一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，包括驱动机构、预紧机构、套索传动机构、柔顺机构、外骨骼关节；电机带动驱动滚轮转动，绳索两端分别与驱动滚轮和负载滚轮固连，驱动力矩通过套索传动机构传递到负载滚轮，负载滚轮与外骨骼关节固连，驱动关节运动；负载滚轮设有定位孔和定位槽，可以限制关节的运动范围；预紧机构通过改变预紧螺栓的旋进深度来调节绳索预紧力，避免驱动系统出现松弛；柔顺机构使关节具有柔顺性，并且可以根据电机和关节的位移偏差测量输出力矩。本发明可以实现电机与外骨骼机器人的分离，克服了外骨骼各关节的质量和惯量过大的问题，并可以对驱动关节进行精确的位置控制和力控制。
【专利说明】一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人【技术领域】，涉及一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】
[0002]外骨骼机器人是一种可穿戴于使用者外侧的机械系统，它通过安装在各关节的驱动器，辅以角位移传感器以及关节力矩传感器，辅助使用者与外骨骼进行协调运动，实现助力、助行和康复治疗的功能。
[0003]研究表明，对偏瘫患者的患侧进行重复性运动训练，有助于恢复中枢神经对肢体运动的支配与控制，增强患者的肌肉力量，改善运动协调性，并能有效够预防肌肉萎缩，骨质疏松等并发症状。康复外骨骼系统是将机器人技术引入临床康复医学领域而产生的一种辅助或替代医师完成患肢康复训练的机器人系统。利用康复外骨骼可以辅助偏瘫患者进行准确、持续、有效的恢复训练治疗，解决康复医疗资源紧张和人工训练中存在的问题。并且可以通过感知系统测量得到的人体运动学和生理学数据，可以帮助康复医师更准确地评估患者病情，为医师改进和优化康复方案提供了客观依据。
[0004]现行的带驱动康复机器人多为将驱动元件(如电机、液压缸等)直接安装于运动关节中，例如美国乔治敦大学开发的MGA康复外骨骼、波兰西里西亚工业大学研发的ARM-100康复机器人、以及美国华盛顿大学研制出的EX0-UL7等。这种驱动方式会增加外骨骼机器人运动关节的质量和惯量，不利于控制精度的提高以及系统功耗的降低，而且还会引入由于断电、死机等突发事件而造成的肢体坠落等安全问题。因此，有必要研究灵巧，紧凑的远程驱动技术，实现驱动部件和执行部件的有效分离。
[0005]同时，由于康复外骨骼主要使用于运动功能障碍患者的康复训练，因此外骨骼关节要求具有一定的柔顺性，刚性的运动关节在康复训练中很容易对患者肢体造成伤害。康复训练中需要对康复外骨骼的关节驱动力矩进行控制，因此往往需要额外使用关节力矩传感器，而关节力矩传感器的价格往往很昂贵，会大大增加使用成本以及整体机构的复杂性。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明提供一种能实现驱动电机与外骨骼关节的分离，简化机器人的整体结构设计，减小执行部件的质量和惯量，同时可以增加外骨骼关节在人机协调运动过程中的柔顺性，并准确测量作用于运动关节上的驱动力矩的用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节。
[0007]技术方案:本发明的用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，包括驱动机构、预紧机构、套索传动机构、柔顺机构和外骨骼关节，预紧机构设置在驱动机构上，柔顺机构设置在外骨骼关节上，套索传动机构一端与驱动机构连接，另一端与外骨骼关节连接。驱动机构包括电机、固定安装在电机转轴上的驱动滚轮、限制所述驱动滚轮在转轴轴向运动的轴套和轴端挡板，以及固定在驱动滚轮上的第一紧定接头，其中，驱动滚轮由平行间隔设置的第一驱动轮和第二驱动轮通过螺栓固定连接后构成，第一紧定接头设置在第一驱动轮和第二驱动轮的间隔之中。