外骨骼穿戴机构

1.本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别是涉及一种外骨骼穿戴机构。


背景技术：

2.外骨骼机器人可以穿戴在运动障碍患者的肢体上并向关节提供辅助力。外骨骼机器人上通常需要设置外骨骼穿戴机构以将患者的肢体与外骨骼机器人进行固定。现有技术中的外骨骼穿戴机构通常包括两个半环形的夹板以及尼龙搭扣，使用时，利用两个半环形的夹板将患者的肢体包裹再利用尼龙搭扣勒紧两个半环形的夹板，以完成对患者肢体的固定。但是，夹板与人体肢体的适应性并不好，不能兼容不同的患者群体，并且为了保证外骨骼运动控制精度，在穿戴时必须给尼龙搭扣施加较大的预紧力，严重地影响了穿戴舒适度。因此，提供一种对患者肢体的适应更好，无须过大的夹紧力，并且佩戴更加舒适的外骨骼穿戴机构。


技术实现要素：

3.为解决以上技术问题，本发明提供一种对患者肢体的适应更好，无须过大的夹紧力，并且佩戴更加舒适的外骨骼穿戴机构。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种外骨骼穿戴机构，包括：用于与外骨骼机器人连接的基座、与所述基座转动连接的柔性臂以及用于驱动所述柔性臂运动的绳体；所述基座上设有直线驱动装置，所述柔性臂包括若干个依次通过转轴可转动地相连接的连杆，位于所述柔性臂第一端的所述连杆通过转轴与所述基座可转动连接，所述绳体第一端与位于所述柔性臂第二端的所述连杆连接，所述连杆上设有用于使所述绳体换向的导向结构，所述绳体第二端交替绕过所述转轴与所述导向结构后与所述直线驱动装置连接，还包括用于使各个所述连杆复位的弹性件。
6.进一步地，所述柔性臂的数量为至少一组、每组包括两个分别位于所述基座两侧的所述柔性臂。
7.进一步地，所述直线驱动装置包括设置于所述基座上的滑槽、可滑动地设置于所述滑槽内的滑块以及用于驱动所述滑块滑动的驱动机构，所述绳体第二端与所述滑块连接。
8.进一步地，所述直线驱动装置的数量与所述柔性臂的组数相同，各个所述滑块上均设有导槽，同一组中两个所述柔性臂的两个所述绳体的第二端相连接且置于所述导槽内。
9.进一步地，所述驱动机构包括与所述基座转动连接的丝杠，所述丝杠与所述滑块螺纹配合。
10.进一步地，所述驱动机构还包括设置于所述基座上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述丝杠传动连接。
11.进一步地，所述柔性臂包括通过近端转轴与所述基座转动连接的近端连杆、通过中间转轴与所述近端转轴转动连接的中间连杆以及通过远端转轴与所述中间转轴转动连接的远端连杆。
12.进一步地，所述近端连杆、所述中间连杆以及所述远端连杆中间部分均设有缝隙以供所述绳体穿过。
13.进一步地，所述近端转轴、所述中间转轴以及所述远端转轴的中间部分均设有环形槽以用于使所述绳体绕过，所述近端转轴、所述中间转轴以及所述远端转轴的环形槽均位于相应的所述缝隙内。
14.进一步地，所述远端连杆、所述中间连杆均设有所述导向结构，所述导向结构为与所述远端连杆或所述中间连杆转动连接的换向轴，各个所述换向轴中间部分均设有供所述绳体绕过的环形槽，各所述换向轴的环形槽均为位于相应的所述缝隙内。
15.进一步地，所述弹性件为扭簧，所述扭簧第一端与所述基座或者所述连杆连接，第二端与其它的所述连杆连接。
16.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
17.本发明的一种外骨骼穿戴机构，包括：用于与外骨骼机器人连接的基座、与基座转动连接的柔性臂以及用于驱动柔性臂运动的绳体；基座上设有直线驱动装置，柔性臂包括若干个依次通过转轴可转动地相连接的连杆，位于柔性臂第一端的连杆通过转轴与基座可转动连接，绳体第一端与位于柔性臂第二端的连杆连接，连杆上设有用于使绳体换向的导向结构，绳体第二端交替绕过转轴与导向结构后与直线驱动装置连接，还包括用于使各个连杆复位的弹性件。
