CN104398366B - 一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节 - Google Patents
一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种适用于上肢康复机器人的扭簧式柔弹性关节，它主要包括内轴承座，内滚针轴承，扭簧，外滚针轴承，外轴承座。内轴承座转动，带动扭簧转动，从而促使扭簧产生一定量的弹性变形，再带动外轴承座的转动。扭簧是一种柔弹性的原件，将其一端固定在内轴承座上，另一端固定在外轴承座上，内轴承座转动不会立即带动外轴承座的转动，而是要先克服扭簧对其产生的阻力再带动外轴承座的转动。该装置内外两个滚针轴承保证传动时的同轴度，保证了传动的精度。本发明的扭簧式柔弹性关节使得康复机器人关节具备有柔弹性，传动精确，能够跟随机器人一起运动，控制了关节的大小，使结构更紧凑，设计更灵活，改变了传统康复机器人关节的设计模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种对驱动力矩有柔弹性要求的传动装置，尤其应用于医疗康复机器人驱动领域。
技术背景
为了高效、低成本地解决由脑卒中、脑外伤等病因造成的人体上肢中枢神经性运动障碍患者的康复治疗这一社会难题，国内外的很多专家学者都在设计针对上肢康复的装置，并逐步取代传统的医师治疗。
传统的康复机器人设计中，康复机器人都有一个共同点：机器人各关节的设计主要采用刚性的设计方法，采用电机、减速器等作为机器人关机的驱动单元。这种关节设计缺乏柔弹性单元，较大的冲击不仅使得康复机器人关节容易受到外部冲击而损坏，直接影响了机器人的正常运行，甚至可能对患者造成二次伤害。近些年来，不同学者提出了具有力/力矩传感器的柔性关节设计和串联弹性驱动关节设计等方法，使得机器人可以避免外部冲击对执行关节的影响，并且为机器人与人和环境的交互创造良好的条件。然而，基于力/力矩传感器的柔性关节本身并不具备柔性的特点，抗外部冲击的性能并非最佳，基于串联弹性驱动关节具有良好的抗冲击和力感知性能，但其占空空间大、结构不紧凑，很难设计出空间小，重量轻，结构紧凑和实现正反转的关节。目前，国内能应用于康复机器人上的柔弹性关节还非常少。浙江大学的杨灿军等人设计的基于柔绳传动的外骨骼柔性关节驱动装置专利号CN103315881A能实现柔弹性传动，但是其占用空间的，且要固定在机器人上，不能随着机器人的一起运动，因此其应用范围非常有限。江南大学的章军等人设计的一种可多方向弯曲的柔性关节专利号CN2767081Y只能实现关节的弯曲运动，并不能实现关节的转动，而且其占用空间大，应用于康复机器人上不现实。本发明的扭簧式柔弹性关节使得康复机器人关节具备有柔弹性，传动精确，能够跟随机器人一起运动，控制了关节的大小，使之结构更加紧凑，设计更加灵活，改变了传统康复机器人关节的设计模式。
发明内容
本发明针对当前康复机器人传动系统设计的不足，提出了一种适用于康复机器人关节以扭簧为柔性元件的柔弹性关节，应用至康复机器人关节中，解决了由于外部载荷对康复机器人和人产生的刚性冲击的问题，避免了由于刚性冲击对机器人和人体造成损害的风险。同时，解决了传统机器人关节占用空间大，结构松散等问题。本发明改变了传统机器人关节的模式，适用于升级现在康复机器人和机器臂关节，有助于促进机器人的更新换代。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，其特征在于：包括内轴承座、内滚针轴承、扭簧、外滚针轴承、外轴承座，所述内轴承座的右侧为内部设有径向截面为圆形的型腔，在型腔的底面有一轴，所述内滚针轴承与所述轴的内圈过盈配合，所述扭簧套在所述内滚针轴承上，所述外滚针轴承的内圈与所述内轴承座的外圈过盈配合，所述外滚针轴承的外圈与所述外轴承座的内圈过盈配合，所述内轴承座的型腔底面上设有第一通孔，所述扭簧的一端插在所述第一通孔中，所述外轴承座的型腔底面上设有环形通槽，所述扭簧的另一端插在所述环形通槽中。
进一步的，所述外轴承座的型腔底面设有一圈第二通孔，所述第二通孔正对所述外滚针轴承。
进一步的，所述轴的底端设有一凸台。
进一步的，所述内轴承座左侧轴的中间开有一圆柱型内孔，在内孔的侧壁上设有键槽。
进一步的，所述外轴承座右侧轴的中间开有一圆柱型内孔，在内孔的侧壁上设有键槽。
