一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征是：它主要包括第一導(dǎo)管，深溝球軸承，渦簧，第二導(dǎo)管，滾針軸承，機(jī)架。第一導(dǎo)管轉(zhuǎn)動，促使渦簧產(chǎn)生一定量的彈性變形，再帶動第二導(dǎo)管的轉(zhuǎn)動。渦簧是一種柔彈性的原件，第一導(dǎo)管的轉(zhuǎn)動不會立即帶動第二導(dǎo)管的轉(zhuǎn)動，而是要先克服渦簧的對其產(chǎn)生的阻力再帶動第二導(dǎo)管的轉(zhuǎn)動。該裝置能固定在機(jī)械的關(guān)節(jié)處，能夠方便地拆卸更換易損件。兩個軸承保證傳動時的同軸度，從而保證傳動的精度。本發(fā)明的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)使得康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)具備有柔彈性，控制了關(guān)節(jié)的大小，使之結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，改變了傳統(tǒng)康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計模式。
【專利說明】一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對驅(qū)動力矩有柔彈性要求的傳動裝置，尤其應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人驅(qū)動領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]為了高效、低成本地解決由腦卒中、腦外傷等病因造成的人體上肢中樞神經(jīng)性運動障礙患者的康復(fù)治療這一社會難題，國內(nèi)外的很多專家學(xué)者都在設(shè)計針對康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人，并逐步取代傳統(tǒng)的醫(yī)師治療。
[0003]傳統(tǒng)的康復(fù)機(jī)器人設(shè)計中，康復(fù)機(jī)器人都有一個共同點:機(jī)器人各關(guān)節(jié)的設(shè)計主要采用剛性的設(shè)計方法，采用電機(jī)、減速器等作為機(jī)器人關(guān)機(jī)的驅(qū)動單元。這種關(guān)節(jié)設(shè)計缺乏柔彈性單元，較大的沖擊不僅使得康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)容易受到外部沖擊而損壞，直接影響了機(jī)器人的正常運行，甚至可能對患者造成二次傷害。近些年來，一些學(xué)者提出了具有力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)設(shè)計和串聯(lián)彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)設(shè)計等方法，使得機(jī)器人可以避免外部沖擊對執(zhí)行關(guān)節(jié)的影響，并且為機(jī)器人與人和環(huán)境的交互創(chuàng)造良好的條件。然而，基于力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)本身并不具備柔性的特點，抗外部沖擊的性能并非最佳，基于串聯(lián)彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)具有良好的抗沖擊和力感知性能，但大部分關(guān)節(jié)采用了傳統(tǒng)的螺旋彈簧，很難設(shè)計出空間小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊的關(guān)節(jié)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王立權(quán)等人設(shè)計的彈性驅(qū)動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)專利號CN102152319A和雙串聯(lián)彈性驅(qū)動器專利號CN101318331都具有較好的柔彈性，但是都用了傳統(tǒng)的螺旋彈簧，這種設(shè)計的軸向尺寸大，結(jié)構(gòu)不緊湊，不能應(yīng)用于康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)上。浙江大學(xué)的楊燦軍等人設(shè)計的基于柔繩傳動的外骨骼柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置專利號CN103315881A能實現(xiàn)柔彈性傳動，但是其占用空間大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此其應(yīng)用范圍非常有限。