CN104440934A - 一种能实现正反转的柔弹性关节 - Google Patents

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CN104440934A CN201410681937.XA CN201410681937A CN104440934A CN 104440934 A CN104440934 A CN 104440934A CN 201410681937 A CN201410681937 A CN 201410681937A CN 104440934 A CN104440934 A CN 104440934A
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杨启志
汪志焕
郭林强
赵金海
宋俊朋
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Abstract

本发明涉及一种康复机器人的柔弹性关节，包括第一导管、内圈、弹性体、外圈、第二导管、铰制孔用螺栓和螺母。第一导管一侧用于连接驱动单元，第一导管转动，带动内圈转动带动，内圈和外圈中间的弹性体发生弹性形变，继而带动外圈转动，然后带动第二导管转动，最终带动传动件转动。弹性体为弓形弹性体，沿中线左右各开若干方形槽，可以实现弹性体的大角度变形，并且可以实现整个柔弹性关节的正转和反转。通过增加弹性体的壁厚可以提高弹性体的弹性，通过增加弹性体的数量亦可提高弹性体的弹性。本发明使得康复机器人关节具备有柔弹性，控制了关节的大小，实现关节的正转和反转，结构紧凑，设计灵活，改变了传统康复机器人关节的设计模式。

Description

一种能实现正反转的柔弹性关节
技术领域
本发明涉及一种对驱动力矩有柔弹性要求的装置，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康复训练的康复机器人，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，人们开始关注柔弹性关节的设计方法，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，但大部分关节采用了传统的螺旋弹簧，很难设计出空间小，重量轻，结构紧凑和实现正反转的关节。哈尔滨工业大学的王立权等人设计的弹性驱动转动关节专利号CN102152319A和双串联弹性驱动器专利号CN101318331都具有较好的柔弹性，但是都用了传统的螺旋弹簧，这种设计的径向尺寸大，占用的空间大，结构也不紧凑，不能应用于康复机器人的关节上。目前，国内能应用于康复机器人上的柔弹性关节还非常少，至于结构紧凑、空间小、重量轻、能够实现正反转的柔弹性关节少之又少。
发明内容
本发明提出了一种适用于康复机器人关节并且能够实现正反转的柔弹性关节，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：一种能实现正反转的柔弹性关节，包括第一导管、内圈、外圈、第二导管，所述第一导管与所述内圈通过螺栓固定连接，所述外圈与所述第二导管通过螺栓固定连接，所述内圈的外圈与所述外圈的内圈之间通过弹性元件连接。
进一步的，所述弹性元件为弓形弹性体。
进一步的，所述外圈与所述第二导管通过12个螺栓连接。
进一步的，所述第一导管与所述内圈通过6个螺栓连接。
进一步的，所述第一导管的内圈设置有键槽，用于连接动力输入装置；所述第二导管的内圈也设置有键槽，用于连接动力输出装置。
本发明的有益效果是：本发明的第一导管一侧用于连接电机或者减速器等驱动单元，第一导管转动，带动内圈转动，内圈和外圈中间的弹性体发生弹性形变，继而带动外圈转动，然后带动第二导管转动，最终带动齿轮一类的传动件转动。弹性体沿中线左右各开若干方形或圆形槽，可以实现弹性体的大角度变形，并且可以实现整个柔弹性关节的正转和反转。通过增加弹性体的壁厚可以提高弹性体的弹性，通过增加弹性体的数量亦可提高弹性体的弹性。本发明的柔弹性关节使得康复机器人关节具备有柔弹性，控制了关节的大小，可以实现关节的正转和反转，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为本发明的立体图
图2为本发明的平面图
图3为弓形弹性体主视图
图中，1，第一导管    2，内圈    3，弹性元件    4，外圈    5，第二导管    6，铰制孔用螺栓    7，螺母。
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能够实现正反向传动的柔弹性关节，从而避免刚性驱动系统对机器人和患者造成损害的风险。
如图1、图2和图3所示，本发明所提及的一种适用于康复机器人关节并且能够实现正反转的柔弹性关节由第一导管1、内圈2、弹性体3、外圈4、第二导管5、铰制孔用螺栓6和螺母7组成。第一导管1一侧的轴上开有一圆孔，圆孔上开有键槽，用于连接电动机、减速器等驱动单元，另一侧上开有通孔，用于连接内圈2。内圈2上开有若干通孔，用于连接第一导管1，在其外径上开有若干槽，用于连接弹性体3。弹性体3沿圆周均匀分布，两端分别连接外圈4和内圈2，所述弹性体为弓形弹性体，每个弹性体3沿中线左右各开若干方形槽，不仅可以实现弹性体的大角度变形，而且可以两个相反方向的扭转。外圈4的内径上开有若干槽，用于连接弹性体3，在其侧面上开有若干通孔，用于连接第二导管。第二导管5一侧的底面上开有若干通孔，用于连接外圈4，中间是一圆形型腔，另一侧的轴上开有一圆形孔，圆孔上开有键槽，用于连接齿轮一类传动装置。铰制孔用螺栓6的螺栓杆要求较高的加工精度，可以承受一定的剪切力。
图中弹性体3数量为12个，实际生产过程中可以根据所需弹性的大小增加或者减少。
本发明的工程过程如下：第一导管1转动，带动内圈2转动，然后带动弹性体3发生弹性变形，当其克服弹性变形所产生的阻力以后，第二导管5跟随外圈4开始转动，并且转速逐渐加快，最终达到第一导管1的转动速度。
通过改变内圈1和外圈3中间的弹性体2的厚度，可以改变弹性体的弹性。改变弹性体2的数量，亦可达到改变弹性大小的目的。本发明的柔弹性关节使得康复机器人关节具备有柔弹性，控制了关节的大小，可以实现关节的正转和反转，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。

Claims (5)

1.一种能实现正反转的柔弹性关节，其特征在于，包括第一导管(1)、内圈(2)、外圈(4)、第二导管(5)，所述第一导管(1)与所述内圈(2)通过螺栓固定连接，所述外圈(4)与所述第二导管(5)通过螺栓固定连接，所述内圈(2)的外圈与所述外圈(4)的内圈之间通过弹性元件(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种能实现正反转的柔弹性关节，其特征在于，所述弹性元件(3)为弓形弹性体。
3.根据权利要求1所述的一种能实现正反转的柔弹性关节，其特征在于，所述外圈(4)与所述第二导管(5)通过12个螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种能实现正反转的柔弹性关节，其特征在于，所述第一导管(1)与所述内圈(2)通过6个螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种能实现正反转的柔弹性关节，其特征在于，所述第一导管(1)的内圈设置有键槽，用于连接动力输入装置；所述第二导管(5)的内圈也设置有键槽，用于连接动力输出装置。
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