TWI653035B - 關節外骨骼輔助驅動機構 - Google Patents

關節外骨骼輔助驅動機構 Download PDF

Info

Publication number
TWI653035B
TWI653035B TW107115324A TW107115324A TWI653035B TW I653035 B TWI653035 B TW I653035B TW 107115324 A TW107115324 A TW 107115324A TW 107115324 A TW107115324 A TW 107115324A TW I653035 B TWI653035 B TW I653035B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power output
moving
component
driving
gear
Prior art date
Application number
TW107115324A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201946598A (zh
Inventor
藍兆杰
Original Assignee
國立成功大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立成功大學 filed Critical 國立成功大學
Priority to TW107115324A priority Critical patent/TWI653035B/zh
Priority to US16/111,452 priority patent/US11173092B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI653035B publication Critical patent/TWI653035B/zh
Publication of TW201946598A publication Critical patent/TW201946598A/zh

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/024—Knee
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0266—Foot
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0277—Elbow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285—Hand
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/001—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for conveying reciprocating or limited rotary motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions
    • F16H21/54—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/2015—Means specially adapted for stopping actuators in the end position; Position sensing means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A61H2201/1215—Rotary drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A61H2201/123—Linear drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • A61H2201/1481—Special movement conversion means
    • A61H2201/149—Special movement conversion means rotation-linear or vice versa
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1635—Hand or arm, e.g. handle
    • A61H2201/1638—Holding means therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
    • A61H2201/1659—Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/204—Axial sliding means, i.e. for rotary support and axial guiding of nut or screw shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2043—Screw mechanisms driving an oscillating lever, e.g. lever with perpendicular pivoting axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2068—Means for returning linear actuator to zero position, e.g. upon occurrence of failure by using a spring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2081—Parallel arrangement of drive motor to screw axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2096—Arrangements for driving the actuator using endless flexible members

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

一種關節外骨骼輔助驅動機構，其包括第一驅動模組，第一驅動模組利用第一齒輪構件結合第一旋轉驅動器設置於第一連接構件上，並以第一線性驅動器結合第一運動組件設置於第一連接構件，第一旋轉驅動器與第一線性驅動器併列，使此機構之組合構造具備順逆旋轉與屈伸等2個空間自由度驅動功能，或增設第二線性驅動器，而為3個空間自由度之驅動機構，或者，關節外骨骼輔助驅動機構亦可以2個空間自由度的第一驅動模組結合3個空間自由度的第二驅動模組，而為5個空間自由度之驅動機構，使關節外骨骼輔助驅動機構能夠應用於人體或機器人之關節部位提供復健運動或驅動力量等用途。