18.使用时，将患者肢体放置于靠近柔性臂，通过拉紧绳体，绳体收紧带动各个连杆绕相应的转轴转动以逐渐收拢，从而将患者的肢体进行包络，最终达到将患者的肢体进行固定的效果。使用完毕后，放松绳体，则在弹性件的作用下，各个连杆绕对应的转轴反向转动，使柔性臂呈现张开的效果，以松开患者的肢体。实际上，柔性臂是一个欠驱动机构，通过欠驱动机构对穿戴者肢体进行固定，基于欠驱动机构自适应性强的特点，可以在穿戴过程中自动适应不同粗细的肢体完成包络固定，并提供稳定持续的预紧力，因此不会因为肌肉变形而影响穿戴机构对手臂的贴合度，也不会出现局部压迫和受力集中。其次，外骨骼穿戴机构对穿戴者手臂的固定并非封闭式，柔性臂作为一个开链结构，末端留有足够的空隙供手臂的血液流通，这些空隙可对应人体上肢动脉所经过的位置，因此长时间穿戴不会导致手臂缺血。
19.如此设置，本发明提供的外骨骼穿戴机构能够有效地解决现有技术中外骨骼穿戴机构对人体肢体适应性差、预紧力大、佩戴不舒适的问题。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例中外骨骼穿戴机构的结构示意图；
22.图2为本发明实施例中外骨骼穿戴机构的其他角度示意图；
23.图3为本发明实施例中外骨骼穿戴机构的原理示意图；
24.图4为本发明实施例中直线驱动装置的结构示意图；
25.图5为本发明实施例中丝杠与滑块的结构示意图；
26.图6为本发明实施例中柔性臂的结构示意图；
27.图7为本发明实施例中柔性臂的爆炸视图。
28.附图标记说明：1、基座；2、绳体；3、滑块；4、丝杠；5、导槽；6、近端转轴；7、近端连杆；8、中间转轴；9、中间连杆；10、远端转轴；11、远端连杆；12、换向轴；13、扭簧；14、卡块。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.参考图1
‑
7所示，本发明实施例中提供的一种外骨骼穿戴机构包括基座1、柔性臂以及绳体2。其中，基座1用于与外骨骼机器人相连接。例如，基座1可以通过螺钉等紧固的方式与外骨骼机器人相连接。其中，柔性臂与基座1可转动地相连接。其中，绳体2用于驱动柔性臂运动。基座1上还设有直线驱动装置。柔性臂包括若干个依次通过转轴可转动地相连接的连杆，需要说明的是，根据实际需要，柔性臂的各个连杆可以做成形状相同的结构，也可以做成形状不同的结构。参考图1
‑
3所示，位于柔性臂第一端的连杆通过转轴与基座1可转动连接，绳体2第一端与位于柔性臂第二端的连杆连接，连杆上设有用于使绳体2换向的导向结构，绳体2第二端交替绕过转轴与导向结构后与直线驱动装置连接。外骨骼穿戴机构还包括用于使各个连杆复位的弹性件。
32.参考图3所示，使用时，将患者肢体放置于靠近柔性臂，通过拉紧绳体2，绳体2收紧带动各个连杆绕相应的转轴转动以逐渐收拢，从而将患者的肢体进行包络，最终达到将患者的肢体进行固定的效果。使用完毕后，放松绳体2，则在弹性件的作用下，各个连杆绕对应的转轴反向转动，使柔性臂呈现张开的效果，以松开患者的肢体。实际上，柔性臂是一个欠驱动机构，通过欠驱动机构对穿戴者肢体进行固定，基于欠驱动机构自适应性强的特点，可以在穿戴过程中自动适应不同粗细的肢体完成包络固定，并提供稳定持续的预紧力，因此不会因为肌肉变形而影响穿戴机构对手臂的贴合度，也不会出现局部压迫和受力集中。其次，外骨骼穿戴机构对穿戴者手臂的固定并非封闭式，柔性臂作为一个开链结构，末端留有足够的空隙供手臂的血液流通，这些空隙可对应人体上肢动脉所经过的位置，即使长时间穿戴也不会导致患者手臂缺血。
33.如此设置，本发明提供的外骨骼穿戴机构能够有效地解决现有技术中外骨骼穿戴机构对人体肢体适应性差、预紧力大、佩戴不舒适的问题。
34.于本实施例中，柔性臂的数量为至少一组、且每组包括两个分别位于基座1两侧的柔性臂。如此设置，一组中的两个柔性臂同时包络患者肢体，能够减小机构与人体的无效接
