一種假肢臂差動關節(jié)機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種假肢臂差動關節(jié)機構，包括支架和固定于支架上的兩電機、兩減速機構、兩傳動機構和差動齒輪關節(jié)機構，兩電機的輸出軸分別依次連接兩減速機構、兩傳動機構和差動齒輪關節(jié)；差動齒輪關節(jié)包括第一錐齒輪軸、第二錐齒輪軸和第三錐齒輪軸，第一錐齒輪軸和第二錐齒輪軸均與第三錐齒輪軸嚙合，第一和第二錐齒輪軸的軸端分別作為第一和第二驅動端；當兩電機同向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的前屈或后伸運動；當兩電機反向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的外展或內收運動。本發(fā)明在保證功率和兩自由度的情況下簡化了結構，解決了現有關節(jié)體積和重量過大的問題。
【專利說明】一種假肢臂差動關節(jié)機構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領域，具體涉及一種假肢臂差動關節(jié)機構。
【背景技術】
[0002]為了提高殘疾人士的生活自理能力，研發(fā)小巧、輕質的假肢成為當務之急。在假肢臂的研發(fā)中，關節(jié)機構是其核心內容。如今，研究者急需解決假肢臂關節(jié)設計的以下困境:一方面，假肢臂需要具有相當的功率以便操作具有一定質量的物體；而另一方面，假肢臂需要具有較小的體積和較輕的重量以使使用者感覺舒適。目前，傳統(tǒng)的假肢臂關節(jié)常常采用電機、齒輪減速器和驅動、傳動方法和旋轉、平移副的關節(jié)方法。在這些方法中，每個關節(jié)只能實現一個自由度，由一個電機提供功率，而且驅動和傳動與關節(jié)直接連接，這些因素使得關節(jié)的體積大、重量大、不美觀，同時也使得假肢臂上多個關節(jié)的布局十分困難?，F有假肢為了避免上述關節(jié)問題I常常采用減少自由度數的方法，然而這樣會極大地減小假肢臂的靈巧性。

【發(fā)明內容】

[0003]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種假肢臂的關節(jié)機構，在保證功率和兩自由度的情況下簡化了結構，解決了現有關節(jié)體積、重量過大的問題。
[0004]一種假肢臂差動關節(jié)機構，包括支架和固定于支架上的第一電機、第一減速機構、第一傳動機構、第二電 機、第二減速機構、第二傳動機構和差動齒輪關節(jié)機構，第一電機的輸出軸依次連接第一減速機構、第一傳動機構和差動齒輪關節(jié)的第一驅動端，第二電機的輸出軸依次連接第二減速機構、第二傳動機構和差動齒輪關節(jié)的第二驅動端；
[0005]所述差動齒輪關節(jié)包括第一錐齒輪軸、第二錐齒輪軸和第三錐齒輪軸，第一錐齒輪軸和第二錐齒輪軸均與第三錐齒輪軸嚙合，第一和第二錐齒輪軸的軸端分別作為第一和第二驅動端；當兩電機同向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的前屈或后伸運動；當兩電機反向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的外展或內收運動。
[0006]進一步地,所述第一和第二傳動機構采用同步帶傳動機構。
[0007]進一步地,所述同步帶傳動機構包括小帶輪、同步帶、張緊輪和大帶輪，小帶輪通過同步帶連接大帶輪，張緊輪用于調整同步帶張力。