预紧机构包括固定板、预紧挡块、预紧螺栓、预紧螺母、定位螺栓和定位螺母，其中，电机固定安装在固定板上，电机的转轴穿过固定板中部的安装孔，预紧挡块的底部和固定板的上部分别设置有多个平行的槽，预紧挡块和固定板的槽水平对齐后穿过定位螺栓并用定位螺母旋紧固连，预紧螺栓安装在预紧挡块上的竖直螺纹通孔内，且其底端抵压在固定板的上侧面上，预紧挡块的一端设置有竖直的第一台阶孔，另一端设置有竖直的第二台阶孔。套索传动机构包括第一套管、第二套管、第一绳索、第二绳索、第二紧定接头和第三紧定接头，其中，第一套管的一端与第一台阶孔相固连，另一端与柔顺机构连接，第二套管的一端与第二台阶孔相固连，另一端与柔顺机构连接，第一绳索一端和第二绳索的一端共同固定连接在第一紧定接头上，第一绳索的另一端穿过第一台阶孔和第一套管的内孔后与第二紧定接头相固连；第二绳索的另一端穿过第二台阶孔和第二套管的内孔后与第三紧定接头相固连。柔顺机构包括末端挡块和设置在所述末端挡块上侧的第一定位夹头、第二定位夹头、第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，其中所述末端挡块上设置有竖直的第一通孔和第二通孔，第一套管上与柔顺机构连接的一端依次穿过第一定位夹头、第一压缩弹簧后与第一通孔连接，第一定位夹头通过螺栓与第一套管固定连接，第二套管上与柔顺机构连接的一端依次穿过第二定位夹头、第二压缩弹簧后与第二通孔连接，第二定位夹头通过螺栓与第二套管固定连接。外骨骼关节包括关节支架、固定在所述关节支架上的空心轴、通过轴承连接在所述空心轴上的第一关节固定板和第二关节固定板、固定安装在所述第一关节固定板和第二关节固定板下端的关节连杆、固定安装在第一关节固定板一侧面的负载滚轮和安装在空心轴中心轴孔中用于测量关节转角的旋转电位器，其中，第一关节固定板和第二关节固定板对称设置在关节支架两侧，负载滚轮由平行间隔设置的第一滚轮和第二滚轮通过螺栓固定连接后构成，旋转电位器的转轴与负载滚轮固定连接。第二紧定接头和第三紧定接头固定在负载滚轮上，并设置在第一滚轮和第二滚轮的间隔之中，所述末端挡块固定设置在关节支架的侧面，端盖固连在第二关节固定板另一侧。
[0008]本发明的优选方案中，所述第一驱动轮和第二驱动轮均设置有位于滚轮中心的键槽孔、位于滚轮径向边缘的驱动滚轮定位孔和驱动滚轮定位槽，电机的转轴穿过键槽孔并与驱动滚轮键连接，第一紧定接头固定在驱动滚轮定位孔中，第一绳索和第二绳索嵌入驱动滚轮圆周上的环形沟槽并穿过驱动滚轮定位槽后与第一紧定接头连接。
[0009]本发明的优选方案中，所述第一滚轮和第二滚轮均设置有第一定位孔、第二定位孔、中心定位孔、第一定位槽和第二定位槽，第一定位槽与第一定位孔连通，第二定位槽与第二定位孔连通，第一绳索穿过第一套管和第一通孔后，经第一定位槽与固定在第一定位孔中的第二紧定接头连接，第二绳索穿过第二套管和第二通孔后，经第二定位槽与固定在第二定位孔中的第三紧定接头连接，旋转电位器的转轴与中心定位孔过盈连接，定位孔和定位槽的位置限定了绳索末端的引出方向，当定位槽与末端挡块的竖直通孔对齐时，关节运动到达临界位置，因此，可以通过设置定位孔和定位槽的位置来限定关节运动范围。
[0010]本发明的优选方案中，第一套管与第一台阶孔过盈配合固连，并与第一台阶孔的内台阶面相抵压，第二套管的一端与第二台阶孔过盈配合固连，并与第二台阶孔的内台阶面相抵压。
[0011]本发明的优选方案中，第一套管与第一通孔间隙配合，并可在其中滑动，所述第二套管与第二通孔间隙配合，并可在其中滑动。
[0012]本发明的进一步改进方案中，所述外骨骼关节两侧绳索的拉力与压缩弹簧受到的压力相等，压缩弹簧受到定位夹头和末端挡块的压力而压缩，使关节具有柔顺性，能够抵消外界负载的冲击而对患者带来的伤害，起到缓冲减震的作用，关节的柔顺性可以通过弹簧刚度进行调节。
[0013]本发明的进一步改进方案中，所述外骨骼关节置有旋转电位器，用于检测关节进行前屈/后伸运动过程中的关节转角，实现关节位置控制。所述电机内置编码器，关节的驱动力矩可以根据电机和关节的转角偏差、压缩弹簧刚度以及负载滚轮半径的乘积求出，因此，可以通过控制电机与关节的转角偏差实现驱动力矩的检测和控制。
