一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過臂桿下端(2)沿著滑軌(3)相對(duì)臂桿上端(1)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)臂桿的長(zhǎng)度，同時(shí)調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿張緊模塊(8)保證鋼絲繩的張緊。本發(fā)明旨在解決繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂調(diào)節(jié)臂長(zhǎng)同時(shí)保證鋼絲繩張緊困難、張緊度難保證等問題。
【專利說(shuō)明】
一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種外骨骼機(jī)械臂，屬于康復(fù)醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)上肢由于各種原因受傷，為了更快、更好的恢復(fù)肢體機(jī)能，康復(fù)治療就顯得尤為重要。但是病人特別是嚴(yán)重傷殘病人接受治療時(shí)，需要治療師長(zhǎng)期一對(duì)一陪同、指導(dǎo)下進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練。該療法訓(xùn)練過程簡(jiǎn)單，但工作強(qiáng)度高且要求治療師有高度熟練的技巧。
[0003]隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在簡(jiǎn)單重復(fù)工作上體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外開始了機(jī)械臂輔助病人康復(fù)的研究，不少國(guó)家已經(jīng)取得了相應(yīng)的成果。華盛頓大學(xué)CADEN-7康復(fù)機(jī)械臂是通過采集人手臂肌電型號(hào)反饋控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的7自由度繩驅(qū)動(dòng)外骨骼，UMPACT外骨骼通過傳感器信息選擇康復(fù)方案的4自由度外骨骼機(jī)械臂，日本筑波大學(xué)研發(fā)了面向高齡護(hù)理、殘疾人輔助及危險(xiǎn)作業(yè)的全身外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)HAL-5。國(guó)內(nèi)也有不少學(xué)校在康復(fù)機(jī)械臂上取得了成果。上海交通大學(xué)研制沒有添加任何外部驅(qū)動(dòng)裝置與控制電路的上肢康復(fù)機(jī)器人，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研制了一款集單關(guān)節(jié)訓(xùn)練、多關(guān)節(jié)訓(xùn)練和日常生活行為動(dòng)作訓(xùn)練于一體的綜合性偏癱上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)存在繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂調(diào)節(jié)臂長(zhǎng)同時(shí)保證鋼絲繩張緊困難、張緊度難保證等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括:臂桿上端、臂桿下端、滑軌、直線軸承、第一螺釘、第二螺釘、第三螺釘、蝸輪蝸桿張緊模塊;其中，
[0007]所述臂桿上端與滑軌通過第一螺釘固定，所述臂桿下端與直線軸承通過第二螺釘固定，所述滑軌穿過直線軸承，所述臂桿上端與臂桿下端通過第三螺釘固定。
[0008]優(yōu)選地，所述蝸輪蝸桿張緊模塊包括:支座、電機(jī)、繞線輪b、繞線輪a、蝸桿、蝸輪、第一軸承、第二軸承、第三軸承、軸承座、第一端蓋、第二端蓋、鍵、第一繩、第二繩；
[0009]所述支座和電機(jī)固定，所述繞線輪a和電機(jī)連接在一起，所述軸承座與蝸輪與軸承與繞線輪a過盈配合，蝸輪與繞線輪a通過鍵固定在一起，所述蝸桿通過第四軸承安裝在繞線輪a中，并用第二端蓋卡住，所述第一軸承設(shè)置在支座和軸承座之間，并用第二端蓋卡住，所述第二軸承設(shè)置在繞線輪b與軸承座之間，所述蝸桿與蝸輪嚙合，所述第一繩、第二繩反向纏繞并分別固定在繞線輪a和繞線輪b上。
[0010]優(yōu)選地，松開所述第三螺釘，能夠?qū)崿F(xiàn)臂桿下端連同直線軸承沿著滑軌上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)臂桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。
[0011 ]優(yōu)選地，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)下，能夠?qū)崿F(xiàn)繞線輪a與繞線輪b的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)纏繞在繞線輪a和繞線輪b上的第一繩、第二繩的張緊與放松。
[0012]優(yōu)選地，所述臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)模塊與渦輪蝸桿張緊模塊共同實(shí)現(xiàn)臂長(zhǎng)的調(diào)節(jié)與繩的張緊。
