一種能實現正反轉的柔彈性關節的製作方法

2023-12-08 20:46:31

一種能實現正反轉的柔彈性關節的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種康復機器人的柔彈性關節，包括第一導管、內圈、彈性體、外圈、第二導管、鉸制孔用螺栓和螺母。第一導管一側用於連接驅動單元，第一導管轉動，帶動內圈轉動帶動，內圈和外圈中間的彈性體發生彈性形變，繼而帶動外圈轉動，然後帶動第二導管轉動，最終帶動傳動件轉動。彈性體為弓形彈性體，沿中線左右各開若干方形槽，可以實現彈性體的大角度變形，並且可以實現整個柔彈性關節的正轉和反轉。通過增加彈性體的壁厚可以提高彈性體的彈性，通過增加彈性體的數量亦可提高彈性體的彈性。本發明使得康復機器人關節具備有柔彈性，控制了關節的大小，實現關節的正轉和反轉，結構緊湊，設計靈活，改變了傳統康復機器人關節的設計模式。
【專利說明】一種能實現正反轉的柔彈性關節

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對驅動力矩有柔彈性要求的裝置，尤其應用於醫療康復機器人驅動領域。
技術背景
[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性運動障礙患者的康復治療這一社會難題，國內外的很多專家學者都在設計針對康復訓練的康復機器人，並逐步取代傳統的醫師治療。
[0003]傳統的康復機器人設計中，康復機器人都有一個共同點:機器人各關節的設計主要採用剛性的設計方法，採用電機、減速器等作為機器人關機的驅動單元。這種關節設計缺乏柔彈性單元，較大的衝擊不僅使得康復機器人關節容易受到外部衝擊而損壞，直接影響了機器人的正常運行，甚至可能對患者造成二次傷害。近些年來，人們開始關注柔彈性關節的設計方法，提出了具有力/力矩傳感器的柔性關節設計和串聯彈性驅動關節設計等方法，使得機器人可以避免外部衝擊對執行關節的影響，並且為機器人與人和環境的交互創造良好的條件。然而，基於力/力矩傳感器的柔性關節本身並不具備柔性的特點，抗外部衝擊的性能並非最佳，基於串聯彈性驅動關節具有良好的抗衝擊和力感知性能，但大部分關節採用了傳統的螺旋彈簧，很難設計出空間小，重量輕，結構緊湊和實現正反轉的關節。哈爾濱工業大學的王立權等人設計的彈性驅動轉動關節專利號CN102152319A和雙串聯彈性驅動器專利號CN101318331都具有較好的柔彈性，但是都用了傳統的螺旋彈簧，這種設計的徑向尺寸大，佔用的空間大，結構也不緊湊，不能應用於康復機器人的關節上。目前，國內能應用於康復機器人上的柔彈性關節還非常少，至於結構緊湊、空間小、重量輕、能夠實現正反轉的柔彈性關節少之又少。


【發明內容】

[0004]本發明提出了一種適用於康復機器人關節並且能夠實現正反轉的柔彈性關節，應用至康復機器人關節中，解決了由於外部載荷對康復機器人和人產生的剛性衝擊的問題，避免了由於剛性衝擊對機器人和人體造成損害的風險。同時，解決了傳統機器人關節佔用空間大，結構鬆散等問題。本發明改變了傳統機器人關節的模式，適用於升級現在康復機器人和機器臂關節，有助於促進機器人的更新換代。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:一種能實現正反轉的柔彈性關節，包括第一導管、內圈、外圈、第二導管，所述第一導管與所述內圈通過螺栓固定連接，所述外圈與所述第二導管通過螺栓固定連接，所述內圈的外圈與所述外圈的內圈之間通過彈性元件連接。
[0006]進一步的，所述彈性元件為弓形彈性體。
[0007]進一步的，所述外圈與所述第二導管通過12個螺栓連接。
[0008]進一步的，所述第一導管與所述內圈通過6個螺栓連接。
[0009]進一步的，所述第一導管的內圈設置有鍵槽，用於連接動力輸入裝置；所述第二導管的內圈也設置有鍵槽，用於連接動力輸出裝置。
[0010]本發明的有益效果是:本發明的第一導管一側用於連接電機或者減速器等驅動單元，第一導管轉動，帶動內圈轉動，內圈和外圈中間的彈性體發生彈性形變，繼而帶動外圈轉動，然後帶動第二導管轉動，最終帶動齒輪一類的傳動件轉動。彈性體沿中線左右各開若干方形或圓形槽，可以實現彈性體的大角度變形，並且可以實現整個柔彈性關節的正轉和反轉。通過增加彈性體的壁厚可以提高彈性體的彈性，通過增加彈性體的數量亦可提高彈性體的彈性。本發明的柔彈性關節使得康復機器人關節具備有柔彈性，控制了關節的大小，可以實現關節的正轉和反轉，結構更加緊湊，設計更加靈活，改變了傳統康復機器人關節的設計模式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的立體圖
[0012]圖2為本發明的平面圖
[0013]圖3為弓形彈性體主視圖
[0014]圖中，1，第一導管 2，內圈 3，彈性元件 4，外圈 5，第二導管 6，鉸制孔用螺栓 7，螺母。

