The invention is a physical human-computer interaction platform based on rope traction in series elastic drive. It includes the DC servo motor, the reducer, the coupling, the winch, the linear guide, the slide block, the magnetic grid ruler, the spring, the handle and the rotating shaft. The driving handle of human upper arm moves along the linear guide rail. At the same time, the DC servo motor provides the corresponding driving force to drive the winch to pull the rope, thereby changing the shape variables of the elastic element, so as to achieve the effect of controlling the torque and impedance of the human-machine interaction. Through the design of the corresponding impedance controller, a safe, flexible and stable human-computer interaction can be realized.
【技术实现步骤摘要】
一种基于绳牵引串联弹性驱动的物理性人机交互平台
本专利技术涉及一种基于绳牵引串联弹性驱动的物理性人机交互平台,一般用于机器人领域与康复医疗器械领域。
技术介绍
随着机器人技术的发展,机器人越来越多地需要与人或外界环境发生物理性交互。而在机器人执行交互任务时,安全性是至关重要的。传统的机器人往往采用刚性驱动来保证快速响应和高精度的需求,如若出现故障,可能会对操作者和交互环境造成威胁。为了提升系统的安全性,可以通过机器人的主动柔顺和被动柔顺两种方式来实现。在主动柔顺中,通过设计阻抗或导纳控制器来调节机器人末端执行器的力与位移之间的动态关系,即调节交互阻抗的大小。而对于刚性驱动,如若在执行任务过程中发生断电而使得阻抗控制器失效,依然会对人或环境造成潜在伤害。串联弹性驱动器(SeriesElasticActuator,SEA)具有柔顺性强、阻抗低、输出稳定、能量缓冲及贮存、抗外力冲击、安全等优点,可以实现系统的被动柔顺并提升系统的安全性。绳索具有质量轻,力传输方向单一的特点,同时在力突变且超过阈值的情况下发生断裂,使传输力消失,起到进一步的保护作用。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于绳牵引串联弹性驱动的物理性人机交互平台,通过串联弹性驱动器来提升系统的被动柔顺度,通过阻抗控制提升系统的主动柔顺度,结合绳牵引,提升体统的稳定性和安全性。本专利技术的技术方案一种基于绳牵引串联弹性驱动的上肢物理性人机交互平台,包括一个铝合金底板,底板的一侧安装有一条直线滑轨以及与直线滑轨平行的一根磁条,直线滑轨上安装有三个滑块,顺次为第一滑块、第二滑块和第三滑块,三个滑块中间通过两根弹 ...
【技术保护点】
一种基于绳牵引串联弹性驱动的物理性人机交互平台,其特征是:该物理性人机交互平台包括一个底板,底板的一侧安装有一条直线滑轨以及与直线滑轨平行的一根磁条,直线滑轨上安装有三个滑块,顺次为第一滑块、第二滑块和第三滑块,三个滑块中间通过两根弹簧相连,在中间的第二滑块上固定有手柄座和手柄,用于人机交互,在两端的第一滑块和第三滑块的外侧各安装有一个用于固定绳索的挂钩;三个滑块的侧面上各安装有一个磁栅尺读数头共计3个,3个磁栅尺读数头和磁条配合构成位置测量装置;在底板的另一侧安装有一个用于固定电机和绞盘的U型电机架,电机架一端的外侧固定安装有直流伺服电机,电机轴穿过电机架后与联轴器固定,联轴器另一端与绞盘连接在一起,同时绞盘的另一端连接固定有一个丝杆,丝杆由U型电机架另一端的螺孔穿出,电机轴所在直线与直线滑轨垂直;所述绞盘上反向缠绕有两个绳索,绳索的一端与绞盘固定,绳索的另一端分别通过电机架和直线滑轨之间的底板上安装的三个旋转轴与第一滑块或第三滑块外侧的挂钩连接固定。
【技术特征摘要】
1.一种基于绳牵引串联弹性驱动的物理性人机交互平台,其特征是:该物理性人机交互平台包括一个底板,底板的一侧安装有一条直线滑轨以及与直线滑轨平行的一根磁条,直线滑轨上安装有三个滑块,顺次为第一滑块、第二滑块和第三滑块,三个滑块中间通过两根弹簧相连,在中间的第二滑块上固定有手柄座和手柄,用于人机交互,在两端的第一滑块和第三滑块的外侧各安装有一个用于固定绳索的挂钩;三个滑块的侧面上各安装有一个磁栅尺读数头共计3个,3个磁栅尺读数头和磁条配合构成位置测量装置;在底板的另一侧安装有一个用于固定电机和绞盘的U型电机架,电机架一端的外侧固定安装有直流伺服电机,电机轴穿过电机架后与联轴器固定,联轴器另一端与绞盘连接在一起,同时绞盘的另一端连接固定有一个丝杆,丝杆由U型电机架另一端的螺孔穿出,...
【专利技术属性】
技术研发人员:于宁波,孙玉波,邹武林,谭雯,
申请(专利权)人:南开大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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