手部外骨骼机构的制作方法

本发明涉及外骨骼技术领域，尤其涉及一种手部外骨骼机构。

背景技术：

手部外骨骼机器人的在医疗康复和人机交互领域有着广泛的应用前景。其关键在于需要在有限的空间下实现骨骼机构和手部的适配性，即机构的运动圆心与人体手部转动中心重合，以保证安全性。目前的外骨骼机构采用圆弧轨道实现中心一致的运动，如香港的handofhope，但是这样的结构件相对复杂且对精度要求较高，因而加工成本高，并且机构本身限制导致手指运动角度范围受到限制。另外，在体积和质量上还需进一步优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种结构简单、转动灵活的手部外骨骼机构。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种手部外骨骼机构，包括基座、第一固定座及第二固定座，其特征在于，所述的基座与第一固定座之间设有用于带动第一固定座以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第一平行四杆组件，

第一固定座与第二固定座之间设有用于带动第二固定座以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第二平行四杆组件，

第一平行四杆组件包括驱动杆及折弯杆，折弯杆包括第一折弯段及第二折弯段，第一折弯段的一端与驱动杆相铰接，另一端通过第一连杆与基座相铰接，第一连杆沿其与折弯杆的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆与第一固定座相铰接，第二折弯段远离第一折弯段的一端向外延伸形成齿状结构的啮合端，第二平行四杆组件设有端部带齿状结构的传动杆，啮合端与传动杆分别铰接于第一固定座上并相互啮合，

基座上设有用于驱动所述驱动杆转动的驱动组件。

所述第一折弯段与第二折弯段之间的夹角为155度～165度。

所述的传动杆远离第一固定座的一端通过第三连杆与第二固定座相铰接。

所述的第二平行四杆组件还包括与传动杆相铰接的第四连杆，第四连杆的一端通过第五连杆铰接于第一固定座上，另一端铰接于第二固定座上，第四连杆沿第三连杆的平行方向设置，第五连杆沿传动杆的平行方向设置。

所述驱动组件包括蜗杆、与蜗杆相啮合的涡轮以及用于驱动蜗杆自转的电机，蜗杆与电机的输出轴相连接，涡轮与驱动杆相连接。

所述基座的底部向上突起形成与指节相匹配的第一固定套，第一固定套的上方为倾斜面，电机设于第一固定套的倾斜面上，电机外可拆卸设有用于固定电机的盖套。

所述第一固定座的底部向上突起形成与指节相匹配的第二固定套，第二固定套侧壁向上延伸形成安装部，安装部沿水平方向设有用于安装折弯杆的第三铰接位及用于安装传动杆的第四铰接位，第三铰接位及第四铰接位所在轴线上方设有用于安装第二连杆及第五连杆的第五铰接位，第三铰接位及第五铰接位所在轴线与第一连杆相平行，第三铰接位及第五铰接位所在轴线与第四连杆呈平行设置。

所述基座上设有用于安装驱动杆的第一铰接位及用于安装第一连杆的第二铰接位，第一铰接位及第二铰接位所在轴线与第一折弯段相平行，驱动杆与第一连杆相平行，第二折弯段与第二连杆相平行。

所述第二固定座的底部向上突起形成与指节相匹配的第三固定套，第三固定套侧壁向上延伸形成安装架，安装架沿传动杆平行方向设置有用于安装第三连杆的第六铰接位以及用于安装第四连杆的第七铰接位。

所述安装部的两侧边缘向内凹陷形成避让弧边。

本发明的有益效果在于：本发明采用折弯杆替代传统的直杆，相对于完全由直杆构成的平行四杆结构，在保证运动中心一致的情况下，采用折弯杆的平行四杆结构能有效降低外骨骼机构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸，产品结构简单紧凑、转动灵活、加工难度低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的原理结构示意图。

图3为本发明平行四杆组件与完全由直杆构成的平行四杆结构的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

请参阅图1所示，本发明公开一种手部外骨骼机构，包括基座1、第一固定座3及第二固定座5，基座1与第一固定座3之间设有用于带动第一固定座3以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第一平行四杆组件2，第一固定座3与第二固定座5之间设有用于带动第二固定座5以指间关节转动中心为中心做旋转运动的第二平行四杆组件4，第一平行四杆组件2包括驱动杆21及折弯杆22，折弯杆22包括第一折弯段221及第二折弯段222，第一折弯段221的一端与驱动杆21相铰接，另一端通过第一连杆23与基座1相铰接，第一连杆23沿其与折弯杆22的铰接处向外延伸形成端部且端部通过第二连杆24与第一固定座3相铰接，第二折弯段222远离第一折弯段221的一端向外延伸形成齿状结构的啮合端223，第二平行四杆组件4设有端部带齿状结构的传动杆41，啮合端223与传动杆41分别铰接于第一固定座3上并相互啮合，基座1上设有用于驱动该驱动杆21转动的驱动组件6。

第一折弯段221、第二折弯段222及啮合端223为一体成型，减少零件数量。

作为本发明的一种实施方式，第一折弯段221与第二折弯段222之间的夹角224为155度～165度，以以适应整体机构的紧凑性以及近指节的长度。

参阅图3所示，在同一手指尺寸上设计平行四杆结构的外骨骼，以h点为参考原点，关节转动中心处于a点，相对于本发明的平行四杆结构，完全由直杆构成的平行四杆结构相对于参考原点需要更加靠前且竖直方向上的尺寸更高，所用的杆件也需要更长。