[0014]有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0015](I)传统的外骨骼机器人直接将驱动部件安装于机器人的运动关节，机构整体笨重，功耗大。本发明能实现驱动电机与外骨骼关节的分离，驱动部件可以置于远离外骨骼运动范围的电机支架，有效减小运动关节的质量和惯量，降低功耗，有利于改善系统的控制性能和安全性能。
[0016](2)传统的外骨骼机器人的关节与驱动部件之间为刚性连接，运动过程中的外界负载冲击会对使用者造成伤害，本发明的柔顺机构可以起缓冲减震作用，保证外骨骼关节的柔顺性，提升人机交互过程的舒适性和康复训练效果。
[0017](3)传统的外骨骼机器人需要在关节处安装关节力矩传感器，价格昂贵而且使外骨骼关节的结构变得复杂。本发明通过在关节处设置价格相对低廉的旋转电位器的方式，结合电机内置的编码器 ，根据驱动端和负载端的角位移差、弹簧的刚度以及负载滚轮的半径来得到驱动力矩，实现对关节位置和驱动力矩的精确控制，并应用于计算力矩控制、阻抗控制、导纳控制等控制策略中。
[0018](4)本发明的负载滚轮可以通过合理设置限位孔与限位槽的位置来实现外骨骼关节的有效限位，避免出现外骨骼关节运动位置超出人体运动极限位置的现象，实现安保作用，不需要安装额外的限位装置，简化了整体结构设计。
[0019](5)本发明结构简单，体积小，质量轻，可移植性强，可以运用于各种外骨骼机器人的运动关节设计中。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的整体结构示意图。
[0021]图2是本发明中的电机驱动部分结构分解图。
[0022]图3是本发明中的外骨骼关节部分结构分解图。
[0023]图4是本发明中的预紧机构示意图。
[0024]图5是本发明中的柔顺机构示意图。
[0025]图6是本发明中的预紧挡块示意图。
[0026]图7是本发明中的末端挡块示意图。
[0027]图8是本发明中的第一驱动轮示意图。
[0028]图9是本发明中的第一滚轮示意图。
[0029]图10是本发明中的外骨骼关节受力分析图。
[0030]图中有:驱动机构1、预紧机构2、套索传动机构3、柔顺机构4、外骨骼关节5、电机
11、第二驱动轮12、轴端挡板13、第一驱动轮14、轴套15、第一紧定接头16、预紧螺栓21、预紧螺母22、预紧挡块23、定位螺栓24、定位螺母25、固定板26、第一套管31、第二套管32、第一绳索33、第二绳索34、第二紧定接头35、第三紧定接头36、第一定位夹头41、第二定位夹头42、第一压缩弹簧43、第二压缩弹簧44、末端挡块45、端盖51、第二关节固定板52、第二轴承53、旋转电位器54、空心轴55、关节支架56、第一轴承57、第一关节固定板58、第一滚轮59、第二滚轮60、关节连杆61、键槽孔141、驱动滚轮定位孔142、驱动滚轮定位槽143、槽231、螺纹通孔232、第一台阶孔233、第二台阶孔234、第一通孔451、第二通孔452、中心定位孔591、第二定位孔592、第二定位槽593、第一定位孔594、第一定位槽595。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例和说明书附图，详细说明本发明的技术方案。
[0032]如图1至图7所示，一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，包括驱动机构
1、预紧机构2、套索传动机构3、柔顺机构4和外骨骼关节5。
[0033]驱动机构包括电机11、固定安装在电机11转轴上的驱动滚轮、限制所述驱动滚轮在转轴轴向运动的轴套15和轴端挡板13，以及固定在驱动滚轮上的第一紧定接头16，驱动滚轮由平行间隔设置的第一驱动轮14和第二驱动轮12通过螺栓固定连接后构成，第一紧定接头16设置在第一驱动轮14和第二驱动轮12的间隔之中；预紧机构2包括固定板26、预紧挡块23、预紧螺栓21、预紧螺母22、定位螺栓24和定位螺母25，电机11固定安装在固定板26上，电机转轴穿过固定板26中部的安装孔，预紧挡块23的底部和固定板26的上部分别设置有多个平行的槽231，预紧挡块23和固定板26的槽231水平对齐后穿过定位螺栓24，并用定位螺母22旋紧固连，预紧螺栓21安装在预紧挡块23上的竖直螺纹通孔232内，且其底端抵压在固定板26的上侧面上，预紧挡块23的一端设置有竖直的第一台阶孔233，另一端设置有竖直的第二台阶孔234 ;套索传动机构3包括第一套管31、第二套管32、第一绳索33、第二绳索34、第二紧定接头35和第三紧定接头36，所述第一套管31的一端与第一台阶孔233相固连，另一端与柔顺机构4连接，第二套管32的一端与第二台阶孔234相固连，另一端与柔顺机构4连接，第一绳索33 —端和第二绳索34的一端共同固定连接在第一紧定接头16上，第一绳索33的另一端穿过第一台阶孔233和第一套管31的内孔后与第二紧定接头35相固连；第二绳索34的另一端穿过第二台阶孔234和第二套管32的内孔后与第三紧定接头36相固连；柔顺机构4包括末端挡块45和设置在所述末端挡块45上侧的第一定位夹头41、第二定位夹头42、第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44,末端挡块45上设置有竖直的第一通孔451和第二通孔452，第一套管31上与柔顺机构4连接的一端依次穿过第一定位夹头41、第一压缩弹簧43后与第一通孔451连接，第一定位夹头41通过螺栓与第一套管31固定连接，第二套管32上与柔顺机构4连接的一端依次穿过第二定位夹头42、第二压缩弹簧44后与第二通孔452连接，第二定位夹头42通过螺栓与第二套管32固定连接，第一压缩弹簧43设置在第一定位夹头41和末端挡块45之间，第二压缩弹簧44设置在第二定位夹头42和末端挡块45之间，第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44在安装好后均处于压缩状态；外骨骼关节5包括关节支架56、固定在关节支架56上的空心轴55、通过轴承连接在空心轴55上的第一关节固定板58和第二关节固定板52、固定安装在第一关节固定板58和第二关节固定板52下端的关节连杆61、固定安装在第一关节固定板58 —侧面的负载滚轮和安装在空心轴55中心轴孔中用于测量关节转角的旋转电位器54，第一关节固定板58和第二关节固定板52对称设置在关节支架56两侧，负载滚轮由平行间隔设置的第一滚轮59和第二滚轮60通过螺栓固定连接后构成，旋转电位器54的转轴与负载滚轮固定连接；第二紧定接头35和第三紧定接头36固定在负载滚轮上，并设置在第一滚轮59和第二滚轮60的间隔之中，末端挡块45设置在关节支架56的侧面并通过螺栓与关节支架56固定连接，空心轴55穿过关节支架56中部的安装孔，并通过螺栓与关节支架56固定连接，空心轴55内部设置有同轴固定连接的旋转电位器54，空心轴55通过第一轴承57与第一关节固定板58固定安装,空心轴55通过第二轴承53与第二关节固定板52固定安装,使关节支架56与关节连杆61构成一个前屈/后伸自由度的转动副，端盖51固连在第二关节固定板52另一侧。
[0034]进一步，如图2、图4及图8所示，第一驱动轮14和第二驱动轮12均设置有位于滚轮中心的键槽孔141、位于滚轮径向边缘的驱动滚轮定位孔142和驱动滚轮定位槽143，电机11的转轴穿过键槽孔141并与驱动滚轮键连接，第一紧定接头16固定在驱动滚轮定位孔142中，第一绳索33和第二绳索34嵌入驱动滚轮圆周上的环形沟槽并穿过驱动滚轮定位槽143后与第一紧定接头16连接。
[0035]进一步,如图3、图5及图9所示,所述第一滚轮59和第二滚轮60均设置有第一定位孔594、第二定位孔592、中心定位孔591、第一定位槽595和第二定位槽593,第一定位槽595与第一定位孔594连通，第二定位槽593与第二定位孔592连通，第一绳索33穿过第一套管31和第一通孔451后，经第一定位槽595与固定在第一定位孔594中的第二紧定接头35连接，第二绳索34穿过第二套管32和第二通孔452后，经第二定位槽593与固定在第二定位孔592中的第三紧定接头36连接，旋转电位器54的转轴与中心定位孔591过盈连接。在如图5所示的初始位姿中，在顺时针运动方向，当第一定位槽595与末端挡块45的第一通孔451对齐时，关节5到达极限位置，顺时针方向运动的最大角位移为α ;在逆时针运动方向，当第二定位槽593与末端挡块45的第二通孔452对齐时，关节5到达极限位置，逆时针方向运动的最大角位移为β。因此，可以通过合理设置第一定位孔594、第二定位孔592、第一定位槽595和第二定位槽593的位置来限定关节5的运动范围，避免外骨骼的运动范围超出人体运动极限位姿，对使用者造成伤害。