[0008]進一步地,所述第一和第二減速機構采用諧波減速機構。
[0009]進一步地，所述諧波減速機構包括諧波減速器、第一圓珠滾子軸承、第二圓珠滾子軸承、法蘭和端蓋，諧波減速器的輸出軸側壁通過第一圓珠滾子軸承和法蘭連接支架，諧波減速器的輸出軸端部通過第二圓珠滾子軸承連接端蓋，端蓋固定于支架。
[0010]本發(fā)明的技術效果體現在:
[0011]當電機旋轉時，輸出軸帶動諧波減速器旋轉，諧波減速器輸出軸帶動小帶輪旋轉，小帶輪通過同步帶將運動傳遞給大帶輪，從而帶動差動齒輪關節(jié)工作。本發(fā)明中的差動齒輪關節(jié)是假肢臂的肘關節(jié)，為了簡化運動的合成，組成差動齒輪的三個齒輪軸設計成具有相同的錐齒輪，可實現兩個自由度的運動。當兩臺電機同向等速旋轉時，關節(jié)能夠完成前屈和后伸動作；當兩臺電機反向等速旋轉時，關節(jié)能夠完成外展和內收動作。
[0012]為了盡量減小驅動系統(tǒng)與關節(jié)的體積和重量，本發(fā)明采用了差動錐齒輪機構，它能夠以很小的體積實現兩自由度的假肢關節(jié)。同時，差動關節(jié)的兩個自由度的運動的力矩由兩個電機提供，使得在輸出力一定的條件下，驅動和傳動系統(tǒng)的體積得到極大的減小。
[0013]現有的關節(jié)大多數采用電機和齒輪減速器組合方式驅動關節(jié)機構運動，電機和齒輪減速器一般整體安裝在假肢關節(jié)處，體積龐大，非常笨重。本發(fā)明進行了改進，選用電機、諧波減速器和同步帶傳動機構的組合方式，電機和諧波減速器放置于遠離關節(jié)的上臂，同步帶傳動機構將電機輸出的動力傳遞到關節(jié)機構，并且諧波減速器體積小、減速比大，使得假肢臂關節(jié)處在外形和運動上更加美觀、擬人和小巧。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明主視圖。
[0015]圖2為本發(fā)明側視圖。
[0016]圖3為圖2的A-A剖視圖。
[0017]圖4為張緊輪主視圖。
[0018]圖5為圖4的B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0020]以下結合附圖和實例對本發(fā)明進一步說明。
[0021]如圖1所不,本發(fā)明實施例包括支架1、第一電機2、第一諧波減速機構3、第一同步帶傳動機構4、第二電機5、第二諧波減速機構6、第二同步帶傳動機構7、差動齒輪關節(jié)機構8。所述第一電機2、第二電機5、第一諧波減速器3、第二諧波減速機構6固定在支架I上。第一電機2和第一諧波減速機構3連接，第二電機5和第二諧波減速機構6連接。第一諧波減速機構3和第一同步帶傳動機構4連接,第二諧波減速機構6和第二同步帶傳動機構7連接。第一同步帶傳動機構4和第二同步帶傳動機構7分別和差動齒輪關節(jié)機構8連接。當電機旋轉時，其輸出軸帶動諧波減速機構旋轉，諧波減速機構輸出軸通過同步帶傳動機構帶動差動齒輪關節(jié)機構實現關節(jié)運動。
[0022]支架為其他部件提供機械支撐。如圖1和2所示，所述支架I包括第一連接架1-1、電機支架1-2、第一諧波減速器輸出軸支架1-3、第二諧波減速器輸出軸支架1-4、第一連接板1-5、第二連接板1-6、第一錐齒輪支架1-7和第二錐齒輪支架1-8。第一連接架1-1通過螺釘與電機支架1-2、第一諧波減速器輸出軸支架1-3和第二諧波減速器輸出軸支架1-4固定。第一連接板1-5和第二連接板1-6通過螺釘固定電機支架1-2、第一諧波減速器輸出軸支架1-3和第二諧波減速器輸出軸支架1-4。差動齒輪關節(jié)機構的第一錐齒輪支架1-7通過螺釘固定在電機支架1-2、第一諧波減速器輸出軸支架1-3和第二諧波減速器輸出軸支架1-4上，并為差動齒輪關節(jié)機構8提供支撐。