本发明采用折弯杆22替代传统的直杆，相对于完全由直杆构成的平行四杆结构，在保证运动中心一致的情况下，采用折弯杆22的平行四杆结构能有效降低外骨骼机构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸。

传动杆41远离第一固定座3的一端通过第三连杆42与第二固定座5相铰接。

第二平行四杆组件4还包括与传动杆41相铰接的第四连杆43，第四连杆43的一端通过第五连杆44铰接于第一固定座3上，另一端铰接于第二固定座5上，第四连杆43沿第三连杆42的平行方向设置，第五连杆44沿传动杆41的平行方向设置。

驱动组件6包括蜗杆61、与蜗杆61相啮合的涡轮62以及用于驱动蜗杆61自转的电机63，蜗杆61与电机63的输出轴相连接，涡轮62与驱动杆21相连接。

基座1的底部向上突起形成与指节相匹配的第一固定套11，确保使用者佩戴时的舒适性，第一固定套11的上方为倾斜面，符合人体工学设计，避免在运动过程中与手部相抵，电机63设于第一固定套11的倾斜面上，电机63外可拆卸设有用于固定电机63的盖套64，电机63设于倾斜面上，使得整体结构紧凑，同时有效降低结构在竖直方向上的高度，减小机构的整体高度方向尺寸。

第一固定座3的底部向上突起形成与指节相匹配的第二固定套31，第二固定套31侧壁向上延伸形成安装部32，安装部32沿水平方向设有用于安装折弯杆22的第三铰接位321及用于安装传动杆41的第四铰接位322，第三铰接位321及第四铰接位322所在轴线上方设有用于安装第二连杆24及第五连杆44的第五铰接位323，第三铰接位321及第五铰接位323所在轴线与第一连杆23相平行，第三铰接位321及第五铰接位323所在轴线与第四连杆43呈平行设置。

基座1上设有用于安装驱动杆21的第一铰接位12及用于安装第一连杆23的第二铰接位13，第一铰接位12及第二铰接位13所在轴线与第一折弯段221相平行，驱动杆21与第一连杆23相平行，第二折弯段222与第二连杆24相平行。

第二固定座5的底部向上突起形成与指节相匹配的第三固定套51，第三固定套51侧壁向上延伸形成安装架52，安装架52沿传动杆41平行方向设置有用于安装第三连杆42的第六铰接位521以及用于安装第四连杆43的第七铰接位522。

本发明中，第一平行四杆组件2由两个平行四边形构成，其中第一铰接位12及第二铰接位13所在轴线、第一折弯段221、驱动杆21和第一连杆23共同构成一个平行四边形，第三铰接位321及第四铰接位322所在轴线、第一连杆23、第二折弯段222和第二连杆24共同构成另一个平行四边形，第一连杆23与第一折弯段221的铰接点(第八铰接位224)形成两个平行四边形的共同顶点，电机63通过驱动蜗杆61、涡轮62带动驱动杆21运动，从而带动整个第一平行四杆组件2的转动，进而实现与第一平行组件对应的手指关节的转动。

第二平行四杆组件4由两个平行四边形构成，其中传动杆41与第四连杆43的铰接点(第九铰接位411)形成两个平行四边形的共同顶点，第四铰接位322及第五铰接位323所在轴线、传动杆41位于第九铰接位411下端的杆身、第四连杆43位于第九铰接位411上端的杆身和第五连杆44共同构成一个平行四边形，第六铰接位521及第七铰接位522所在轴线、第三连杆42、传动杆41位于第九铰接位411上端的杆身和第四连杆43位于第九铰接位411下端的杆身共同构成一个平行四边形，传动杆41带齿状结构的端部与第二折弯段222的啮合端223啮合传动，将第一平行四杆组件2的驱动动力通过传动杆41传递至第二平行四杆组件4，进而实现与第二平行组件对应的手指关节的转动。

穿戴时，将基座1固定于手背，第一固定座3固定于近节指骨，第二固定座5固定于中节指骨，使掌指关节的关节转动中心(a点)与第二铰接位13、第八铰接位224、第三铰接位321共同构成平行四边形，中节指骨绕关节转动中心(b点)与第四铰接位322、第九铰接位411、第七铰接位522共同构成平行四边形，保证手部外骨骼机构与手部的适配性。

使用过程中，第一平行四杆组件2在电机63的驱动下带动第一固定座3上的近节指骨绕关节转动中心(a点)做符合人体生理规律的旋转运动，同时第二平行四杆组件4在第一平行四杆组件2的带动下转动，从而带动第二固定座5上的中节指骨绕关节转动中心(b点)做符合人体生理规律的旋转运动。相对于圆弧轨道结构，采用平行四杆结构可实现更大的转动范围，转动更灵活，同时整体传动机构仅采用杆件，大大减低加工难度，减轻机构的重量。

安装部32的两侧边缘向内凹陷形成避让弧边324，避免第一平行四杆组件2及第二平行四杆组件4在运动过程中与安装部32的边缘相抵影响机构的运作。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。