适用于腰部康复机器人的传动机构及控制方法技术

为克服上述现有技术的不足，本发明专利技术提供了一种适用于腰部康复机器人的传动机构及控制方法，所述适用于腰部康复机器人的传动机构、包括支架、气动人工肌肉、底板、卷绳机构、导向机构、绳索、顶梁、腰部运动组件和腿部运动组件。所述控制方法，能够在需要停车时，进行夹紧，防止突然停车时由于惯性而导致的乱绳。有益的技术效果：本发明专利技术能够对绳索缠绕机构上的绳索的状态进行监督，防止乱绳，并对绳索自动提供预紧力，避免了人工提供预紧力的麻烦，从而实现机构的智能化，提高了安全性、可靠性和经济价值。

Transmission mechanism and control method for waist rehabilitation robot

To overcome the shortcomings of the prior art, the invention provides a transmission mechanism and a control method suitable for a waist rehabilitation robot. The transmission mechanism for a waist rehabilitation robot, including a bracket, a pneumatic artificial muscle, a floor, a rope mechanism, a guiding mechanism, a rope, a top beam, a waist movement component and a leg, is provided. The movement component of the Department. The control method can be clamped when parking is needed to prevent the disorderly rope caused by inertia when suddenly stopping. The beneficial technical effect: the invention can supervise the rope state on the rope winding mechanism, prevent the rope, and automatically provide the pretension to the rope, avoid the trouble of providing the pre tightening force artificially, so as to realize the intellectualization of the mechanism and improve the security, reliability and economic value.