[0013]本發(fā)明還提供了一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及以上技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0014]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括繩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明還提供了一種外骨骼，所述外骨骼包括根據(jù)以上技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂。
[0016]通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明解決了繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂調(diào)節(jié)臂長(zhǎng)同時(shí)保證鋼絲繩張緊困難、張緊度難保證的問題。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂示意圖
[0018]圖2是圖1中的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖
[0019]圖3是蝸輪蝸桿張緊模塊外部示意圖
[0020]圖4是本發(fā)明的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主視圖
[0021]圖5是本發(fā)明的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)左視圖
[0022]圖6是本發(fā)明的長(zhǎng)距離弧線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖7是本發(fā)明的小型繩傳動(dòng)滑輪結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025]圖1所示的是一種根據(jù)本發(fā)明的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼的機(jī)械臂，其可以用作病人的綜合性康復(fù)訓(xùn)練，并且特別優(yōu)選地，可以用于上肢的康復(fù)訓(xùn)練。在傷殘病人接受康復(fù)治療時(shí)，本發(fā)明的機(jī)械臂穿戴于病人身上，能夠代替康復(fù)治療師對(duì)病人進(jìn)行長(zhǎng)期、穩(wěn)定且準(zhǔn)確的康復(fù)訓(xùn)練。
[0026]人體上肢包括肩部、上臂、前臂和手四部分，包括肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié)。機(jī)械臂主要涉及肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。與人上肢關(guān)節(jié)--對(duì)應(yīng)，繩驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂自由度按3-1-3配置共有七個(gè)自由度，為了提高機(jī)械臂的性能，各關(guān)節(jié)都安裝有力傳感器。如圖1所示:大臂3個(gè)自由度(關(guān)節(jié)一(I)、關(guān)節(jié)二(2)2個(gè)擺動(dòng)自由度和關(guān)節(jié)三(3)周轉(zhuǎn)自由度)、肘部I個(gè)擺動(dòng)自由度(關(guān)節(jié)四(4))和小臂3個(gè)自由度(關(guān)節(jié)五(5)周轉(zhuǎn)自由度和關(guān)節(jié)六(6)、關(guān)節(jié)七(7)2個(gè)擺動(dòng)自由度)。
[0027]肘部的彎曲、大臂的旋轉(zhuǎn)以及2個(gè)擺動(dòng)，這四個(gè)關(guān)節(jié)由安裝在底部基座上的四個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電機(jī)通過繩以及滑輪，將力矩傳輸給上肢4個(gè)關(guān)節(jié)。
[0028]小臂的旋轉(zhuǎn)、手腕的2個(gè)擺動(dòng)，這三個(gè)關(guān)節(jié)由安裝在小臂各關(guān)節(jié)處的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。
[0029]本發(fā)明的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼的機(jī)械臂包括臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠?qū)ν夤趋赖臋C(jī)械臂長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)使用者的身體;驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為繩驅(qū)動(dòng)外骨骼的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。
