[發明專利]一種多自由度并聯式康復機器人關節

有效

• 申請號: 202011401764.3
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112535614B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李旺鑫;王壯;冷冰;臧志剛;陳永超;姜琛昱
• 申請（專利權）人: 濟南國科醫工科技發展有限公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;H02K7/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 祁云珊

本發明公開一種多自由度并聯式康復機器人關節，其包括：肩部件，肘部件，固定安裝到肩部件的滾珠絲杠和驅動電機的傳動件，以及包括第一萬向節、彈簧以及第二萬向節的連接件，滾珠絲杠上設有軸向往復運動的滑塊；彈簧一端通過第一萬向節轉動連接到滑塊，另一端通過第二萬向節轉動連接到肘部件；傳動件和連接件數量相同；若干個連接件沿肩部件和肘部件連接處周向均勻分布；驅動電機與滾珠絲杠聯動，促使滑塊沿滾珠絲杠軸向往復運動，對彈簧提供沿長度方向的拉伸和壓縮的力，在兩個萬向節的轉動配合下，帶動肘部件產生旋轉力矩以實現沿多個自由度的關節驅動，具有響應速度快、防止產生剛性擠壓磨損、有效增加單關節活動度、提高安全性的優點。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，更具體地說，本發明涉及一種多自由度并聯式康復機器人關節。

背景技術

外骨骼式上肢康復機器人關節以單自由度的旋轉關節串聯為主，單關節的活動受限，串聯式集成度不足。目前國內外存在采用三氣缸的驅動關節連接方式的并聯式機器人關節的設計，例如郭盛、馬可、王向陽在北京交通大學學報上發表的論文“新型可穿戴上肢康復機構的設計與分析”，文中，機械臂關節的相對運動由肘部與肩部氣缸的相對運動產生，氣缸驅動伸縮也實現肘關節屈伸運動。但是，采用氣缸驅動方式，行程短，實現的關節角度變化范圍小，關節活動范圍小，運動精度低，響應時間長，不能夠實現即時高精度的角度調整，按照預定的軌跡設計進行活動。氣缸驅動還屬于剛性連接，對于不同的患者適應性差，氣缸控制的響應時間長導致關節的安全性低，無法及時的對特殊情況進行處理。

現有技術還存在采用萬向節式的氣缸連接方式，易出現在姿態調整時的關節振動，產生一定的不穩定性。

發明內容

針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種多自由度并聯式康復機器人關節，用于解決現有康復機器人關節串聯式集成不足以及并聯式氣缸控制精度低、響應時間長的技術問題，響應速度快，防止產生剛性擠壓磨損，有效增加單關節活動度，提高安全性。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，本發明通過以下技術方案實現：

本發明實施例提供一種多自由度并聯式康復機器人關節，其包括：

肩部件，其用于固定和容納肩部；

肘部件，其用于容納臂部；

傳動件，其包括固定安裝到所述肩部件的滾珠絲杠和驅動電機，所述滾珠絲杠上設有軸向往復運動的滑塊；以及，

連接件，其包括第一萬向節、彈簧以及第二萬向節，所述彈簧一端通過所述第一萬向節轉動連接到所述滑塊，所述彈簧另一端通過所述第二萬向節轉動連接到所述肘部件；

其中，所述傳動件和所述連接件分別包括數量匹配的若干個；若干個所述連接件沿所述肩部件和所述肘部件連接處外側周向均勻分布并形成一容納肘部的空腔；

所述驅動電機與所述滾珠絲杠聯動，所述驅動電機的轉動，帶動所述滾珠絲杠轉動，促使所述滑塊沿所述滾珠絲杠軸向往復運動，從而對所述彈簧提供沿長度方向的拉伸和壓縮的力，在所述第一萬向節和所述第二萬向節的轉動配合下，進而帶動所述肘部件產生旋轉力矩以實現沿多個自由度方向的關節驅動。

優選的是，若干個所述連接件的若干個所述彈簧之間的彈簧系數和長度分別不同。

優選的是，所述肩部件包括平行的第一固定板和第二固定板以及固定連接到所述第一固定板與所述第二固定板之間的第一連接板；所述肘部件包括平行的第三固定板和第四固定板以及固定連接到所述第三固定板和所述第四固定板之間的第二連接板；

其中，所述滾珠絲杠固定安裝到所述第一固定板與所述第二固定板之間，所述驅動電機固定安裝到所述第一固定板；

所述彈簧另一端通過所述第二萬向節轉動連接到所述第三固定板；