一种新型踝关节康复并联机构制造技术

本发明专利技术公开了一种新型踝关节康复并联机构，包括静平台、动平台、两条UPU支链和一条AABA型支链；该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心；该并联机构整体视为动球心绕定球心作二自由度的球面运动，动平台在三条支链的约束下绕动球心作一自由度的球面运动；三条支链分别与静平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心；三条支链分别与动平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心；每条UPU支链上均具有一个沿UPU支链长度方向的移动副；两条UPU支链控制定球心和动球心在空间中的位姿，AABA型支链中的B型连杆控制定球心与动球心之间的距离。该并联机构的制造加工与装配精度更低，结构更简单紧凑，成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种新型踝关节康复并联机构
本专利技术涉及机械工程领域，具体是一种新型踝关节康复并联机构。
技术介绍
踝关节是人体中的重要关节，是支撑身体重量、推动人体蹬离地面的能量枢纽，同时踝关节也是最容易由于体重或者外部冲击导致损伤的关节。中国老龄化及偏瘫患者的加剧，踝关节的运动康复问题日益严重。随着运动康复理论及机器人技术的发展，踝关节康复机器人得以产生，可以辅助治疗师对患者的踝关节进行运动康复治疗。踝关节康复机器人运动平稳可控，不仅可以保证训练的效率和强度，还能在康复过程中对各种数据进行实时记录并用于治疗效果的评价及治疗方案的修正。现有的踝关节康复机器人大多将人体踝关节等效为标准球面副，而实际上人体踝关节是人体最为复杂的关节之一，包括有胫骨、腓骨、距骨、舟骨和跟骨等，如果简单的将其等效为标准球面副，在使用时则会产生较大的人机交互力。申请号为201910868664.2的文献公开了一种三自由度广义球面并联机构，该并联机构主要包含两条ABA型支链和一条AABA型支链，要求所有B型连杆的“双心线段”始终完全重合，即所有B杆定球心重合组成并联机构的定球心，且所有B杆动球心重合组成并联机构的动球心。与动平台相连的所有A型连杆的两端孔的轴心线交点始终与动球心重合，与定平台相连的所有A型连杆的两端孔的轴心线始终与定球心重合；倘若有一条支链的A型连杆或B型连杆或者支链的装配精度达不到要求便会导致所有B型连杆的B杆定球心或动球心不会重合，从而使得整个机构丧失自由度，因此要求机构的制造精度和装配精度要求很高；由于每条运动支链的约束力根据螺旋理论计算求得，每条运动支链都会提供一个沿定球心与动球心球心连线的约束力，因此会产生两个多余的约束力，即产生两个虚约束；而且若要调整定球心与动球心之间的球心距需要改变每条支链的A型连杆的杆长和B型连杆的杆长以及“双心线段”的长度，定球心与动球心之间的球心距的精准调节在加工精度上较难达到。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种新型踝关节康复并联机构；该并联机构的制造加工精度与装配精度较低，结构更加简单紧凑，成本更低，改变定球心与动球心之间的球心距在加工方面更容易实现。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是，提供一种新型踝关节康复并联机构，包括静平台和动平台，该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心，两个球心之间的距离为一可调节的定值；其特征在于，该并联机构还包括两条UPU支链和一条AABA型支链，两条UPU支链关于AABA型支链对称，三条支链的两个末端分别与静平台和动平台以回转副连接；该并联机构整体视为动球心绕定球心作二自由度的球面运动，动平台在三条支链的约束下绕动球心作一自由度的球面运动；三条支链分别与静平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心；三条支链分别与动平