目前，國內(nèi)能應(yīng)用于康復(fù)機(jī)器人上的柔彈性關(guān)節(jié)還非常少，至于結(jié)構(gòu)緊湊、空間小、重量輕的柔彈性關(guān)節(jié)少之又少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對當(dāng)前康復(fù)機(jī)器人傳動系統(tǒng)設(shè)計的不足，提出了一種適用于康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)以渦簧為柔性元件的柔彈性關(guān)節(jié)，應(yīng)用于康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)中，解決了由于外部載荷對康復(fù)機(jī)器人和人產(chǎn)生的剛性沖擊的問題，避免了由于剛性沖擊對機(jī)器人和人體造成損害的風(fēng)險。同時，解決了傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)占用空間大，結(jié)構(gòu)松散等問題，自身軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)上。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)的模式，適用于升級現(xiàn)在康復(fù)機(jī)器人和機(jī)器臂關(guān)節(jié)，有助于促進(jìn)機(jī)器人的更新?lián)Q代。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，包括第一導(dǎo)管、深溝球軸承、渦簧、第二導(dǎo)管、滾針軸承和機(jī)架，所述機(jī)架設(shè)有左腔室和右腔室，所述右腔室的直徑大于所述左腔室的直徑，所述第一導(dǎo)管左側(cè)軸的外圈與所述機(jī)架的左腔室的內(nèi)圈通過所述深溝球軸承過盈配合，所述第二導(dǎo)管左側(cè)軸的外圈與所述機(jī)架的右腔室的內(nèi)圈通過所述滾針軸承過盈配合，所述第二導(dǎo)管的左側(cè)軸設(shè)有一型腔，所述型腔的側(cè)壁設(shè)有多個槽，所述渦簧的外圈卡在所述槽中，所述渦簧的芯軸與所述第一導(dǎo)管的右側(cè)軸通過鍵固定連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述機(jī)架的左腔室外壁設(shè)有若干通孔，所述通孔正對所述滾針軸承。
[0007]進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)管的內(nèi)圈設(shè)置有鍵槽，用于連接動力輸入裝置；所述第二導(dǎo)管的內(nèi)圈也設(shè)置有鍵槽，用于連接動力輸出裝置。
[0008]進(jìn)一步的，所述槽有一個向渦簧旋轉(zhuǎn)方向的傾角α。
[0009]進(jìn)一步的，所述機(jī)架的底部設(shè)有沉頭螺釘孔。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的第一導(dǎo)管一側(cè)用于連接電機(jī)或者減速器等驅(qū)動單元，第一導(dǎo)管轉(zhuǎn)動，帶動渦簧內(nèi)圈轉(zhuǎn)動帶動，渦簧內(nèi)圈和渦簧外圈中間的彈性體發(fā)生彈性形變，繼而帶動渦簧轉(zhuǎn)動，然后帶動第二導(dǎo)管轉(zhuǎn)動，最終帶動齒輪一類的傳動件轉(zhuǎn)動。本發(fā)明的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)使得康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)具備有柔彈性，控制了關(guān)節(jié)的大小，使之結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，改變了傳統(tǒng)康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計模式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)分解示意圖
[0013]圖3為本發(fā)明的裝配圖
[0014]圖4為第二導(dǎo)管左視圖
[0015]圖中，1，第一導(dǎo)管 2，深溝球軸承 3，渦簧 4，第二導(dǎo)管 5，滾針軸承6，機(jī)架 7，槽 8，通孔

