可穿戴上肢外骨骼

渲染及穿戴效果

效果展示视频 搭载人工肌肉测试视频

基本尺寸

• 此款外骨骼只有一个自由度，穿戴上略微有束缚感，并且肩部没有固定部件，容易脱落。
• 按我身体的尺寸进行设计，所以并不适合所有人穿戴。
• 我的手腕宽度60mm，厚度40mm，前臂最宽处90mm，腕部到肘部转动轴心的距离为230mm，上臂最宽处90mm。前臂抬起来后肘部宽度100mm，上臂最厚处90mm。

构造说明

1. 外骨骼基板

• 模型表面有六边形凹槽或穿孔，用于镶嵌尼龙螺母，下同。
• 1 2 是上臂的后部支撑，分为左右两部分，通过螺栓(红色点状物)共同固定在 6 从而形成一个整体。
• 3 是前臂后部支撑。
• 4 和 1 2 一起用于固定人体上臂。
• 5 和 3 一起用于固定人体前臂。

2. 肘部旋转轴

• 旋转轴 7 通过螺栓(红色点状物)固定在 3 上， 1 可以套在上面转动。
• 旋转轴 8 通过螺栓(红色点状物)固定在 3 上， 2 可以套在上面转动。
• 9 和 10 是螺帽。

3. 人工肌肉凹槽(用于铺设软体人工肌肉)

1. 11 至 16 用于铺设抬起前臂的人工肌肉，通过螺栓(红色点状物)固定在基板上(透明部分)。

• 11 12 是上臂两侧的人工肌肉凹槽，顶端与动力装置结合。
• 13 14 是肘部两侧的人工肌肉凹槽，可以套在肘部旋转轴 7 8 上，便于定位。
• 15 16 是前臂两侧的人工肌肉凹槽，末端有人工肌肉固定端。

2. 17 至 19 用于铺设下拉前臂的人工肌肉，通过螺栓(红色点状物)固定在基板上(透明部分)。

• 17 位于上臂正中，顶端与动力装置结合。
• 18 位于肘部，通过螺栓(红色点状物)固定在 13 14 。
• 19 位于前臂正中，末端有人工肌肉固定端。

4. 动力装置

1. 21 至 23 是齿轮盒，用于容纳齿轮组和电机，之间通过螺栓(红色点状物)组合在一起。

• 21 用于固定电机 20 ，并通过螺栓(红色点状物)与基板固定(透明部分)。
• 23 是齿轮盒底板，通过螺栓(红色点状物)与人工肌肉凹槽固定(深色部分)。其中与人工肌肉结合的三个承台设有标记，应与齿轮组上的标记相匹配。
• 24 是齿轮组，其中与人工肌肉结合的三个齿轮 24a 24c 24e 底部设有标记，并与 23 上的标记相匹配。尼龙材料打印的齿轮轴容易断，我的就断了，或许可以尝试金属轴代替。

2. 25 至 27 用于固定人工肌肉，设有标记，并与 23 上的标记相匹配。

5. 束缚装置

• 28 魔术贴扎带， 29 是圆形扣件，本次使用圆形扣件不合适，很容易脱落，也许使用螺帽比较好。
• 9 和 10 是螺帽，用于进一步固定肘部肌肉凹槽 13 和 14 。

6. 人工肌肉路径规划

• 人工肌肉 30 起到将前臂下拉的作用，动力输入端位于 26 ，锚点位于前臂的 33 。
• 人工肌肉 31 起到将前臂上抬的作用，动力输入端位于 25 和 27 ，锚点位于前臂的 32 和 34 。
• 齿轮 24c 与 24a 24e 通过旋转使人工肌肉束 30 与 31 分别收缩和舒张，或相反。

组装

1. 组装标记及模型文件夹描述

• 3D打印模型表面都标有标记，3D打印文件以标记命名；有些部件太小没办法标记文字，就在表面刻画了凹点，文件名以凹点的数量结尾，比如齿轮"GEAR-4.stl"就表示表面有4个凹点。
• 模型文件夹目录结构

├── ANCHOR/
│   ├── ANCHOR-END0.stl
│   ├── ANCHOR-END2.stl
│   ├── ANCHOR-END4.stl
│   ├── ANCHOR-HEAD0.stl
│   ├── ANCHOR-HEAD2.stl
│   └── ANCHOR-HEAD4.stl
├── AXIS/
│   ├── AXIS-CAPL.stl
│   ├── AXIS-CAPR.stl
│   ├── AXIS-L.stl
│   └── AXIS-R.stl
├── BACK/
│   ├── BACK-DOWN.stl
│   └── BACK-UP.stl
├── BUCKLEx4/
│   └── BUCKLEx4.stl
├── COVER/
│   ├── COVER-DOWN.stl
│   └── COVER-UP.stl
├── GEAR/
│   ├── GEAR-0.stl
│   ├── GEAR-1.stl
│   ├── GEAR-2.stl
│   ├── GEAR-3.stl
│   └── GEAR-4.stl
├── GROOVER/
│   ├── GROOVER-BACKDOWN.stl
│   ├── GROOVER-BACKMIDDLE.stl
│   ├── GROOVER-BACKUP.stl
│   ├── GROOVER-DOWNL.stl
│   ├── GROOVER-DOWNR.stl
│   ├── GROOVER-MIDDLEL.stl
│   ├── GROOVER-MIDDLER.stl
│   ├── GROOVER-UPL.stl
│   └── GROOVER-UPR.stl
├── POWER/
│   ├── POWER-CAP1.stl
│   ├── POWER-CAP2.stl
│   └── POWER-CAP3.stl
└── SIDE/
    ├── SIDE-UPL.stl
    └── SIDE-UPR.stl

• 图片中标注序号与标记名称对应关系如下：

2. 准备材料

• 在组装之前你需要准备尼龙的螺丝、螺母以及六角尼龙隔离柱，使用尼龙而不是金属材质是为了可以根据实际情况进行裁剪。外骨骼各部件表面都设置有六边形凹槽，可以使用502胶水将螺母镶嵌在凹槽中。
• 至少57个尼龙M4螺母和螺丝，螺丝长度20mm，六边形螺母的对边长度为7mm；至少6个六角尼龙隔离柱，长度50mm，螺纹规格为M4。
• 魔术贴扎带两个，宽20mm，长度至少400mm。
• 502胶水，用于固定螺母。

3. 组装顺序

如何建模

1. 收集自身上肢关键尺寸形成截面，如前臂尺寸：

• 1 ：手腕
• 2 ：腕部宽度变化处
• 3 ：前臂最宽处
• 4 ：肘部端部
• 5 ：前臂最厚处

  

  

  

2. 前臂并不是中轴对称的异形柱，上下表面都是斜面，要对第一步生成的截面进行优化。尽可能不用曲面，用平面代替。上臂也是同样处理。

   

3. 检查上、前臂有无碰撞问题，同时修改完善。

   

4. 剩下的就交给审美了。

请继续关注更新——我将定期分享与外骨骼相关的新进展。

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