本發(fā)明涉及一種套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體涉及一種具有兩自由度的套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

人體腕關(guān)節(jié)是一個(gè)非常靈活的關(guān)節(jié)，在設(shè)計(jì)上肢可穿戴外骨骼腕關(guān)節(jié)時(shí)，應(yīng)盡量減輕外骨骼腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的重量。目前，腕關(guān)節(jié)外骨骼一般都是將電機(jī)布置在人的手臂上，從而保證電機(jī)與被驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)緊密連接，增加手臂承受的外骨骼重量，這對(duì)于人手臂而言，是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。再者，還需要在相應(yīng)被驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)附近設(shè)計(jì)電機(jī)安置結(jié)構(gòu)，電機(jī)安置結(jié)構(gòu)會(huì)縮小腕關(guān)節(jié)外骨骼的可運(yùn)動(dòng)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的外骨骼腕關(guān)節(jié)整體重量比較重且關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍不大的問(wèn)題，而提供一種具有兩自由度的套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的一種具有兩自由度的套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其組成包括第一繩索、第二繩索、第三繩索、第四繩索、背板、槽形基板、第一預(yù)緊裝置、第二預(yù)緊裝置、第三預(yù)緊裝置、第四預(yù)緊裝置、第一繩索套、第二繩索套、第三繩索套、第四繩索套、第一輸出輪、第二輸出輪、第一電機(jī)、第二電機(jī)、關(guān)節(jié)軸、腕肘連接件、前臂部件、腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件、腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件、手掌部件、掌托部件、第一編碼器、第一編碼器安裝架、第二編碼器、第一軸承、第二軸承、第三軸承，前臂部件的一端與腕肘連接件連接，前臂部件的另一端設(shè)有第一安裝軸頭，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件的一端與第一安裝軸頭通過(guò)第一軸承鉸接，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件上設(shè)有第二安裝軸頭，第一編碼器安裝架和第一編碼器由里至外依次設(shè)置在第二安裝軸頭上，第一編碼器安裝架與第二安裝軸頭通過(guò)第二軸承鉸接，第一編碼器安裝架的另一端與前臂部件固連，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件的另一端與腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件的一端連接，腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件另一端與關(guān)節(jié)軸通過(guò)第三軸承鉸接，手掌部件的一端固裝在關(guān)節(jié)軸上，手掌部件的另一端與掌托部件連接，第二編碼器設(shè)置在關(guān)節(jié)軸上，第二安裝軸頭的軸線與關(guān)節(jié)軸的軸線垂直設(shè)置，槽形基板設(shè)置在背板的前面，第一繩索、第二繩索、第三繩索和第四繩索由上至下依次設(shè)置在槽形基板的槽內(nèi)，第一繩索的左端穿過(guò)槽形基板的左端固裝在第一輸出輪上，第一繩索的右端穿過(guò)槽形基板的右端、第一繩索套后固定在腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件上，第二繩索的左端穿過(guò)槽形基板的左端固裝在第一輸出輪上，第二繩索的右端穿過(guò)槽形基板的右端、第二繩索套后固定在腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件上，第三繩索的左端穿過(guò)槽形基板的左端固裝在第二輸出輪上，第三繩索的右端穿過(guò)槽形基板的右端、第三繩索套后固定在手掌部件上，第四繩索的左端穿過(guò)槽形基板的左端固裝在第二輸出輪上，第四繩索的右端穿過(guò)槽形基板的右端、第四繩索套后固定在手掌部件上，第一輸出輪固裝在第一電機(jī)的輸出軸上，第二輸出輪固裝在第二電機(jī)的輸出軸上，第一預(yù)緊裝置固裝在第一繩索上，第二預(yù)緊裝置固裝在第二繩索上，第三預(yù)緊裝置固裝在第三繩索上，第四預(yù)緊裝置固裝在第四繩索上。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

一、本發(fā)明的腕關(guān)節(jié)有兩個(gè)自由度，分別為腕關(guān)節(jié)屈伸自由度和腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏自由度。本發(fā)明利用繩索結(jié)構(gòu)，將電機(jī)能量傳遞到腕關(guān)節(jié)，帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。為了保證傳動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)空回現(xiàn)象，在背板上還在繩索上安置了套索預(yù)緊裝置，保證了繩索在傳動(dòng)過(guò)程中，一直保持拉緊狀態(tài)，使得傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。。每個(gè)自由度對(duì)應(yīng)兩根繩索，保證伸/縮運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明有助于增大腕關(guān)節(jié)外骨骼的運(yùn)動(dòng)范圍，使得輔助人體腕關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的可達(dá)空間更大，更符合人腕關(guān)節(jié)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)范圍。

二、由于繩索傳動(dòng)不可避免地會(huì)存在摩擦，從而損耗電機(jī)輸出力矩。電機(jī)輸出力矩和傳遞到腕關(guān)節(jié)的力矩存在一個(gè)遲滯現(xiàn)象，所以，在腕關(guān)節(jié)處安裝兩個(gè)編碼器(即第一編碼器26和第二編碼器28)，兩個(gè)編碼器用于測(cè)量實(shí)際的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，作為控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，保證整個(gè)系統(tǒng)按照預(yù)想的軌跡運(yùn)行。

