一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备制造技术

本发明专利技术公开一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，包括主操纵器和从动机构，主操纵器具有转动阻尼力可调的关节机构，关节机构包括一个主轴，主轴上设有可相对转动的第一安装座板和第二安装座板，第一安装座板上固定有摩擦盘，第二安装座板上设有与摩擦盘接触摩擦以改变其转动阻尼力的驱动机构，从动机构设有关节和驱动该关节运动的关节执行器，用于检测第一安装座板和第二安装座板相对转动角度的角度传感器和用于检测从动机构关节运动的从动传感器均与控制器连接，由控制器控制主操纵器的关节机构根据从动机构相应关节的反馈自适应做出适合从动机构相应关节运动的动作，实现了示教再现和阻尼力反馈的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械领域，尤其是关于一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备。
技术介绍
随着我国老龄化趋势的加重，人体运动功能障碍（即因为脊柱损伤、脑卒、意外事故伤害等而造成人体的神经受损）已成为一种常见的疾病。通过及时有效的康复训练，可以刺激大脑中枢神经以恢复部分功能，消除由于运动神经元损伤带来的肢体运动功能障碍，提高患者的运动能力。随着近年来经济与科技的发展，利用自动化系统来帮助患者康复成为了国内外康复训练发展的主流。康复训练设备可以配合理疗师为患者进行治疗，帮助患者进行康复训练。现有的康复训练设备，虽然经过了多年发展，有些也已经应用于临床治疗，但在使用中仍有不足之处：康复训练的运动姿态曲线数据是预先存入控制系统的存储器中，这些数据是对大多数正常人行走步态曲线或上肢活动的数据进行采集，并经过统计和分析后获得的数据，不仅数据单一，无法自适应患者病情，而且由于修改涉及编程，修改参数复杂，理疗师很难学会有效操纵现有康复设备，更不能针对每个病人及时编写程序调整训练动作曲线数据。康复训练设备本应该是配合理疗师的治疗，起辅助作用的，但现在却因为操控问题而影响患者的治疗进程。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，通过控制器控制主操纵器的关节机构根据从动机构相应关节的反馈自适应做出适合从动机构相应关节运动的动作。本专利技术是采用以下技术方案及技术措施来实现的。本专利技术提出一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，包括主操纵器和从动机构，所述主操纵器具有转动阻尼力可调的关节机构，所述关节机构包括一个主轴，主轴上设有可相对转动的第一安装座板和第二安装座板，所述第一安装座板上固定有摩擦盘，第二安装座板上设有与摩擦盘接触摩擦以改变其转动阻尼力的驱动机构，所述从动机构设有与主操纵器的关节机构对应的关节和与控制器连接并驱动该关节运动的关节执行器，用于检测第一安装座板和第二安装座板相对转动角度的角度传感器和用于检测从动机构的关节运动状况的从动传感器均与控制器连接，所述控制器根据角度传感器和从动传感器的测量值判断同一信号采集时间间隔内主操纵器关节机构与从动机构关节转速的差值，并根据差值大小通过驱动机构控制主操纵器关节机构阻尼力的大小。较佳的，所述的机械臂主从操纵设备还包括存储主操纵器预定动作指令信号数据的存储器，该存储器与控制器连接以传输动作指令信号给控制器。较佳的，所述从动传感器是检测从动机构的关节运动角度的从动角度传感器。较佳的，所述从动传感器是检测从动机构的关节运动位置的位置传感器。较佳的，所述的驱动机构包括相对的设置在摩擦盘两侧以夹持摩擦盘的两个气缸，两个气缸与控制其同步动作的比例调节阀连接，比例调节阀连接控制器以控制两个气缸的动作。较佳的，在所述两个气缸内侧均设有夹持摩擦盘的摩擦片。较佳的，所述主操纵器包括多个转动阻尼力可调的关节机构，关节机构之间通过连杆相连，关节机构的第一安装座板和第二安装座板设有固定连杆的安装孔位。较佳的，所述从动机构包括多个与主操纵器对应的关节和用于驱动每个关节运动的关节执行器，关节执行器与从动传感器连接。较佳的，所述角度传感器设于主轴上。较佳的，所述第二安装座板固定于主轴上，所述第一安装座板沿主轴转动，带动摩擦盘相对第二安装座板沿主轴转动。与现有技术相比，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：1、本专利技术通过控制器控制主操纵器的关节机构根据从动机构相应关节的反馈自适应做出适合从动机构相应关节运动的动作，从动机构相当于现有技术中的康复训练设备，为了使从动机构的关节做出合适的动作，本专利技术设计了一个主操纵器以解决现有技术需要修改存储器中运动曲线参数数据的不便，主操纵器与从动机构都连接到控制器，一方面，从动机构的关节可以与主操纵器的关节机构同步动作，另一方面，控制器通过判断同一信号采集时间间隔内主操纵器关节机构和从动机构关节转速的差值大小，控制主操纵器关节机构阻尼力的大小，转速差值越大，控制器反馈给主操纵器的阻尼力就越大，操作主操纵器的人（如理疗师）根据从动机构的阻尼反馈自适应的做出适合使用从动机构的人的示教动作，实现了示教再现和阻尼力反馈的功能，理疗师通过操作主操纵器，帮助使用从动机构的患者进行康复训练；2、存储器可以存储主操纵器预定动作指令信号数据，主操纵器根据从动机构阻尼反馈做出的合适动作数据可以存储在存储器中，相当于根据使用从动机构的人（如患者）的情况，实时更新存储器中的运动曲线数据，之后一定时间内，可由控制器调用存储器中的合适数据，控制从动机构重复该动作若干次，减轻了操作主操纵器的人的工作负担；3、从动传感器反馈给控制器的数据可以是从动机构关节的角度测量值或位置测量值，可根据实际需要选择合适的从动传感器；4、驱动机构的两个气缸是相对的设置在摩擦盘两侧，通过比例调节阀控制两个气缸同步动作夹持摩擦盘，第一安装座板和第二安装座板的相对转动角度由角度传感器测量，结构简单，设计巧妙，提高了关节机构的线性度和刚性。