【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运动机器人领域，具体涉及一种运动轴线自适应踝关节运动机器人及其控制方法。
技术介绍
1、为避免踝关节在运动过程中造成伤害，目前，大多数踝关节运动机器人都是基于固定的转动轴线进行研究的，难以实现生物旋转中心与机器人的旋转中心吻合，而在踝关节运动过程中，运动轴线是不断变化的，简单的刚性等效较难实现与人体运动轴线的重合，且刚性机构的惯性冲击大，柔顺性差，运动训练过程中刚性连杆易产生有害冲击。
2、中国专利申请cn201210555816.1公开了一种用于下肢运动训练的外骨骼机器人及其运动控制方法，机器人包括支撑平衡架、外骨骼机械腿、跑步机和控制系统；运动控制方法提供两种模式，分别为被动步行运动和主动步行运动模式：被动步行运动模式下，控制机器人带动操作者完成特定的运动或以正确的生理学步态轨迹运动；主动步行运动模式下，机器人抑制操作者有限的异常运动，直接修正或通过自适应控制器产生操作者期望的步态训练轨迹，间接实现机器人提供步行运动辅助力、阻抗力的目的。但该专利申请中并不能完全进行运动过程中踝关节出现的变化，无法实现机器人运动轴线与生物运动轴线相重合。
3、因此，有必要提出一种运动轴线自适应踝关节运动机器人及其控制方法，对轴线进行自动补偿，自适应轴线在运动过程中的变化。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种运动轴线自适应踝关节运动机器人及其控制方法，通过双叉臂机构与弹簧实现踝关节的运动轴线与机器人的运动轴向进行拟合，避免在运动过程中
2、本专利技术提供了一种运动轴线自适应踝关节运动机器人，其包括轴线补偿组件、绳索收放组件、滑轮偏转组件、支撑组件和绳索；轴线补偿组件包括支柱、固定套、双叉臂机构、转动架、弹簧、踏板连接架、踏板滑轨、踏板、旋钮和位姿传感器，支柱对称设置在支撑组件内，支柱的第一端面与支撑组件的底板连接，固定套与支柱的第二端面连接，转动架的两侧均通过双叉臂机构与固定套转动连接，弹簧的第一端与转动架固定连接，弹簧的第二端与踏板连接架的支臂转动连接，踏板连接架的支撑板的两侧对称设置有踏板滑轨，踏板与踏板滑轨滑动连接，旋钮穿过踏板滑轨与踏板螺纹连接，位姿传感器与踏板连接；绳索收放组件设置在底板上，绳索收放组件包括电机、卷筒轴、卷筒、第一齿轮、齿轮架、第二齿轮、齿轮轴、第三齿轮、凸轮件、第四齿轮、导向杆和同步块，卷筒轴的第一旋转轴通过联轴器与电机的输出轴连接，卷筒与卷筒轴的导向轴滑动连接，卷筒轴的第二旋转轴通过轴承座与底板转动连接，第一齿轮与卷筒轴的第一旋转轴连接，齿轮架设置在卷筒的一侧位置，第二齿轮通过齿轮轴与齿轮架转动连接，且第二齿轮与第一齿轮啮合传动，第三齿轮与齿轮轴连接，凸轮件的凸轮轴与齿轮架转动连接，第四齿轮与凸轮轴连接，且第四齿轮与第三齿轮啮合传动，导向杆设置在凸轮件的一侧位置，且导向杆的两端与齿轮架连接，同步块的滑块与导向杆滑动连接，同步块的柱形导块与凸轮件的凸轮槽滑动连接，同步块的驱动块与卷筒滑动连接；滑轮偏转组件包括支撑座、轴承块、摆动件、摆动滑轮、齿条、拉簧座和拉簧，轴承块与支撑座的第一端面连接，摆动件与轴承块转动连接，摆动件与支撑座的滑槽滑动连接，摆动滑轮设置在摆动件的中部位置，齿条通过齿条座设置在支撑座上，且齿条与齿条座为滑动连接，齿条与摆动件啮合传动，拉簧的第一端通过拉簧座与齿条连接，拉簧的第二端与齿条座连接。
3、可优选的是，支撑组件包括底板、机架、顶板、腿部支架、腿部护具和万向轮，机架的第一端面与底板的第一端面连接，顶板的第一端面与机架的第二端面连接，腿部支架与顶板的第二端面连接，腿部护具与腿部支架连接，万向轮设置在底板的第二端面四角位置处。
