在三维空间中施加力的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于卸载物体/人的重量的机器人系统。机器人系统在运动康复程序中是有用的，并且允许在三维空间中操纵力，其具有比现有技术系统低得多的对致动器的要求和高得多的精度。该设备结合了被动元件和主动元件，这使得驱动要求最小化，同时仍然将惯性保持最小化并且将精度控制到最大化。它需要最小化的驱动器，同时具有低惯性。

A device that exerts force in a three-dimensional space

The invention relates to a robot system used to unload the weight of an object / person. The robot system is useful in motion rehabilitation program, and allows manipulation force in three-dimensional space. It has much lower requirements for actuators and much higher accuracy than the existing technology system. The device combines passive components and active components, which minimizes driving requirements while minimizing inertia and maximizing accuracy. It needs to minimize the drive and have low inertia.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在三维空间中施加力的设备
本专利技术涉及机器人系统领域，具体涉及一种用于对物体或受试者(特别是对人)施加力的机器人系统。本专利技术还涉及一种用于将物体/人卸载其重量的机器人系统。更具体地，涉及一种用于运动康复程序的机器人系统，例如在遭受脊髓损伤或更一般地受到运动障碍影响的受试者中。
技术介绍
在神经损伤患者的运动康复中，步态和平衡训练是必不可少的。已经开发了机器人高架式支持系统来帮助患者训练，例如通过减轻他们的一部分体重。现有的体重支持系统或高架式门架起重机中或者非三维式(即它们不允许三维步态训练)，或者它们具有高摩擦和惯性，或者它们需要多个强大而强大的致动器。现有技术中已知的系统构思为传统的串联(门架)或并联机构。在前一种情况下，它们需要可移动的门架允许在三维上施加力，这涉及高惯性的大型结构。在并联机构的情况下，被驱动的自由度(degreeoffreedom，DOF)彼此联结。因此，所有的致动器在单自由度运动的情况下都会移动。由于该联结，在大的工作空间内以精确的方式施加力几乎是不可能的。另外，所有致动器的尺寸设定必须将最快的速度和最大的力/扭矩考虑在内，而未必出现在相同的自由度中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备(1)，包括：两条或多条绳索(或金属丝)或一条绳索的两个绳索部分(R1、R1')，也被称为一条或者多条主绳索，其中，每条绳索或绳索部分从相关的第一驱动单元(Aa、Ac)分别向相关的第一偏转装置(D1、D3)延伸，并由相关的所述第一偏转装置(D1、D3)偏转，且其中，每条绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第一偏转装置(D1、D3)朝向相关的第二偏转装置(P1、P1')引导，所述绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第二偏转装置(P1、P1')朝向相关的第三偏转装置(D2、D4)偏转，所述第三偏转装置(D2、D4)分别连接到相应的所述第一偏转装置(D1、D3)，并且所述绳索或绳索部...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.03 EP 15175238.31.一种设备(1)，包括：两条或多条绳索(或金属丝)或一条绳索的两个绳索部分(R1、R1')，也被称为一条或者多条主绳索，其中，每条绳索或绳索部分从相关的第一驱动单元(Aa、Ac)分别向相关的第一偏转装置(D1、D3)延伸，并由相关的所述第一偏转装置(D1、D3)偏转，且其中，每条绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第一偏转装置(D1、D3)朝向相关的第二偏转装置(P1、P1')引导，所述绳索或绳索部分(R1、R1')分别由所述第二偏转装置(P1、P1')朝向相关的第三偏转装置(D2、D4)偏转，所述第三偏转装置(D2、D4)分别连接到相应的所述第一偏转装置(D1、D3)，并且所述绳索或绳索部件(R1、R1')由所述第三偏转装置(D2、D4)朝向相关的所述第二驱动单元(Ab、Ad)或空间中的固定点偏转或者返回到相关的所述第一偏转装置(D1、D3)，其中，所述第二偏转装置(P1、P1')连接到物体或使用者。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二偏转装置(P1、P1')通过一个或多个公共联结点与所述物体或使用者彼此互相连接。