CN103231365B - 一种背部式外骨骼手指关节迂回机构 - Google Patents

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Abstract

一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，属于外骨骼机械手领域。本发明为解决现有平行滑动导杆机构无法实现非线性伸展的回转运动，易造成导杆和滑块之间的卡死、机构运动不顺畅，对关节造成意外伤害等问题。第一滑块和第二滑块分别固定设置在第一齿轮和第二齿轮的侧端面中心，第一齿条、第一滑动杆和第一导杆三者相互平行且均与第一连接杆固接，第二齿条、第二滑动杆和第二导杆三者相互平行且均与第二连接杆固接，第一滑动杆穿在第一滑块上的滑道内，第一齿条与第二齿轮啮合，第二滑动杆穿在第二滑块上的滑道内，第二齿条与第一齿轮啮合，第一导杆和第二导杆分别穿在第一指套和第二指套上的导杆槽内。本发明用于手部功能恢复、力反馈手套或助力设备等。

Description

一种背部式外骨骼手指关节迂回机构
技术领域
本发明涉及一种外骨骼手指关节机构，属于外骨骼机械手领域。
背景技术
随着机器人技术的不断应用，外骨骼机械手已成为机器人领域的研究热点之一。利用康复医学概念研制的外骨骼康复机械手能克服传统创伤手指治疗方法的缺陷，更好地促进创伤患者的手部功能恢复；基于主从控制的多指外骨骼主手可以实现远程控制从而代替人手在复杂危险的环境中工作；另外，外骨骼机械手在力反馈手套、助力设备和仿人机器人等方面都有重要的应用。
外骨骼机械手设计的关键技术是外骨骼手指关节迂回机构的设计。目前，一些外骨骼手指关节迂回机构已被研制出来，如球型机构、圆弧轨道机构以及平行四边形机构等，为适应不同粗细手指和保证外骨骼机构运动安全顺畅，需要将外骨骼关节设计成可非线性伸展的回转机构，而球型机构、圆弧轨道机构和平行四边形机构，在机构尺寸确定之后，其伸展量就被相应确定，也就是说对不同粗细的手指不能全部适用，仅能适用某一特定粗细的手指，为此设计了一种平行滑动导杆机构，以解决适应不同粗细手指的问题，但现有这种平行滑动导杆机构无法实现非线性伸展的回转运动，其全部的外骨骼伸展量都要靠导杆被动滑动来实现，因此易造成导杆和滑块之间的卡死、机构运动不顺畅，从而对关节造成意外伤害等问题。
发明内容
本发明提供一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，以解决现有平行滑动导杆机构无法实现非线性伸展的回转运动，无法保证外骨骼机构运动的安全顺畅，易造成导杆和滑块之间的卡死，从而对关节造成意外伤害等问题。
本发明的技术方案如下：一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，所述机构包括第一指套和第二指套，第一指套和第二指套上均设置有指孔，所述机构还包括第一齿轮机构、第二齿轮机构、第一复合杆、第二复合杆和连接轴，第一齿轮机构包括第一齿轮和第一滑块，第二齿轮机构包括第二齿轮和第二滑块，第一滑块和第二滑块分别固定设置在第一齿轮和第二齿轮的侧端面中心，第一滑块和第二滑块上分别沿第一齿轮和第二齿轮的径向贯通设置有滑道，所述第一复合杆包括第一齿条、第一滑动杆、第一连接杆和第一导杆，第一齿条、第一滑动杆和第一导杆三者相互平行设置且均与第一连接杆固接，所述第二复合杆包括第二齿条、第二滑动杆、第二连接杆和第二导杆，第二齿条、第二滑动杆和第二导杆三者也相互平行设置且均与第二连接杆固接，所述第一滑动杆穿在第一滑块上的滑道内，且第一齿条与第二齿轮啮合，第二滑动杆穿在第二滑块上的滑道内，且第二齿条与第一齿轮啮合，所述第一指套和第二指套上分别设置有导杆槽，所述第一导杆和第二导杆分别穿在第一指套和第二指套上的导杆槽内。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的背部式外骨骼手指关节迂回机构能自动适应不同粗细的手指，一般粗细范围在11mm到29mm之间的手指均可使用，结合齿轮齿条传动机构与平行滑动导杆机构，使其能够实现非线性伸展的回转运动，保证了外骨骼机构运动的安全顺畅，从而避免了导杆和滑块之间的卡死，消除了机构对关节造成意外伤害等问题。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图，图2是第一齿轮的主视结构示意图，图3是图2中A-A方向的剖视图，图4是第一复合杆的主视结构示意图，图5是第一齿轮、第二齿轮、第一复合杆和第二复合杆的主视装配图，图6是图5中第一复合杆与第二复合杆发生相对回转后的主视结构示意图，图7是第一指套的主视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，所述机构包括第一指套5和第二指套6，第一指套5和第二指套6上均设置有指孔10，所述机构还包括第一齿轮机构、第二齿轮机构、第一复合杆3、第二复合杆4和连接轴7，第一齿轮机构包括第一齿轮1和第一滑块8，第二齿轮机构包括第二齿轮2和第二滑块9，第一滑块8和第二滑块9分别固定设置在第一齿轮1和第二齿轮2的侧端面中心，第一滑块8和第二滑块9上分别沿第一齿轮1和第二齿轮2的径向贯通设置有滑道14，所述第一复合杆3包括第一齿条3-1、第一滑动杆3-2、第一连接杆3-4和第一导杆3-3，第一齿条3-1、第一滑动杆3-2和第一导杆3-3三者相互平行设置且均与第一连接杆3-4固接，所述第二复合杆4包括第二齿条4-1、第二滑动杆4-2、第二连接杆4-4和第二导杆4-3，第二齿条4-1、第二滑动杆4-2和第二导杆4-3三者也相互平行设置且均与第二连接杆4-4固接，所述第一滑动杆3-2穿在第一滑块8上的滑道14内，且第一齿条3-1与第二齿轮2啮合，第二滑动杆4-2穿在第二滑块9上的滑道14内，且第二齿条4-1与第一齿轮1啮合，所述第一指套5和第二指套6上分别设置有导杆槽15，所述第一导杆3-3和第二导杆4-3分别穿在第一指套5和第二指套6上的导杆槽15内。
所述一种背部式外骨骼手指关节迂回机构在使用时，第一指套5和第二指套6依次套紧在同一根手指的两个相邻关节上，既可以通过手指带动机构做非线性伸展的回转运动，又可以通过外置电机带动机构中的第一齿轮1或第二齿轮2，使机构实现非线性伸展的回转运动，从而带动手指做回转运动。
具体实施方式二：结合图1、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述第一齿条3-1和第一滑动杆3-2设置在第一连接杆3-4的同一侧，第一导杆3-3设置在第一连接杆3-4的另一侧，第一连接杆3-4为L形杆，第一齿条3-1和第一滑动杆3-2分别垂直固定在第一连接杆3-4的两端，所述第一齿条3-1和第一导杆3-3固定在第一连接杆3-4的同一支杆上，所述第二复合杆4与第一复合杆3的结构相同，如此设置，避免了第一复合杆3和第二复合杆4在工作过程中产生干涉，便于非线性伸展回转运动的实现，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3、图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述第一滑块8和第二滑块9分别固定在第一齿轮1和第二齿轮2的内侧，第一滑块8和第二滑块9的内侧分别设置有轴孔16，连接轴7的两端分别转动设置在第一滑块8和第二滑块9上的轴孔16内，如此设置，使各部件之间配合更加稳定，装置整体更加紧凑，其他组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1、图5、图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述第一指套5和第二指套6上导杆槽15的贯通方向分别与第一指套5和第二指套6上指孔10的贯通方向相同，如此设置，避免了第一复合杆3和第二复合杆4在工作过程中产生干涉，其他组成和连接关系与具体实施方式三相同。