[0036] 进一步，所述预紧挡块23的侧面设置有竖直的第一台阶孔233、第二台阶孔234和螺纹通孔232，第一套管31与第一台阶孔233过盈配合固连，并与第一台阶孔233的内台阶面相抵压，第二套管32的一端与第二台阶孔234过盈配合固连，并与第二台阶孔234的内台阶面相抵压。预紧螺栓21旋合于螺纹通孔232，且其底端与固定板26的侧面相抵压，调节预紧螺栓21的旋进深度可以改变第一绳索33和第二绳索34在预紧挡块23与固定板26之间的长度，进而改变系统预紧力，保证第一绳索33和第二绳索34在传动过程中处于张紧状态，防止出现松弛现象。
[0037]进一步，所述末端挡块45的侧面设置有两个竖直的第一通孔451和第二通孔452，第一套管31与第一通孔451间隙配合，并可在其中滑动，第二套管32与第二通孔452间隙配合，并可在其中滑动，第一定位夹头41通过螺栓固定连接于第一套管31，并与第一压缩弹簧43相抵压；第二定位夹头42通过螺栓固定连接于第二套管32，并与第二压缩弹簧44相抵压。在运动过程中，第一压缩弹簧43受到第一定位夹头41和末端挡块45施加的压力而压缩，第二压缩弹簧44受到第二定位夹头42和末端挡块45施加的压力而压缩，使关节5具有柔顺性，在受到外界负载的冲击时，起缓冲减震作用，避免对患者带来伤害，提升人机交互过程的舒适性和康复训练效果。关节5的柔顺性可以通过改变弹簧刚度进行调节。
[0038]进一步，如图10所示外骨骼关节受力分析图，外骨骼关节5两侧的第一绳索33和第二绳索34受到的拉力与第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44受到的压力相等，第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44的伸缩量的差值与电机11和关节5的角位移偏差与负载滚轮的半径的乘积值相等，作用于关节5上的驱动力矩可以由第一绳索33和第二绳索34的拉力的差与负载滚轮的半径的乘积求得，根据受力平衡条件，
[0039]F3 = F1 = Δ L1.K (I)
[0040]F4 = F2 = Δ L2.K (2)
[0041 ] Δ L1- Δ L2 = ( θ in- Θ out).r (3)
[0042]τ = (F3-F4).r = ( Θ in- Θ out).r2.K (4)
[0043]其中，F1和F2分别表示第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44受到的压力，F3和F4分别表示第一绳索33和第二绳索34的末端拉力，AL1和Λ L2分别表示第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44的压缩量，K表示第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44的刚度，r表示负载滚轮的半径，Θ in和Θ out分别表示电机11和关节5的关节转角，τ表示作用于关节5上的驱动力矩。
[0044]利用上述公式 ，关节的驱动力矩可以通过电机11和关节5的关节转角偏差、第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44的刚度以及负载滚轮的半径求出。所述电机11内置编码器，可以检测电机转角，外骨骼关节5置有旋转电位器54，可以检测外骨骼关节在运动过程中的关节转角。因此，使用该结构的外骨骼关节可以准确测量和控制关节位置和驱动力矩，用价格相对低廉的旋转电位器代替了了价格昂贵的力矩传感器，并应用于计算力矩控制、阻抗控制、导纳控制等多种助力和康复控制策略中。