[0030]驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0031]為了在減輕外骨骼機(jī)械臂質(zhì)量的同時(shí)最大程度的保證臂結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單穩(wěn)定，本發(fā)明的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼采用混合驅(qū)動(dòng)的方式。關(guān)節(jié)1、2、3、4采用繩驅(qū)動(dòng)并將電機(jī)等安置于基座中，關(guān)節(jié)5采用繩驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)6、7采用電機(jī)直驅(qū)。
[0032 ]以上所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還可以包括現(xiàn)有技術(shù)中的任何適用的驅(qū)動(dòng)類型，其中的電機(jī)可以使用例如交流電機(jī)、直流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī);其中的繩驅(qū)動(dòng)可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的任意類型，例如棉繩索、麻繩索、滌綸繩索、鋼絲繩索等。
[0033]臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)
[0034]如圖2所示，繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括:臂桿上端(201)、臂桿下端(202)、滑軌(203)、直線軸承(204)、第一螺釘(205)、第二螺釘(206)、第三螺釘(207)、蝸輪蝸桿張緊模塊(308);其特征在于，
[0035]臂桿上端(201)與滑軌(203)通過第一螺釘(205)固定，所述臂桿下端(202)與直線軸承(204)通過第二螺釘(206)固定，所述滑軌(203)穿過直線軸承(204)，所述臂桿上端(201)與臂桿下端(202)通過第三螺釘(207)固定。
[0036]蝸輪蝸桿張緊模塊包括:支座(409)、電機(jī)(410)、繞線輪b(411)、繞線輪a(412)、蝸桿(413)、蝸輪(414)、第一軸承(415)、第二軸承(416)、第三軸承(417)、軸承座(418)、第一端蓋(419)、第二端蓋(421)、鍵(422)、第一繩(323)、第二繩(324)；
[0037]支座(409)和電機(jī)(410)固定，所述繞線輪a(412)和電機(jī)(410)連接在一起，所述軸承座(418)與蝸輪(414)與軸承(411)與繞線輪a(412)過盈配合，蝸輪(414)與繞線輪a(412)通過鍵(422)固定在一起，所述蝸桿(413)通過第四軸承(420)安裝在繞線輪a(411)中，并用第二端蓋(421)卡住，所述第一軸承(415)設(shè)置在支座(409)和軸承座(418)之間，并用第二端蓋(419)卡住，所述第二軸承(416)設(shè)置在繞線輪b(411)與軸承座(418)之間，所述蝸桿
(413)與蝸輪(414)嚙合，所述第一繩(323)、第二繩(324)反向纏繞并分別固定在繞線輪a(412)和繞線輪b(411)上。
[0038]松開第三螺釘(207)，能夠?qū)崿F(xiàn)臂桿下端(202)連同直線軸承(204)沿著滑軌(203)上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)臂桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。
[0039]轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿(413)，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)下，能夠?qū)崿F(xiàn)繞線輪a(412)與繞線輪b(411)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)纏繞在繞線輪a(412)和繞線輪b(413)上的第一繩(323)、第二繩(324)的張緊與放松。
[0040]通過臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與蝸輪蝸桿張緊模塊共同實(shí)現(xiàn)臂長(zhǎng)的調(diào)節(jié)與繩的張緊。
[0041 ] 長(zhǎng)距離弧線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
[0042]長(zhǎng)距離弧線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用長(zhǎng)條聚四氟乙烯代替多個(gè)滑輪解決繩傳動(dòng)繩長(zhǎng)陡變。臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)半圓導(dǎo)軌外側(cè)采用長(zhǎng)條聚四氟乙烯代替使用多組滑輪傳動(dòng)，可以避免關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于換輪導(dǎo)致的繩長(zhǎng)陡變。
[0043]長(zhǎng)距離弧線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括臂桿上端(601)、臂桿下端(602)、滑軌(603)、滑塊(604)、聚四氟乙烯滑道(605)、軸承(606)、螺釘(607)、繩(608)、軸承座(609)和滑輪(610)；