【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明所提及的一種渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)模塊包括第一導(dǎo)管1，深溝球軸承2，渦簧3，第二導(dǎo)管4，滾針軸承5和機(jī)架6。其中第一導(dǎo)管I的左側(cè)軸開有圓柱型內(nèi)孔，在內(nèi)孔上設(shè)有鍵槽，第一導(dǎo)管I的右側(cè)軸上開有一槽，用于卡住渦簧3的芯軸。深溝球軸承2內(nèi)徑與第一導(dǎo)管I的左側(cè)軸過盈配合，外徑與機(jī)架6的左腔室內(nèi)徑過盈配合。渦簧3的芯軸與第一導(dǎo)管I右側(cè)軸通過鍵固定連接。第二導(dǎo)管4左側(cè)軸的外圈與滾針軸承過盈配合，側(cè)壁上開有多個槽7，以方便渦簧卡入，槽7與渦簧的轉(zhuǎn)動方向形成一個夾角α，以便渦簧更好的卡在槽7中，第二導(dǎo)管4的右側(cè)軸上設(shè)有一圓柱型內(nèi)孔，在內(nèi)孔的側(cè)壁上設(shè)有鍵槽。滾針軸承5的外徑與機(jī)架6右腔室的內(nèi)孔過盈配合。機(jī)架6的底面上開有沉頭孔，以方便該裝置用螺釘固定在康復(fù)機(jī)器人上，機(jī)架6的左腔室和右腔室中間開有一退刀槽，不僅能方便精加工時刀具不干涉到左腔室的端面，而且能保證在傳動時滾針軸承5的轉(zhuǎn)動不與左腔室的端面摩擦。在其一側(cè)開有通孔8，以方便該裝置的拆卸，更換易損件。深溝球軸承2和滾針軸承5不僅能減少摩擦力的影響，而且能保證了第一導(dǎo)管1、第二導(dǎo)管4轉(zhuǎn)動的同軸度，保證了第一導(dǎo)管I到第二導(dǎo)管2傳動時的精度。
[0017]本發(fā)明的工程過程如下:第一導(dǎo)管I轉(zhuǎn)動，促使渦簧3產(chǎn)生一定量的彈性變形，再帶動第二導(dǎo)管4的轉(zhuǎn)動。由于渦簧3是一種柔彈性的原件，傳動有柔彈性的特點，第一導(dǎo)管I的轉(zhuǎn)動不會立即帶動第二導(dǎo)管4的轉(zhuǎn)動，而是要先克服渦簧3的對其產(chǎn)生的阻力再帶動第二導(dǎo)管4的轉(zhuǎn)動。
[0018]裝配時先將第一導(dǎo)管I的左側(cè)軸與深溝球軸承2配合，再將深溝球軸承2與機(jī)架6的左腔室配合，再將渦簧3的芯軸卡入第一導(dǎo)管I右側(cè)軸的槽內(nèi)，將渦簧3的另外一端卡入第二導(dǎo)管4的槽7內(nèi)，最后將滾針軸承5裝配在第二導(dǎo)管4和機(jī)架6之間，這樣就完成了裝配。
[0019]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，包括第一導(dǎo)管(I)、深溝球軸承(2)、渦簧(3)、第二導(dǎo)管(4)、滾針軸承(5)和機(jī)架￠)，所述機(jī)架(6)設(shè)有左腔室和右腔室，所述右腔室的直徑大于所述左腔室的直徑，所述第一導(dǎo)管(I)左側(cè)軸的外圈與所述機(jī)架出)的左腔室的內(nèi)圈通過所述深溝球軸承(2)過盈配合，所述第二導(dǎo)管(4)左側(cè)軸的外圈與所述機(jī)架(6)的右腔室的內(nèi)圈通過所述滾針軸承(5)過盈配合，所述第二導(dǎo)管(4)的左側(cè)軸有一型腔，所述型腔的側(cè)壁設(shè)有多個槽(7)，所述渦簧(3)的外圈卡在所述槽(7)中，所述渦簧(3)的芯軸與所述第一導(dǎo)管(I)的右側(cè)軸通過鍵固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機(jī)架出)的左腔室外壁設(shè)有若干通孔(8)，所述通孔(8)正對所述滾針軸承(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一導(dǎo)管(I)的內(nèi)圈設(shè)置有鍵槽，用于連接動力輸入裝置；所述第二導(dǎo)管(5)的內(nèi)圈也設(shè)置有鍵槽，用于連接動力輸出裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述槽(7)有一個向渦簧旋轉(zhuǎn)方向的傾角α。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機(jī)架￠)的底部設(shè)有沉頭螺釘孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于康復(fù)機(jī)器人的渦簧式柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機(jī)架￠)的左腔室和右腔室之間設(shè)有一個退刀槽。
【文檔編號】B25J17/00GK104382722SQ201410681936
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】楊啟志, 郭林強(qiáng), 汪志煥, 胡建平 申請人:江蘇大學(xué)