一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人制造方法及图纸

一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，本发明专利技术涉及一种外骨骼机器人，本发明专利技术为解决现有辅助康复设备功能单一，不适于康复训练的问题，它包括背板、驱动装置、肩关节装置、带有长度调节的大臂装置，错位补偿装置、肘关节屈伸装置、肘关节自旋装置、带有长度调节的小臂装置和两组鲍登线，驱动装置安装在背板的一侧面上，肩关节装置安装在背板的一侧上，肩关节装置、带有长度调节的大臂装置，错位补偿装置、肘关节屈伸装置、肘关节自旋装置和带有长度调节的小臂装置依次连接设置，两组鲍登线的一端均与驱动装置连接，其中一组鲍登线的另一端与肘关节屈伸装置连接，另一组鲍登线的另一端与肘关节自旋装置连接，本发明专利技术用于康复训练领域。

A flexible rope driven exoskeleton robot with compensation device

【技术实现步骤摘要】
一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人
本专利技术涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人。
技术介绍
普通人平时生活状态多处于坐卧状态，上肢尤其是肘关节的运动在日常生活中发挥了较大作用。在肘关节肢体无法自主运动时对其进行康复训练与实现助力非常关键。随着我国人口老龄化进程的加速，心脑血管疾病危险因素流行趋势也更加明显。其中，绝大多数脑卒中幸存患者存在肢体运动功能障碍，比如上下肢偏瘫等等。因此如何更好地帮助中风患者进行康复训练及生活辅助显得非常重要和迫切。医院对患者进行康复治疗时，一般都是通过医生牵引上肢完成单关节运动，重复次数少、成本较高且对于医生的专业素养以及耐心要求较高，因此涌现出了一批辅助康复设备，但目前辅助设备普遍功能单一，而且康复训练设备是一种人机交互设备，具备必要的仿生特点至关重要。因此，研制一套符合人体工程学、轻便易携带、造价低廉的机电一体化设备成为体弱人群康复训练及生活辅助实现过程中亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有辅助康复设备功能单一，不适于康复训练的问题，进而需要提供一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人。本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括背板、驱动装置、肩关节装置、带有长度调节的大臂装置，错位补偿装置、肘关节屈伸装置、肘关节自旋装置、带有长度调节的小臂装置和两组鲍登线，驱动装置安装在背板的一侧面上，肩关节装置安装在背板的一侧上，肩关节装置、带有长度调节的大臂装置，错位补偿装置、肘关节屈伸装置、肘关节自旋装置和带有长度调节的小臂装置依次连接设置，两组鲍登线的一端均与驱动装置连接，其中一组鲍登线的另一端与肘关节屈伸装置连接，另一组鲍登线的另一端与肘关节自旋装置连接。本专利技术的有益效果：1、通过本专利技术的机器人，实现对患者的上肢肘关节进行独立的康复训练，使康复训练过程更具有针对性，穿戴舒适，轻巧便携，且能够自动补偿康复中人机轴线偏移错位带来的拉扯问题。首先，针对肘关节康复中的的屈伸和自旋运动设计了两个相应自由度的外骨骼机器人关节进行康复训练，在外骨骼臂与背板固定处还设计了针对肩关节的被动回转自由度外骨骼关节，增加了康复训练的舒适性。2、其次，本专利技术采取绳索驱动的方式，将驱动装置Ⅰ与外骨骼本体分别放置，通过驱动装置Ⅰ、张紧组件、鲍登线将电机输出的动力传递到外骨骼关节的滑轮上，通过外骨骼带动肢体进行康复训练。此种布置方式和传动方式可以将电机及其他驱动装置的重量置于外部的固定背板上，避免了患者直接承担其负载，同时通过绳索实现了远距离及柔性传动，此种设计机构使得结构简洁紧凑、穿戴携带便捷方便、增加了传动柔性。3、最后，针对人机耦合康复训练装置常常因为运动过程中人机关节轴线不一致出现的关节错位问题，设计了被动的错位补偿机构。外骨骼屈伸自由度回转模块与大臂部分的连接件连接在可上下滑动的滑块上，左右滑块通过球头连接杆及第二连接副件33与中部的滑块相连接，第二连接副件33可在中部滑块上实现回转。通过此机构，一方面左右滑块可错位滑动，从而带动左右连接件错位移动，可被动实现外骨骼屈伸关节轴线偏移一定角度，确保了肘部屈伸运动时的舒适性；另一方面，左右滑块可同步上下滑动，使得外骨骼屈伸关节轴线随着人体轴线偏移一定距离，减小了康复过程中因人机耦合问题带来的不必要的拉扯。本专利技术通过补偿机构带来的被动自由度使得外骨骼驱动轴与穿戴者的关节轴在运动过程中实现了自适应调整，增加了康复训练的舒适性和安全性。附图说明图1是本申请一侧的整体结构示意图。图2是本申请另一侧的整体结构示意图。