本发明的有益效果是：本发明的内轴承座一侧用于连接电机、减速器等驱动单元，内轴承座转动，带动扭簧带动，扭簧发生弹性形变，扭簧形变带动外轴承座转动，继而带动连接在外轴承座上的第二导管转动，最终带动齿轮一类的传动件转动。本发明的扭簧式柔弹性关节使得康复机器人关节具备有柔弹性，传动精确，能够跟随机器人一起运动，控制了关节的大小，使之结构更加紧凑，设计更加灵活，改变了传统康复机器人关节的设计模式。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明内部结构分解示意图
图3为本发明的装配图
图4为外轴承座主视图
图中1，内轴承座 2，内滚针轴承 3，扭簧 4，外滚针轴承 5，外轴承座 6，轴 7，凸台。
具体实施方式
本专利描述了一种适用于康复机器人传动系统的，采用扭簧为中间传动件的柔弹性关节，能够实现机器人各关节之间的柔弹性传动，从而避免刚性驱动系统对机器人和患者造成损害的风险。
本发明所提及的扭簧式柔弹性关节有内轴承座1，内滚针轴承2，扭簧3，外滚针轴承4，外轴承座5组成。其中内轴承座1一侧的轴中间开有一圆柱型内孔，在内孔的侧壁上设有键槽，用于电机、减速器等驱动单元，内轴承座1的另一侧内部设有径向截面为圆形的型腔，在型腔的底面有一轴6，用于内滚针轴承2的定位，在型腔的底面设有第一通孔9，是用于固定扭簧3，型腔内轴有一凸台7，不仅是为了方便内滚针轴承2的定位，而且方便内滚针轴承2用工具将其拆出。内滚针轴承2内径与内轴承座1内部型腔底面上的轴过盈配合，外径与扭簧3过盈配合。扭簧3与内滚针轴承2的外径过盈配合，其一端固定在内轴承座1的通孔上，另一端固定在外轴承座5的通孔上。外滚针轴承4内径与内轴承座1的外圆柱壁过盈配合，外径与外轴承座5型腔的内壁过盈配合。外轴承座5的轴中间有一圆柱型内孔，在内孔上设有键槽，用于连接齿轮一类的传动装置，外轴承座5的另一侧内部设有径向截面为圆形的型腔，在其型腔底面上开有若干第二通孔10是为了方便拆卸时顶出外滚针轴承4，更换内部易损零件，还开有一环形通槽8，以方便扭簧3的一端装配时能方便地插入。两个不仅轴承的存在，不仅能减少摩擦力的影响，而且能保证了内外轴承座转动的同轴度，保证了内轴承座到外轴承座传动时的精度。
本发明的工程过程如下：内轴承座1转动，从而带动扭簧3转动，从而促使扭簧3产生一定量的弹性变形，再带动外轴承座5的转动。由于扭簧3是一种柔弹性的原件，传动有柔弹性的特点，将其一端固定在内轴承座1上，另一端固定在外轴承座5上，内轴承座1转动不会立即带动外轴承座的转动，而是要先克服扭簧3对其产生的阻力再带动外轴承座5的转动。
装配时先将内滚针轴承2的内径与内轴承座1型腔内的轴配合，再将扭簧3与内滚针轴承2的外径配合，将扭簧3的一端插入内轴承座1型腔底面的通孔，然后将外滚针轴承4的内径与内轴承座1的外圈配合，最后将扭簧3的另一端对准外轴承座5上的环形通槽，外轴承座5的型腔内壁与外滚针轴承4的外径配合，这样就完成了装配.
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，包括，内轴承座(1)、扭簧(3)、外轴承座(5)，其特征在于：还包括内滚针轴承(2)、外滚针轴承(4)，所述内轴承座(1)的右侧为内部设有径向截面为圆形的型腔，在型腔的底面有一轴(6)，所述内滚针轴承(2)与所述轴(6)的内圈过盈配合，所述扭簧(3)套在所述内滚针轴承(2)上，所述外滚针轴承(4)的内圈与所述内轴承座(1)的外圈过盈配合，所述外滚针轴承(4)的外圈与所述外轴承座(5)的内圈过盈配合，所述内轴承座(1)的型腔底面上设有第一通孔(9)，所述扭簧(3)的一端插在所述第一通孔(9)中，所述外轴承座(5)的型腔底面上设有环形通槽(8)，所述扭簧(3)的另一端插在所述环形通槽(8)中。
2.根据权利要求1所述的一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，其特征在于，所述外轴承座(5)的型腔底面设有一圈第二通孔(10)，所述第二通孔(10)正对所述外滚针轴承(4)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，其特征在于，所述轴(6)的底端设有一凸台(7)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，其特征在于，所述内轴承座(1)左侧轴的中间开有一圆柱型内孔，在内孔的侧壁上设有键槽。
5.根据权利要求1所述的一种适用于康复机器人的扭簧式柔弹性关节，其特征在于，所述外轴承座(5)右侧轴的中间开有一圆柱型内孔，在内孔的侧壁上设有键槽。
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