Description

關節外骨骼輔助驅動機構
本發明係關於一種應用於肘關節、腕關節、膝關節或踝關節等輔助復健用途之關節外骨骼輔助驅動機構。
目前已知的人體關節復健驅動機構、復健機器人、人形機器人或義肢機器人等，係以動作靈活性、輕量化與小尺寸等為主要創作考量，同時也需注意應用之關節部位的動作需求。
以應用於人體關節外側之復健用關節輔助驅動機構為例，已知的關節輔助驅動機構主要利用驅動馬達搭配弧形滑軌與連桿組件等之組合，使其具備2個或3個空間自由度之運動功能。
然而，此關節輔助驅動機構受限於機構連動關係，而難以符合關節空間運動之需求，關節輔助驅動機構使用之零組件皆使用特製的部件，而有成本偏高、重量重與佔空間等問題，對於使用關節輔助復健驅動機構之患者而言，實為一沉重的負擔。對於機器人而言，該關節輔助驅動機構也有難適用之問題。
本發明之主要目的在於提供一種關節外骨骼輔助驅動機構，解決現有關節輔助驅動機構難以符合關節空間運動之需求，成本偏高、重量偏重與機構佔空間等問題。
為了達成前揭目的，本發明所提出之關節外骨骼輔助驅動機構係包括：一第一驅動模組，該第一驅動模組包括： 一第一齒輪構件，其包括一第一齒輪環，該第一齒輪環界定有一第一中心軸線，且該第一齒輪環包括一第一外環面，該第一外環面至少一部分形成一第一嚙合部； 一第一連接構件，係設於該第一齒輪構件之一側，且能相對於該第一齒輪構件之第一中心軸線旋轉； 一第一旋轉驅動器，係組設於該第一連接構件上，該第一旋轉驅動器包括一第一旋轉驅動馬達組以及一第一驅動齒輪，該第一旋轉驅動馬達組包括一第一驅動軸，該第一驅動齒輪連接該第一驅動軸，且與該第一齒輪環之第一嚙合部相嚙合； 一第一線性驅動器，係組設於該第一連接構件上，該第一線性驅動器包括一第一驅動馬達以及一第一線性驅動組件，該第一驅動馬達設於該第一連接構件上，該第一驅動馬達連接該第一線性驅動組件，該第一線性驅動組件包括能沿一第一動力輸出軸向線性運動的一第一動力輸出部件；以及 一第一運動組件，係連接該第一線性驅動器之第一動力輸出部件。
藉由前揭關節外骨骼輔助驅動機構之發明，其至少具備以下功優點： 1、具備精簡化結構與精準力量控制功能：本發明關節外骨骼輔助驅動機構主要係利用第一齒輪構件與第一旋轉驅動器之組合，以及第一線性驅動器與第一運動組件之組合，第一旋轉驅動器與第一線性驅動器並列設置於第一連接構件上，使其能夠以價格便宜之精簡機構，達到精準力量控制且至少具備順、逆向旋轉與屈曲/伸張等2個空間自由度運動功能。 2、具備尺寸小與輕量化之產品優勢：本發明關節外骨骼輔助驅動機構藉其整體結構為緊湊的空間配置，而具備尺寸小之特點，同時因零部件數量較少而具備結構精簡化之特點，達到輕量化之優勢。 3、能普遍應用於人體之關節復健或機器人之關節驅動等領域：本發明關節外骨骼輔助驅動機構利用第一齒輪構件與第一旋轉驅動器之組合，再搭配第一線性驅動器連接第一連接構件與第一運動組件，使其至少具備順逆向旋轉與屈曲/伸張等2個空間自由度運動功能，使其能夠應用於人體之關節復健或機器人之關節驅動等領域並提供優異的驅動基礎，確保其協動安全。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構還可進一步包括一位移感測器，該位移感測器設於該第一彈性部件的一側，且能感測該第一彈性部件的變形量而換算輸出力量，或者，本發明還可於第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與第一驅動齒輪之間進一步串接一第一旋轉彈簧，並設有第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器之感測而將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器之輸出扭矩，使其具備精準力量控制功能。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構還可進一步包括一第二線性驅動器，該第二線性驅動器組設於該第一連接構件上，該第二線性驅動器包括一第二驅動馬達以及一第二線性驅動組件，該第二驅動馬達設於該第一連接構件上，該第二驅動馬達連接該第二線性驅動組件，該第二線性驅動組件包括能沿該第一動力輸出軸向線性運動的一第二動力輸出部件，該第二動力輸出部件連接該第一運動組件。藉由該第二線性驅動器設置於第一驅動模組中，使該關節外骨骼輔助驅動機構具備尺偏/撓偏、屈曲/伸張及旋前/旋後等3個空間自由度運動功能，而能應用於人體、復健機器人、人形機器人或義肢機器人等之腕關節或踝關節等多向運動關節部位，並具備優異之運動靈活性。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構還可進一步包括一第二驅動模組，該第二驅動模組包括： 一第二齒輪構件，係連接該第一驅動模組之一第一運動組件，該第二齒輪構件包括一第二齒輪環，該第二齒輪環係連接該第一運動組件相對於該第一動輸出部件之另一端，該第二齒輪環界定有一第二中心軸線，且該第二齒輪環包括一第二外環面，該第二外環面至少一部分形成一第二嚙合部； 一第二連接構件，係設於該第二齒輪構件之一側，且能相對於該第二齒輪構件之第二中心軸線旋轉； 一第二旋轉驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第二旋轉驅動器包括一第二旋轉驅動馬達組以及一第二驅動齒輪，該第二旋轉驅動馬達組包括一第二驅動軸，該第二驅動齒輪連接該第二驅動軸，且與該第二齒輪之第二嚙合部相嚙合； 一第二線性驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第二線性驅動器包括一第二驅動馬達以及一第二線性驅動組件，該第二驅動馬達設於該第二連接構件上，該第二驅動馬達連接該第二線性驅動組件，該第二線性驅動組件包括能一第二動力輸出軸向線性運動的一第二動力輸出部件； 一第三線性驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第三線性驅動器包括一第三驅動馬達以及一第三線性驅動組件，該第三驅動馬達設於該第二連接構件上，該第三驅動馬達連接該第三線性驅動組件，該第三線性驅動組件包括能一第二動力輸出軸向線性運動的一第三動力輸出部件；以及 一第二運動組件，係連接該第二線性驅動器之第二動力輸出部件以及該第三線性驅動器之第三動力輸出部件。
前述關節外骨骼輔助驅動機構係藉由具有屈曲/伸張及外旋/內旋等2個空間自由度的第一驅動模組與具有尺偏/撓偏、屈曲/伸張及旋前/旋後等3個空間自由度的第二驅動模組的串聯組合，而構成一具備5個空間自由度的驅動機構，使該關節外骨骼輔助驅動機構能夠應用於人體、復健機器人、人形機器人或義肢機器人等之肘關節至腕關節之雙關節部位或是膝關節至踝關節之雙關節部位。再者，該關節外骨骼輔助驅動機構之第一驅動模組與第二驅動模組皆利用其整體結構緊湊的空間配置，而具備尺寸小、輕量化優勢與優異之運動靈活性。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構還可進一步包括一位移感測器，該位移感測器設於該第一彈性部件的一側，且能感測該第一彈性部件的變形量而換算輸出力量，以及本發明還可於第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與第一驅動齒輪之間進一步串接一第一旋轉彈簧，並設有第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，於第二旋轉驅動馬達組之第二驅動軸與第二驅動齒輪之間進一步串接第二旋轉彈簧，並設有第二角度感測器偵測該第二驅動齒輪的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器與第二角度感測器之感測分別將該第一驅動齒輪、第二驅動齒輪的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器、第二旋轉驅動器之輸出扭矩，使其具備精準力量控制功能。
依據前揭發明內容提出之技術方案，本發明關節外骨骼輔助驅動機構至少可以圖1、圖5及圖9等揭示多種較佳實施例予以實現，以下分別就每一較佳實施例提出說明。
如圖1至圖3所示，其揭示本發明關節外骨骼輔助驅動機構1A之第一較佳實施例，其具備2個空間自由度，適用於人體、人形機器人、復健機器人或義肢機器人等之肘關節或膝關節等部位，作為供給輔助驅動力的驅動機構。該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例係包括一第一驅動模組10A，該第一驅動模組10A包括一第一齒輪構件11A、一第一連接構件12A、一第一旋轉驅動器13A、一第一線性驅動器14A以及一第一運動組件15A。
如圖1至圖3所示，該第一齒輪構件11A包括一第一齒輪環111A，該第一齒輪環111A界定有一第一中心軸線1110A，且該第一齒輪環111A包括一第一外環面112A，該第一外環面112A至少一部分形成一第一嚙合部113A。該第一嚙合部113A係包括多個接續排列的嚙合齒，該第一嚙合部113A設置於該第一齒輪環111A之第一外環面112A的部位，依據實際應用之關節部位的旋轉角度需求而決定。以應用於肘關節部位為例，該第一嚙合部113A之多個嚙合齒分布的範圍相對於該第一中心軸線1110A之中心角約為±75度。
如圖1至圖3所示，該第一連接構件12A係設於該第一齒輪構件11A之一側，且能相對於該第一齒輪構件11A之第一中心軸線1110A旋轉。該第一連接構件12A包括至少一第一滑軌121A，所述第一滑軌121A係沿一第一動力輸出軸向設置，該第一動力輸出軸向平行於該第一中心軸線1110A。