图3是电机驱动器1、背板连接件4和两个驱动电机3安装在背板2上示意图。图4是第一电机输出轮5、预紧轮固定座6、微调螺钉7、预紧滑块8、第一预紧轮轴承9、预紧滑轮10、第二预紧轮轴承11、预紧轮轴承套筒12和第二电机输出轮13连接结构示意图。图5是驱动装置Ⅰ安装鲍登线示意图。图6是第一肩关节轴承端盖14、肩关节固定连接件15、肩关节轴承16、肩关节转轴18、肩关节轴承套筒19、第二肩关节轴承端盖20、肩关节挡环21、大臂固定连接杆17、大臂滑动连接杆22、大臂固定半圆环23和大臂绑带24安装前示意图。图7是错位补偿装置Ⅳ结构示意图。图8是错位补偿机构底座25、第一错位补偿机构连接件26、第一补偿机构滑块27、第二错位补偿机构连接件30、第二连接副件33、两个第二补偿机构滑块28、两个第一连接副件31、两个圆头连杆32和三个滑块挡板29安装前示意图。图9是肘关节屈伸机构滑轮34、力矩传感器35、第一屈伸机构固定连接件36、第二屈伸机构固定连接件42、屈伸编码器轴承端盖43、屈伸编码器轴承套筒45、屈伸编码器带轮46、屈伸编码器固定件47、屈伸编码器回转轴48、屈伸编码器49、两个屈伸机构轴承37、两个屈伸机构转轴38、两个屈伸机构轴承端盖39、两个屈伸机构轴承套筒40、两个屈伸机构转轴连接件41和两个屈伸编码器轴承44安装前示意图。图10是肘关节屈伸装置Ⅴ安装鲍登线结构示意图。图11是肘关节自旋装置Ⅵ安装鲍登线示意图。图12是自旋编码器轴承端盖58-1、自旋编码器轴承套筒58-3、自旋编码器带轮58-4、自旋编码器固定件58-5、自旋编码器回转轴58-6、自旋编码器58-7和两个自旋编码器轴承58-2安装在肘关节自旋装置Ⅵ安装前示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图12说明本实施方式，本实施方式所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，它包括背板2、驱动装置Ⅰ、肩关节装置Ⅱ、带有长度调节的大臂装置Ⅲ，错位补偿装置Ⅳ、肘关节屈伸装置Ⅴ、肘关节自旋装置Ⅵ、带有长度调节的小臂装置Ⅶ和两组鲍登线，驱动装置Ⅰ安装在背板2的一侧面上，肩关节装置Ⅱ安装在背板2的一侧上，肩关节装置Ⅱ、带有长度调节的大臂装置Ⅲ，错位补偿装置Ⅳ、肘关节屈伸装置Ⅴ、肘关节自旋装置Ⅵ和带有长度调节的小臂装置Ⅶ依次连接设置，两组鲍登线的一端均与驱动装置Ⅰ连接，其中一组鲍登线的另一端与肘关节屈伸装置Ⅴ连接，另一组鲍登线的另一端与肘关节自旋装置Ⅵ连接。具体实施方式二：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，驱动装置Ⅰ包括电机驱动器1、背板连接件4、第一电机输出轮5、第二电机输出轮13、两个连接件的鲍登线固定块、两个驱动电机3和四个张紧组件；背板连接件4固定安装在背板2的一侧上，两个驱动电机3固定安装在背板连接件4和背板2上，一个驱动电机3的输出端套装有一个第一电机输出轮5，另一个驱动电机3的输出端套装有一个第二电机输出轮13，一个连接件的鲍登线固定块和两个张紧组件靠近第一电机输出轮5固定安装在背板连接件4上，两个张紧组件位于连接件的鲍登线固定块和第一电机输出轮5之间，另一个连接件的鲍登线固定块和另外两个张紧组件靠近第二电机输出轮13固定安装在背板连接件4上，两个张紧组件位于连接件的鲍登线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：它包括背板(2)、驱动装置(Ⅰ)、肩关节装置(Ⅱ)、带有长度调节的大臂装置(Ⅲ)，错位补偿装置(Ⅳ)、肘关节屈伸装置(Ⅴ)、肘关节自旋装置(Ⅵ)、带有长度调节的小臂装置(Ⅶ)和两组鲍登线，驱动装置(Ⅰ)安装在背板(2)的一侧面上，肩关节装置(Ⅱ)安装在背板(2)的一侧上，肩关节装置(Ⅱ)、带有长度调节的大臂装置(Ⅲ)，错位补偿装置(Ⅳ)、肘关节屈伸装置(Ⅴ)、肘关节自旋装置(Ⅵ)和带有长度调节的小臂装置(Ⅶ)依次连接设置，两组鲍登线的一端均与驱动装置(Ⅰ)连接，其中一组鲍登线的另一端与肘关节屈伸装置(Ⅴ)连接，另一组鲍登线的另一端与肘关节自旋装置(Ⅵ)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：它包括背板(2)、驱动装置(Ⅰ)、肩关节装置(Ⅱ)、带有长度调节的大臂装置(Ⅲ)，错位补偿装置(Ⅳ)、肘关节屈伸装置(Ⅴ)、肘关节自旋装置(Ⅵ)、带有长度调节的小臂装置(Ⅶ)和两组鲍登线，驱动装置(Ⅰ)安装在背板(2)的一侧面上，肩关节装置(Ⅱ)安装在背板(2)的一侧上，肩关节装置(Ⅱ)、带有长度调节的大臂装置(Ⅲ)，错位补偿装置(Ⅳ)、肘关节屈伸装置(Ⅴ)、肘关节自旋装置(Ⅵ)和带有长度调节的小臂装置(Ⅶ)依次连接设置，两组鲍登线的一端均与驱动装置(Ⅰ)连接，其中一组鲍登线的另一端与肘关节屈伸装置(Ⅴ)连接，另一组鲍登线的另一端与肘关节自旋装置(Ⅵ)连接。