[0023]如圖3所示。第一電機2和第二電機5通過螺釘固定在電機支架1-2上。第一電機2和第二電機5作為動力源，可采用直流伺服電機、步進電機和交流電機等。在同一種電機內優(yōu)選小型盤式電機，這使得本發(fā)明在外形和運動上更加小巧。
[0024]第一諧波減速機構包括:第一諧波減速器3-1、第一圓珠滾子軸承3-3、第二圓珠滾子軸承3-4、第一法蘭3-5、第一端蓋3-6。第二諧波減速機構包括:第二諧波減速器6-1、第六圓珠滾子軸承6-3、第七圓珠滾子軸承6-4、第三法蘭6-5、第二端蓋6-6。第一諧波減速器3-1通過螺釘固定在電機支架1-2上并與第一電機2相連。第一諧波減速器的輸出軸
3-2通過第一圓珠滾子軸承3-3、第二圓珠滾子軸承3-4、第一法蘭3-5與諧波減速器輸出軸支架1-3和第一端蓋3-6相連。第二諧波減速器6-1通過螺釘固定在電機支架1-2上，并與第二電機5相連。第二諧波減速器的輸出軸6-2通過第六圓珠滾子軸承6-3、第七圓珠滾子軸承6-4和第三法蘭6-5與第二諧波減速器輸出軸支架1-4和第二端蓋6-6相連。諧波減速器輸出軸支架為諧波減速器輸出軸提供機械支撐，法蘭用于圓柱滾子軸承的軸向定位，端蓋主要起到防止諧波減速器輸出軸擺動作用，除此之外還能夠防止同步帶傳動機構的小帶輪滑出。
[0025]如圖2、圖3所示，同步帶傳動機構包括:第一同步帶傳動機構4和第二同步帶傳動機構7。第一同步帶傳動機構4包括:第一小帶輪4-1、第一同步帶4-2、第一張緊輪4-3、第一大帶輪4-4。第二同步帶傳動機構7包括:第二小帶輪7-1、第二同步帶7-2、第二張緊輪7-3、第二大帶輪7-4 。第一小帶輪4-1通過平鍵周向固定在第一諧波減速器輸出軸上，第一同步帶4-2兩端分別通過齒與第一小帶輪4-1和第一大帶輪4-4哨合,第一大帶輪4-4通過平鍵與差動齒輪關節(jié)機構的第一齒輪軸固定。第二小帶輪7-1通過平鍵周向固定在第二諧波減速器輸出軸上，第二同步帶7-2的兩端分別通過齒與第二小帶輪7-1和第二大帶輪7-4嚙合，第二大帶輪通過平鍵與第二齒輪軸固定。第一張緊輪4-3和第二張緊輪7-3分別固定在第一和第二諧波減速器支架上，用于張緊同步帶。
[0026]如圖4、圖5所示。第一張緊輪4-3包括:第一張緊軸4_3A、第一張緊軸套4_3B、第一張緊螺母4-3C、第一張緊圓珠滾子軸承4-3D、第二張緊圓珠滾子軸承4-3E、第一卡簧
4-3F、第一張緊環(huán)4-3G。第二張緊輪與第一張緊輪結構相同。第一張緊軸套具有偏心結構，通過螺母4-3C固定在第一張緊軸4-3A上。第一張緊圓珠滾子軸承4-3D和第二張緊圓珠滾子軸承4-3E通過卡簧軸向固定。第一張緊環(huán)套在第一張緊圓珠滾子軸承4-3D和第二張緊圓珠滾子軸承4-3E上。通過旋轉第一張緊軸套4-3B可以調整第一張緊輪和第一同步帶的距離，從而調整張緊程度。
[0027]如圖3所示,差動齒輪關節(jié)8包括:第一錐齒輪軸8-1、第三圓珠滾子軸承8-2、第四圓珠滾子軸承8-3、第五圓珠滾子軸承8-4、第二法蘭8-5。第二錐齒輪軸8-6、第四圓珠滾子軸承8-7、第五圓珠滾子軸承8-8、第六圓珠滾子軸承8-9、第四法蘭8-10。第三錐齒輪軸8-11，第十一圓珠滾子軸承8-12、第十二圓珠滾子軸承8-13、第十三圓珠滾子軸承8-14、第一套筒8-15、第二套筒8-16、第一螺母8-17、第二螺母8_18、擋圈8_19、第五法蘭8_20、第二連接架8-21。