附图说明图1是本专利技术具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备的控制原理图。图2是本专利技术中主操纵器一实施例的结构示意图。图3是图2中关节机构的结构示意图。图4是图3关节机构的控制原理图。图5是本专利技术中主操纵器另一实施例的结构示意图。1：主操纵器，11：连杆，2：从动机构，21：关节，22：关节执行器，23：从动传感器，3：关节机构，31：主轴，32：第一安装座板，33：第二安装座板，34：摩擦盘，35：驱动机构，351：气缸，352：比例调节阀，353：摩擦片，354：气源，36：角度传感器，4：控制器，5：存储器，6：束带，7：护板，8：尺寸调节机构，81：滑轨，82：滑座。具体实施方式为使本专利技术的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，该设备包括主操纵器1和从动机构2，从动机构2相当于现有技术中的康复训练设备，为了使从动机构2的关节21做出合适的动作，本专利技术设计了一个主操纵器1以解决现有技术需要修改存储器中运动曲线参数数据的不便，主操纵器1和从动机构2都连接到控制器4，图1是本专利技术的控制原理图，主操纵器1是配戴在人（如理疗师）的关节处，由这个人示教各种训练动作，主操纵器1包括多个转动阻尼力可调的关节机构3，关节机构3之间通过连杆11相连，将主操纵器1贴附于该人的关节处，主操纵器1的关节机构3对应人的关节，连杆11的长度是两个关节之间的长度，当人的该关节做出动作时，主操纵器1的关节机构3会将关节的动作指令（如关节的转动角度信息）传递给控制器4。从动机构2是患者使用的，从动机构2中的关节21由关节执行器22驱动，关节执行器22与控制器4相连，控制器4将主操纵器1的动作指令信号发送给关节执行器22，让患者跟随做出相应的动作，控制器4对从动机构2反馈的关节运动信息和主操纵器1的关节运动信息进行比较，通过差值大小控制主操纵器1关节机构3阻尼力的大小，使操作主操纵器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，其特征在于，包括主操纵器（1）和从动机构（2），所述主操纵器（1）具有转动阻尼力可调的关节机构（3），所述关节机构（3）包括一个主轴（31），主轴（31）上设有可相对转动的第一安装座板（32）和第二安装座板（33），所述第一安装座板（32）上固定有摩擦盘（34），第二安装座板（33）上设有与摩擦盘（34）接触摩擦以改变其转动阻尼力的驱动机构（35），所述从动机构（2）设有与主操纵器（1）的关节机构（3）对应的关节（21）和与控制器（4）连接并驱动该关节运动的关节执行器（22），用于检测第一安装座板（32）和第二安装座板（33）相对转动角度的角度传感器（36）和用于检测从动机构的关节运动状况的从动传感器（23）均与控制器（4）连接，所述控制器（4）根据角度传感器（36）和从动传感器（23）的测量值判断同一信号采集时间间隔内主操纵器（1）关节机构（3）与从动机构（2）关节（21）转速的差值，并根据差值大小通过驱动机构（35）控制主操纵器（1）关节机构（3）阻尼力的大小。

【技术特征摘要】
1.一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，其特征在于，包括主操纵器（1）和从动机构（2），所述主操纵器（1）具有转动阻尼力可调的关节机构（3），所述关节机构（3）包括一个主轴（31），主轴（31）上设有可相对转动的第一安装座板（32）和第二安装座板（33），所述第一安装座板（32）上固定有摩擦盘（34），第二安装座板（33）上设有与摩擦盘（34）接触摩擦以改变其转动阻尼力的驱动机构（35），所述从动机构（2）设有与主操纵器（1）的关节机构（3）对应的关节（21）和与控制器（4）连接并驱动该关节运动的关节执行器（22），用于检测第一安装座板（32）和第二安装座板（33）相对转动角度的角度传感器（36）和用于检测从动机构的关节运动状况的从动传感器（23）均与控制器（4）连接，所述控制器（4）根据角度传感器（36）和从动传感器（23）的测量值判断同一信号采集时间间隔内主操纵器（1）关节机构（3）与从动机构（2）关节（21）转速的差值，并根据差值大小通过驱动机构（35）控制主操纵器（1）关节机构（3）阻尼力的大小。
2.如权利要求1所述的一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，其特征在于，所述的机械臂主从操纵设备还包括存储主操纵器预定动作指令信号数据的存储器（5），该存储器（5）与控制器（4）连接以传输动作指令信号给控制器（4）。
3.如权利要求1所述的一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，其特征在于，所述从动传感器（23）是检测从动机构（2）的关节（21）运动角度的从动角度传感器。
4.如权利要求1所述的一种具有阻尼反馈的机械臂主从操纵设备，其特征在于，所述从动传...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建海，吴鹏，李向攀，郭冰箐，王军伟，谢丰隆，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41