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心；AABA型支链由A型连杆和B型连杆按AABA的方式由上至下依次通过回转副连接；A型连杆为球面连杆，其两端孔的轴心线相交于一点；上部两个A型连杆的两端孔的轴心线的交点均与并联机构的定球心重合，下部的A型连杆两端孔的轴心线的交点与并联机构的动球心重合；B型连杆为双球心球面连杆，即B型连杆具有两个广义球心，分别为B杆定球心与B杆动球心，B杆定球心与并联机构的定球心重合，B杆动球心与并联机构的动球心重合；在此定义B型连杆的两个广义球心所连接成的线段为“双心线段”，“双心线段”的长度为“双心距”，即B型连杆的“双心距”与动球心和定球心之间的距离相等；每条UPU支链上均具有一个沿UPU支链长度方向的移动副；两条UPU支链控制“双心线段”在空间中的位姿，AABA型支链中的B型连杆控制“双心距”。所述静平台上呈圆周均匀分布有静平台一号铰支座、静平台二号铰支座和静平台三号铰支座，三个静平台铰支座的铰接孔的轴线汇交于一点，此点即为并联机构的定球心；所述动平台上呈圆周均匀分布有动平台一号铰支座、动平台二号铰支座和动平台三号铰支座，三个动平台铰支座的铰接孔的轴线汇交于一点，此点即为并联机构的动球心；每条UPU支链包括上虎克铰、虎克铰连杆、虎克铰支座和下虎克铰；UPU支链上的移动副由虎克铰连杆和虎克铰连接轴构成，虎克铰连杆的下端设有套筒，虎克铰连接轴的一端伸入套筒内且能在套筒内滑动，与虎克铰连杆之间构成移动副；虎克铰连杆的上端与上虎克铰的短轴铰接，上虎克铰的长轴与静平台相应的铰支座铰接；虎克铰连接轴的另一端固定在虎克铰支座的上端，虎克铰支座的的下端与下虎克铰的短轴铰接，下虎克铰的长轴与动平台相应的铰支座铰接；每个上虎克铰的长轴的轴线与各自的静平台铰支座的铰接孔的轴线重合，上虎克铰的短轴的轴线与各自的静平台铰支座的铰接孔的轴线垂直；两个上虎克铰长轴的轴线交于一点，该点与并联机构的定球心重合，每个下虎克铰的长轴的轴线与各自的动平台铰支座的铰接孔的轴线垂直，下虎克铰的短轴的轴线与各自的动平台铰支座的铰接孔的轴线重合；两个下虎克铰长轴的轴线交于一点，该点与并联机构的动球心重合；所述AABA型支链由三个A型连杆和一个B型连杆按AABA的方式依次通过回转副连接，其中一号A型连杆的一端与静平台二号铰支座铰接，一号A型连杆的另一端与二号A型连杆的一端铰接；二号A型连杆的另一端与B型连杆的一端铰接，B型连杆的另一端与三号A型连杆的一端铰接，三号A型连杆的另一端与动平台二号铰支座铰接。每条UPU支链包括上虎克铰、虎克铰连杆、虎克铰支座和下虎克铰，UPU支链上的移动副由虎克铰连杆和电动推杆构成；上虎克铰的长轴与静平台相应的铰支座铰接，上虎克铰的短轴与虎克铰连杆的上端铰接；虎克铰连杆的下端过盈配合在电动推杆的输出轴上，电动推杆工作时与虎克铰连杆之间构成移动副；电动推杆的安装部固定在虎克铰支座的上端，虎克铰支座的下端与下虎克铰的短轴铰接，下虎克铰的长轴与动平台相应的铰支座铰接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术主要包含两条UPU支链和一条AABA型支链构成，每条UPU支链产生一个过上虎克铰长轴轴线与下虎克铰长轴轴线交点的约束力，该约束力平行于各自的上虎克铰的短轴轴线；AABA型支链产生一个沿定球心与动球心的球心连线的约束力，上述三个约束力线性无关，即该并联机构存在三个自由度且不存在虚约束，不会影响其运动性能；该并联机构仅要求每条UPU支链的上虎克铰长轴的轴线过定球心，下虎克铰长轴的轴线过动球心，AABA型连杆的B型连杆的B杆定球心与定球心重合，B杆动球心与动球心重合即可；相对于由ABA型支链与AABA型连杆构成的并联机构要求所有B型连杆的“双心线段”始终完全重合，与动平台相连的所有A型连杆两端孔的轴心线交点始终与动球心重合，与定平台相连的所有A型连杆两端孔的轴心线始终与定球心重合而言，本方案的制造加工精度和装配精度明显降低不少；倘若要调整定球心与动球心的球心距，只需要改变AABA型连杆的A型连杆长度和B型连杆的杆长与“双心线段”的长度，UPU支链由于存在移动副