如圖1至圖3所示該第一旋轉驅動器13A係組設於該第一連接構件12A上，該第一旋轉驅動器13A包括一第一旋轉驅動馬達組131A以及一第一驅動齒輪132A，該第一旋轉驅動馬達組131A包括一驅動馬達1311A與連接該驅動馬達1311A動力輸出端之一減速齒輪組1312A，該驅動馬達1311A可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第一旋轉驅動馬達組131A包括一第一驅動軸，該第一驅動齒輪132A連接該第一驅動軸，且與該第一齒輪環111A之第一嚙合部113A相嚙合。
如圖1至圖3所示，該第一旋轉驅動馬達組131A之第一驅動軸與第一驅動齒輪132A之間可進一步串接一第一旋轉彈簧133A，並設有一第一角度感測器134A偵測該第一驅動齒輪132A的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器134A之感測而將該第一驅動齒輪132A的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器13A之輸出扭矩。
如圖1至圖3所示，該第一線性驅動器14A係組設於該第一連接構件12A上，該第一線性驅動器14A包括一第一驅動馬達141A以及一第一線性驅動組件142A，該第一驅動馬達141A可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第一驅動馬達141A設於該第一連接構件12A上，該第一驅動馬達141A連接該第一線性驅動組件142A，該第一線性驅動組件142A包括能沿一第一動力輸出軸向1420A線性運動的一第一動力輸出部件143A，該第一動力輸出軸向1420A平行於該第一中心軸線1110A。
如圖1至圖3所示，該第一線性驅動組件142A包括一第一螺桿1421A、一第一從動部件1422A以及一第一彈性部件1423A，該第一螺桿1421A係沿該第一動力輸出軸向1420A樞設於該第一連接構件12A上，並通過該第一動力輸出部件143A，該第一從動部件1422A包括一第一從動塊14221A與一第一螺套14222A，該第一從動塊14221A係沿該第一動力輸出軸向1420A線性運動地設置於該第一連接構件12A上，該第一螺套14222A組設於該第一從動塊14221A中且螺設於該第一螺桿1421A上，該第一彈性部件1423A包括一第一彈簧，該第一彈簧兩端分別連接該第一從動部件1422A與該第一動力輸出部件143A，第一驅動馬達141A結合一第一輪系傳動組件1411A組接該第一螺桿1421A。於本較佳實施例中，該第一輪系傳動組件1411A係選用皮帶輪組。
如圖1至圖3所示，該第一連接構件12A包括至少一第一滑軌121A，所述第一滑軌121A係沿一第一動力輸出軸向1420A設置，該第一從動塊14221A、與該第一動力輸出部件143A分別可滑移地設置於所述第一滑軌121A上。
如圖1至圖3所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例中還可增設一位移感測器17A，該位移感測器17A設於該第一彈性部件1423A的一側，且能感測該第一彈性部件1423A的變形量而換算輸出力量。
如圖1至圖3所示，該第一運動組件15A係連接該第一線性驅動器14A之第一動力輸出部件143A，該第一運動組件15A包括一第一運動部件151A、一第二運動部件152A以及二第一連桿153A，該第一運動部件151A係能沿該第一動力輸出軸向1420A線性運動地設置於該第一連接構件12A上，該第二運動部件152A包括一部件本體1521A以及二連接翼片1522A，該二連接翼片1522A係相對設置於該部件本體1521A面向該第一運動部件151A的一端，並以該二連接翼片1522A同軸相對樞設於該第一連接構件12A，該二第一連桿153A之一端分別樞設於該第一運動部件151A相對於該第一動力輸出軸向1420A相對兩側，該二第一連桿153A之另一端分別樞設該二連接翼片1522A相對於該部件本體1521A之另一端。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例於使用時，以應用於人體的肘關節部位為例，如圖4所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例係以第一連接構件12A組接人體之上臂2，以第一運動組件15A連接人體的前臂3，其中利用第一齒輪構件11A與第一旋轉驅動器13A之組合，提供驅動肘關節連接之前臂3產生外旋與內旋運動之功能，另利用第一線性驅動器14A與第一運動組件15A之組合設置於第一連接構件12A，提供驅動肘關節連接之前臂3產生屈曲與伸張運動功能。
再者，如圖1至圖4所示，本發明關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例還能利用該第一運動組件15A為第一運動部件151A、第二運動部件152A與二第一連桿153A之組合構造，使肘關節之運動更為靈活，並能藉由位移感測器17A感測第一線性驅動器14A之第一彈性部件1423A的變形量而換算輸出力量，並於第一旋轉驅動馬達組131A之第一驅動軸與第一驅動齒輪132A之間串接第一旋轉彈簧133A，並利用第一角度感測器134A偵測該第一驅動齒輪132A的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器134A之感測而該第一驅動齒輪132A的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器13A之輸出扭矩等構造，使其具備精準力量控制功能。
由上可知，該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例，其係利用第一齒輪構件11A與第一旋轉驅動器13A之組合，再搭配第一線性驅動器14A連接第一連接構件12A與第一運動組件15A，使其能夠以具備精準力量控制之精簡機構，至少產生屈曲/伸張及外旋/內旋等2個空間自由度運動功能，使其能夠對人體的肘關節部位復健提供優異運動功能表現。同理，該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例亦能應用於人體之膝關節部位之復健用途，也可以應用於人形機器人、復健機器人或義肢機器人等之肘關節或膝關節等部位，作為供給輔助驅動力量，藉此關節外骨骼輔助驅動機構1A提供優異的驅動基礎，確保其協動安全。
如圖5至圖7所示，其揭示本發明關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例，其具備3個空間自由度，適用於人體、人形機器人、復健機器人或義肢機器人等之腕關節或踝關節等部位，作為供給輔助驅動力的驅動機構。該關節外骨骼輔助驅動機構1B係包括一第一驅動模組10B，該第一驅動模組10B包括一第一齒輪構件11B、一第一連接構件12B、一第一旋轉驅動器13B、一第一線性驅動器14B、一第一運動組件15B以及一第二線性驅動器16B。
如圖5至圖7所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例中，該第一驅動模組10B之第一齒輪構件11B、第一連接構件12B、第一旋轉驅動器13B、第一線性驅動器14B以及第一運動組件15B等構造，大致上相同於前揭圖1至圖3所示關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例中相對應之第一齒輪構件11A、第一連接構件12A、第一旋轉驅動器13A、第一線性驅動器14A以及第一運動組件15A等構造。該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例進一步增設一第二線性驅動器16B，使該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例具備3個空間自由度，相較於具備2個空間自由度之關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例，即再增加了1個自由度。以下進一步該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例之具體構造提出說明。
如圖5至圖7所示，該第一齒輪構件11B包括一第一齒輪環111B，該第一齒輪環111B界定有一第一中心軸線1110B，且該第一齒輪環111B包括一第一外環面112B，該第一外環面112B至少一部分形成一第一嚙合部113B。
如圖5至圖7所示，該第一連接構件12B係設於該第一齒輪構件11B之一側，且能相對於該第一齒輪構件11B之第一中心軸線1110B旋轉。
如圖5至圖7所示，該第一旋轉驅動器13B係組設於該第一連接構件12B上，該第一旋轉驅動器13B包括一第一旋轉驅動馬達組131B以及一第一驅動齒輪132B，該第一旋轉驅動馬達組131B包括一驅動馬達1311B與連接該驅動馬達1311B動力輸出端之一減速齒輪組1312B，該驅動馬達1311B可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第一旋轉驅動馬達組131B包括一第一驅動軸，該第一驅動齒輪132B連接該第一驅動軸，且與該第一齒輪環111B之第一嚙合部113B相嚙合。
如圖5至圖7所示，該第一旋轉驅動馬達組131B之第一驅動軸與第一驅動齒輪132B之間可進一步串接一第一旋轉彈簧133B，並設有一第一角度感測器134B偵測該第一驅動齒輪132B的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器134B之感測而該第一驅動齒輪132B的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器13B之輸出扭矩。