【技术实现步骤摘要】
适用于腰部康复机器人的传动机构及控制方法
本专利技术涉及精确机械传动
，尤其涉及康复机器人的自动化卷绳机构与控制领域，具体为适用于腰部康复机器人的传动机构及控制方法。
技术介绍
腰部对于人体来说是非常重要的，同时也是非常容易出现健康问题的部位。现在社会，越来越多的人在工作、学习和生活中长时间坐着，这使人体腰部肌肉长时间处于紧绷状态，导致腰肌老损等疾病。腰部康复训练是腰部康复的基本手段，而现有的腰部康复治疗方法多依靠训练师的经验，康复训练设备相对单一。因此提高腰部康复训练的效率和安全性，丰富腰部康复训练的手段对腰部健康至关重要。专利申请号“CN104800040A”的一种绳索并联柔索腰部康复机器人将柔性绳索应用到腰部康复机器人中。绳索驱动并联机器人用绳索代替连杆作为驱动元件，有转动惯量小，带负载能力强，运动速度快，工作空间大，柔顺性好，安全性好，可以实现变刚度控制，花费低等优点。但由于柔索特性，上述并联柔索腰部康复机器人存在如下缺点：在卷轴卷筒运动中，由于卷筒的宽度使绳子在纵向来回摆动，甚至会导致绳子在滑轮上脱落。绳子的预紧力需要操作者人工添加，十分麻烦而且不精确。在实际操作中经常会电机停车，由于绳索另一端悬挂的重物的惯性，易导致绳子在卷筒上乱绳，从而导致无法正常工作。由于所提及腰部康复机器人的缠绳装置存在以上问题，为了保证机构能够安全可靠的工作，设计一种能够自动监控并能解决上述问题的卷绳机构是十分必要的，能够最大程度的保障整个腰部康复机构能够安全而可靠的运行。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术存在的不足之处，提供了一种适用于腰部康复机器人的传动机构及控制方法，能够对绳索缠绕机构上的绳索的状态进行监督，防止乱绳，并对绳索自动提供预紧力，避免了人工提供预紧力的麻烦，从而实现机构的智能化，提高了安全性、可靠性和经济价值。本专利技术采用如下技术方案：适用于腰部康复机器人的传动机构，其所适用的腰部康复机器人包括支架1、气动人工肌肉2、底板3、绳索6、顶梁7、腰部运动组件和腿部运动组件，其中，在底板3的四角分别设有一根支架1。在相邻的支架1顶部之间设有顶梁7。底板3、支架1和顶梁7共同构成本腰部康复机器人的框架。在框架上配有气动人工肌肉2，气动人工肌肉2与腰部运动组件相连接。此外：本传动机构由卷绳机构4和导向机构5组成。其中，在底板3上配有卷绳机构4，在顶梁7上配有导向机构5。绳索6的一端与卷绳机构4相连接，绳索6的另一端穿过导向机构5后与腿部运动组件相连接。导向机构5能够旋转，通过导向机构5对绳索6的运动方向进行限定，从而实现绳索6在运动时不偏移的效果。换言之，导向机构5具有可绕其轴多向旋转，使绳索保持在导向槽内不偏移的功能。卷绳机构4能在一个以上的维度方向移动，对绳索6的偏移进行补偿。此外，卷绳机构4具有夹紧/夹绳的功能，能够夹紧或松开绳索6。换言之，卷绳机构4具有可沿轴向左右移动的功能，可消除由于卷轴宽度使绳索产生偏移的影响，使绳索绕出或绕入卷轴时始终保持在同一平面上。进一步说，导向机构5包括菱形轴承501、滑轮支撑架502和滑轮503。其中，在菱形轴承501的顶部设有滑轮支撑架502，在滑轮支撑架502上配有滑轮503。优选的方案是：菱形轴承501和滑轮503均采购标准件，降低采购与加工成本。滑轮支撑架502的上端呈U形，其下端有一竖直向下伸出的轴。绳索6的力带动滑轮503和滑轮支撑架502绕轴偏转，使滑轮503和滑轮支撑架502保持和绳索在同一平面内。进一步说，腿部运动组件包含踏板。绳索6的另一端绕过滑轮503后与腿部运动组件中的踏板相连接。进一步说，卷绳机构4包括直流电机401、减速器402、第一直齿伞齿轮403、第二直齿伞齿轮404、第一支架405、第二支架412、支撑架端盖413、卷筒414、滚珠花键副415和夹绳装置。其中，通过联轴器将直流电机401与减速器402的一个伸出轴相连，通过键将减速器402的另一伸出轴与第一直齿伞齿轮403相连。第一直齿伞齿轮403与第二直齿伞齿轮404相啮合。优选的方案是，第一直齿伞齿轮403的齿轮轴线与第二直齿伞齿轮404的齿轮轴线成90度夹角。第一支架405和第二支架412均含有轴承。滚珠花键副415的轴的两端分别与第一支架405内的轴承、第二支架412内的轴承配合。在靠近第二支架412一侧的滚珠花键副415的轴的端部设有端盖413。即在滚珠花键副415的支出端设有端盖413。卷筒414固定在滚珠花键副415的外筒上。在滚珠花键副415下方有夹绳装置。通过夹绳装置锁住或放开卷筒414。本专利技术所述的适用于腰部康复机器人的传动机构的控制方法，按如下步骤进行：步骤一：通电启动，工控机进行系统初始化。同时，由工控机自检其与拉力传感器、红外位移传感器、应变片、直流电机401、第二电机418之间的通讯是否正常。步骤二：在准备就绪后，由工控机控制直流电机401对绳索6添加预紧力。启动直流电机401，使直流电机401转动，使绳索6处于绷紧状态，各绳索6上的拉力传感器感知各绳索6受到的拉力，并将所受的拉力值传送到工控机，达到所需的预紧力时，工控机经电机驱动器向直流电机401发送信号，直流电机401停止转动，此时，各绳索6处于绷紧状态。步骤三：当本康复机器人开始工作时，直流电机401驱动卷绳装置4运动。当卷绳机构4中的卷筒414沿滚珠花键副415的花键轴做轴向运动时，卷筒414端部的应变片，即位移传感器，将位移信号转化成电信号，并将其传送到工控机中，工控机控制第二电机418转动，使得夹绳装置中的夹紧块416可以在丝杠轴407上做相同的轴向运动，保持始终在卷筒414的下放。当需要本康复机器人停车时，即需要夹紧绳索6时，由人工操作工控机发出信号，使液压缸410向上运动，带动夹块416同时向上运动，从而实现对卷筒414上绳索6的夹紧，防止突然停车时由于惯性而导致的乱绳。步骤四：当本康复机器人的卷筒414处于抱死状态，需要重新进行工作时，工控机发出信号使直流电机401转动的同时，令液压缸410带动夹块416相下运动，放开卷筒414，使其正常运动，抱紧装置进行跟随运动。为了更好地解释本专利技术，特换一角度阐述本专利技术的结构特点：安装在平台底板上的绳索缠绕机构，包括支撑座，与支撑座通过轴承相配合的滚珠花键副，固定在滚珠花键副外筒的卷筒，在卷筒两端缠绳位置分别固定两片压力应变片。与滚珠花键轴通过联轴器相连的减速器，与减速器相连的直流伺服电机。在卷筒正下方是绳索防乱装置，包括绳索缠绕导向套筒，气缸，滑动螺母，丝杠，以及丝杠轴支撑座和、伺服电机。在平台支架顶端的横梁上有绳索的导向装置，在梁架上安装绳索的导向滑轮，滑轮支撑架和菱形轴承。上述的卷筒缠绕机构实现柔性绳索缠绕功能，卷筒上带有与所用绳索相匹配的螺旋凹槽，绳索有序缠绕在卷筒上。支撑座固定在底板上，卷轴通过键和紧固螺钉固定在滚珠花键副的外筒上，滚珠花键副的轴通过轴承安装在两支撑座之间，滚珠花键副的轴的伸出端通过联轴器与电机相连。上述卷筒机构中卷筒安装在滚珠花键副的外筒上，在绳索带动卷筒转动时，滚珠花键副的外筒由于轴向受力沿花键轴轴向方向做直线运动，使绳索始终在竖直的平面内，防止由于绳索的摆动而滑出导向装置。上述卷筒机构卷筒两端分别安置电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于腰部康复机器人的传动机构，腰部康复机器人包括底板（3）、顶梁（7）、绳索（6）和腿部运动组件；其特征在于：本传动机构由卷绳机构（4）和导向机构（5）两部分组成；其中，在底板（3）上配有卷绳机构（4），在顶梁（7）上配有导向机构（5）；绳索（6）的一端与卷绳机构（4）相连接，绳索（6）的另一端穿过导向机构（5）后与腿部运动组件相连接；导向机构（5）能够旋转，通过导向机构（5）对绳索（6）的运动方向进行限定，防止绳索（6）在运动时发生偏移；卷绳机构（4）能在一个以上的维度方向移动，对绳索（6）的偏移进行补偿；卷绳机构（4）有夹绳的功能，能够夹紧或松开绳索（6）。