[0028]差動齒輪關節(jié)由第一錐齒輪軸8-1、第二錐齒輪軸8-6和第三錐齒輪軸8-11嚙合而成。第一錐齒輪軸8-1的軸端通過第三圓珠滾子軸承8-2和第二法蘭8-5連接在第一錐齒輪支架1-7上，通過第四圓珠滾子軸承8-3和第五圓珠滾子軸承8-4與第二錐齒輪支架1-8連接。第二錐齒輪軸8-6通過第四圓珠滾子軸承8-7和第四法蘭8-10連接在第一錐齒輪支架1-7上，通過第五圓珠滾子軸承8-8和第六圓珠滾子軸承8-9與第二錐齒輪支架1-8連接。第三錐齒輪軸8-11通過第十一圓珠滾子軸承8-12、第十二圓珠滾子軸承8-13與第二錐齒輪支架1-8連接，通過第十三圓珠滾子軸承8-14、第五法蘭8-20與第二連接架8-21相連接。第十三圓珠滾子軸承8-14通過第一套筒8-15和第二套筒軸8-16向固定。第二套筒8-16通過擋圈8-19、第一螺母8-17和第二螺母8_18軸向固定。第一錐齒輪支架1_7為第一錐齒輪軸8-1和第二錐齒輪軸8-6提供機械支撐，并進行軸向定位；第二錐齒輪支架1-8為第三錐齒輪軸8-11提供軸向定位。當兩電機同向轉動，則在同步帶傳動機構的帶動下，兩齒輪軸8-1，8-6協(xié)作帶動與其嚙合的第三錐齒輪軸8-11旋轉，完成關節(jié)的前屈或后伸運動；當兩電機反向轉動，則在同步帶傳動機構的帶動下，兩齒輪軸8-1,8-6協(xié)作帶動與其嚙合的第三錐齒輪軸8-11旋轉，完成關節(jié)的外展或內收運動。
[0029]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種假肢臂差動關節(jié)機構,包括支架和固定于支架上的第一電機、第一減速機構、第一傳動機構、第二電機、第二減速機構、第二傳動機構和差動齒輪關節(jié)機構，第一電機的輸出軸依次連接第一減速機構、第一傳動機構和差動齒輪關節(jié)的第一驅動端，第二電機的輸出軸依次連接第二減速機構、第二傳動機構和差動齒輪關節(jié)的第二驅動端； 所述差動齒輪關節(jié)包括第一錐齒輪軸、第二錐齒輪軸和第三錐齒輪軸，第一錐齒輪軸和第二錐齒輪軸均與第三錐齒輪軸嚙合，第一和第二錐齒輪軸的軸端分別作為第一和第二驅動端；當兩電機同向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的前屈或后伸運動；當兩電機反向轉動，驅使第一和第二齒輪軸協(xié)作帶動第三錐齒輪軸旋轉，完成關節(jié)的外展或內收運動。
2.根據權利要求1所述的假肢臂差動關節(jié)機構，其特征在于，所述第一和第二傳動機構采用同步帶傳動機構。
3.根據權利要求2所述的假肢臂差動關節(jié)機構，其特征在于，所述同步帶傳動機構包括小帶輪、同步帶、張緊輪和大帶輪，小帶輪通過同步帶連接大帶輪，張緊輪用于調整同步帶張力。
4.根據權利要求1所述的假肢臂差動關節(jié)機構，其特征在于，所述第一和第二減速機構采用諧波減速機構。
5.根據權利要求4所述的假肢臂差動關節(jié)機構，其特征在于，所述諧波減速機構包括諧波減速器、第一圓珠滾子軸承、第二圓珠滾子軸承、法蘭和端蓋，諧波減速器的輸出軸側壁通過第一圓珠滾子軸承和法蘭連接支架，諧波減速器的輸出軸端部通過第二圓珠滾子軸承連接端蓋， 端蓋固定于支架。
【文檔編號】A61F2/50GK103536378SQ201310335059
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2013年8月2日
【發(fā)明者】熊蔡華, 賀磊, 陳文斌, 孫容磊 申請人:華中科技大學