[發明專利]一種適用于康復機器人的渦簧式柔彈性關節

有效

• 申請號: 201410681936.5
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104382722A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 楊啟志;郭林強;汪志煥;胡建平
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;B25J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種對驅動力矩有柔彈性要求的傳動裝置，尤其應用于醫療康復機器人驅動領域。

技術背景

為了高效、低成本地解決由腦卒中、腦外傷等病因造成的人體上肢中樞神經性運動障礙患者的康復治療這一社會難題，國內外的很多專家學者都在設計針對康復訓練的康復機器人，并逐步取代傳統的醫師治療。

傳統的康復機器人設計中，康復機器人都有一個共同點：機器人各關節的設計主要采用剛性的設計方法，采用電機、減速器等作為機器人關機的驅動單元。這種關節設計缺乏柔彈性單元，較大的沖擊不僅使得康復機器人關節容易受到外部沖擊而損壞，直接影響了機器人的正常運行，甚至可能對患者造成二次傷害。近些年來，一些學者提出了具有力/力矩傳感器的柔性關節設計和串聯彈性驅動關節設計等方法，使得機器人可以避免外部沖擊對執行關節的影響，并且為機器人與人和環境的交互創造良好的條件。然而，基于力/力矩傳感器的柔性關節本身并不具備柔性的特點，抗外部沖擊的性能并非最佳，基于串聯彈性驅動關節具有良好的抗沖擊和力感知性能，但大部分關節采用了傳統的螺旋彈簧，很難設計出空間小，重量輕，結構緊湊的關節。哈爾濱工業大學的王立權等人設計的彈性驅動轉動關節專利號CN102152319A和雙串聯彈性驅動器專利號CN101318331都具有較好的柔彈性，但是都用了傳統的螺旋彈簧，這種設計的軸向尺寸大，結構不緊湊，不能應用于康復機器人的關節上。浙江大學的楊燦軍等人設計的基于柔繩傳動的外骨骼柔性關節驅動裝置專利號CN103315881A能實現柔彈性傳動，但是其占用空間大，結構復雜，因此其應用范圍非常有限。目前，國內能應用于康復機器人上的柔彈性關節還非常少，至于結構緊湊、空間小、重量輕的柔彈性關節少之又少。

發明內容

本發明針對當前康復機器人傳動系統設計的不足，提出了一種適用于康復機器人關節以渦簧為柔性元件的柔彈性關節，應用于康復機器人關節中，解決了由于外部載荷對康復機器人和人產生的剛性沖擊的問題，避免了由于剛性沖擊對機器人和人體造成損害的風險。同時，解決了傳統機器人關節占用空間大，結構松散等問題，自身軸向尺寸小，結構緊湊，易于安裝在機器人關節上。本發明改變了傳統機器人關節的模式，適用于升級現在康復機器人和機器臂關節，有助于促進機器人的更新換代。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種適用于康復機器人的渦簧式柔彈性關節，包括第一導管、深溝球軸承、渦簧、第二導管、滾針軸承和機架，所述機架設有左腔室和右腔室，所述右腔室的直徑大于所述左腔室的直徑，所述第一導管左側軸的外圈與所述機架的左腔室的內圈通過所述深溝球軸承過盈配合，所述第二導管左側軸的外圈與所述機架的右腔室的內圈通過所述滾針軸承過盈配合，所述第二導管的左側軸設有一型腔，所述型腔的側壁設有多個槽，所述渦簧的外圈卡在所述槽中，所述渦簧的芯軸與所述第一導管的右側軸通過鍵固定連接。

進一步的，所述機架的左腔室外壁設有若干通孔，所述通孔正對所述滾針軸承。

進一步的，所述第一導管的內圈設置有鍵槽，用于連接動力輸入裝置；所述第二導管的內圈也設置有鍵槽，用于連接動力輸出裝置。

進一步的，所述槽有一個向渦簧旋轉方向的傾角α。

進一步的，所述機架的底部設有沉頭螺釘孔。

本發明的有益效果是：本發明的第一導管一側用于連接電機或者減速器等驅動單元，第一導管轉動，帶動渦簧內圈轉動帶動，渦簧內圈和渦簧外圈中間的彈性體發生彈性形變，繼而帶動渦簧轉動，然后帶動第二導管轉動，最終帶動齒輪一類的傳動件轉動。本發明的渦簧式柔彈性關節使得康復機器人關節具備有柔彈性，控制了關節的大小，使之結構更加緊湊，設計更加靈活，改變了傳統康復機器人關節的設計模式。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖

圖2為本發明內部結構分解示意圖

圖3為本發明的裝配圖

圖4為第二導管左視圖

圖中，1，第一導管???2，深溝球軸承???3，渦簧???4，第二導管???5，滾針軸承???6，機架???7，槽???8，通孔

具體實施方式