[0045]上述双套索驱动柔顺关节的工作过程为:调节预紧螺栓21的旋进深度，改变预紧挡块23与固定板26的相对位置，使第一绳索33和第二绳索34处于张紧状态。控制电机11转动，电机11带动驱动滚轮转动，驱动力矩通过第一绳索33和第二绳索34传递到负载滚轮，负载滚轮带动外骨骼关节5整体运动，当第一定位槽595或第二定位槽593与末端挡块45的通孔对齐时，外骨骼关节5到达极限位置。第一压缩弹簧43受到第一定位夹头41和末端挡块45的压力而压缩，第二压缩弹簧44受到第二定位夹头42和末端挡块45的压力而压缩，第一压缩弹簧43和第二压缩弹簧44受到的压力和产生的压缩量并不相同，使电机11和外骨骼关节5的关节转角出现偏差，电机11的内置编码器与外骨骼关节5的旋转电位器54分别检测电机11和外骨骼关节5的关节转角，并将转角信息反馈给控制系统，进而调整电机11的运动，实现对关节位置和力矩的精确控制。驱动机构I可以通过固定板26的安装接口，与远离外骨骼的电机支架固定连接，外骨骼关节5可以通过关节支架56的安装接口以及关节连杆61，与外骨骼其他关节进行匹配连接。
[0046]本发明的创新之处在于，利用双套索传动机构将驱动电机与外骨骼关节分开，有效减小运动关节的质量和惯量，降低功耗，并改善系统的控制性能和安全性能。通过预紧装置来调节系统预紧力，防止运动过程中出现绳索松弛。采用柔顺机构保证外骨骼关节的柔顺性，提高人机交互过程的舒适性和康复训练效果。合理设置负载滚轮的限位孔与限位槽的位置来实现外骨骼关节运动范围的限制。通过电机和关节的角位移差、弹簧的刚度以及负载滚轮半径可以得到关节驱动力矩，进而实现关节位置和力矩的精确控制。本发明结构简单紧凑，体积小，质量轻，可移植性强，可以运用于各种外骨骼机器人的运动关节设计中。
[0047] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，其特征在于，该机构包括驱动机构(I)、预紧机构(2)、套索传动机构(3)、柔顺机构(4)和外骨骼关节(5)，所述预紧机构(2)设置在驱动机构(I)上，柔顺机构(4)设置在外骨骼关节(5)上，套索传动机构(3) —端与驱动机构(I)连接，另一端与外骨骼关节(5)连接； 所述驱动机构(I)包括电机(11)、固定安装在所述电机(11)转轴上的驱动滚轮、限制所述驱动滚轮在转轴轴向运动的轴套(15)和轴端挡板(13)，以及固定在驱动滚轮上的第一紧定接头(16)，所述驱动滚轮由平行间隔设置的第一驱动轮(14)和第二驱动轮(12)通过螺栓固定连接后构成，所述第一紧定接头(16)设置在第一驱动轮(14)和第二驱动轮(12)的间隔之中； 所述预紧机构(2)包括固定板(26)、预紧挡块(23)、预紧螺栓(21)、预紧螺母(22)、定位螺栓(24)和定位螺母(25)，所述电机(11)固定安装在固定板(26)上，电机(11)的转轴穿过固定板(26)中部的安装孔，预紧挡块(23)的底部和固定板(26)的上部分别设置有多个平行的槽(231)，预紧挡块(23)和固定板(26)的槽(231)水平对齐后穿过定位螺栓(24)并用定位螺母(22)旋紧固连，预紧螺栓(21)安装在预紧挡块(23)上的竖直螺纹通孔(232)内，且其底端抵压在固定板(26)的上侧面上，预紧挡块(23)的一端设置有竖直的第一台阶孔(233)，另一端设置有竖直的第二台阶孔(234)； 所述套索传动机构(3)包括第一套管(31)、第二套管(32)、第一绳索(33)、第二绳索(34)、第二紧定接头(35)和第三紧定接头(36);所述第一套管(31)的一端与第一台阶孔 (233)相固连，另一端与柔顺机构(4)连接，所述第二套管(32)的一端与第二台阶孔(234)相固连，另一端与柔顺机构(4)连接，所述第一绳索(33) —端和第二绳索(34)的一端共同固定连接在第一紧定接头(16)上，第一绳索(33)的另一端穿过第一台阶孔(233)和第一套管(31)的内孔后与第二紧定接头(35)相固连；第二绳索(34)的另一端穿过第二台阶孔(234)和第二套管(32)的内孔后与第三紧定接头(36)相固连； 