2.根据权利要求1所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：驱动装置(Ⅰ)包括电机驱动器(1)、背板连接件(4)、第一电机输出轮(5)、第二电机输出轮(13)、两个连接件的鲍登线固定块、两个驱动电机(3)和四个张紧组件；背板连接件(4)固定安装在背板(2)的一侧上，两个驱动电机(3)固定安装在背板连接件(4)和背板(2)上，一个驱动电机(3)的输出端套装有一个第一电机输出轮(5)，另一个驱动电机(3)的输出端套装有一个第二电机输出轮(13)，一个连接件的鲍登线固定块和两个张紧组件靠近第一电机输出轮(5)固定安装在背板连接件(4)上，两个张紧组件位于连接件的鲍登线固定块和第一电机输出轮(5)之间，另一个连接件的鲍登线固定块和另外两个张紧组件靠近第二电机输出轮(13)固定安装在背板连接件(4)上，两个张紧组件位于连接件的鲍登线固定块和第二电机输出轮(13)之间，每组鲍登线包括两个鲍登线，每组鲍登线设置在一个连接件的鲍登线固定块上，每组鲍登线上每个鲍登线外壳的一端固定安装在连接件的鲍登线固定块上，一组鲍登线上每个鲍登线钢丝的一端固定缠绕在第一电机输出轮(5)上，且两个鲍登线钢丝设置在第一电机输出轮(5)的两侧，另一组鲍登线上每个鲍登线钢丝的一端固定缠绕在第二电机输出轮(13)上，且两个鲍登线钢丝设置在第二电机输出轮(13)的两侧。


