专利名称：二自由度差动外骨骼的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二自由度差动外骨骼装置，具体说是一种能实现两个不同的、转动轴相交的转动的控制，可运用在手腕等二自由度关节部位的外骨骼机器人中，对瘫痪病人进行治疗的外骨骼。
背景技术：
二自由度差动机构是将两个有差异或独立运动合成为一个运动，将一个运动分解为两个有差异运动的机构，起增力、微动、运动分解或合成、误差补偿等作用。即二自由度差动机构可以通过两个有差异或独立运动合成两个自由度方向上的运动。外骨骼机器人技术是融合了仿生、控制等，并为使用者提供一种可穿戴的机器机械的综合技术。在人体二自由度的双轴关节，如椭圆关节(桡腕关节)、鞍状关节(第一腕掌关节)中，二自由度的两个转动轴相交或距离非常近。目前，公知的外骨骼机构采用单自由度装置的串联形式，使二自由度装置简化成两个单自由度的装置，穿戴后产生两个自由度的转动轴距离远于人体二自由度关节的转动轴的间距的问题，导致外骨骼机构的回转中心与人体关节的回转中心不一致，使机构臃肿，结构复杂。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单的二自由度差动外骨骼，它使所控制的二自由度运动的两个转动轴相交。为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是该二自由度差动外骨骼包括支架、圆柱形套筒、一对电机、一对第一传动轮、一对第二传动轮、一对第一直齿锥齿轮和一对第二直齿锥齿轮；所述支架的两端对称地各与一个所述电机固定连接，每个所述电机的输出轴各与一个所述第一传动轮固定连接，各所述第一传动轮通过皮带各与一个所述第二传动轮连接，每个所述第二传动轮分别与一个所述第二直齿锥齿轮通过轴连接；所述圆柱形套筒设于所述一对第二直齿锥齿轮之间，其中一个所述第一直齿锥齿轮固定于所述圆柱形套筒的一端，另一个所述第一直齿锥齿轮与所述圆柱形套筒的另一端活动连接，每个所述第二直齿锥齿轮同时与所述一对第一直齿锥齿轮啮合，所述一对第一直齿锥齿轮的中心轴线与所述圆柱形套筒的中心轴线重合，所述一对第二直齿锥齿轮的中心轴线相互重合， 且所述第一直齿锥齿轮的中心轴线与第二直齿锥齿轮的中心轴线垂直。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是现有技术由于采用两个单自由度装置串联，两个转动轴距离远于人体关节双轴的间距，外骨骼机构产生的关节回转中心与人体关节的回转中心不一致，使病人在接受治疗时产生不舒适感。而本实用新型通过两个电机的差动运动，控制圆柱形套筒在两个自由度上的运动，使所控制的二自由度运动的两个转动轴相交，不仅减小了二自由度差动外骨骼机构的大小、重量和复杂度，而且能使圆柱形套筒的轴线与人体双轴关节的一个转动轴重合，使前述一对第二直齿锥齿轮的中心轴线与人体双轴关节的另一转动轴重合，使本实用新型的回转中心与人体关节的回转中心保持一致。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是图1的立体图；1.圆柱形套筒，2.支架，3.第二传动轮，4.皮带，5.第一直齿锥齿轮，6.第二直齿锥齿轮，7.电机，8.第一传动轮。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。参照图1至图3，支架2负责承受整个二自由度差动外骨骼。各有一个电机7对称地分别固定在支架2的两端。