[發(fā)明專利]基于柔性差分驅(qū)動的坐位腰椎手法培訓(xùn)的機(jī)械模擬裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910013929.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN111415562A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李健;劉向東;陳振;邵立偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);中山市北京理工大學(xué)研究院
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王海燕

本發(fā)明公開了一種基于柔性差分驅(qū)動的坐位腰椎手法培訓(xùn)的機(jī)械模擬裝置，機(jī)構(gòu)包括底座、驅(qū)動關(guān)節(jié)、彈性單元、差分驅(qū)動錐齒輪系和輸出連桿，驅(qū)動關(guān)節(jié)為兩個，分別設(shè)置在底座的兩個支撐板上，差分驅(qū)動錐齒輪系設(shè)置在兩個支撐板之間，差分驅(qū)動錐齒輪系的兩個主動錐齒輪分別通過錐齒輪輸入軸與彈性單元的十字輪輻輸出件連接，彈性單元的運(yùn)動輸入件與驅(qū)動關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)輸出軸傳動連接，輸出連桿與差分驅(qū)動錐齒輪系的被動錐齒輪傳動連接。本發(fā)明可以模擬腰部的多方向運(yùn)動，具有2個自由度，并具有一定的安全柔順性。可以模擬人類在接受坐位腰椎旋轉(zhuǎn)手法時與人體腰部相仿的力學(xué)特性，從而為操作手法不熟練人員提供一個逼真的培訓(xùn)、實踐與考核的平臺。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及臨床醫(yī)學(xué)研究的實驗器械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于柔性差分驅(qū)動的坐位腰椎手法培訓(xùn)的機(jī)械模擬裝置。

背景技術(shù)

目前，對于腰部運(yùn)動的模擬機(jī)構(gòu)形式主要有：1)以單自由度模擬腰部的俯仰運(yùn)動；2)多自由度以串聯(lián)的連接形式模擬腰部多方向運(yùn)動。然而，目前的模擬機(jī)構(gòu)均具有以下不足：

一、安全性不足，目前的關(guān)節(jié)驅(qū)動大多是剛性傳動，存在一些安全隱患，當(dāng)受到外界沖擊碰撞等情況，不僅會對人產(chǎn)生傷害，對機(jī)構(gòu)自身也可能會導(dǎo)致?lián)p壞，不具有安全柔順性；

二、采用多自由度串聯(lián)驅(qū)動的方式可以實現(xiàn)期望的運(yùn)動和工作空間，但串接形式增加了傳動鏈的高度，提高了整個機(jī)構(gòu)的重心，增加了電機(jī)載荷，對機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性有一定的影響；

三、串聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差是兩個自由度關(guān)節(jié)誤差的積累，最終將導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的誤差放大，可控性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于柔性差分驅(qū)動的坐位腰椎手法培訓(xùn)的機(jī)械模擬裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，以模擬腰部的多方向運(yùn)動，并使其具有一定的安全柔順性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供了一種基于柔性差分驅(qū)動的坐位腰椎手法培訓(xùn)的機(jī)械模擬裝置，包括底座、驅(qū)動關(guān)節(jié)、彈性單元、差分驅(qū)動錐齒輪系和輸出連桿，所述驅(qū)動關(guān)節(jié)為兩個，分別設(shè)置在所述底座的兩個支撐板上，所述差分驅(qū)動錐齒輪系設(shè)置在兩個所述支撐板之間，所述差分驅(qū)動錐齒輪系的兩個主動錐齒輪分別通過錐齒輪輸入軸與所述彈性單元的十字輪輻輸出件連接，所述彈性單元的運(yùn)動輸入件與所述驅(qū)動關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)輸出軸傳動連接，所述輸出連桿與所述差分驅(qū)動錐齒輪系的被動錐齒輪傳動連接，兩個所述主動錐齒輪均與所述被動錐齒輪嚙合。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)電機(jī)和諧波減速器，所述關(guān)節(jié)電機(jī)的電機(jī)軸通過鍵與所述諧波減速器的波發(fā)生器連接，所述諧波減速器的柔輪與所述關(guān)節(jié)輸出軸連接，所述關(guān)節(jié)電機(jī)的電機(jī)軸為空心軸，所述柔輪的角位移測量軸貫穿所述電機(jī)軸，所述角位移測量軸的末端設(shè)有光電碼盤，所述光電碼盤用于測量所述柔輪的角位移。

進(jìn)一步地，所述彈性單元包括所述運(yùn)動輸入件、扇形連接塊、直線壓縮彈簧、所述十字輪輻輸出件和位置傳感器，所述扇形連接塊為四個均布于所述運(yùn)動輸入件的內(nèi)部上，所述扇形連接塊的兩側(cè)通過所述直線壓縮彈簧與所述十字輪輻輸出件連接；所述扇形連接塊和所述十字輪輻輸出件上均設(shè)有彈簧導(dǎo)向柱，所述位置傳感器設(shè)置在所述十字輪輻輸出件的一側(cè)，所述位置傳感器用于測量所述彈性單元的彈性變形量。

進(jìn)一步地，所述關(guān)節(jié)輸出軸通過鍵連接有主動齒輪，所述運(yùn)動輸入件連接有傳動軸，所述傳動軸通過鍵連接有從動齒輪，所述主動齒輪與所述從動齒輪嚙合。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動輸入件通過交叉滾子軸承與所述支撐板連接，所述交叉滾子軸承的內(nèi)外圈分別卡接在與所述支撐板連接的擋圈內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動輸入件通過軸承與所述主動錐齒輪連接，所述錐齒輪輸入軸與所述主動錐齒輪通過鍵連接，所述主動錐齒輪的端面抵在所述錐齒輪輸入軸的軸肩一側(cè)，所述軸肩的另一側(cè)通過推力球軸承與所述運(yùn)動輸入件連接，所述錐齒輪輸入軸的端部與所述十字輪輻輸出件連接。