4、可优选的是，双叉臂机构包括臂支座、第一叉臂、第二叉臂、移动座和阻尼器，臂支座与固定套连接，第一叉臂和第二叉臂的第一端均与臂支座转动连接，第一叉臂和第二叉臂的第二端均与移动座转动连接，且第一叉臂和第二叉臂平行设置，阻尼器的第一端与臂支座转动连接，阻尼器的第二端与移动座转动连接。
5、可优选的是，滑轮偏转组件、绳索收放组件以及绳索的数量相同，底板的四角位置均分别设置有四组绳索收放组件，至少有两组绳索收放组件对称倾斜的设置在底板上，滑轮偏转组件至少有四组设置在顶板上，至少有两组滑轮偏转组件对称设置在底板上；底板的四角位置处还设置有定滑轮，至少四组绳索的第一端与四角位置处的绳索收放组件的卷筒缠绕，四组绳索的第二端依次绕过定滑轮与顶板位置的滑轮偏转组件的摆动滑轮与踏板连接架的支撑板连接，至少两组绳索的第一端与倾斜设置的绳索收放组件的卷筒缠绕，两组绳索的第二端绕过设置在底板的滑轮偏转组件的摆动滑轮与踏板连接架的支撑板连接。
6、可优选的是，卷筒轴包括旋转盘、导向轴、第一旋转轴和第二旋转轴，导向轴呈圆周分布在两旋转盘之间，第一旋转轴和第二旋转轴均与旋转盘连接，旋转盘、导向轴、第一旋转轴和第二旋转轴的轴线均相同。
7、可优选的是，凸轮件包括凸轮、凸轮槽和凸轮轴，凸轮槽环绕设置在凸轮上，凸轮轴设置在凸轮的两端。
8、可优选的是，同步块包括滑块、柱形导块和驱动块，柱形导块设置在滑块的第一端面，且与凸轮件中凸轮槽的接触端为半球形，驱动块设置在滑块的第二端面，卷筒的一侧位置设置弧形凹槽，驱动块与弧形凹槽滑动连接。
9、可优选的是，摆动件包括摆动块、第五齿轮和转轴，摆动块与支撑座的滑槽滑动连接，第五齿轮设置在摆动块的一侧位置，且第五齿轮与齿条啮合传动，转轴设置在摆动块的第二端面中部位置，转轴与轴承块转动连接，转轴的轴线与摆动滑轮的滑轮切线重合。
10、可优选的是，踏板连接架包括支臂和支撑板，支臂和支撑板垂直设置，支臂的末端设置通孔与轴线补偿组件的轴承连接，支撑板的四角位置处开设槽孔，绳索通过槽孔与支撑板连接；转动架的两侧末端位置对称设置空心柱体，移动座设置实心柱体，空心柱体的内侧与实心柱体转动且滑动连接。
11、本专利技术的第二方面，提供一种用于前述运动轴线自适应踝关节运动机器人的控制方法，其包括以下步骤：
12、s1、将足部放置在踏板上，通过绷带与踏板固定，通过旋钮调节踏板与转动架的距离，使踝关节轴线与转动架的转动轴线重合，然后将腿部通过绑带与腿部护具固定；
13、s2、分别建立全局坐标系和局部坐标系，以两侧支柱底部连线中心点为原点 o，建立全局坐标系 ox b y b z b；以踏板半圆圆心处为坐标原点 q，建立局部坐标系 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，其包括轴线补偿组件、绳索收放组件、滑轮偏转组件、支撑组件和绳索；
2.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，支撑组件包括底板、机架、顶板、腿部支架、腿部护具和万向轮，机架的第一端面与底板的第一端面连接，顶板的第一端面与机架的第二端面连接，腿部支架与顶板的第二端面连接，腿部护具与腿部支架连接，万向轮设置在底板的第二端面四角位置处。
3.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，双叉臂机构包括臂支座、第一叉臂、第二叉臂、移动座和阻尼器，臂支座与固定套连接，第一叉臂和第二叉臂的第一端均与臂支座转动连接，第一叉臂和第二叉臂的第二端均与移动座转动连接，且第一叉臂和第二叉臂平行设置，阻尼器的第一端与臂支座转动连接，阻尼器的第二端与移动座转动连接。
4.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，滑轮偏转组件、绳索收放组件以及绳索的数量相同，底板的四角位置均分别设置有四组绳索收放组件，至少有两组绳索收放组件对称倾斜的设置在底板上，滑轮偏转组