3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括将力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)施加到每个第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)的一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)，从而导致经由所述第二偏转装置(P1、P1')在所述使用者(4)上产生合力Fn的附加的水平和/或竖直的力分量。4.根据权利要求3所述的设备，其中，另外的所述力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)通过一条或多条另外的绳索(X'、X”、X”'、X””)施加到所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)，所述另外的绳索(X'、X”、X”'、X””)也被称为次绳索，所述另外的绳索从所述一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)延伸到被引导的所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)。5.根据权利要求3所述的设备，其中，每一个第二偏转装置(P1、P1')仅存在一个另外的驱动单元(Ata、Atc)和一个另外的绳索(X'、X”')，所述另外的绳索(X'、X”')通过相应的所述另外的驱动单元(Ata、Atc)从所述第一偏转装置(D1、D3)延伸到相关的所述第三偏转装置(D2、D4)，从而所述另外的驱动单元通过所述另外的绳索(X'、X”')施加力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)到偏转装置(D1、D2、D3、D4)。6.根据权利要求3所述的设备，其中，另外的所述力(Fta、Ftb、Ftc、Ftd)由直接附接到所述第一偏转装置和第三偏转装置(D1、D2、D3、D4)的一个或多个另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)经由附加的绳索施加。7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，所述另外的驱动单元(Ata、Atb、Atc、Atd)通过弹性的或粘弹性的连接元件连接到所述第一偏转装置(D1、D2、D3、D4)，所述连接元件优选为弹簧或橡皮绳。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，仅存在一条主绳索，所述绳索包括两个绳索部件(R1、R1')，每个所述绳索部分从第一驱动单元延伸到第二驱动单元或绞盘。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索(R1、R1')从所述第一驱动单元(W1)延伸到所述第二驱动单元(W2)，然后返回到所述第一驱动单元(W1)。10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述第一驱动单元(Aa、Ac)连接以形成一个组合驱动单元，使得所述组合驱动单元的绞盘在一个方向上的旋转导致所述绳索在所述组合驱动单元的一侧上释放，并且也在所述组合驱动单元的另一侧上释放，而所述绞盘沿相反方向的旋转导致所述绳索在所述组合驱动单元的两侧上收回。11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备，其中，所述第二驱动单元(Ab、Ad)连接以形成一个组合驱动单元，使得所述组合驱动单元的绞盘在一个方向上的旋转导致绳索在所述组合驱动单元的一侧收回，并且导致所述绳索在所述组合驱动单元的相对侧上释放。12.根据权利要求10至11中任一项所述的设备，其中，在所述组合驱动单元中，每个绞盘具有朝向所述末端减小或增大的可变半径，并且减小程度对于两个绞盘是对称的。13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索从第一驱动单元延伸到绞盘，然后延伸到第二驱动单元。14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述绞盘是完全被动的或者由电动机致动。15.根据权利要求13至14中任一项所述的设备，其中，所述绞盘(W2)包括两个半部分，每个半部分具有可变半径，所述可变半径朝向末端减小或增大，并且减小程度对于所述绞盘的两个半部分是对称的。16.根据权利要求8所述的设备，其中，所述唯一的绳索从第一驱动单元延伸到第二驱动单元，然后延伸到第三驱动单元，所述第三驱动单元优选在所述第一驱动单元的同一侧。17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第二驱动单元包括具有可变半径的两个绞盘，所述可变半径朝向所述末端减小或增大，并且减小程度对于两个所述绞盘是对称的。18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，绞盘包括引导所述绞盘上的所述绳索的槽，所述槽优选带有可变导程。19.根据权利要求12、15或17中任一项所述的设备，其中，具有可变半径的所述绞盘或所述绞盘的半部分还具有带可变导程的槽。20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述可变半径和/或所述可变导程被调节使得所述滚筒的凸形外壳或包络部是圆锥体或双圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔基姆·冯·齐泽维茨，海克·瓦勒里，葛瑞哥尔·库尔坦，
申请(专利权)人：洛桑联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH