一种轻型柔性助力外肢体制造技术

本实用新型专利技术涉及柔性连接件领域，具体地说是一种轻型柔性助力外肢体，包括端帽、连接帽、底座和多组弹性元件，各组弹性元件依次相连，最上层一组弹性元件的上端设有端帽，最下层一组弹性元件的下端设有底座，所述弹性元件包括主体和布满于主体外壁上的弹性环，且所述主体通过所述弹性环施加电压时促使延伸。本实用新型专利技术具有高适应性和稳健性，人机交互安全性高，并且制造成本低，重量轻，具有高有效载荷重量比。

【技术实现步骤摘要】
一种轻型柔性助力外肢体
本技术涉及柔性连接件领域，具体地说是一种轻型柔性助力外肢体。
技术介绍
可穿戴式外肢体正在逐渐走入人类日常生活，用于辅助人类进行各种康复治疗和体力操作。但是现有技术中的大多数可穿戴式外肢体仍然面临由于其刚性设计所带来的挑战，例如重量较高，尺寸较大及刚性结构与人体组织之间的碰撞造成伤害等问题。这些挑战直接导致了用户在使用过程中遇到的一些安全问题，限制了该
未来发展前景。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种轻型柔性助力外肢体，具有高适应性和稳健性，人机交互安全性高，并且制造成本低，重量轻，具有高有效载荷重量比。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种轻型柔性助力外肢体，包括端帽、连接帽、底座和多组弹性元件，各组弹性元件依次通过连接帽相连，最上层一组弹性元件的上端设有端帽，最下层一组弹性元件的下端设有底座，所述弹性元件包括主体和布满于主体外壁上的弹性环，且所述主体通过所述弹性环施加电压时促使延伸。所述各组弹性元件通过底座带动整体移动，所述端帽连接末端执行器。各组中的弹性元件直径由上到下依次增加。每组中均设有四个弹性元件。所述连接帽上设有同轴心的连接孔和连接槽，且所述连接孔与连接帽上侧的弹性元件固连，所述连接槽与下侧的弹性元件固连。所述端帽上设有安装孔。所述底座外侧设有安装板。所述弹性元件通过3D打印机制作。本技术的优点与积极效果为：1、本技术包括多组弹性元件，且每个弹性元件可通过弹性环施加电压促使主体延长，并其属于同一组的不同弹性元件延伸长度不同实现弯曲运动，对于不断变化的环境具有高适应性和稳健性。2、本技术在操作任务过程中，由于其本身的高兼容性，与使用者身体协作而不会造成使用者受伤及外肢体损伤，消除刚性约束带来的不便及缺陷，促进使用者对于这种装置的心理接受，人机交互安全性高。3、本技术制作成本低，且重量轻，具有高有效载荷重量比，结构坚固，可以长期使用。4、本技术末端可根据安装连续体外肢体、吸盘，软抓具或定制的工具架等各种类型的末端执行器，使用灵活。附图说明图1为本技术的结构示意图，图2为图1中弹性元件的另一种结构示意图，图3为制作弹性元件中的3D打印模具结构示意图，图4为图1中连接帽一种尺寸的结构示意图，图5为图1中连接帽另一种尺寸的结构示意图，图6为图1中端帽的结构示意图，图7为图1中底座的结构示意图。其中，1为端帽，101为安装孔，2为弹性元件，201为弹性环，202为主体，3为连接帽，301为连接孔，302为连接槽，4为底座，401为安装板，5为3D打印模具，501为第一外壳，502为形芯，503为第二外壳。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详述。如图1～7所示，本技术包括端帽1、连接帽3、底座4和多组弹性元件2，各组弹性元件2依次通过连接帽3相连，且最上层一组弹性元件2的上端设有端帽1，最下层一组弹性元件2的下端设有底座4。本技术使用时，所述底座4可安装于竖直或水平面上的线性滑台上滑动，所述端帽1与连续体外肢体连接，或按照任务要求选择不同的末端执行器，比如吸盘、软抓具或定制的工具架等，所述弹性元件2实现延伸弯曲运动。所述弹性元件2为管状结构，或者如图2所示，为两个半环间增加直线连接部的结构，以使其具有更大的接触面积。所述弹性元件2包括主体202和弹性环201，每个弹性环201均沿着主体202圆周方向设置且各个弹性环201等间距排列布满整个主体202外壁，所述主体202材料为不可压缩的超弹性软材料，如硅胶材质，所述述弹性环201为丙烯腈丁二烯苯乙烯，所述弹性环201一方面可以抑制主体202在运动过程中的径向膨胀，仅允许其轴向伸长，另一方面在施加电压时可以促使主体202进行线性伸展运动，而同一组中的不同弹性元件2延伸长度不同即可实现该组弹性元件2弯曲运动。