[發明專利]基于平行四邊形連桿和鋼絲繩的外骨骼機構

無效

• 申請號: 200810209826.3
• 申請日: 2008-12-29
• 公開（公告）號: CN101455609A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 謝宗武;方紅根;劉宏;王書付;孫奎;倪風雷;趙京東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A63B23/16;B25J13/00;B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 劉同恩

技術領域

本發明涉及一種外骨骼機構。

背景技術

目前，國際上最典型的外骨骼機構有：EXOS外骨骼手，CyberGrasp(力反饋)數據手套。這些外骨骼機構的設計思路主要利用人手指的各指節作為其外骨骼機構的一部分，因此這種外骨骼機構不是一種獨立的外骨骼機構，即，沒有人手指的配合，這種外骨骼機構不能產生任何運動。因此它必然會帶來以下三個問題：①需與人手的每段指節配合組成多邊形機構來產生運動，在力反饋時會影響力覺的真實感。②都不能實現雙向主動驅動，其只能使人手產生伸展運動且運動源自人手。③采用繩索傳動，驅動裝置和外骨骼機構不為一體，因而機構也必然臃腫，此外，繩索和機構的強摩擦也會使得控制變得更為復雜困難。

發明內容

本發明的目的是為解決現有針對手部使用的外骨骼機構不能真實反饋機器人末端所受到的力，都不能實現雙向主動驅動，驅動裝置和外骨骼機構不為一體，機構較臃腫，因強摩擦需復雜的控制策略等問題，提供一種基于平行四邊形連桿和鋼絲繩的外骨骼機構。本發明由第一機架、第二機架、第三機架、兩個第一連接板、兩個第二連接板、指尖接口、第一平行四邊形連桿機構、第二平行四邊形連桿機構、第三平行四邊形連桿機構、第一鋼絲繩傳動機構、第二鋼絲繩傳動機構組成，兩個第一連接板分別設置在第三機架的兩側上，兩個第二連接板分別設置在第二機架的兩側上，所述第一平行四邊形連桿機構由第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿組成，第二平行四邊形連桿機構由一號連桿、二號連桿、三號連桿和四號連桿組成，第三平行四邊形連桿機構由連桿一、連桿二、連桿三和連桿四組成，第一連桿的一端與第一機架中部鉸接，第一連桿的另一端與第二連桿的一端鉸接，第二連桿的中心和第三連桿的中心鉸接，第三連桿的一端與第一機架的下部鉸接，第二連桿的另一端與第二機架下部的一端鉸接，第三連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接，第四連桿的另一端與第二機架上部的一端鉸接；一號連桿的一端與第二機架上部的另一端鉸接，三號連桿的一端與第二機架下部的另一端鉸接，二號連桿的一端與一號連桿的另一端鉸接，二號連桿的中心和三號連桿的中心鉸接，三號連桿的另一端與四號連桿的一端鉸接，四號連桿的另一端與第三機架上部的一端鉸接，二號連桿的另一端與第三機架下部的一端鉸接；連桿一的一端與第三機架上部的另一端鉸接，連桿一的另一端與連桿二的一端鉸接，連桿三的一端與第三機架下部的另一端鉸接，連桿二的中心和連桿三的中心鉸接，連桿三的另一端與連桿四的一端鉸接，連桿四的另一端與指尖接口的一側鉸接，連桿二的另一端與指尖接口的另一側鉸接；所述第一鋼絲繩傳動機構由第一線輪、第二線輪、第一鋼絲繩、第二鋼絲繩、第一調整螺釘、第一調整滑塊、第二調整螺釘、第二調整滑塊、壓板和固定螺釘組成，第一線輪和第二線輪分別設置在第二機架上部的兩側上，第一線輪與第四連桿的一端同軸，第二線輪與一號連桿的一端同軸，第一調整滑塊設置在第四連桿上，第一調整螺釘設置在第一調整滑塊上，第二調整螺釘設置在第二調整滑塊上，固定螺釘和壓板均設置在第一線輪上，第一鋼絲繩的一端與一號連桿固定連接，第一鋼絲繩的另一端與第一調整滑塊相連接，第二鋼絲繩的一端與壓板相連接，第二鋼絲繩的另一端設置在第二調整滑塊上，第二鋼絲繩傳動機構由第三線輪、第四線輪、第三鋼絲繩、第四鋼絲繩、第二固定導向塊、螺釘、第三調整螺釘、第一固定導向塊、第一隨動滑塊和第二隨動滑塊組成，第一隨動滑塊設置在連桿一上，第三調整螺釘和第一固定導向塊均設置在第一隨動滑塊上，第二隨動滑塊設置在四號連桿上，第二固定導向塊和螺釘均設置在第二隨動滑塊上，第四鋼絲繩的一端與四號連桿固定連接，第四鋼絲繩的另一端與第一固定導向塊相連接，第三鋼絲繩的一端與連桿一固定連接，第三鋼絲繩的另一端與螺釘相連接，第三線輪和第四線輪分別設置在第三機架上部的兩側上，第三線輪和四號連桿同軸，第四線輪和連桿四同軸。

本發明與現有技術相比其優點在于：集成化程度更高、結構緊湊、承載力強，外骨骼機構能雙向主動驅動。本發明每個關節都采用了平行四邊形連桿機構，中間驅動元件采用鋼絲繩進行傳動，能以外骨架形式圍繞人手作包絡運動。當外骨骼手指驅動或者跟隨操作者的手指運動時，其各關節的瞬心分別與操作者手指對應關節的旋轉中心始終重合，保證了外骨骼手與人手之間的無干涉運動，可擴展為對手指殘疾進行醫療康復的裝置，可用于設計力反饋數據手套。

附圖說明

圖1是本發明的平面圖，圖2是本發明關鍵部件的軸測圖，圖3是本發明的工作機構原理簡圖，圖4是本發明的軸測圖。

具體實施方式