只需根据所选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型踝关节康复并联机构，包括静平台和动平台，该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心，两个球心之间的距离为一可调节的定值；其特征在于，/n该并联机构还包括两条UPU支链和一条AABA型支链，两条UPU支链关于AABA型支链对称，三条支链的两个末端分别与静平台和动平台以回转副连接；该并联机构整体视为动球心绕定球心作二自由度的球面运动，动平台在三条支链的约束下绕动球心作一自由度的球面运动；三条支链分别与静平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心；三条支链分别与动平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心；/nAABA型支链由A型连杆和B型连杆按AABA的方式由上至下依次通过回转副连接；A型连杆为球面连杆，其两端孔的轴心线相交于一点；上部两个A型连杆的两端孔的轴心线的交点均与并联机构的定球心重合，下部的A型连杆两端孔的轴心线的交点与并联机构的动球心重合；/nB型连杆为双球心球面连杆，即B型连杆具有两个广义球心，分别为B杆定球心与B杆动球心，B杆定球心与并联机构的定球心重合，B杆动球心与并联机构的动球心重合；在此定义B型连杆的两个广义球心所连接成的线段为“双心线段”，“双心线段”的长度为“双心距”，即B型连杆的“双心距”与动球心和定球心之间的距离相等；/n每条UPU支链上均具有一个沿UPU支链长度方向的移动副；两条UPU支链控制“双心线段”在空间中的位姿，AABA型支链中的B型连杆控制“双心距”。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型踝关节康复并联机构，包括静平台和动平台，该并联机构具有两个不重合的旋转球心，分别为定球心和动球心，两个球心之间的距离为一可调节的定值；其特征在于，
该并联机构还包括两条UPU支链和一条AABA型支链，两条UPU支链关于AABA型支链对称，三条支链的两个末端分别与静平台和动平台以回转副连接；该并联机构整体视为动球心绕定球心作二自由度的球面运动，动平台在三条支链的约束下绕动球心作一自由度的球面运动；三条支链分别与静平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的定球心；三条支链分别与动平台之间的回转副的回转轴线汇交于一点，该点为并联机构的动球心；
AABA型支链由A型连杆和B型连杆按AABA的方式由上至下依次通过回转副连接；A型连杆为球面连杆，其两端孔的轴心线相交于一点；上部两个A型连杆的两端孔的轴心线的交点均与并联机构的定球心重合，下部的A型连杆两端孔的轴心线的交点与并联机构的动球心重合；
B型连杆为双球心球面连杆，即B型连杆具有两个广义球心，分别为B杆定球心与B杆动球心，B杆定球心与并联机构的定球心重合，B杆动球心与并联机构的动球心重合；在此定义B型连杆的两个广义球心所连接成的线段为“双心线段”，“双心线段”的长度为“双心距”，即B型连杆的“双心距”与动球心和定球心之间的距离相等；
每条UPU支链上均具有一个沿UPU支链长度方向的移动副；两条UPU支链控制“双心线段”在空间中的位姿，AABA型支链中的B型连杆控制“双心距”。


2.根据权利要求1所述的新型踝关节康复并联机构，其特征在于，所述静平台上呈圆周均匀分布有静平台一号铰支座、静平台二号铰支座和静平台三号铰支座，三个静平台铰支座的铰接孔的轴线汇交于一点，此点即为并联机构的定球心；
所述动平台上呈圆周均匀分布有动平台一号铰支座、动平台二号铰支座和动平台三号铰支座，三个动平台铰支座的铰接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，杨帅，刘承磊，戚开诚，牛建业，郭士杰，刘旭升，刘秀莹，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12