本实施例中，所述弹性元件2采用3D打印机制作，其采用的3D打印模具5如图3所示，包括第一外壳501、形芯502和第二外壳503，所述第一外壳501和第二外壳503内部设有等间距的半环状凸起部用于在主体202上形成等间距的凹槽以放置弹性环201，制作时将第一外壳501和第二外壳503固定在一起，并将硅氧烷混合物倒入外壳与型芯502之间形成的模腔中，然后烘烤固化。图3所示为弹性元件2的主体202为管状时的模具结构。弹性环201通过3D打印机使用Objet30ABS材料打印而成并插入固定于所述主体201上相应的凹槽中。各组弹性元件2之间通过连接帽3连接，如图4～5所示，所述连接帽3上设有同轴心的连接孔301和连接槽302，且连接孔301与连接帽3上侧的弹性元件2固连，连接槽302与下侧的弹性元件2固连。本实施例中，所述弹性元件2端部通过硅树脂粘合剂与对应的连接帽3粘合后再通过螺栓螺母固连，以保证结合牢固。如图1所示，各组中的每个弹性元件2直径由上到下依次增加，因此如图4～5所示，所述连接帽3的尺寸也随之改变以实现不同直径弹性元件2的连接。如图1所示，本实施例中，每组均设有四个弹性元件2，如图4～5所示，所述连接帽3呈正方形，且各个角端均设有同轴心的连接孔301和连接槽302用于固定对应的弹性元件2端部。如图6所示，所述端帽1上设有安装孔101用于固定最上层弹性元件2端部，本实施例中，所述端帽1与弹性元件2数量对应呈正方形且各个角端均设有安装孔101。如图7所示，所述底座4外侧设有安装板401与滑台等部件连接，最下层弹性元件2的下端均固装于所述底座4上。本实施例中，所述底座4可以安装在竖直或水平面内的线性滑台上滑动，所述线性滑台使用由伺服电机和滚珠丝杠线性组成的驱动系统进行驱动，此为本领域公知技术，从而带动安装本技术之上的连续体外肢体的在水平面和竖直面内进行移动操作。本技术的工作原理为：本技术工作时，所述底座4通过线性滑台等部件带动实现移动，进而带动本技术及安装于本技术上的连续体外肢体等部件实现移动，各组弹性元件2依次通过连接帽3连接，且所述弹性元件2中的弹性环201在施加电压时可以促使主体202进行线性伸展运动，而同一组中的不同弹性元件2延伸长度不同即可实现该组弹性元件2弯曲运动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻型柔性助力外肢体，其特征在于：包括端帽(1)、连接帽(3)、底座(4)和多组弹性元件(2)，各组弹性元件(2)依次通过连接帽(3)相连，最上层一组弹性元件(2)的上端设有端帽(1)，最下层一组弹性元件(2)的下端设有底座(4)，所述弹性元件(2)包括主体(202)和布满于主体(202)外壁上的弹性环(201)，且所述主体(202)通过所述弹性环(201)施加电压时促使延伸。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻型柔性助力外肢体，其特征在于：包括端帽(1)、连接帽(3)、底座(4)和多组弹性元件(2)，各组弹性元件(2)依次通过连接帽(3)相连，最上层一组弹性元件(2)的上端设有端帽(1)，最下层一组弹性元件(2)的下端设有底座(4)，所述弹性元件(2)包括主体(202)和布满于主体(202)外壁上的弹性环(201)，且所述主体(202)通过所述弹性环(201)施加电压时促使延伸。


2.根据权利要求1所述的轻型柔性助力外肢体，其特征在于：所述各组弹性元件(2)通过底座(4)带动整体移动，所述端帽(1)连接末端执行器。


3.根据权利要求1或2所述的轻型柔性助力外肢体，其特征在于：各组中的弹性元件(2)直径由上到下依次增加。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘金国，佟玉闯，刘玉旺，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁;21