如圖5至圖7所示，該第一線性驅動器14B係組設於該第一連接構件12B上，該第一線性驅動器14B包括一第一驅動馬達141B以及一第一線性驅動組件142B，該第一驅動馬達141B可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第一驅動馬達141B設於該第一連接構件12B上，該第一驅動馬達141B連接該第一線性驅動組件142B，該第一線性驅動組件142B包括能沿一第一動力輸出軸向1420B線性運動的一第一動力輸出部件143B。
如圖5至圖7所示，該第二線性驅動器16B組設於該第一連接構件12B上，該第二線性驅動器16B包括一第二驅動馬達161B以及一第二線性驅動組件162B，該第二驅動馬達161B可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第二驅動馬達161B設於該第一連接構件12B上，該第二驅動馬達161B連接該第二線性驅動組件162B，該第二線性驅動組件162B包括能沿該第一動力輸出軸向1420B線性運動的一第二動力輸出部件163B，該第二動力輸出部件163B連接該第一運動組件15B。
如圖5至圖7所示，該第一線性驅動組件142B包括一第一螺桿1421B、一第一從動部件1422B以及一第一彈性部件1423B，該第一螺桿1421B係沿該第一動力輸出軸向1420B樞設於該第一連接構件12B上，並通過該第一動力輸出部件424B，該第一從動部件1422B包括一第一從動塊14221B與一第一螺套14222B，該第一從動塊14221B係沿該第一動力輸出軸向1420B線性運動地設置於該第一連接構件12B上，該第一螺套14222B組設於該第一從動塊14221B中且螺設於該第一螺桿1421B上，該第一彈性部件1423B包括一第一彈簧，該第一彈簧兩端分別連接該第一從動部件1422B與該第一動力輸出部件143B，第一驅動馬達141B結合一第一輪系傳動組件1411B組接該第一螺桿1421B。
如圖5至圖7所示，該第二線性驅動組件162B包括一第二螺桿1621B、一第二從動部件1622B以及一第二彈性部件1623B，該第二螺桿1621B係沿該第一動力輸出軸向1420B樞設於該第一連接構件12B上，並通過該第二動力輸出部件163B，該第二從動部件1622B包括一第二從動塊16221B與一第二螺套16222B，該第二從動塊16221B係沿該第一動力輸出軸向1420B線性運動地設置於該第一連接構件12B上，該第二螺套16222B組設於該第二從動塊16221B中且螺設於該第二螺桿1621B上，該第二彈性部件1623B包括一第二彈簧，該第二彈簧兩端分別連接該第二從動部件1622B與該第二動力輸出部件163B，第二驅動馬達161B結合一第二輪系傳動組件1611B組接該第二螺桿1621B。
該第一連接構件12B還可包括至少一第一滑軌121B，所述第一滑軌121B係沿該第一動力輸出軸向1420B設置，該第一從動塊14221B、該第一動力輸出部件143B、該第二從動塊16221B與該第二動力輸出部件163B分別可滑移地設置於所述第一滑軌121B上。
如圖5至圖7所示，該第二線性驅動器16B組設於該第一連接構件12B上，該第二線性驅動器16B包括一第二驅動馬達161B以及一第二線性驅動組件162B，該第二驅動馬達161B可選用具備輕巧、高扭矩密度與零件可靠高等優點之旋轉步進馬達，該第二驅動馬達161B設於該第一連接構件12B上，該第二驅動馬達161B連接該第二線性驅動組件162B，該第二線性驅動組件162B包括能沿該第一動力輸出軸向1420B線性運動的一第二動力輸出部件163B，該第二動力輸出部件163B連接該第一運動組件15B。
如圖5至圖7所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1B還可進一步增設二位移感測器17B，該二位移感測器17B分別設置於該第一彈性部件1423B的一側與該第二彈性部件1623B的一側，且能分別感測該第一彈性部件1423B與該第二彈性部件1623B的變形量而換算輸出力量。
如圖5至圖7所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例中，該第一連接構件12B一側具有一支撐部122B，該支撐部122B包括一第一樞部123B與一第二樞部124B，該第一樞部123B與該第二樞部124B間隔排列，該第一連接構件12B能以該支撐部122B之第一部樞第一樞部123B與一第二樞部124B連接該第一運動組件15B。
如圖5至圖7所示，該第一運動組件15B係連接該第一線性驅動器14B之第一動力輸出部件143B。該第一運動組件15B包括一第一運動桿組154B，一第二運動桿組154B以及一第一運動件155B。其中，該第一運動桿組154B係連接該第一動力輸出部件143B，該第一運動桿組154B包括一第一運動桿件1541B與一第二運動桿件1542B，該第一運動桿件1541B之一端樞接該第一動力輸出部件143B，該第二運動桿件1542B之一端連接該支撐部122B的第二樞部124B，該第二運動桿件1542B於該第二樞部122B一側具有一樞接區段，該第二運動桿件1542B之樞接區段樞接該第一運動桿件1541B之另一端，該第二運動桿件1542B相對於第二樞部122B的另一端具有一第一運動端部1543B。
如圖5至圖7所示，該第二運動桿組155B係連接該第二動力輸出部件163B，該第二運動桿組155B包括一第一運動元件1551B、一第二運動元件1552B以及一第三運動元件1553B，該第一運動元件1551B之一端樞接該第二動力輸出部件163B，該第二運動元件1552B之一端連接該支撐部122B的第一樞部123B，該第二運動元件1552B於該第二樞部124B一側具有一樞接段，該第一運動元件1551B之另一端樞接該第二運動元件1552之樞接段，該第三運動元件1553B之一端樞接該第二運動元件1552B的另一端，該第三運動元件1553B相對於該第二運動元件1552B之另一端具有一第二運動端部1554B。
如圖5至圖7所示，該第一運動件156B包括一第一運動樞部1561B與一第二運動樞部1562B，該第一運動樞部1561B與第二運動樞部1562B分別位於該第一運動件156B之相異兩側，該第一運動樞部1561B樞接該第一運動桿組154B的第一運動端部1543B，該第二運動樞部1562B樞接該第二運動桿組155B的第二運動端部1554B。
如圖5至圖7所示，該第一運動件156B還包括一基部1563B、一第一側翼板1564B、一第二側翼板1565B以及一端板1566B，該第一側翼板1564B與該第二側翼板1565B係設置於該基部1563B相對於該第一動力輸出軸向1420B之兩側，該第一運動樞部1561B位於該第一側翼板1564B，該端板1566B成形於該第二側翼板1565B相對於第一運動樞部1561B之另一端並朝向該第一側翼板1564B彎折延伸，該第二運動樞部1562B位於該端板1566B。
如圖5至圖7所示，該第一側翼板1564B與該第二側翼板1565B各設有一長孔，該第一側翼板1564B與該第二側翼板1565B之間組設一活動桿件1567B，該活動桿件1567B兩端分別穿設於該第一側翼板1564B之長孔與該第二側翼板1565B之長孔中，使該第一運動組件15B具自適調整的功能。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例於使用時，以應用於人體之腕關節部位為例，如圖8所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例係以第一連接構件12B組接人體之前臂3，以第一運動組件15B連接人體的手掌4，其中利用第一齒輪構件11B與第一旋轉驅動器13B之組合，提供驅動腕關節連接之前臂3產生旋前與旋後運動之功能，另利用第一線性驅動器14B與第二線性驅動器16B併聯第一運動組件之組合設置於第一連接構件12B，提供驅動腕關節連接之手掌產生尺偏/橈偏與屈曲/伸張運動之功能。
再者，本發明關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例還能利用該第一運動組件15B為第一運動桿組154B、第二運動桿組155B與第一運動件156B之組合構造， 第一運動桿組154B與第二運動桿組155B皆為多部件之組合，藉此使腕關節之運動更為靈活，並能藉由該二位移感測器17B分別感測第一線性驅動器14B之第一彈性部件1423B與第二線性驅動器16B之第二彈性部件1623B的變形量而換算輸出力量，並於第一旋轉驅動馬達組131B之第一驅動軸與第一驅動齒輪132B之間串接第一旋轉彈簧133B，並利用第一角度感測器134B偵測該第一驅動齒輪132B的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器134B之感測而將該第一驅動齒輪132B的旋轉變形量換算出第一旋轉驅動器13B之輸出扭矩等構造，使其具備精準力量控制功能。