3.根据权利要求2所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：每个张紧组件包括预紧轮固定座(6)、微调螺钉(7)、预紧滑块(8)、第一预紧轮轴承(9)、预紧滑轮(10)、第二预紧轮轴承(11)和预紧轮轴承套筒(12)，预紧滑块(8)的一端通过微调螺钉(7)固定安装在预紧轮固定座(6)上，预紧轮固定座(6)固定安装在背板连接件(4)上，第一预紧轮轴承(9)和第二预紧轮轴承(11)套装在预紧滑块(8)的另一端上，预紧滑轮(10)套装在第一预紧轮轴承(9)和第二预紧轮轴承(11)上，预紧轮轴承套筒(12)靠近第二预紧轮轴承(11)安装在预紧滑块(8)上，每个预紧滑轮(10)上缠绕有一个鲍登线钢丝。


4.根据权利要求1所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：肩关节装置(Ⅱ)包括第一肩关节轴承端盖(14)、肩关节固定连接件(15)、肩关节轴承(16)、肩关节转轴(18)、肩关节轴承套筒(19)、第二肩关节轴承端盖(20)和肩关节挡环(21)；带有长度调节的大臂装置(Ⅲ)包括大臂固定连接杆(17)、大臂滑动连接杆(22)、大臂固定半圆环(23)和大臂绑带(24)，肩关节固定连接件(15)固定安装在背板(2)上，肩关节轴承(16)固定安装在肩关节固定连接件(15)上，肩关节转轴(18)一端固定安装在肩关节轴承(16)的内圈上，大臂固定连接杆(17)的一端、肩关节轴承套筒(19)、第二肩关节轴承端盖(20)和肩关节挡环(21)依次固定套装在肩关节转轴(18)上，大臂固定连接杆(17)的另一端沿长度方向加工有条形通孔，大臂滑动连接杆(22)的一端沿长度方向加工有条形通孔，大臂固定连接杆(17)的另一端与大臂滑动连接杆(22)的一端通过两个螺栓固定连接，大臂固定半圆环(23)的外圆面加工有凸台，凸台上加工有通孔，凸台上的通孔通过螺栓固定安装在大臂滑动连接杆(22)上，大臂绑带(24)固定安装在大臂固定半圆环(23)上。


5.根据权利要求4所述一种具有补偿装置的柔性绳驱肘关节外骨骼机器人，其特征在于：错位补偿装置(Ⅳ)包括错位补偿机构底座(25)、第一错位补偿机构连接件(26)、第一补偿机构滑块(27)、第二错位补偿机构连接件(30)、第二连接副件(33)、两个第二补偿机构滑块(28)、两个第一连接副件(31)、两个圆头连杆(32)和三个滑块挡板(29)；错位补偿机构底座(25)上加工有三个滑块安装滑槽，三个滑块安装滑槽均平行设置，滑块挡板(29)的一端沿长度方向加工有一个滑块滑槽，三个滑块挡板(29)分别固定安装在三个滑块安装滑槽的侧壁上，两个第二补偿机构滑块(28)滑动设置在位于两侧的每个滑块挡板(29)的滑块安装滑槽内，第一补偿机构滑块(27)滑动设置在位于中间滑块挡板(29)的滑块安装滑槽内，第二连接副件(33)的两侧分别加工有一个圆头安装槽，第二连接副件(33)的中部与第一补偿机构滑块(27)连接，两个圆头连杆(32)分别设置在第二连接副件(33)的两个圆头安装槽内，每个圆头连杆(32)的一端与第二连接副件(33)转动连接，每个圆头连杆(32)的另一端与第一连接副件(31)的一端转动连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永生，张腾，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23