每个电机7的输出轴各与一个第一传动轮8固定连接。每个第一传动轮8通过皮带各自与一个第二传动轮3连接。每个第二传动轮3则分别通过一根齿轮轴(图中未示出)各与一个第二直齿锥齿轮6连接。在图1至图3中，一对电机7的输出轴分别与上述连接第二传动轮3和第二直齿锥齿轮6的齿轮轴平行。如图2和图3所示，圆柱形套筒1设置于上述两个第二直齿锥齿轮6之间。圆柱形套筒1的两端外缘分别安装有一个第一直齿锥齿轮5。其中一个第一直齿锥齿轮5与圆柱形套筒1的一端固定连接，以使该第一直齿锥齿轮5与圆柱形套筒1保持相对静止 ’另一个第一直齿锥齿轮则与圆柱形套筒1的另一端活动连接，以使该第一直齿锥齿轮5与圆柱形套筒1可作相对转动。不仅如此，该对第一直齿锥齿轮5的中心轴线相互重合，；且第一直齿锥齿轮5的中心轴线亦与圆柱形套筒1的中心轴线重合。上述两个第二直齿锥齿轮6设置于两个第一直齿锥齿轮5之间，且每个第二直齿锥齿轮6同时与两个第一直齿锥齿轮5啮合；此外，两个第二直齿锥齿轮6的中心轴线重合，第二直齿锥齿轮6的中心轴线与第一直齿锥齿轮5的轴线垂直相交。本实用新型二自由度差动外骨骼工作时，一对电机7带动一对第一传动轮8，再通过第一传动轮8——皮带4——第二传动轮3——第二直齿锥齿轮6——第一直齿锥齿轮5 的运动传递链，实现二自由度的运动控制。本实用新型二自由度差动外骨骼共有两个自由度，通过控制一对电机7实现第一直齿锥齿轮5和第二直齿锥齿轮6的差动运动，可实现圆柱形套筒1以第二直齿锥齿轮6的中心轴线为轴的摆动和圆柱形套筒1以第一直齿锥齿轮5的中心轴线为轴的转动。而且， 无论圆柱形套筒1处于什么样的状态，其回转中心都处于一对第二直齿锥齿轮6的中心轴线与一对第一直齿锥齿轮5的中心轴线的交点。
权利要求1. 一种二自由度差动外骨骼，其特征是包括支架、圆柱形套筒、一对电机、一对第一传动轮、一对第二传动轮、一对第一直齿锥齿轮和一对第二直齿锥齿轮；所述支架的两端对称地各与一个所述电机固定连接，每个所述电机的输出轴各与一个所述第一传动轮固定连接，各所述第一传动轮通过皮带各与一个所述第二传动轮连接，每个所述第二传动轮分别与一个所述第二直齿锥齿轮通过轴连接；所述圆柱形套筒设于所述一对第二直齿锥齿轮之间，其中一个所述第一直齿锥齿轮固定于所述圆柱形套筒的一端，另一个所述第一直齿锥齿轮与所述圆柱形套筒的另一端活动连接，每个所述第二直齿锥齿轮同时与所述一对第一直齿锥齿轮啮合，所述一对第一直齿锥齿轮的中心轴线与所述圆柱形套筒的中心轴线重合，所述一对第二直齿锥齿轮的中心轴线相互重合，且所述第一直齿锥齿轮的中心轴线与第二直齿锥齿轮的中心轴线垂直。
专利摘要本实用新型公开一种二自由度差动外骨骼。它的支架两端对称地各与一电机固定连接，每个电机输出轴各与一第一传动轮固定连接，各第一传动轮通过皮带各与一第二传动轮连接，每个第二传动轮分别与一个第二直齿锥齿轮通过轴连接；圆柱形套筒设于该对第二直齿锥齿轮之间，其中一个第一直齿锥齿轮固定于圆柱形套筒一端，另一个第一直齿锥齿轮与圆柱形套筒另一端活动连接，每个第二直齿锥齿轮同时与所述一对第一直齿锥齿轮啮合，所述一对第一直齿锥齿轮中心轴线与圆柱形套筒中心轴线重合，所述一对第二直齿锥齿轮的中心轴线相互重合，且第一直齿锥齿轮的中心轴线与第二直齿锥齿轮的中心轴线垂直。本实用新型的回转中心与人体关节的回转中心保持一致。
文档编号A61H1/00GK202122677SQ201120181629
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者张峻川, 杨灿军, 邓学磊 申请人:浙江大学