触面积，提高了机构的透气性，舒适性。参考图1所示，图中的外骨骼穿戴机构设有两组柔性臂。
35.于本实施例中，参考图4所示，直线驱动装置包括设置于基座1上的滑槽、可滑动地设置于滑槽内的滑块3以及用于驱动滑块3滑动的驱动机构，绳体2第二端与滑块3连接。通过驱动机构带动滑块3位移，滑块3即可拉动绳体2，以实现柔性臂的合拢。如此设置，直线驱动装置的结构简单，使用方便。
36.于本实施例中，参考图3、5所示，直线驱动装置的数量与柔性臂的组数相同，即两个柔性臂对应一个直线驱动装置。各个滑块3上均设有导槽5，同一组中两个柔性臂的两个绳体2的第二端相连接且置于导槽5内。如此设置，通过滑块3位移可以同时带动两个柔性臂对称的合拢而包络患者肢体，从而减小机构与人体的无效接触面积，提高机构的透气性、舒适性。
37.于本实施例中，参考图4、5所示，驱动机构包括与基座1转动连接的丝杠4，丝杠4与滑块3螺纹配合。如此设置，完成一个穿戴机构的固定只需要转动丝杠4即可，十分便捷，穿戴者可以独立完成。可选地，如图4所示，丝杠4可以通过两个轴承与基座1可转动地相连接。
38.于本实施例中，驱动机构还包括设置于基座1上的驱动电机，驱动电机的输出轴与丝杠4传动连接，以带动丝杠4转动。例如，驱动电机的输出轴可以通过联轴器与丝杠4传动连接。如此设置，通过驱动电机即可带动丝杠4转动，从而控制柔性臂合拢，达到固定患者肢体的效果，采用电力驱动，无需外置气源，结构更加简单紧凑，并提高外骨骼穿戴机构的自动化程度。
39.于本实施例中，参考图1、2、6所示，柔性臂包括近端连杆7、中间连杆9以及远端连杆11。近端连杆7通过近端转轴6与基座1可转动地相连接，中间连杆9通过中间转轴8与近端连杆7可转动地相连接，远端连杆11通过远端转轴10与中间连杆9可转动地相连接。
40.于本实施例中，参考图6
‑
7所示，近端连杆7、中间连杆9以及远端连杆11中间部分均设有缝隙以供绳体2穿过。具体地，近端连杆7、中间连杆9以及远端连杆11均为上下分体结构，即三者均包括上结构体和与该上结构体之间具有间隙的下结构体，如此可在近端连杆7、中间连杆9以及远端连杆11之间形成缝隙，绳体2在缝隙之间穿绕，而不是裸露在外，可使得柔性臂的整体结构更加紧凑整洁。优选地，近端连杆7、中间连杆9以及远端连杆11均为上下对称的分体结构。
41.于本实施例中，参考图7所示，近端转轴6、中间转轴8以及远端转轴10的中间部分均设有环形槽以用于使绳体2绕过。近端转轴6、中间转轴8以及远端转轴10的环形槽均位于相应的缝隙内。通过在各个转轴上设置环形槽，能够防止绳体2转轴上沿转轴的轴向滑移，起到对绳体2进行定位的作用。
42.于本实施例中，参考图7所示，远端连杆11、中间连杆9均设有导向结构。导向结构为与远端连杆11或中间连杆9转动连接的换向轴12。各个换向轴12中间部分均设有供绳体2绕过的环形槽，各换向轴12的环形槽均为位于相应的缝隙内。同样地，通过在各个换向轴12上设置环形槽，绳体2绕在环形槽内，能够防止绳体2沿换向轴12的轴向滑移，起到对绳体2进行定位的作用。可选地，换向轴12的两端分别通过轴承与上结构体和下结构体转动连接。
43.于本实施例中，参考图7所示，弹性件为扭簧13。扭簧13可以套装于转轴上，并且扭簧13第一端与基座1或者连杆连接，第二端与其它的连杆连接。当绳体2收紧拉动连杆转动
的同时，连杆压缩相应的扭簧13，当绳体2上的拉力消失，扭簧13恢复形变带动拉杆复位，使柔性臂张开。当然，为了使连杆更流畅地张开，每个连杆可以对应两个扭簧13，两个扭簧13分别套设于相应转轴的两端。
44.于本实施例中，参考图7所示，远端连杆11上设有卡块14，绳体2第一端可以连接到卡块14上。
45.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。