接块(10-1)、丝杠螺母(10-2)、线轮IV(9)、线轮V(11)、轴承I(15)；弹簧固定块I(16)为环形实体结构，弹簧固定块I(16)的内环上加工有螺纹，弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)均与弹簧固定块I(16)为相同结构，SEA模块连接块(10-1)为由中间横梁、方形壳体构成的8字形结构，丝杠(2)通过丝杠螺母(10-2)安装在SEA模块连接块(10-1)的中间横梁上，贯穿SEA模块(10)的丝杠(2)两端分别通过轴承固定在SEA模块连接块(10-1)上，弹簧I(6)、弹簧II(24)均安装在丝杠(2)上，弹簧固定块I(16)、弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)、弹簧固定块IV(19)的内环均通过螺纹连接安装在丝杠(2)上，且满足弹簧I(6)的两端分别固定在弹簧固定块I(16)和弹簧固定块II(17)上，弹簧II(24)的两端分别固定在弹簧固定块III(18)和弹簧固定块IV(19)上，弹簧固定块II(17)、弹簧固定块III(18)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)的中间横梁上，弹簧固定块I(16)、弹簧固定块IV(19)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)上；弹簧固定块V(20)为环形实体结构，弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23)均与弹簧固定块V(20)为相同结构，导杆(12)穿过中间横梁上的阶梯孔贯穿SEA模块(10)，导杆(12)的两端分别固定在SEA模块连接块(10-1)上，弹簧III(25)、弹簧IV(26)均安装在导杆(12)上，弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)、弹簧固定块VIII(23)的内环均通过轴孔过盈连接安装在导杆(12)上，且满足弹簧III(25)的两端分别固定在弹簧固定块V(20)和弹簧固定块VI(21)上，弹簧IV(26)的两端分别固定在弹簧固定块VII(22)和弹簧固定块VIII(23)上，弹簧固定块VI(21)、弹簧固定块VII(22)的外环分别安装在SEA模块连接块(10-1)的中间横梁上，弹簧固定块V(20)、弹簧固定块VIII(23)的外环分别固定在SEA模块连接块(10-1)上；线轮IV(9)、线轮V(11)分别通过轴承I(15)安装在SEA模块连接块(10-1)上；丝杠(2)、导杆(12)的两端分别固定在齿轮支撑座(5)和前侧支撑座(8)上，驱动电机(1)固定在齿轮支撑座(5)上，主动齿轮(4)安装在驱动电机(1)的输出轴上，从动齿轮(3)安装在伸出齿轮支撑座(5)的丝杠(2)一端，且满足从动齿轮(3)与主动齿轮(4)相啮合；两套驱动组件中的SEA模块(10)平行安装；侧面连接板I(7)、侧面连接板II(13)的两端分别固定在前侧支撑座(8)和齿轮支撑座(5)上，换向轮I(14-1)、换向轮II(14-2)分别安装在侧面连接板I(7)、侧面连接板II(13)上；

所述手部外骨骼部分包括外骨骼MCP部分、外骨骼关节连接部分、外骨骼PIP部分、关节外壳(27)、手部固定套、MCP-PIP连接板(29)、手部护板(30)；所述手部固定套包括手部固定链(28)和手部护板(30)；所述外骨骼MCP部分包括线轮连接板I(31)、线轮I(32)、MCP固定块(33)、轴承II(34)、套筒I(35)、MCP驱动连杆(36)、线缆导向块(37)、MCP驱动轴(38)；MCP固定块(33)的端面上开有滑槽，MCP固定块(33)固定在手部护板(30)上，手部护板(30)安装在手部固定链(28)上，通过手部固定链(28)套在手臂上，MCP驱动轴(38)通过轴承II(34)安装在MCP固定块(33)上，线缆导向块(37)为中间薄两侧厚的实体结构，在线缆导向块(37)的两侧分别开有两个通孔，线缆导向块(37)固定在MCP固定块(33)上，MCP驱动连杆(36)、套筒I(35)、线轮I(32)均安装在MCP驱动轴(38)上，线轮连接板I(31)安装在线轮I(32)的外侧端面上；外骨骼MCP部分关于MCP驱动连杆(36)轴向对称；