【技术特征摘要】
1.适用于腰部康复机器人的传动机构，腰部康复机器人包括底板（3）、顶梁（7）、绳索（6）和腿部运动组件；其特征在于：本传动机构由卷绳机构（4）和导向机构（5）两部分组成；其中，在底板（3）上配有卷绳机构（4），在顶梁（7）上配有导向机构（5）；绳索（6）的一端与卷绳机构（4）相连接，绳索（6）的另一端穿过导向机构（5）后与腿部运动组件相连接；导向机构（5）能够旋转，通过导向机构（5）对绳索（6）的运动方向进行限定，防止绳索（6）在运动时发生偏移；卷绳机构（4）能在一个以上的维度方向移动，对绳索（6）的偏移进行补偿；卷绳机构（4）有夹绳的功能，能够夹紧或松开绳索（6）。2.根据权利要求1所述的适用于腰部康复机器人的传动机构，其特征在于：导向机构（5）包括菱形轴承（501）、滑轮支撑架（502）和滑轮（503）；其中，在菱形轴承（501）的顶部设有滑轮支撑架（502），在滑轮支撑架（502）上配有滑轮（503）。3.根据权利要求2所述的适用于腰部康复机器人的传动机构，其特征在于：菱形轴承（501）固定在横梁（7）上；滑轮（503）安装在滑轮支撑架（502）中；滑轮支撑架（502）与菱形轴承（501）相配合。4.根据权利要求2所述的适用于腰部康复机器人的传动机构，其特征在于：卷绳机构（4）包括直流电机（401）、减速器（402）、第一直齿伞齿轮（403）、第二直齿伞齿轮（404）、第一支架（405）、第二支架（412）、支撑架端盖（413）、卷筒（414）、滚珠花键副（415）和夹绳装置；其中，直流电机（401）经减速器（402）与第一直齿伞齿轮（403）相连；第一直齿伞齿轮（403）与第二直齿伞齿轮（404）相啮合；第一支架（405）和第二支架（412）均含有轴承；滚珠花键副（415）的轴的两端分别与第一支架（405）内的轴承、第二支架（412）内的轴承配合；在靠近第二支架（412）一侧的滚珠花键副（415）的轴的端部设有端盖（413）；卷筒（414）固定在滚珠花键副（415）的外筒上；在滚珠花键副（415）下方有夹绳装置；通过夹绳装置锁住或放开卷筒（414）。5.根据权利要求4所述的适用于腰部康复机器人的传动机构，其特征在于：夹绳装置包括丝杠轴（407）、滑动螺母（408）、活塞（409）、液压缸（410）、第一支撑架（411）、夹块（416）、联轴器（417）和第二电机（418），其中，夹块（416）底端和液压缸（410）固定连接；液压缸（410）与活塞（409）相配合，活塞（409）与滑块螺母（408）相连接；活塞（409）的轴线与滑块螺母（408）的轴线相互垂直；滑块螺母（408）与丝杠轴（407）相配合；丝杠轴（407）的两端分别与一个支撑架（411）相连接；丝杠轴（407）的一端穿过支撑架（411）后，经联轴器（417）与第二电机（418）相连接。6.根据权利要求5所述的适用于腰部康复机器人的传动机构，其特征在于：导向机构（5）包括菱形轴承（501）、滑轮支撑架（502）和滑轮（503）；其中，在菱形轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾斌，李舒怡，陈桥，孙智，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34