[實用新型]二自由度差動外骨骼

有效

• 申請號: 201120181629.2
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN202122677U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 楊燦軍;張峻川;鄧學磊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本實用新型涉及一種二自由度差動外骨骼裝置，具體說是一種能實現兩個不同的、轉動軸相交的轉動的控制，可運用在手腕等二自由度關節部位的外骨骼機器人中，對癱瘓病人進行治療的外骨骼。

背景技術

二自由度差動機構是將兩個有差異或獨立運動合成為一個運動，將一個運動分解為兩個有差異運動的機構，起增力﹑微動﹑運動分解或合成﹑誤差補償等作用。即二自由度差動機構可以通過兩個有差異或獨立運動合成兩個自由度方向上的運動。

外骨骼機器人技術是融合了仿生、控制等，并為使用者提供一種可穿戴的機器機械的綜合技術。在人體二自由度的雙軸關節，如橢圓關節（橈腕關節）、鞍狀關節（第一腕掌關節）中，二自由度的兩個轉動軸相交或距離非常近。目前，公知的外骨骼機構采用單自由度裝置的串聯形式，使二自由度裝置簡化成兩個單自由度的裝置，穿戴后產生兩個自由度的轉動軸距離遠于人體二自由度關節的轉動軸的間距的問題，導致外骨骼機構的回轉中心與人體關節的回轉中心不一致，使機構臃腫，結構復雜。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種結構簡單的二自由度差動外骨骼，它使所控制的二自由度運動的兩個轉動軸相交。

為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是：該二自由度差動外骨骼包括支架、圓柱形套筒、一對電機、一對第一傳動輪、一對第二傳動輪、一對第一直齒錐齒輪和一對第二直齒錐齒輪；所述支架的兩端對稱地各與一個所述電機固定連接，每個所述電機的輸出軸各與一個所述第一傳動輪固定連接，各所述第一傳動輪通過皮帶各與一個所述第二傳動輪連接，每個所述第二傳動輪分別與一個所述第二直齒錐齒輪通過軸連接；所述圓柱形套筒設于所述一對第二直齒錐齒輪之間，其中一個所述第一直齒錐齒輪固定于所述圓柱形套筒的一端，另一個所述第一直齒錐齒輪與所述圓柱形套筒的另一端活動連接，每個所述第二直齒錐齒輪同時與所述一對第一直齒錐齒輪嚙合，所述一對第一直齒錐齒輪的中心軸線與所述圓柱形套筒的中心軸線重合，所述一對第二直齒錐齒輪的中心軸線相互重合，且所述第一直齒錐齒輪的中心軸線與第二直齒錐齒輪的中心軸線垂直。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：現有技術由于采用兩個單自由度裝置串聯，兩個轉動軸距離遠于人體關節雙軸的間距，外骨骼機構產生的關節回轉中心與人體關節的回轉中心不一致，使病人在接受治療時產生不舒適感。而本實用新型通過兩個電機的差動運動，控制圓柱形套筒在兩個自由度上的運動，使所控制的二自由度運動的兩個轉動軸相交，不僅減小了二自由度差動外骨骼機構的大小、重量和復雜度，而且能使圓柱形套筒的軸線與人體雙軸關節的一個轉動軸重合，使前述一對第二直齒錐齒輪的中心軸線與人體雙軸關節的另一轉動軸重合，使本實用新型的回轉中心與人體關節的回轉中心保持一致。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是圖1的立體圖；

1.圓柱形套筒，?2.支架，?3.第二傳動輪，?4.皮帶，?5.第一直齒錐齒輪，?6.第二直齒錐齒輪，?7.電機，?8.第一傳動輪。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本實用新型。

參照圖1至圖3，支架2負責承受整個二自由度差動外骨骼。各有一個電機7對稱地分別固定在支架2的兩端。每個電機7的輸出軸各與一個第一傳動輪8固定連接。每個第一傳動輪8通過皮帶各自與一個第二傳動輪3連接。每個第二傳動輪3則分別通過一根齒輪軸（圖中未示出）各與一個第二直齒錐齒輪6連接。在圖1至圖3中，一對電機7的輸出軸分別與上述連接第二傳動輪3和第二直齒錐齒輪6的齒輪軸平行。

如圖2和圖3所示，圓柱形套筒1設置于上述兩個第二直齒錐齒輪6之間。圓柱形套筒1的兩端外緣分別安裝有一個第一直齒錐齒輪5。其中一個第一直齒錐齒輪5與圓柱形套筒1的一端固定連接，以使該第一直齒錐齒輪5與圓柱形套筒1保持相對靜止；另一個第一直齒錐齒輪則與圓柱形套筒1的另一端活動連接，以使該第一直齒錐齒輪5與圓柱形套筒1可作相對轉動。不僅如此，該對第一直齒錐齒輪5的中心軸線相互重合，；且第一直齒錐齒輪5的中心軸線亦與圓柱形套筒1的中心軸線重合。

上述兩個第二直齒錐齒輪6設置于兩個第一直齒錐齒輪5之間，且每個第二直齒錐齒輪6同時與兩個第一直齒錐齒輪5嚙合；此外，兩個第二直齒錐齒輪6的中心軸線重合，第二直齒錐齒輪6的中心軸線與第一直齒錐齒輪5的軸線垂直相交。