外骨骼关节连接部分包括：MCP从动连杆(39)、指板I(40)、MCP转轴(41)、关节连接板I(42)、套筒II(43)、销轴I(44)；关节连接板I(42)上开有滑槽，MCP驱动连杆(36)的另一端通过螺栓螺母连接安装在关节连接板I(42)的滑槽内，指板I(40)为由立板、底板构成的倒T形结构，指板I(40)的立板一端开有滑槽，MCP从动连杆(39)与MCP驱动连杆(36)为相同结构，MCP从动连杆(39)的一端通过螺栓螺母安装在MCP固定块(33)的滑槽内，MCP从动连杆(39)与MCP驱动连杆(36)通过销轴I(44)连接，MCP转轴(41)为阶梯轴，指板I(40)、关节连接板I(42)、MCP从动连杆(39)依次安装在MCP转轴(41)上，MCP转轴(41)的两端安装有套筒II(43)，安装在指板I(40)一端的关节连接板I(42)固定在指板I(40)的立板上；MCP-PIP连接板(29)的一端加工有滑槽，通过螺栓螺母将MCP-PIP连接板(29)上的滑槽与指板I(40)上的滑槽连接；关节外壳(27)为倒U形结构，关节外壳(27)的一侧安装在MCP转轴(41)上，另一侧固定在指板I(40)上；

外骨骼PIP部分包括：PIP从动连杆(45)、PIP驱动连杆(46)、PIP驱动轴(47)、线轮连接板II(48)、线轮连接板III(50)、线轮II(51)、线轮III(52)、PIP转轴(53)、轴端挡圈II(54)、关节连接板II(56)、销轴II(57)、关节连接板III(58)、指板II(59)；PIP从动连杆(45)、PIP驱动连杆(46)与MCP驱动连杆(36)为相同结构，PIP从动连杆(45)、PIP 驱动连杆(46)通过销轴II(57)连接，关节连接板II(56)、关节连接板III(58)与关节连接板I(42)为相同结构，线轮II(51)、MCP-PIP连接板(29)、关节连接板II(56)、PIP驱动连杆(46)、线轮III(52)依次安装在PIP驱动轴(47)上，线轮连接板II(48)固定在线轮II(51)的外侧端面上，线轮连接板III(50)固定在线轮III(52)的外侧端面上，PIP从动连杆(45)的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板II(56)的滑槽内，指板II(59)与指板I(40)为相同结构，指板II(59)、关节连接板III(58)、PIP从动连杆(45)安装在PIP转轴(53)上，PIP转轴(53)的两端分别安装有轴端挡圈II(54)，安装在指板II(59)一端的关节连接板III(58)通过螺栓固定在指板II(59)的立板上，PIP驱动连杆(46)的一端通过螺栓螺母安装在关节连接板III(58)的滑槽内。

2.根据权利要求1所述的一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，所述手部外骨骼装置在安装时，为了更好的贴合手臂，在齿轮支撑座(5)与手臂接触的一端面上，加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在前侧支撑座(8)与手臂接触的一端面上，加工有两个与手臂接触位置相吻合的圆弧形凸槽，在SEA模块连接块(10-1)与手臂接触的一端面上加工有圆弧形凹槽。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，所述的齿轮支撑座(5)、前侧支撑座(8)、SEA模块连接块(10-1)采用3D打印技术加工。

4.根据权利要求3所述的一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，驱动外骨骼MCP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座(5)上，线缆的另一端从线轮IV(9)的上端绕入，从线轮IV(9)的下端绕出，从换向轮I(14-1)的上端绕入，从换向轮I(14-1)的下端绕出，从前侧支撑座(8)上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从线缆导向块(37)上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮I(32)的上端绕入，从线轮I(32)的下端绕出，线缆绕出线轮I(32)后，穿过位于线缆导向块(37)同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座(8)上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，从线轮V(11)的上端绕入，从线轮V(11)的下端绕出，最后固定在前侧支撑座(8)上。

5.根据权利要求3所述的一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，驱动外骨骼PIP部分运动所用线缆的安装方式为：线缆的一端固定在齿轮支撑座(5)上，线缆的另一端绕过另一套驱动组件上的线轮，从换向轮II(14-2)的上端绕入，从换向轮II(14-2)的下端绕出，从前侧支撑座(8)上的一个通孔穿出外骨骼驱动部分，从另一个线缆导向块上的一个通孔穿入手部外骨骼部分，从线轮III(52)的上端绕入，从线轮III(52)的下端绕出，线缆绕出线轮III(52)后，穿过位于线缆导向块同一侧的另一个通孔，穿出手部外骨骼部分，通过前侧支撑座(8)上另一个通孔穿回外骨骼驱动部分，绕过另一套驱动组件上的另一个线轮，最后固定在前侧支撑座(8)上。

6.根据权利要求4-5任意一项所述的一种基于SEA模块的康复用手部外骨骼装置，其特征在于，为了保持手部外骨骼部分的受力平衡，两条线缆分别绕在不同侧的线轮上。

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