5.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，卷筒轴包括旋转盘、导向轴、第一旋转轴和第二旋转轴，导向轴呈圆周分布在两旋转盘之间，第一旋转轴和第二旋转轴均与旋转盘连接，旋转盘、导向轴、第一旋转轴和第二旋转轴的轴线均相同。
6.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，凸轮件包括凸轮、凸轮槽和凸轮轴，凸轮槽环绕设置在凸轮上，凸轮轴设置在凸轮的两端。
7.根据权利要求5所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，同步块包括滑块、柱形导块和驱动块，柱形导块设置在滑块的第一端面，且与凸轮件中凸轮槽的接触端为半球形，驱动块设置在滑块的第二端面，卷筒的一侧位置设置弧形凹槽，驱动块与弧形凹槽滑动连接。
8.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，摆动件包括摆动块、第五齿轮和转轴，摆动块与支撑座的滑槽滑动连接，第五齿轮设置在摆动块的一侧位置，且第五齿轮与齿条啮合传动，转轴设置在摆动块的第二端面中部位置，转轴与轴承块转动连接，转轴的轴线与摆动滑轮的滑轮切线重合。
9.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，踏板连接架包括支臂和支撑板，支臂和支撑板垂直设置，支臂的末端设置通孔与轴线补偿组件的轴承连接，支撑板的四角位置处开设槽孔，绳索通过槽孔与支撑板连接；转动架的两侧末端位置对称设置空心柱体，移动座设置实心柱体，空心柱体的内侧与实心柱体转动且滑动连接。
10.一种权利要求1-9之一所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，其包括轴线补偿组件、绳索收放组件、滑轮偏转组件、支撑组件和绳索；
2.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，支撑组件包括底板、机架、顶板、腿部支架、腿部护具和万向轮，机架的第一端面与底板的第一端面连接，顶板的第一端面与机架的第二端面连接，腿部支架与顶板的第二端面连接，腿部护具与腿部支架连接，万向轮设置在底板的第二端面四角位置处。
3.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，双叉臂机构包括臂支座、第一叉臂、第二叉臂、移动座和阻尼器，臂支座与固定套连接，第一叉臂和第二叉臂的第一端均与臂支座转动连接，第一叉臂和第二叉臂的第二端均与移动座转动连接，且第一叉臂和第二叉臂平行设置，阻尼器的第一端与臂支座转动连接，阻尼器的第二端与移动座转动连接。
4.根据权利要求1所述的运动轴线自适应踝关节运动机器人，其特征在于，滑轮偏转组件、绳索收放组件以及绳索的数量相同，底板的四角位置均分别设置有四组绳索收放组件，至少有两组绳索收放组件对称倾斜的设置在底板上，滑轮偏转组件至少有四组设置在顶板上，至少有两组滑轮偏转组件对称设置在底板上；底板的四角位置处还设置有定滑轮，至少四组绳索的第一端与四角位置处的绳索收放组件的卷筒缠绕，四组绳索的第二端依次绕过定滑轮与顶板位置的滑轮偏转组件的摆动滑轮与踏板连接架的支撑板连接，至少两组绳索的第一端与倾斜设置的绳索收放组件的卷筒缠绕，两组绳索的第二端绕过设置在底板的滑轮偏转组件的摆动滑轮与踏板连接架的支撑板连接。
5.根据权...
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