Claims (3)

1.一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，所述机构包括第一指套(5)和第二指套(6)，第一指套(5)和第二指套(6)上均设置有指孔(10)，其特征在于：所述机构还包括第一齿轮机构、第二齿轮机构、第一复合杆(3)、第二复合杆(4)和连接轴(7)，第一齿轮机构包括第一齿轮(1)和第一滑块(8)，第二齿轮机构包括第二齿轮(2)和第二滑块(9)，第一滑块(8)和第二滑块(9)分别固定设置在第一齿轮(1)和第二齿轮(2)的侧端面中心，第一滑块(8)和第二滑块(9)上分别沿第一齿轮(1)和第二齿轮(2)的径向贯通设置有滑道(14)，第一齿轮(1)和第二齿轮(2)相互平行，所述第一复合杆(3)包括第一齿条(3-1)、第一滑动杆(3-2)、第一连接杆(3-4)和第一导杆(3-3)，第一齿条(3-1)、第一滑动杆(3-2)和第一导杆(3-3)三者相互平行设置且均与第一连接杆(3-4)固接，所述第二复合杆(4)包括第二齿条(4-1)、第二滑动杆(4-2)、第二连接杆(4-4)和第二导杆(4-3)，第二齿条(4-1)、第二滑动杆(4-2)和第二导杆(4-3)三者也相互平行设置且均与第二连接杆(4-4)固接，所述第一滑动杆(3-2)穿在第一滑块(8)上的滑道(14)内，且第一齿条(3-1)与第二齿轮(2)啮合，第二滑动杆(4-2)穿在第二滑块(9)上的滑道(14)内，且第二齿条(4-1)与第一齿轮(1)啮合，所述第一指套(5)和第二指套(6)上分别设置有导杆槽(15)，所述第一导杆(3-3)和第二导杆(4-3)分别穿在第一指套(5)和第二指套(6)上的导杆槽(15)内，所述第一滑块(8)和第二滑块(9)分别固定在第一齿轮(1)和第二齿轮(2)的内侧，第一滑块(8)和第二滑块(9)的内侧分别设置有轴孔(16)，连接轴(7)的两端分别转动设置在第一滑块(8)和第二滑块(9)上的轴孔(16)内。
2.根据权利要求1所述一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，其特征在于：所述第一齿条(3-1)和第一滑动杆(3-2)设置在第一连接杆(3-4)的同一侧，第一导杆(3-3)设置在第一连接杆(3-4)的另一侧，第一连接杆(3-4)为L形杆，第一齿条(3-1)和第一滑动杆(3-2)分别垂直固定在第一连接杆(3-4)的两端，所述第一齿条(3-1)和第一导杆(3-3)固定在第一连接杆(3-4)的同一支杆上，所述第二复合杆(4)与第一复合杆(3)的结构相同。
3.根据权利要求1所述一种背部式外骨骼手指关节迂回机构，其特征在于：所述第一指套(5)和第二指套(6)上导杆槽(15)的贯通方向分别与第一指套(5)和第二指套(6)上指孔(10)的贯通方向相同。
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