所述柔顺机构(4)包括末端挡块(45)和设置在所述末端挡块(45)上侧的第一定位夹头(41)、第二定位夹头(42)、第一压缩弹簧(43)、第二压缩弹簧(44)，所述末端挡块(45)上设置有竖直的第一通孔(451)和第二通孔(452)，所述第一套管(31)上与柔顺机构(4)连接的一端依次穿过第一定位夹头(41)、第一压缩弹簧(43)后与第一通孔(451)连接，第一定位夹头(41)通过螺栓与第一套管(31)固定连接，所述第二套管(32)上与柔顺机构(4)连接的一端依次穿过第二定位夹头(42)、第二压缩弹簧(44)后与第二通孔(452)连接，第二定位夹头(42)通过螺栓与第二套管(32)固定连接； 所述外骨骼关节(5 )包括关节支架(56 )、固定在所述关节支架(56 )上的空心轴(55 )、通过轴承连接在所述空心轴(55)上的第一关节固定板(58)和第二关节固定板(52)、固定安装在所述第一关节固定板(58)和第二关节固定板(52)下端的关节连杆(61)、固定安装在第一关节固定板(58) —侧面的负载滚轮和安装在空心轴(55)中心轴孔中用于测量关节转角的旋转电位器(54)，所述第一关节固定板(58)和第二关节固定板(52)对称设置在关节支架(56)两侧，所述负载滚轮由平行间隔设置的第一滚轮(59)和第二滚轮(60)通过螺栓固定连接后构成，旋转电位器(54)的转轴与负载滚轮固定连接； 所述第二紧定接头(35)和第三紧定接头(36)固定在负载滚轮上，并设置在第一滚轮(59)和第二滚轮(60)的间隔之中，所述末端挡块(45)固定设置在关节支架(56)的侧面，端盖(51)固连在第二关节固定板(52)另一侧。
2.按照权利要求1所述的一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，其特征在于，所述第一驱动轮(14)和第二驱动轮(12)均设置有位于滚轮中心的键槽孔(141 )、位于滚轮径向边缘的驱动滚轮定位孔(142)和驱动滚轮定位槽(143)，所述电机(11)的转轴穿过键槽孔(141)并与驱动滚轮键连接，第一紧定接头(16)固定在驱动滚轮定位孔(142)中，所述第一绳索(33)和第二绳索(34)嵌入驱动滚轮圆周上的环形沟槽并穿过驱动滚轮定位槽(143)后与第一紧定接头(16)连接。
3.按照权利要求1所述的一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，其特征在于，所述第一滚轮(59)和第二滚轮(60)均设置有第一定位孔(594)、第二定位孔(592)、中心定位孔(591 )、第一定位槽(595 )和第二定位槽(593 ),所述第一定位槽(595 )与第一定位孔(594)连通，第二定位槽(593)与第二定位孔(592)连通，所述第一绳索(33)穿过第一套管(31)和第一通孔(451)后，经第一定位槽(595)与固定在第一定位孔(594)中的第二紧定接头(35)连接，所述第二绳索(34)穿过第二套管(32)和第二通孔(452)后，经第二定位槽(593 )与固定在第二定位孔(592 )中的第三紧定接头(36 )连接，所述旋转电位器(54)的转轴与中心定位孔(591)过盈连接。
4.按照权利要求1所述的一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，其特征在于，所述第一套管(31)与第一台阶孔(233)过盈配合固连，并与第一台阶孔(233)的内台阶面相抵压，所述第二套管(32)的一端与第二台阶孔(234)过盈配合固连，并与第二台阶孔(234)的内台阶面相抵压。
5.按照权利要求1所述的一种用于外骨骼机器人的双套索驱动柔顺关节，其特征在于，所述第一套管(31)与 第一通孔(451)间隙配合，并可在其中滑动，所述第二套管(32)与第二通孔(452)间隙配合，并可在其中滑动。
【文档编号】A61H1/00GK104068985SQ201410281103
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】王兴松, 吴青聪 申请人:东南大学