[實用新型]一種上肢外骨骼康復訓練機器人用重力平衡機構

有效

• 申請號: 202220168514.8
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN217245394U
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 王海剛;賀琛;王龍英;趙勇;馬瑞;曹冬冬
• 申請（專利權）人: 中航創世機器人（西安）有限公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本實用新型公開了一種上肢外骨骼康復訓練機器人用重力平衡機構。解決了現有重力平衡機構存在的設備重量大，以及所能提供的力不足以平衡外骨骼機械臂自重的問題。該重力平衡機構包括搖臂、安裝基板、搖臂轉軸、偏心輪、渦卷彈簧陣列、柔性皮帶以及導向輪組；搖臂的一側設置安裝基板，搖臂另一側通過搖臂轉軸與外部驅動電機輸出軸連接，偏心輪安裝在搖臂靠近安裝基板的側面上，且相對于搖臂旋轉中心偏置；安裝基板上靠近搖臂的側面安裝渦卷彈簧陣列和至少一個導向輪組；柔性皮帶依次與渦卷彈簧陣列中每個渦卷彈簧的外圈末端固連后經導向輪組引導后與所述偏心輪固連。

技術領域

本實用新型涉及一種平衡機構，具體涉及一種上肢外骨骼康復訓練機器人用重力平衡機構。

背景技術

目前上肢外骨骼康復訓練機器人分為有源和無兩源大類。有源的上肢外骨骼康復訓練機器人一般是6個電機驅動的外骨骼機械臂結構，6個電機分別對應上臂的肩、肘、腕3各關節共6個自由度。由于電機較多，外骨骼機械臂自重較大，導致肩關節前屈后伸動作所需的驅動扭矩很大，整個結構笨重，使得人體訓練受到一定的影響。

現有上肢外骨骼康復訓練機器人大多沒有重力平衡機構，該類機器人中電機驅動力的絕大部分用于平衡外骨骼機械臂的自重，少部分用于患者上肢的支撐和驅動訓練，因此造成電機輸出扭矩大，結構笨重。還有少部分上肢外骨骼康復訓練機器人設置了重力平衡機構，重力平衡機構是通過反方向安裝配重塊、或者采用圓柱螺旋拉伸彈簧等方式構成，但是這兩種方式均存在各自的缺陷：

反方向配重塊會引起設備體積增加，自重增加，設備會比較笨重，不適合設備輕量化的發展方向，而且會對訓練造成一定的障礙和風險。

在受限的區域內，圓柱螺旋拉伸彈簧所能提供的力不足以平衡外骨骼機械臂的自重。

因此對于上肢外骨骼康復訓練機器人的外骨骼機械臂的重力平衡問題是目前上肢外骨骼康復訓練機器人存在的主要技術瓶頸。

實用新型內容

為了解決反方向配重塊作為重力平衡機構存在的設備重量大且會對訓練造成一定障礙和風險的問題，以及在一些受限區域內將圓柱螺旋拉伸彈簧作為重力平衡機構時所能提供的力不足以平衡外骨骼機械臂自重的問題，本實用新型提供了一種上肢外骨骼康復訓練機器人用重力平衡機構。

本實用新型的設計思路是：

該平衡機構在搖臂上設置偏心輪，通過柔性皮帶將渦卷彈簧陣列的拉力轉換為搖臂的彎矩，以此平衡搖臂帶動的外骨骼機械臂的重力矩，大幅減小設備對驅動電機扭矩的需求，使得上肢外骨骼康復訓練機器人結構更加緊湊，同時避免意外斷電時外骨骼機械臂自由下落對患者人體造成的意外傷害。

本實用新型的具體技術方案如下：

一種上肢外骨骼康復訓練機器人用重力平衡機構，包括搖臂、安裝基板、搖臂轉軸、偏心輪、渦卷彈簧陣列、柔性皮帶以及導向輪組；

搖臂的一側設置安裝基板，搖臂另一側通過搖臂轉軸與外部驅動電機輸出軸連接，偏心輪安裝在搖臂靠近安裝基板的側面上，且相對于搖臂旋轉中心偏置；

安裝基板上靠近搖臂的側面安裝渦卷彈簧陣列和至少一個導向輪組；

柔性皮帶依次與渦卷彈簧陣列中每個渦卷彈簧的外圈末端固連后經導向輪組引導后與所述偏心輪固連。

進一步地，上述渦卷彈簧陣列為矩形，包括自上而下設置安裝基板上的多個渦卷彈簧對；每個渦卷彈簧對由左旋渦卷彈簧、右旋渦卷彈簧構成，且每個渦卷彈簧對中左旋渦卷彈簧和右旋渦卷彈簧之間設有供柔性皮帶安裝的間隙。

進一步地，上述渦卷彈簧陣列中各個渦卷彈簧形成三角形、圓形或者梯形。

進一步地，上述渦卷彈簧陣列中每個渦卷彈簧均通過短軸安裝在安裝基板上。

進一步地，上述導向輪組包括一對導向輪，兩個導向輪之間具有間隙。