如圖9至圖11所示，其揭示本發明關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例，其適用於人體、人形機器人、復健機器人或義肢機器人等之肘關節至腕關節之雙關節部位或是膝關節至踝關節之雙關節部位等。該關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例包括一第一驅動模組10C與一第二驅動模組20C。其中，該關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例之第一驅動模組10C概與該關節外骨骼輔助驅動機構1A第一較佳實施例之具有2個空間自由度的第一驅動模組10A相同，該關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例之第二驅動模組20C概與該關節外骨骼輔助驅動機構1B第二較佳實施例之具有3個空間自由度的第一驅動模組10B相同，使該關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例具備5個空間自由度。以下進一步對該關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例之第一驅動模組10C與第二驅動模組20C之具體構造提出說明。
如圖9至圖11所示，該第一驅動模組10C係一具有2個空間自由度的構造，用以提供屈曲/伸張及外旋/內旋驅動功能。該第一驅動模組10C包括一第一齒輪構件11C、一第一連接構件12C、一第一旋轉驅動器13C、一第一線性驅動器14C以及一第一運動組件15C。
如圖9至圖11所示，該第一齒輪構件11C包括一第一齒輪環111C，該第一齒輪環111C界定有一第一中心軸線1110C，且該第一齒輪環111C包括一第一外環面112C，該第一外環面112C至少一部分形成一第一嚙合部113C。
如圖9至圖11所示，該第一連接構件12C係設於該第一齒輪構件11C之一側，且能相對於該第一齒輪構件11C之第一中心軸線1110C旋轉。
如圖9至圖11所示，該第一旋轉驅動器13C係組設於該第一連接構件12C上，該第一旋轉驅動器13C包括一第一旋轉驅動馬達組131C以及一第一驅動齒輪132C，該第一旋轉驅動馬達組131C包括一第一驅動軸，該第一驅動齒輪132C連接該第一驅動軸，且與該第一齒輪環111C之第一嚙合部113C相嚙合。
如圖9至圖11所示，該第一旋轉驅動器13C之第一旋轉驅動馬達組131C及第一驅動齒輪132C之間可進一步增設一第一旋轉彈簧133C，並設有一第一角度感測器134C偵測該第一驅動齒輪132C的旋轉變形量，藉以透過第一角度感測器134C之感測，該第一驅動齒輪132C的旋轉變形量而換算出第一旋轉驅動器13C之輸出扭矩。
如圖9至圖11所示，該第一線性驅動器14C係組設於該第一連接構件12C上，該第一線性驅動器14C包括一第一驅動馬達141C以及一第一線性驅動組件142C，該第一驅動馬達141C設於該第一連接構件12C上，該第一驅動馬達141C連接該第一線性驅動組件142C，該第一線性驅動組件142C包括能沿一第一動力輸出軸向1420C線性運動的一第一動力輸出部件143C。
如圖9至圖11所示，該第一運動組件15C係連接該第一線性驅動器14C之第一動力輸出部件143C。該第一運動組件15C包括一第一運動部件151C、一第二運動部件152C以及二第一連桿153C。
如圖9至圖11所示，該第一運動部件151C係能沿該第一動力輸出軸向1420C線性運動地設置於該第一連接構件12C上。
如圖9至圖11所示，該第二運動部件152C包括一部件本體1521C以及二連接翼片1522C，該二連接翼片1522C相對設於該部件本體1521C面向該第一運動部件151C的一端，並以該二連接翼片1522C同軸相對樞設於該第一連接構件12C，該部件本體1521C背向該第一運動部件151C之一端連接該第二齒輪構件21C。
如圖9至圖11所示，該二第一連桿153C之一端分別樞設於該第一運動部件151C相對於該第一動力輸出軸向1420C相對兩側，該第一連桿153C之另一端分別樞設該二連接翼片1522C相對於該部件本體1521C之另一端。
如圖9至圖11所示，該第二驅動模組20C係一具有3自由度的構造，用以提供尺偏/撓偏、屈曲/伸張及旋前/旋後等驅動功能。該第二驅動模組20C包括一第二齒輪構件21C、一第二連接構件22C、一第二旋轉驅動器23C、一第二線性驅動器24C、一第三線性驅動器25C以及一第二運動組件26C。
如圖9至圖11所示，該第二齒輪構件21C係連接該第一驅動模組10C之一第一運動組件15C，該第二齒輪構件21C包括一第二齒輪環211C，該第二齒輪環211C係連接該第一運動組件15C相對於該第一動力輸出部件151C之另一端，該第二齒輪環211C界定有一第二中心軸線2110C，且該第二齒輪環211C包括一第二外環面212C，該第二外環面212C至少一部分形成一第二嚙合部213C。
如圖9至圖11所示，該第二連接構件22C係設於該第二齒輪構件21C之一側，且能相對於該第二齒輪構件21C之第二中心軸線2110C旋轉。該第二連接構件22C之一側具有一支撐部222C，該支撐部222C包括一第一樞部223C與一第二樞部224C，該第一樞部223C與該第二樞部224C間隔排列。
如圖9至圖11所示，該第二旋轉驅動器23C係組設於該第二連接構件22C上，該第二旋轉驅動器23C包括一第二旋轉驅動馬達組231C以及一第二驅動齒輪232C，該第二旋轉驅動馬達組231C包括一驅動馬達與連接該驅動馬達之一減速齒輪組，該第二旋轉驅動馬達組231C包括一第二驅動軸2313C，該第二驅動齒輪232C連接該第二驅動軸，且與該第二齒輪環211C之第二嚙合部213C相嚙合。
如圖9至圖11所示，該第二旋轉驅動馬達組231C之第二驅動軸與第二驅動齒輪232C之間可進一步串接一第二旋轉彈簧233C，並設有一第二角度感測器234C偵測該第二驅動齒輪232C的旋轉變形量，藉以透過第二角度感測器234C之感測而將旋轉變形量換算出第二旋轉驅動器23C之輸出扭矩。
如圖9至圖11所示，該第二線性驅動器24C係組設於該第二連接構件22C上，該第二線性驅動器24C包括一第二驅動馬達241C以及一第二線性驅動組件242C，該第二驅動馬達241C設於該第二連接構件22C上，該第二驅動馬達241C連接該第二線性驅動組件242C，該第二線性驅動組件242C包括能沿一第二動力輸出軸向2420C線性運動的一第二動力輸出部件2421C。
如圖9至圖11所示，該第三線性驅動器25C係組設於該第二連接構件22C上，該第三線性驅動器25C包括一第三驅動馬達251C以及一第三線性驅動組件252C，該第三驅動馬達251C設於該第二連接構件22C上，該第三驅動馬達251C連接該第三線性驅動組件252C，該第三線性驅動組件252C包括能沿一第二動力輸出軸向2420C線性運動的一第三動力輸出部件2521C。
如圖9至圖11所示，該第二運動組件26C係連接該第二線性驅動器24C之第二動力輸出部件2421C以及該第三線性驅動器25C之第三動力輸出部件2521C。
如圖9至圖11所示，該第二線性驅動組件242C包括一第二螺桿2422C、一第二從動部件2423C以及一第二彈性部件2424C，該第二螺桿2422C係沿該第二動力輸出軸向2420C樞設於該第二連接構件22C上，並通過該第二動力輸出部件2421C，該第二從動部件2423C包括一第二從動塊與一第二螺套，該第二從動塊係沿該第二動力輸出軸向2420C線性運動地設置於該第二連接構件22C上，該第二螺套組設於該第二從動塊中且螺設於該第二螺桿2422C上，該第二彈性部件2424C包括一第二彈簧，該第二彈簧兩端分別連接該第二從動部件2423C與該第二動力輸出部件2421C，第二驅動馬達241C結合一第二輪系傳動組件2411C組接該第二螺桿2422C。
如圖9至圖11所示，該第三線性驅動組件252C包括一第三螺桿2522C、一第三從動部件2523C以及一第三彈性部件2524C，該第三螺桿2522C係沿該第二動力輸出軸向2420C樞設於該第二連接構件22C上，並通過該第三動力輸出部件2521C，該第三從動部件2523C包括一第三從動塊與一第三螺套，該第三從動塊係沿該第二動力輸出軸向2420C線性運動地設置於該第二連接構件22C上，該第三螺套組設於該第三從動塊中且螺設於該第三螺桿2522C上，該第二彈性部件2424C包括一第三彈簧，該第三彈簧兩端分別連接該第三從動部件2523C與該第三動力輸出部件2521C，第三驅動馬達251C結合一第三輪系傳動組件2511C組接該第三螺桿2522C。
如圖9至圖11所示，該第二運動組件26C係連接該第二線性驅動器24C之第二動力輸出部件2421C以及該第三線性驅動器25C之第三動力輸出部件2521C。該第二運動組件26C包括一第一運動桿組261C、一第二運動桿組262C以及一第一運動件263C。
如圖9至圖11所示，該第一運動桿組261C係連接該第二動力輸出部件2421C，該第一運動桿組261C包括一第一運動桿件2611C與一第二運動桿件2612C，該第一運動桿件2611C之一端樞接該第二動力輸出部件2421C，該第二運動桿件2612C之一端連接該支撐部222C的第二樞部234C，該第二運動桿件2612C於該第二樞部一側具有一樞接區段，該第二運動桿件2612C之樞接區段樞接該第一運動桿件2611C之另一端，該第二運動桿件2612C相對於第二樞部的另一端具有一第一運動端部2613C。
如圖9至圖11所示，該第二運動桿組262C係連接該第三動力輸出部件2521C，該第二運動桿組262C包括一第一運動元件2621C、一第二運動元件2622C以及一第三運動元件2623C，該第一運動元件2621C之一端樞接該第三動力輸出部件2521C，該第二運動元件2622C之一端連接該支撐部222C的第一樞部223C，該第二運動元件2622C於該第二樞部一側具有一樞接段，該第一運動元件2621C之另一端樞接該第二運動元件2622C之樞接段，該第三運動元件2623C之一端樞接該第二運動元件2622C的另一端，該第三運動元件2623C相對於該第三動力輸出部件2521C之另一端具有一第二運動端部2624C。