三、本發(fā)明的第一預(yù)緊裝置7、第二預(yù)緊裝置8、第三預(yù)緊裝置9和第四預(yù)緊裝置10可以保證套索傳動(dòng)不出現(xiàn)空回現(xiàn)象，

四、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可廣泛用于老人、殘疾人生活輔助與康復(fù)訓(xùn)練。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是第一預(yù)緊裝置7、第二預(yù)緊裝置8、第三預(yù)緊裝置9和第四預(yù)緊裝置10的主剖視圖；

圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖(去掉關(guān)節(jié)軸19、腕肘連接件20、前臂部件21、腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22、腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23、手掌部件24、掌托部件25、第一編碼器26、第一編碼器安裝架27、第二編碼器28、第一軸承29第二軸承30和第三軸承31)。

圖4是關(guān)節(jié)軸19、腕肘連接件20、前臂部件21、腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22、腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23、手掌部件24、掌托部件25、第一編碼器26、第一編碼器安裝架27、第二編碼器28、第一軸承29第二軸承30和第三軸承31的連接關(guān)系立體圖；

圖5是腕肘連接件20、前臂部件21、腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22、腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23、手掌部件24、掌托部件25、第一編碼器26和第一編碼器安裝架27的連接關(guān)系立體圖；

圖6是圖5的A-A剖視圖；

圖7是槽形基板6的結(jié)構(gòu)立體圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1～圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括第一繩索1、第二繩索2、第三繩索3、第四繩索4、背板5、槽形基板6、第一預(yù)緊裝置7、第二預(yù)緊裝置8、第三預(yù)緊裝置9、第四預(yù)緊裝置10、第一繩索套11、第二繩索套12、第三繩索套13、第四繩索套14、第一輸出輪15、第二輸出輪16、第一電機(jī)17、第二電機(jī)18、關(guān)節(jié)軸19、腕肘連接件20、前臂部件21、腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22、腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23、手掌部件24、掌托部件25、第一編碼器26、第一編碼器安裝架27、第二編碼器28、第一軸承29、第二軸承30、第三軸承31，前臂部件21的一端通過(guò)連接元件與腕肘連接件20連接，前臂部件21的另一端設(shè)有第一安裝軸頭21-1，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22的一端與第一安裝軸頭21-1通過(guò)第一軸承29鉸接，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22上設(shè)有第二安裝軸頭22-1，第一編碼器安裝架27和第一編碼器26由里至外依次設(shè)置在第二安裝軸頭22-1上，第一編碼器安裝架27與第二安裝軸頭22-1通過(guò)第二軸承30鉸接，第一編碼器安裝架27的另一端與前臂部件21固連，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22的另一端通過(guò)連接元件與腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23的一端連接，腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23另一端與關(guān)節(jié)軸19通過(guò)第三軸承31鉸接，手掌部件24的一端固裝在關(guān)節(jié)軸19上，手掌部件24的另一端通過(guò)連接元件與掌托部件25連接，第二編碼器28設(shè)置在關(guān)節(jié)軸19上，第二安裝軸頭22-1的軸線與關(guān)節(jié)軸19的軸線垂直設(shè)置，槽形基板6設(shè)置在背板5的前面，槽形基板6與背板5固接，第一繩索3、第二繩索4、第三繩索5和第四繩索6由上至下依次設(shè)置在槽形基板6的槽內(nèi)，第一繩索1的左端穿過(guò)槽形基板6的左端固裝在第一輸出輪15上，第一繩索1的右端穿過(guò)槽形基板6的右端、第一繩索套11后固定在腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22上，第二繩索2的左端穿過(guò)槽形基板6的左端固裝在第一輸出輪15上，第二繩索2的右端穿過(guò)槽形基板6的右端、第二繩索套12后固定在腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22上，第三繩索3的左端穿過(guò)槽形基板6的左端固裝在第二輸出輪16上，第三繩索3的右端穿過(guò)槽形基板6的右端、第三繩索套13后固定在手掌部件24上，第四繩索4的左端穿過(guò)槽形基板6的左端固裝在第二輸出輪16上，第四繩索4的右端穿過(guò)槽形基板6的右端、第四繩索套14后固定在手掌部件24上，第一輸出輪15固裝在第一電機(jī)17的輸出軸上，第二輸出輪16固裝在第二電機(jī)18的輸出軸上，第一預(yù)緊裝置7固裝在第一繩索1上，第二預(yù)緊裝置8固裝在第二繩索2上，第三預(yù)緊裝置9固裝在第三繩索3上，第四預(yù)緊裝置10固裝在第四繩索4上。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是第二安裝軸頭22-1的軸線與第一安裝軸頭21-1的軸線重合。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是第一預(yù)緊裝置7、第二預(yù)緊裝置8、第三預(yù)緊裝置9和第四預(yù)緊裝置10均由U形座7-1、左U形連接件7-2、右U形連接件7-3、左預(yù)緊螺栓7-4、右預(yù)緊螺栓7-5、左螺釘7-6、右螺釘7-7、左螺母7-8和右螺母7-9，U形座7-1的U形開口朝前設(shè)置，U形座7-1的左側(cè)邊上設(shè)有左螺紋孔7-1-1，U形座7-1的右側(cè)邊上設(shè)有右螺紋孔7-1-2，左U形連接件7-2和右U形連接件7-3對(duì)稱設(shè)置在U形座7-1的左右端，且左U形連接件7-2和右U形連接件7-3的U形開口分別朝向外側(cè)，左U形連接件7-2上設(shè)有與左螺紋孔7-1-1正對(duì)的左預(yù)緊螺栓通過(guò)孔7-2-1，右U形連接件7-3上設(shè)有與右螺紋孔7-1-2正對(duì)的右預(yù)緊螺栓通過(guò)孔7-3-1，左預(yù)緊螺栓7-4穿過(guò)左預(yù)緊螺栓通過(guò)孔7-2-1與左螺紋孔7-1-1螺紋連接，右預(yù)緊螺栓7-5穿過(guò)右預(yù)緊螺栓通過(guò)孔7-3-1與右螺紋孔7-1-2螺紋連接，左螺釘7-6豎向穿過(guò)左U形連接件7-2上的兩個(gè)U形邊后與左螺母7-8螺紋連接，右螺釘7-7豎向穿過(guò)右U形連接件7-3上的兩個(gè)U形邊后與右螺母7-9螺紋連接。

