柔索驱动六自由度并联康复装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种健身器械，更确切地说，本发明涉及一种柔索驱动六自由度并联康复装置。
【背景技术】
[0002]柔索驱动并联机器人是一种以柔索为传动工具，柔索一端连接运动平台，另一端连接驱动电机，使运动平台在所期望的工作空间进行运动的新型机器人。柔索驱动并联机器人具有柔索驱动的重量轻、驱动固定、惯性小、传动方式灵活等特点，又有并联机器人的精度高、负载/自重比大、机构无误差积累、刚度好等特点。柔索驱动并联机器人主要应用于模拟航天员失重训练、大型运动场相机定位、桥梁建造、港口货物装卸、海底打捞、废物清理等领域。
[0003]关于柔索驱动并联机器人在康复运动领域的研究，取得了大量的成果:王卫东在文献《基于绳索驱动的并联康复机器人研究》中设计了基于人机工程学的并联康复机器人，主要包括机架、重力平衡单元、绳索绕放单元、康复运动实施单元和控制单元，简单地介绍了各个组成部分的机械结构；中国专利公告(布)号为CN102068363A，公告(布)日为2011年5月25日，发明名称为“绳驱动腰部康复机器人”，该案中提供的机器人的控制单元通过控制各绳索的绕放单元控制相应牵引绳绳长变化，带动康复患者腰部依正常人步行时的骨盆运动轨迹运动；中国专利公告(布)号为CN101862255A，公告(布)日为2010年10月20日，发明名称为“绳牵引下肢步态康复机器人”，该案中提供的机器人包括框架、跑步机、连杆系统、绳索牵引系统和角度传感器，用于下肢体损伤患者做步态康复训练或老年人体育锻炼；中国专利公告(布)号为CN102525712A，公告(布)日为2012年7月4日，发明名称为“一种绳牵引上肢康复机器人及其控制方法”，该案中提供的康复机器人包括中央控制装置、控制方式选择开关、伺服电机、牵引绳、托板和支架，被动控制和主动控制可以相互切换；中国专利公告(布)号为CN101987060A，公告(布)日为2011年3月23日，发明名称为“绳牵引踝关节康复训练机”，该案中提供的康复训练机包括底座和动平台两部分，用于踝关节扭伤和矫形康复训练。
[0004]在上述成果中，关于患者腰部康复运动领域的柔索驱动并联机器人的研究很少。仅有的“绳牵引下肢步态康复机器人”中，柔索驱动运动平台的自由度数目相对较少;驱动机构固定在机架上，绳索不能水平移动，导致康复患者的水平位移较小，运动不便;机械结构设计过程中采用弹簧等柔性件，不能准确地控制绳索的长度;没有安装传感器等检测元件，控制系统不完善，导致控制精度较低。结合以上现状和现实需求，迫切地需要设计一种满足腰部损伤患者康复的柔索驱动并联机器人。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的运动平台自由度数目少、康复患者水平移动位移小、运动不便、整体结构采用的柔性件即绳索长度难以控制、传感器检测和控制缺失的问题;提供了一种柔索驱动六自由度并联康复装置。
[0006]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的柔索驱动六自由度并联康复装置包括有移动驱动第I机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构、移动驱动第4机构、固定驱动第I机构、固定驱动第2机构、绳索康复机构与支架。
[0007]所述的移动驱动第I机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构与移动驱动第4机构的结构完全相同；固定驱动第I机构与固定驱动第2机构的结构完全相同。
[0008]移动驱动第I机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构与移动驱动第4机构依次布置在支架顶端四根横梁的中间处，固定驱动第I机构与固定驱动第2机构依次固定在支架底端矩形框架对角线两端的2块结构相同的固定底板上，绳索康复机构布置在支架的中心处;绳索康复机构的六根钢丝绳的一端依次和移动驱动第I机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构、移动驱动第4机构、固定驱动第I机构与固定驱动第2机构连接。
[0009]技术方案中所述的支架包括I号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁、8号横梁、12根结构相同的加强筋、4根结构相同的立柱)和2个结构相同的固定底板。
[0010]4根结构相同的立柱(69)的上端采用螺栓依次和5号横梁(67)、6号横梁(68)、7号横梁(73)与8号横梁(74)的首尾相连接，4根结构相同的立柱(69)的下端采用螺栓依次和I号横梁(64)、2号横梁(71)、3号横梁(72)与4号横梁(70)的首尾相连接，组成一个长方体形的框架式支架;在支架(ΥΠΟ两侧的矩形框架和后侧的矩形框架的四角处分别焊接有结构相同的加强筋(66)，两块固定底板(65)分别固定在由I号横梁(64)、2号横梁(71)、3号横梁(72)与4号横梁(70)组成的正方形框架对角线两端的直角上。
[0011]技术方案中所述的I号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁、8号横梁与12根结构相同的加强筋均为横截面为工字形的直杆类结构件，I号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁与8号横梁的两端皆加工有螺纹孔，5号横梁、6号横梁、7号横梁与8号横梁的中间部位加工有凸台，4个凸台上分别沿竖直方向均匀分布有螺纹孔，立柱为横截面是正方形的柱状结构件，立柱上下两端的相邻两侧面上分别设置有通孔。