【具體實施方式】
[0015]本專利描述了一種適用於康復機器人傳動系統的能夠實現正反向傳動的柔彈性關節，從而避免剛性驅動系統對機器人和患者造成損害的風險。
[0016]如圖1、圖2和圖3所示，本發明所提及的一種適用於康復機器人關節並且能夠實現正反轉的柔彈性關節由第一導管1、內圈2、彈性體3、外圈4、第二導管5、鉸制孔用螺栓6和螺母7組成。第一導管I 一側的軸上開有一圓孔，圓孔上開有鍵槽，用於連接電動機、減速器等驅動單元，另一側上開有通孔，用於連接內圈2。內圈2上開有若干通孔，用於連接第一導管1，在其外徑上開有若干槽，用於連接彈性體3。彈性體3沿圓周均勻分布，兩端分別連接外圈4和內圈2，所述彈性體為弓形彈性體，每個彈性體3沿中線左右各開若干方形槽，不僅可以實現彈性體的大角度變形，而且可以兩個相反方向的扭轉。外圈4的內徑上開有若干槽，用於連接彈性體3，在其側面上開有若干通孔，用於連接第二導管。第二導管5 —側的底面上開有若干通孔，用於連接外圈4，中間是一圓形型腔，另一側的軸上開有一圓形孔，圓孔上開有鍵槽，用於連接齒輪一類傳動裝置。鉸制孔用螺栓6的螺栓杆要求較高的加工精度，可以承受一定的剪切力。
[0017]圖中彈性體3數量為12個，實際生產過程中可以根據所需彈性的大小增加或者減少。
[0018]本發明的工程過程如下:第一導管I轉動，帶動內圈2轉動，然後帶動彈性體3發生彈性變形，當其克服彈性變形所產生的阻力以後，第二導管5跟隨外圈4開始轉動，並且轉速逐漸加快，最終達到第一導管I的轉動速度。
[0019]通過改變內圈I和外圈3中間的彈性體2的厚度，可以改變彈性體的彈性。改變彈性體2的數量，亦可達到改變彈性大小的目的。本發明的柔彈性關節使得康復機器人關節具備有柔彈性，控制了關節的大小，可以實現關節的正轉和反轉，結構更加緊湊，設計更加靈活，改變了傳統康復機器人關節的設計模式。
【權利要求】
1.一種能實現正反轉的柔彈性關節，其特徵在於，包括第一導管(I)、內圈(2)、外圈(4)、第二導管(5)，所述第一導管(I)與所述內圈(2)通過螺栓固定連接，所述外圈(4)與所述第二導管(5)通過螺栓固定連接，所述內圈(2)的外圈與所述外圈(4)的內圈之間通過彈性元件(3)連接。
2.根據權利要求1所述的一種能實現正反轉的柔彈性關節，其特徵在於，所述彈性元件(3)為弓形彈性體。
3.根據權利要求1所述的一種能實現正反轉的柔彈性關節，其特徵在於，所述外圈(4)與所述第二導管(5)通過12個螺栓連接。
4.根據權利要求1所述的一種能實現正反轉的柔彈性關節，其特徵在於，所述第一導管(I)與所述內圈(2)通過6個螺栓連接。
5.根據權利要求1所述的一種能實現正反轉的柔彈性關節，其特徵在於，所述第一導管(I)的內圈設置有鍵槽，用於連接動力輸入裝置；所述第二導管(5)的內圈也設置有鍵槽，用於連接動力輸出裝置。
【文檔編號】B25J17/00GK104440934SQ201410681937
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】楊啟志, 汪志煥, 郭林強, 趙金海, 宋俊朋 申請人:江蘇大學