如圖9至圖11所示，該第一運動件263C包括一第一運動樞部2631C與一第二運動樞部2632C，該第一運動樞部2631C與第二運動樞部2632C位於該第一運動件263C之相異兩側，該第一運動樞部2631C樞接該第一運動桿組261C的第一運動端部2613C，該第二運動樞部2632C樞接該第二運動桿組262C的第二運動端部2624C。該第一運動件263C包括一基部2633C、一第一側翼板2634C、一第二側翼板2635C以及一端板2636C，該第一側翼板2634C與該第二側翼板2635C係設置於該基部2633C相對於該第二動力輸出軸向2420C之兩側，該第一運動樞部2631C位於該第一側翼板2634C，該端板2636C成形於該第二側翼板2635C相對於第一運動樞部之另一端並朝向該第一側翼板2634C彎折延伸，該第二運動樞部2632C位於該端板2636C。該第一側翼板2634C與該第二側翼板2635C各設有一長孔，該第一側翼板2634C與該第二側翼板2635C之間組設一活動桿件2637C，該活動桿件2637C兩端分別穿設於該第一側翼板2634C之長孔與該第二側翼板2635C之長孔中，使該第二運動組件26C具自適調整的功能。
如圖9至圖11所示，該關節外骨骼輔助驅動機構1C還可進一步增設三個位移感測器17C，該三個位移感測器17C分別設置於該第一彈性部件1423C的一側、該第二彈性部件2424C的一側以及該第三彈性部件2524C的一側，且能分別感測該第一彈性部件1423C、該第二彈性部件2424C與該第三彈性部件2524C的變形量而換算輸出力量。
如圖9至圖11所示，該第一連接構件12C包括至少一第一滑軌121C，所述第一滑軌121C係沿該第一動力輸出軸向1420C設置，該第一從動塊14221C與該第一動力輸出部件143C分別可滑移地設置於所述第一滑軌121C上；該第二連接構件22C包括至少二第二滑軌，所述第二滑軌係沿該第二動力輸出軸向2420C設置，該第二從動塊、該第二動力輸出部件2421C、該第三從動塊與該第三動力輸出部件2521C分別可滑移地設置於所述第二滑軌上。
本發明關節外骨骼輔助驅動機構1C第三較佳實施例於使用時，以應用於人體之肘關節至腕關節之雙關節部位為例，如圖12、圖13所示，其中，係以第一驅動模組之第一連接構件12C組接人體之上臂2，以第一運動組件15C連接人體的前臂3，利用第一齒輪構件11C與第一旋轉驅動器13C之組合，提供驅動肘關節連接之前臂3產生外旋與內旋運動之功能，另利用第一線性驅動器14C與第一運動組件15C之組合設置於第一連接構件12C，提供驅動肘關節連接之前臂3產生屈曲與伸張運動功能。另以第二驅動模組之第二連接構件連接第一運動組件而組接人體之前臂3，以第二運動組件26C連接人體的手掌4，其中利用第二齒輪構件21C與第二旋轉驅動器23C之組合，提供驅動腕關節連接之前臂3產生旋前與旋後運動之功能，另利用第二線性驅動器24C與第三線性驅動器25C併聯第二運動組件之組合設置於第二連接構件22C，提供驅動腕關節連接之手掌產生尺偏/橈偏與屈曲/伸張運動之功能。
由上可知，前述關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例係藉由具有屈曲/伸張及外旋/內旋等2個空間自由度的第一驅動模組10C與具有尺偏/撓偏、屈曲/伸張及旋前/旋後等3個空間自由度的第二驅動模組20C的串聯組合，而構成一具備5個空間自由度的驅動機構，使該關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例能夠應用於人體、復健機器人、人形機器人或義肢機器人等之肘關節至腕關節之雙關節部位或是膝關節至踝關節之雙關節部位。再者，該關節外骨骼輔助驅動機構之第一驅動模組與第二驅動模組皆利用其整體結構緊湊的空間配置，而具備尺寸小、輕量化優勢與優異之運動靈活性。
1A、1B、1C‧‧‧關節外骨骼輔助驅動機構
2‧‧‧上臂
3‧‧‧前臂
4‧‧‧手掌
10A、10B、10C‧‧‧第一驅動模組
11A、11B、11C‧‧‧第一齒輪構件
111A、111B、111C‧‧‧第一齒輪環
1110A、1110B、1110C‧‧‧第一中心軸線
112A、112B、112C‧‧‧第一外環面
113A、113B、113C‧‧‧第一嚙合部
12A、12B、12C‧‧‧第一連接構件
121A、121B、121C‧‧‧第一滑軌
122B‧‧‧支撐部
123B‧‧‧第一樞部
124B‧‧‧第二樞部
13A、13B、13C‧‧‧第一旋轉驅動器
131A、131B、131C‧‧‧第一旋轉驅動馬達組
1311A、1311B、1311C‧‧‧驅動馬達
1312A、1312B、1312C‧‧‧減速齒輪組
132A、132B、132C‧‧‧第一驅動齒輪
133A、133B、133C‧‧‧第一旋轉彈簧
134A、134B、134C‧‧‧第一角度感測器
14A、14B、14C‧‧‧第一線性驅動器
141A、141B、141C‧‧‧第一驅動馬達
1411A、1411B、1411C‧‧‧第一輪系傳動組件
142A、142B、142C‧‧‧第一線性驅動組件
1420A、1420B、1420C‧‧‧第一動力輸出軸向
1421A、1421B、1421C‧‧‧第一螺桿
1422A、1422B、1422C‧‧‧第一從動部件
14221A、14221B、14221C‧‧‧第一從動塊
14222A、14222B、14222C‧‧‧第一螺套
1423A、1423B、1423C‧‧‧第一彈性部件
143A、143B、143C‧‧‧第一動力輸出部件
15A、15B、15C‧‧‧第一運動組件
151A、151C‧‧‧第一運動部件
152A、152C‧‧‧第二運動部件
1521A、1521C‧‧‧部件本體
1522A、1522C‧‧‧連接翼片
153A、153C‧‧‧第一連桿
154B‧‧‧第一運動桿組
1541B‧‧‧第一運動桿件
1542B‧‧‧第二運動桿件
1543B‧‧‧第一運動端部
155B‧‧‧第二運動桿組
1551B‧‧‧第一運動元件
1552B‧‧‧第二運動元件
1553B‧‧‧第三運動元件
1554B‧‧‧第二運動端部
156B‧‧‧第一運動件
1561B‧‧‧第一運動樞部
1562B‧‧‧第二運動樞部
1563B‧‧‧基部
1564B‧‧‧第一側翼板
1565B‧‧‧第二側翼板
1566B‧‧‧端板
1567B‧‧‧活動桿件
16B‧‧‧第二線性驅動器
161B‧‧‧第二驅動馬達
1611B‧‧‧第二輪系傳動組件
162B‧‧‧第二線性驅動組件
1621B‧‧‧第二螺桿
1622B‧‧‧第二從動部件
16221B‧‧‧第二從動塊
16222B‧‧‧第二螺套
1623B‧‧‧第二彈性部件
163B‧‧‧第二動力輸出部件
17A、17B、17C‧‧‧位移感測器
20C‧‧‧第二驅動模組
21C‧‧‧第二齒輪構件
211C‧‧‧第二齒輪環
2110C‧‧‧第二中心軸線
212C‧‧‧第二外環面
213C‧‧‧第二嚙合部
22C‧‧‧第二連接構件
222C‧‧‧支撐部
223C‧‧‧第一樞部
224C‧‧‧第二樞部
23C‧‧‧第二旋轉驅動器
231C‧‧‧第二旋轉驅動馬達組
232C‧‧‧第二驅動齒輪
233C‧‧‧第二旋轉彈簧
234C‧‧‧第二角度感測器
24C‧‧‧第二線性驅動器
241C‧‧‧第二驅動馬達
2411C‧‧‧第二輪系傳動組件
242C‧‧‧第二線性驅動組件
2420C‧‧‧第二動力輸出軸向
2421C‧‧‧第二動力輸出部件
2422C‧‧‧第二螺桿
2423C‧‧‧第二從動部件
2424C‧‧‧第二彈性部件
25C‧‧‧第三線性驅動器
251C‧‧‧第三驅動馬達
2511C‧‧‧第三輪系傳動組件
252C‧‧‧第三線性驅動組件
2521C‧‧‧第三動力輸出部件
2522C‧‧‧第三螺桿
2523C‧‧‧第三從動部件
2524C‧‧‧第三彈性部件
26C‧‧‧第二運動組件
261C‧‧‧第一運動桿組
2611C‧‧‧第一運動桿件
2612C‧‧‧第二運動桿件
2613C‧‧‧第一運動端部
262C‧‧‧第二運動桿組
2621C‧‧‧第一運動元件
2622C‧‧‧第二運動元件
2623C‧‧‧第三運動元件
2624C‧‧‧第二運動端部
263C‧‧‧第一運動件
2631C‧‧‧第一運動樞部
2632C‧‧‧第二運動樞部
2633C‧‧‧基部
2634C‧‧‧第一側翼板
2635C‧‧‧第二側翼板
2636C‧‧‧端板
2637C‧‧‧活動桿件
圖1係本發明關節外骨骼輔助驅動機構之第一較佳實施例之立體示意圖。 圖2係圖1所示關節外骨骼輔助驅動機構第一較佳實施例之側視平面示意圖。 圖3係圖1所示關節外骨骼輔助驅動機構第一較佳實施例另一觀視角度之立體示意圖。 圖4係圖1所示關節外骨骼輔助驅動機構第一較佳實施例應用於肘關節之使用狀態參考圖。 圖5係本發明關節外骨骼輔助驅動機構之第二較佳實施例之立體示意圖。 圖6係圖5所示關節外骨骼輔助驅動機構第二較佳實施例之側視平面示意圖。 圖7係圖5所示關節外骨骼輔助驅動機構第二較佳實施例另一側視平面示意圖。 圖8係圖5所示關節外骨骼輔助驅動機構第二較佳實施例應用於腕關節之使用狀態參考圖。 圖9係本發明關節外骨骼輔助驅動機構之第三較佳實施例之立體示意圖。 圖10係圖9所示關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例另一觀視角度之立體示意圖。 圖11係圖9所示關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例之側視平面示意圖。 圖12係圖9所示關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例應用於肘關節至腕關節之雙關節部位之使用狀態參考圖(一)。 圖13係圖9所示關節外骨骼輔助驅動機構第三較佳實施例應用於肘關節至腕關節之雙關節部位之使用狀態參考圖(二)。