[0012]技术方案中所述的绳索康复机构还包括有康复腰带、运动基座、运动垫、扶手、绳索挂钩、I号拉力传感器、2号拉力传感器、3号拉力传感器、4号拉力传感器、5号拉力传感器、6号拉力传感器与扶手支柱。所述的六根钢丝绳是指I号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳;所述的绳索挂钩包括I号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩;运动基座放置在支架底端正方形框架内的水平地面上，运动垫采用粘合剂固定在运动基座的正中央，三根结构相同的扶手支柱的底端与运动基座采用螺钉连接，三根结构相同的扶手支柱的顶端与扶手固定连接，康复腰带置于扶手之中；I号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳上依次安装有I号拉力传感器、2号拉力传感器、3号拉力传感器、4号拉力传感器、5号拉力传感器与6号拉力传感器；I号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳的一端依次和I号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩固定连接，I号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩依次和康复腰带连接。
[0013]技术方案中所述的康复腰带包括腰带、开关座、制动开关、3个结构相同的腰带锁销、传感器座、位移传感器、I号绳索挂环、2号绳索挂环、3号绳索挂环、4号绳索挂环、5号绳索挂环与6号绳索挂环；I号绳索挂环、2号绳索挂环、3号绳索挂环与4号绳索挂环粘接在腰带的周围，其中任何相邻的2个绳索挂环之间的夹角为九十度;5号绳索挂环粘接在3号绳索挂环与4号绳索挂环之间的中间位置，6号绳索挂环粘接在I号绳索挂环与2号绳索挂环之间的中间位置，开关座粘接在4号绳索挂环左侧的腰带(61)上，制动开关安装在开关座上;传感器座粘接在2号绳索挂环与3号绳索挂环之间的腰带上，位移传感器安装在传感器座上。
[0014]技术方案中所述的腰带为开口式圆环形结构件，腰带采用的材质为橡胶，腰带开口的左侧设置有3个结构相同的腰带锁销，3个结构相同的腰带锁销的中心线连线和腰带的回转轴线平行，相邻2个腰带锁销之间距离相等，腰带锁销的头部做成凸球形，腰带锁销与腰带做成一体，或者做成分体的;腰带开口的右侧沿轴向设置有3列结构相同的相互平行的和腰带锁销配装的佩戴孔，每列相邻的2个佩戴孔之间的距离与相邻2个腰带锁销之间距离相等。
[0015]技术方案中所述的移动驱动第I机构包括有移动驱动机构和绕线驱动机构两部分;所述的移动驱动机构包括2根结构相同的直线导轨、导轨底座、2个结构相同的导轨连接块、螺母连接块、I号电机法兰、伺服电机、I号联轴器、丝杠支撑座、滚珠丝杠和丝杠固定座。2根结构相同的直线导轨平行对称地安装在导轨底座的顶端面上，2个结构相同的导轨连接块与2根结构相同的直线导轨上的滑块螺栓固定连接，螺母连接块顶端与绕线驱动机构中的移动支座采用螺栓固定连接，螺母连接块中部的水平通孔中安装有丝杠螺母，I号电机法兰采用螺栓固定安装在导轨底座右端的凹槽底面上，伺服电机采用螺栓固定安装在I号电机法兰的右端面上，伺服电机的输出轴为水平放置，并与导轨底座的纵向对称面共面；I号联轴器的右端与伺服电机同轴连接，I号联轴器的左端与滚珠丝杠的右端同轴连接，丝杠固定座采用螺栓安装在I号联轴器左侧的导轨底座的凹槽底面上，滚珠丝杠通过轴承安装在丝杠固定座上为转动连接，滚珠丝杠的左端通过轴承安装在丝杠支撑座上，丝杠支撑座采用螺栓安装在导轨底座左端的凹槽底面上，滚珠丝杠与螺母连接块上的丝杠螺母配装，两者之间为转动连接，绕线驱动机构通过其中的移动支座安装在2个结构相同的导轨连接块的顶端。
[0016]技术方案中所述的绕线驱动机构还包括有电机座、2号电机法兰、I号轴承座、蜗轮、2号轴承座、绕线柱、轴、I号导轮、2号导轮、齿条座、齿轮轴、齿条、2号联轴器、减速器、编码器、直流电机、蜗杆、轴承座、轴套、I号钢丝绳与支撑板。电机座采用螺栓固定在移动支座的右端，2号电机法兰采用螺栓固定在电机座左端面上，带有减速器的直流电机安装在电机座上并采用螺栓通过减速器固定住2号电机法兰的右端面上，编码器安装在直流电机的右端，直流电机(28)的输出轴与绕线柱(13)的右端通过2号联轴器(22)同轴连接，绕线柱的两端分别通过轴承安装在I号轴承座与2号轴承座上的轴承孔内，I号钢丝绳的一端缠绕在绕线柱上，I号轴承座与2号轴承座采用螺栓固定安装在移动支座上，绕线柱上由右至左依次安装蜗杆和轴套，蜗轮套装在齿轮轴的一端，齿轮轴的两端分别通过轴承安装在轴承座与齿条座的孔中，齿轮轴与绕线柱的对转轴线为空间垂直交叉，绕线柱的回转轴线与齿条的纵向对称面平行，齿轮轴上的齿轮与齿条啮合，蜗杆与蜗轮啮合连接，齿条与齿条座的底座之间为滑动连接，齿条座的底座与移动支座之间采用螺栓连接，齿条的左端面与支撑板的下端接触连接，两者之间采用螺栓连接，两根结构相同的轴采用过盈配合安装在支撑板上半部分的两个孔中，I号导轮与2号导轮通过轴承安装两根结构相同的轴上。
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