[0044]滑軌(603)固定在臂桿上端(601)上，所述滑塊(604)固定在臂桿下端(602)上，所述軸承(606)安置在軸承座(609)上，所述軸承座(609)與臂桿下端(602)固定在一起，所述聚四氟乙烯滑道(605)通過螺釘(607)固定在臂桿上端(601)上，所述繩(608)在聚四氟乙烯滑道(605)上并通過軸承(606)換向。
[0045]輸入端繩繞過滑輪(610)后再繞過弧形滑軌(603)外側(cè)的聚四氟乙烯滑道(605)，最后通過固定在軸承座(609)上的軸承(606)往下連接到下一個(gè)關(guān)節(jié)。
[0046]所述臂桿下端(602)通過滑塊(604)在滑軌(603)上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于臂桿上端(601)的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致繩(608)的長(zhǎng)度不斷變化，聚四氟乙烯滑道的使用使繩(608)長(zhǎng)度不會(huì)出現(xiàn)陡變。
[0047]傳動(dòng)滑輪
[0048]小型繩傳動(dòng)滑輪由于繩上力矩較大，使用雙軸承，軸采用螺釘?shù)男问?，更方便?br>[0049]小型繩傳動(dòng)滑輪包括軸承(701、702)、滑輪(703)、特制螺釘(704)、底座(705)、套筒(706、707、708)、軸承擋圈(709);
[0050]軸承(701、702)和套筒(706、707、708)按順序安置在特制螺釘(704)上，滑輪(703)安置在軸承(701、702)上并用軸承擋圈(706)卡住，特制螺釘(704)固定在底座(705)上。特制螺釘(704)下端為正常螺紋，中間部分有一段有公差要求的定位面與底座(705)接觸以保證底座(705)與特制螺釘(704)的同軸度。
[0051]以上應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括:臂桿上端(201)、臂桿下端(202)、滑軌(203)、直線軸承(204)、第一螺釘(205)、第二螺釘(206)、第三螺釘(207)、蝸輪蝸桿張緊模塊(308);其特征在于， 所述臂桿上端(201)與滑軌(203)通過第一螺釘(205)固定，所述臂桿下端(202)與直線軸承(204)通過第二螺釘(206)固定，所述滑軌(203)穿過直線軸承(204)，所述臂桿上端(201)與臂桿下端(202)通過第三螺釘(207)固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述蝸輪蝸桿張緊模塊包括:支座(409)、電機(jī)(410)、繞線輪b(411)、繞線輪a(412)、蝸桿(413)、蝸輪(414)、第一軸承(415)、第二軸承(416)、第三軸承(417)、軸承座(418)、第一端蓋(419)、第二端蓋(521)、鍵(522)、第一繩(323)、第二繩(324)； 所述支座(409)和電機(jī)(410)固定，所述繞線輪a(412)和電機(jī)(410)連接在一起，所述軸承座(418)與蝸輪(414)與軸承(411)與繞線輪a(412)過盈配合，蝸輪(414)與繞線輪a(412)通過鍵(522)固定在一起，所述蝸桿(413)通過第四軸承(520)安裝在繞線輪a(411)中，并用第二端蓋(521)卡住，所述第一軸承(415)設(shè)置在支座(409)和軸承座(418)之間，并用第二端蓋(419)卡住，所述第二軸承(416)設(shè)置在繞線輪b(411)與軸承座(418)之間，所述蝸桿(413)與蝸輪(414)嚙合，所述第一繩(223)、第二繩(224)反向纏繞并分別固定在繞線輪a(412)和繞線輪b(411)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，松開所述第三螺釘(207)，能夠?qū)崿F(xiàn)臂桿下端(202)連同直線軸承(204)沿著滑軌(203)上下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)臂桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿(413)，在蝸輪蝸桿傳動(dòng)下，能夠?qū)崿F(xiàn)繞線輪a(412)與繞線輪b(411)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)纏繞在繞線輪a(412)和繞線輪b(413)上的第一繩(323)、第二繩(324)的張緊與放松。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)模塊與渦輪蝸桿張緊模塊共同實(shí)現(xiàn)臂長(zhǎng)的調(diào)節(jié)與繩的張緊。6.一種繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的臂長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括繩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。8.一種外骨骼，其特征在于，所述外骨骼包括根據(jù)權(quán)利要求6-7中任一項(xiàng)所述的繩驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)械臂。
【文檔編號(hào)】A61H1/02GK106038169SQ201610420499
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】李輝, 蔣志宏, 倪文成, 張柏楠, 黃強(qiáng)
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)