Claims (25)

  1. 一種關節外骨骼輔助驅動機構，係包括一第一驅動模組，該第一驅動模組包括： 一第一齒輪構件，其包括一第一齒輪環，該第一齒輪環界定有一第一中心軸線，且該第一齒輪環包括一第一外環面，該第一外環面至少一部分形成一第一嚙合部； 一第一連接構件，係設於該第一齒輪構件之一側，且能相對於該第一齒輪構件之第一中心軸線旋轉； 一第一旋轉驅動器，係組設於該第一連接構件上，該第一旋轉驅動器包括一第一旋轉驅動馬達組以及一第一驅動齒輪，該第一旋轉驅動馬達組包括一第一驅動軸，該第一驅動齒輪連接該第一驅動軸，且與該第一齒輪環之第一嚙合部相嚙合； 一第一線性驅動器，係組設於該第一連接構件上，該第一線性驅動器包括一第一驅動馬達以及一第一線性驅動組件，該第一驅動馬達設於該第一連接構件上，該第一驅動馬達連接該第一線性驅動組件，該第一線性驅動組件包括能沿一第一動力輸出軸向線性運動的一第一動力輸出部件；以及 一第一運動組件，係連接該第一線性驅動器之第一動力輸出部件。
  2. 如請求項1所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一線性驅動組件包括一第一螺桿、一第一從動部件以及一第一彈性部件，該第一螺桿係沿該第一動力輸出軸向樞設於該第一連接構件上，並通過該第一動力輸出部件，該第一從動部件包括一第一從動塊與一第一螺套，該第一從動塊係沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上，該第一螺套組設於該第一從動塊中且螺設於該第一螺桿上，該第一彈性部件包括一第一彈簧，該第一彈簧兩端分別連接該第一從動部件與該第一動力輸出部件，第一驅動馬達結合一第一輪系傳動組件組接該第一螺桿。
  3. 如請求項2所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該關節外骨骼輔助驅動機構包括一位移感測器，該位移感測器設於該第一彈性部件的一側，且能感測該第一彈性部件的變形量而換算輸出力量。
  4. 如請求項3所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一連接構件包括至少一第一滑軌，所述第一滑軌係沿該第一動力輸出軸向設置，該第一從動塊與該第一動力輸出部件分別可滑移地設置於所述第一滑軌上。
  5. 如請求項2所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩。
  6. 如請求項3所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一運動組件包括一第一運動部件、一第二運動部件以及二第一連桿，該第一運動部件係能沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上，該第二運動部件包括一部件本體以及二連接翼片，該二連接翼片係相對設置於該部件本體面向該第一運動部件的一端，並以該二連接翼片同軸相對樞設於該第一連接構件，該二第一連桿之一端分別樞設於該第一運動部件相對於該第一動力輸出軸向相對兩側，該二第一連桿之另一端分別樞設該二連接翼片相對於該部件本體之另一端。
  8. 如請求項1所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該關節外骨骼輔助驅動機構還包括一第二線性驅動器，該第二線性驅動器組設於該第一連接構件上，該第二線性驅動器包括一第二驅動馬達以及一第二線性驅動組件，該第二驅動馬達設於該第一連接構件上，該第二驅動馬達連接該第二線性驅動組件，該第二線性驅動組件包括能沿該第一動力輸出軸向線性運動的一第二動力輸出部件，該第二動力輸出部件連接該第一運動組件。
  9. 如請求項8所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一線性驅動組件包括一第一螺桿、一第一從動部件以及一第一彈性部件，該第一螺桿係沿該第一動力輸出軸向樞設於該第一連接構件上，並通過該第一動力輸出部件，該第一從動部件包括一第一從動塊與一第一螺套，該第一從動塊係沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上，該第一螺套組設於該第一從動塊中且螺設於該第一螺桿上，該第一彈性部件包括一第一彈簧，該第一彈簧兩端分別連接該第一從動部件與該第一動力輸出部件，第一驅動馬達結合一第一輪系傳動組件組接該第一螺桿； 該第二線性驅動組件包括一第二螺桿、一第二從動部件以及一第二彈性部件，該第二螺桿係沿該第一動力輸出軸向樞設於該第一連接構件上，並通過該第二動力輸出部件，該第二從動部件包括一第二從動塊與一第二螺套，該第二從動塊係沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上，該第二螺套組設於該第二從動塊中且螺設於該第二螺桿上，該第二彈性部件包括一第二彈簧，該第二彈簧兩端分別連接該第二從動部件與該第二動力輸出部件，第二驅動馬達結合一第二輪系傳動組件組接該第二螺桿。
  10. 如請求項9所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該關節外骨骼輔助驅動機構包括二位移感測器，該二位移感測器分別設置於該第一彈性部件的一側與該第二彈性部件的一側，且能分別感測該第一彈性部件與該第二彈性部件的變形量而換算輸出力量。
  11. 如請求項10所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一連接構件包括至少一第一滑軌，所述第一滑軌係沿該第一動力輸出軸向設置，該第一從動塊、該第一動力輸出部件、該第二從動塊與該第二動力輸出部件分別可滑移地設置於所述第一滑軌上。
  12. 如請求項9所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩。
  13. 如請求項10所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩。
  14. 如請求項8至13中任一項所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一連接構件鄰近該第一運動組件之一側具有一支撐部，該支撐部包括一第一樞部與一第二樞部，該第一樞部與該第二樞部間隔排列；該第一運動組件包括： 一第一運動桿組，係連接該第一動力輸出部件，該第一運動桿組包括一第一運動桿件與一第二運動桿件，該第一運動桿件之一端樞接該第一動力輸出部件，該第二運動桿件之一端連接該支撐部的第二樞部，該第二運動桿件於該第二樞部一側具有一樞接區段，該第二運動桿件之樞接區段樞接該第一運動桿件之另一端，該第二運動桿件相對於第二樞部的另一端具有一第一運動端部； 一第二運動桿組，係連接該第二動力輸出部件，該第二運動桿組包括一第一運動元件、一第二運動元件以及一第三運動元件，該第一運動元件之一端樞接該第二動力輸出部件，該第二運動元件之一端連接該支撐部的第一樞部，該第二運動元件於該第二樞部一側具有一樞接段，該第一運動元件之另一端樞接該第二運動元件之樞接段，該第三運動元件之一端樞接該第二運動元件的另一端，該第三運動元件相對於該第二運動元件之另一端具有一第二運動端部；以及 一第一運動件，其包括一第一運動樞部與一第二運動樞部，該第一運動樞部與第二運動樞部位於該第一運動件之相異兩側，該第一運動樞部樞接該第一運動桿組的第一運動端部，該第二運動樞部樞接該第二運動桿組的第二運動端部。
  15. 如請求項14所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一運動件包括一基部、一第一側翼板、一第二側翼板以及一端板，該第一側翼板與該第二側翼板係設置於該基部相對於該第一動力輸出軸向之兩側，該第一運動樞部位於該第一側翼板，該端板成形於該第二側翼板相對於第一運動樞部之另一端並朝向該第一側翼板彎折延伸，該第二運動樞部位於該端板。
  16. 如請求項15所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一側翼板與該第二側翼板各設有一長孔，該第一側翼板與該第二側翼板之間組設一活動桿件，該活動桿件兩端分別穿設於該第一側翼板之長孔與該第二側翼板之長孔中。
  17. 如請求項1所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該關節外骨骼輔助驅動機構還包括一第二驅動模組，該第二驅動模組包括： 一第二齒輪構件，係連接該第一驅動模組之一第一運動組件，該第二齒輪構件包括一第二齒輪環，該第二齒輪環係連接該第一運動組件相對於該第一動輸出部件之另一端，該第二齒輪環界定有一第二中心軸線，且該第二齒輪環包括一第二外環面，該第二外環面至少一部分形成一第二嚙合部； 一第二連接構件，係設於該第二齒輪構件之一側，且能相對於該第二齒輪構件之第二中心軸線旋轉； 一第二旋轉驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第二旋轉驅動器包括一第二旋轉驅動馬達組以及一第二驅動齒輪，該第二旋轉驅動馬達組包括一第二驅動軸，該第二驅動齒輪連接該第二驅動軸，且與該第二齒輪環之第二嚙合部相嚙合； 一第二線性驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第二線性驅動器包括一第二驅動馬達以及一第二線性驅動組件，該第二驅動馬達設於該第二連接構件上，該第二驅動馬達連接該第二線性驅動組件，該第二線性驅動組件包括能沿一第二動力輸出軸向線性運動的一第二動力輸出部件； 一第三線性驅動器，係組設於該第二連接構件上，該第三線性驅動器包括一第三驅動馬達以及一第三線性驅動組件，該第三驅動馬達設於該第二連接構件上，該第三驅動馬達連接該第三線性驅動組件，該第三線性驅動組件包括能一第二動力輸出軸向線性運動的一第三動力輸出部件；以及 一第二運動組件，係連接該第二線性驅動器之第二動力輸出部件以及該第三線性驅動器之第三動力輸出部件。
  18. 如請求項17所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中： 該第一線性驅動組件包括一第一螺桿、一第一從動部件以及一第一彈性部件，該第一螺桿係沿該第一動力輸出軸向樞設於該第一連接構件上，並通過該第一動力輸出部件，該第一從動部件包括一第一從動塊與一第一螺套，該第一從動塊係沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上，該第一螺套組設於該第一從動塊中且螺設於該第一螺桿上，該第一彈性部件包括一第一彈簧，該第一彈簧兩端分別連接該第一從動部件與該第一動力輸出部件，第一驅動馬達結合一第一輪系傳動組件組接該第一螺桿； 該第二線性驅動組件包括一第二螺桿、一第二從動部件以及一第三彈性部件，該第二螺桿係沿該第二動力輸出軸向樞設於該第二連接構件上，並通過該第二動力輸出部件，該第二從動部件包括一第二從動塊與一第二螺套，該第二從動塊係沿該第二動力輸出軸向線性運動地設置於該第二連接構件上，該第二螺套組設於該第二從動塊中且螺設於該第二螺桿上，該第二彈性部件包括一第二彈簧，該第二彈簧兩端分別連接該第二從動部件與該第二動力輸出部件，第二驅動馬達結合一第二輪系傳動組件組接該第二螺桿； 該第三線性驅動組件包括一第三螺桿、一第三從動部件以及一第三彈性部件，該第三螺桿係沿該第二動力輸出軸向樞設於該第二連接構件上，並通過該第三動力輸出部件，該第三從動部件包括一第三從動塊與一第三螺套，該第三從動塊係沿該第二動力輸出軸向線性運動地設置於該第二連接構件上，該第三螺套組設於該第三從動塊中且螺設於該第三螺桿上，該第三彈性部件包括一第三彈簧，該第三彈簧兩端分別連接該第三從動部件與該第三動力輸出部件，第三驅動馬達結合一第三輪系傳動組件組接該第三螺桿。
  19. 如請求項18所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該關節外骨骼輔助驅動機構包括三位移感測器，該三位移感測器分別設置於該第一彈性部件的一側、該第二彈性部件的一側以及該第三彈性部件的一側，且能分別感測該第一彈性部件、該第二彈性部件與該第三彈性部件的變形量而換算輸出力量。
  20. 如請求項19所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一連接構件包括至少一第一滑軌，所述第一滑軌係沿該第一動力輸出軸向設置，該第一從動塊與該第一動力輸出部件分別可滑移地設置於所述第一滑軌上； 該第二連接構件包括至少二第一滑軌，所述第二滑軌係沿該第二動力輸出軸向設置，該第二從動塊、該第二動力輸出部件、該第三從動塊與該第三動力輸出部件分別可滑移地設置於所述第二滑軌上。
  21. 如請求項18所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩； 該第二旋轉驅動馬達組之第二驅動軸與該第二驅動齒輪之間串接一第二旋轉彈簧，並設有一第二角度感測器偵測該第二驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第二角度感測器將該第二驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第二旋轉驅動器之輸出扭矩。
  22. 如請求項19所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一旋轉驅動馬達組之第一驅動軸與該第一驅動齒輪之間串接一第一旋轉彈簧，並設有一第一角度感測器偵測該第一驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第一角度感測器將該第一驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第一旋轉驅動器之輸出扭矩； 該第二旋轉驅動馬達組之第二驅動軸與該第二驅動齒輪之間串接一第二旋轉彈簧，並設有一第二角度感測器偵測該第二驅動齒輪的旋轉變形量，藉由該第二角度感測器將該第二驅動齒輪的旋轉變形量換算出該第二旋轉驅動器之輸出扭矩。
  23. 如請求項17至22中任一項所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中： 該第一運動組件包括： 一第一運動部件，係能沿該第一動力輸出軸向線性運動地設置於該第一連接構件上； 一第二運動部件，其包括一部件本體以及二連接翼片，該二連接翼片相對設於該部件本體面向該第一運動部件的一端，並以該二連接翼片同軸相對樞設於該第一連接構件，該部件本體背向該第一運動部件之一端連接該第二齒輪構件；以及 二第一連桿，該二第一連桿之一端分別樞設於該第一運動部件相對於該第一動力輸出軸向相對兩側，該第一連桿之另一端分別樞設該二連接翼片相對於該部件本體之另一端； 該第一連接構件鄰近該第一運動組件之一側具有一支撐部，該支撐部包括一第一樞部與一第二樞部，該第一樞部與該第二樞部間隔排列； 該第二運動組件包括： 一第一運動桿組，係連接該第二動力輸出部件，該第一運動桿組包括一第一運動桿件與一第二運動桿件，該第一運動桿件之一端樞接該第二動力輸出部件，該第二運動桿件之一端連接該支撐部的第二樞部，該第二運動桿件於該第二樞部一側具有一樞接區段，該第二運動桿件之樞接區段樞接該第一運動桿件之另一端，該第二運動桿件相對於第二樞部的另一端具有一第一運動端部； 一第二運動桿組，係連接該第三動力輸出部件，該第二運動桿組包括一第一運動元件、一第二運動元件以及一第三運動元件，該第一運動元件之一端樞接該第三動力輸出部件，該第二運動元件之一端連接該支撐部的第一樞部，該第二運動元件於該第二樞部一側具有一樞接段，該第一運動元件之另一端樞接該第二運動元件之樞接段，該第三運動元件之一端樞接該第二運動元件的另一端，該第三運動元件相對於該第二運動元件之另一端具有一第二運動端部；以及 一第一運動件，其包括一第一運動樞部與一第二運動樞部，該第一運動樞部與第二運動樞部位於該第一運動件之相異兩側，該第一運動樞部樞接該第一運動桿組的第一運動端部，該第二運動樞部樞接該第二運動桿組的第二運動端部。
  24. 如請求項23所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一運動件包括一基部、一第一側翼板、一第二側翼板以及一端板，該第一側翼板與該第二側翼板係設置於該基部相對於該第二動力輸出軸向之兩側，該第一運動樞部位於該第一側翼板，該端板成形於該第二側翼板相對於第一運動樞部之另一端並朝向該第一側翼板彎折延伸，該第二運動樞部位於該端板。
  25. 如請求項24所述之關節外骨骼輔助驅動機構，其中，該第一側翼板與該第二側翼板各設有一長孔，該第一側翼板與該第二側翼板之間組設一活動桿件，該活動桿件兩端分別穿設於該第一側翼板之長孔與該第二側翼板之長孔中。
TW107115324A 2018-05-04 2018-05-04 關節外骨骼輔助驅動機構 TWI653035B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107115324A TWI653035B (zh) 2018-05-04 2018-05-04 關節外骨骼輔助驅動機構
US16/111,452 US11173092B2 (en) 2018-05-04 2018-08-24 Joint exoskeleton auxiliary driving mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107115324A TWI653035B (zh) 2018-05-04 2018-05-04 關節外骨骼輔助驅動機構