左螺釘7-6和右螺釘7-7用于連接兩端的繩索，繩索可以繞著該螺釘打結(jié)。左螺母7-8和右螺母7-9用于固定螺釘，防止螺釘脫落。左螺母7-8和右螺母7-9還用于調(diào)節(jié)兩端繩索的相對(duì)位移，從而起到預(yù)緊作用，由于繩索的拉力，所以，左U形連接件7-2和右U形連接件7-3緊貼著左預(yù)緊螺栓7-4和右預(yù)緊螺栓7-5，左預(yù)緊螺栓7-4與左U形連接件7-2的連接孔為通孔，右預(yù)緊螺栓7-5與右U形連接件7-3的連接孔為通孔，所以，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，兩端的繩索不會(huì)隨著左預(yù)緊螺栓7-4和右預(yù)緊螺栓7-5的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是槽形基板6包括基板6-1、兩個(gè)角板6-2、兩個(gè)連接板6-3和數(shù)個(gè)套管6-4，兩個(gè)角板6-2設(shè)置在基板6-1的前面，兩個(gè)連接板6-3設(shè)置在基板6-1的后面，兩個(gè)角板6-2相對(duì)基板6-1的豎直中心線N-N對(duì)稱設(shè)置，且角板6-2的內(nèi)角朝里，每個(gè)角板6-2的側(cè)邊由上至下依次設(shè)有數(shù)個(gè)繩索孔6-2-1，每個(gè)繩索孔6-2-1的外側(cè)對(duì)應(yīng)一個(gè)套管6-4，且套管6-4與角板6外側(cè)連接。套管6-4用于繩索穿過(guò)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第一電機(jī)安裝架32和第二電機(jī)安裝架33，第一電機(jī)17固裝在第一電機(jī)安裝架32上，第一電機(jī)安裝架32固裝在背板5上，第二電機(jī)18固裝在第二電機(jī)安裝架33上，第二電機(jī)安裝架33固裝在背板5上。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式四相同。

本發(fā)明的工作原理：

第一電機(jī)17驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)的橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)：通過(guò)第一繩索1和第二繩索2實(shí)現(xiàn)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)，第一編碼器26測(cè)取實(shí)際橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)角度。第一電機(jī)17，帶動(dòng)第一輸出輪15轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第一繩索1和第二繩索2帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22轉(zhuǎn)動(dòng)，利用第一預(yù)緊裝置7、第二預(yù)緊裝置8對(duì)第一繩索1和第二繩索2進(jìn)行預(yù)緊，腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22帶動(dòng)腕關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)部件23、手掌部件24、掌托部件25繞著腕關(guān)節(jié)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)部件22轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，掌托部件25與人體手掌連接，從而實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)帶動(dòng)人體手掌繞著腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)橈偏/尺偏運(yùn)動(dòng)。

第二電機(jī)18驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)：通過(guò)第三繩索3和第四繩索4實(shí)現(xiàn)屈伸運(yùn)動(dòng)，第二編碼器28測(cè)取實(shí)際屈伸運(yùn)動(dòng)。第二電機(jī)18，帶動(dòng)第二輸出輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)第三繩索3、第四繩索4帶動(dòng)手掌部件24繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，利用第三預(yù)緊裝置9、第四預(yù)緊裝置10對(duì)第三繩索3、第四繩索4進(jìn)行預(yù)緊，手掌部件帶動(dòng)掌托部件25繞著手掌部件的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，掌托部件25與人體手掌連接，從而腕關(guān)節(jié)帶動(dòng)人體手掌繞著腕關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)屈伸運(yùn)動(dòng)。