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI653035B true TWI653035B (zh) 2019-03-11
TW201946598A TW201946598A (zh) 2019-12-16

Family

ID=66590729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107115324A TWI653035B (zh) 2018-05-04 2018-05-04 關節外骨骼輔助驅動機構

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11173092B2 (zh)
TW (1) TWI653035B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN112741756A (zh) * 2020-12-16 2021-05-04 东北大学秦皇岛分校 一种自调节式手腕康复机器人

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109528448B (zh) * 2018-12-20 2021-05-18 东南大学 一种外骨骼手指康复训练装置
CN115778755A (zh) * 2022-12-16 2023-03-14 复旦大学 一种手腕康复装置及上肢康复机器人

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5355743A (en) * 1991-12-19 1994-10-18 The University Of Texas At Austin Robot and robot actuator module therefor
US7992849B2 (en) * 2004-09-21 2011-08-09 Thomas Sugar Adjustable stiffness jack spring actuator
JP4801534B2 (ja) * 2006-08-30 2011-10-26 本田技研工業株式会社 ロボット関節機構
FR2917323B1 (fr) * 2007-06-12 2009-10-02 Commissariat Energie Atomique Mecanisme de rotation d'avant-bras et orthese comportant un tel mecanisme
IT1393365B1 (it) * 2009-03-20 2012-04-20 Dinon Dispositivo di riabilitazione motoria robotizzato
US20120061155A1 (en) * 2010-04-09 2012-03-15 Willow Garage, Inc. Humanoid robotics system and methods
IT1402194B1 (it) * 2010-09-23 2013-08-28 Fond Istituto Italiano Di Tecnologia Giunto rotante a rigidezza regolabile.
US20190145504A1 (en) * 2017-11-16 2019-05-16 National Cheng Kung University Linear series elastic actuator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN112741756A (zh) * 2020-12-16 2021-05-04 东北大学秦皇岛分校 一种自调节式手腕康复机器人

Also Published As

Publication number Publication date
US20190336382A1 (en) 2019-11-07
US11173092B2 (en) 2021-11-16
TW201946598A (zh) 2019-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI653035B (zh) 關節外骨骼輔助驅動機構
Wang et al. Design of an exoskeleton for index finger rehabilitation
CN103690280B (zh) 基于连续体传动机构的欠驱动假肢手
JP5916320B2 (ja) 遠隔操縦装置
JPH0367839B2 (zh)
US20220193890A1 (en) Spherical mechanism constructed with scissors linkages with control means
KR101283143B1 (ko) 슬관절 보조장치
JP2017113409A (ja) 上肢リハビリ支援装置
KR20180004975A (ko) 두 개의 벨트를 구비하는 동력 전달 장치
KR101907536B1 (ko) 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇
EP3723943A1 (en) Driving assembly for moving body part
CN109938968A (zh) 基于层状气室的仿生气动拮抗肌设计
Zhang et al. Passive adaptive grasp multi-fingered humanoid robot hand with high under-actuated function
Hernando et al. Mechatronic design of a self-contained dexterous robotic hand for gestural communication
Xu et al. Development of a novel low-profile robotic exoskeleton glove for patients with brachial plexus injuries
EP3970670B1 (en) Prosthesis digit member with spiroid reducer and modular design of upper limb prosthesis
KR102271362B1 (ko) 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드
US20140260737A1 (en) Rotary actuation mechanism
CN110340914A (zh) 一种机械仿生手
CN108621195A (zh) 机器人手指仿生结构之二
KR20220072108A (ko) 분해 결합이 가능한 모듈 기반의 상지 재활 로봇
KR101264483B1 (ko) 유니버셜 로봇 관절모듈
CN114536380A (zh) 五自由度全驱动仿人大拇指和仿人灵巧手
CN111000699B (zh) 一种刚柔混合式上肢辅助运动装置
JP2018167372A (ja) 指機構及びこの指機構を組み込んだ人間型ハンド

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees