CN104708635A - 用于驱动可穿戴机器人的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动可穿戴机器人的设备，包括：线，其具有连接到可穿戴机器人的臂的一端；张力检测器，其设置在线的一端与另一端之间并且检测线的张力；驱动器，其连接到线的另一端并且缠绕或松开线；以及控制器，当臂旋转而改变线的张力时，控制器控制驱动器操作，以缠绕或松开线，使得线保持预设的基准张力。

Description

用于驱动可穿戴机器人的设备

技术领域

本发明总体上涉及用于驱动可穿戴机器人的设备，并且更具体地，其涉及能够使用一个驱动器和线移动多个关节的用于驱动可穿戴机器人的设备。

背景技术

可穿戴机器人设计成由使用者直接穿戴并且帮助使用者在工业领域中工作，并且可穿戴机器人均由对应于使用者上身的上肢和对应于使用者下身的下肢组成。上肢设有联接到使用者的臂并且与使用者的臂相配合的臂，就好像该臂是他或她身体的一部分。因此，当无帮助的使用者在正常情况下不能自己举起或搬起重物时，机械臂起到帮助使用者做他/她的工作的作用，使得使用者可举起或搬起重物。

通常，机械臂装备有多个关节以及安装在关节中的多个马达，以便允与使用者的臂一起平滑移动。适当驱动多个马达以根据使用者的臂的移动来移动机械臂。

这种传统结构可见于韩国未审查专利申请公开号10-2012-0059305(名为“可穿戴机器人的肩关节结构(SHOULDER ARTICULATIONSTRUCTURE OF WEARABLE ROBOT)”)的公开内容。在上述参考文献中，可穿戴机器人的肩关节结构包括滑块，其具有穿过其中心的导槽；节距驱动马达，其连接到滑块以便能够前后移动；连杆，其一侧连接到节距驱动马达并且插入导槽，并且其另一侧设置在滑块的外面；卷筒驱动马达，其连接到设置在滑块外面的连杆的端部；以及旋转臂，其可旋转地连接到卷筒驱动马达。

然而，当使用这种传统结构时，难以避免由于多个驱动马达而造成的可穿戴机器人的重量增加。这导致使用者利用可穿戴机器人做他/她的工作有困难。

上文只是为了帮助理解本发明的背景，而并不意味着本发明落入本领域技术人员已知的现有技术的范围内。

发明内容

本发明提供用于驱动可穿戴机器人的设备，其中多个关节通过线连接到一个驱动器以便被驱动，并且通过减少驱动器的数量，降低可穿戴机器人的总重量。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供用于驱动可穿戴机器人的设备，其包括：线，其具有连接到可穿戴机器人的臂的一端；张力检测器，其设置在线的一端与另一端之间并且检测线的张力；驱动器，其连接到线的另一端并且缠绕或松开线；以及控制器，当臂旋转而改变线的张力时，控制器控制驱动器操作，以缠绕或松开线，使得线保持预设的基准张力。

线可包括驱动器侧线和臂侧线，其中驱动器侧线具有连接到驱动器的一端，臂侧线具有连接到臂的一端。

张力检测器可包括：驱动器侧钩，其具有连接到驱动器侧线的一端；臂侧钩，其具有联接到臂侧线的另一端的一端，以及钩接在驱动器侧钩上的另一端；压力传感器，其安装在驱动器侧钩或臂侧钩接触面上，并且当驱动器侧钩和臂侧钩彼此接触时，其检测施加到驱动器侧线和臂侧线的压力。

驱动器侧钩和臂侧钩可分别是方形环和弯曲板，并且可配置成垂直相交并以这样的方式形成钩接结构(hooking structure)：即驱动器侧钩和臂侧钩的另一端的内表面布置成基本上彼此相对。

臂侧钩在臂侧钩的一端可包括滚轮，并且臂侧线可配置成使得臂侧线的两端联接到不同的臂，并且臂侧线的中部绕滚轮缠绕。

该设备还可包括固定和支承驱动器的支承板。

支承板可在对应于臂侧钩的位置包括导轨，使得臂侧钩可移动地接合。

根据本发明的另一方面，提供用于驱动可穿戴机器人的系统，其中，当可穿戴机器人的臂旋转而改变具有连接到臂的一端的线的张力时，连接到线的另一端的驱动器被驱动，以缠绕或松开线，以便线保持预设的基准张力。

根据上述的用于驱动可穿戴机器人的设备，均匀的力总是适于施加到线和臂。由此，当使用者举起或放下物体时，均匀的力总是施加到线和臂，并且因此稳定的工作成为可能。

进一步地，由于多个关节可由一个驱动器而不是使用多个驱动器驱动，这可减少控制的复杂性，并且实现控制方面的稳定性和起到节约成本的作用。

附图说明

当结合附图时，本发明的上述目的和其他目的、特征和其他优点将从下面具体实施方式中得到更加清晰地理解。

图1是根据本发明实施例的用于驱动可穿戴机器人的设备的透视图；

图2是图1的设备的透视图，其中驱动根据本发明实施例的设备的驱动器；以及

图3是图1的设备的透视图，其中安装根据本发明实施例的设备。

具体实施方式

参考附图，将更加详细地描述根据本发明的示例性实施例的用于驱动可穿戴机器人的设备。

应该理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语总体上包括机动车辆，如乘用车，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车，船，包括各种船只和舰船，飞机等等，还包括混合动力车，电动车，插电式混合动力电动车，氢动力车和其他可替换燃料车辆(如：从非石油资源获得的燃料)。正如本文所指，混合动力车辆有两种或更多动力源，例如，汽油动力和电动力车。

本文所使用的术语仅是出于描述具体实施例的目的，而并不意在限制本发明。除非上下文另外清楚地规定，本文所用单数形式“一种/个(a/an)”、以及“该”也意在包括复数对象。应当进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”限定了所述特征、整数、步骤、操作、要素、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其集合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括相关所列的项目中的一个或多个的任意组合和所有组合。

图1示出根据本发明实施例的用于驱动可穿戴机器人的设备的配置。根据本发明实施例的用于驱动可穿戴机器人的设备包括：线100，其具有连接到可穿戴机器人的臂600的一端；张力检测器300，其设置在线100的一端与另一端之间并且检测线100的张力；驱动器200，其连接到线100的另一端并且缠绕或松开线100；以及控制器500，当臂600旋转改变线100的张力时，控制器500控制驱动器200操作，以缠绕或松开线100，使得线100保持预设的基准张力。

更具体地，臂600是对应于可穿戴机器人的使用者的臂的部分，并且包括所有诸如关节和手的部分。

驱动器200包括提供驱动力的马达210以及可旋转地固定到马达210的旋转轴并且被线100缠绕的滑轮230。

线100由驱动器侧线130和臂侧线110组成，其中驱动器侧线130具有联接到驱动器200的滑轮230的一端，臂侧线110具有联接到臂600的一端。张力检测器300包括：驱动器侧钩330，其具有连接到驱动器侧线130的一端；臂侧钩310，其具有联接到臂侧线110的另一端的一端，以及钩接在驱动器侧钩330上的另一端；以及压力传感器350，其安装在驱动器侧钩330或臂侧钩310上，并且当驱动器侧钩330和臂侧钩310彼此接触时，其检测施加到驱动器侧线130和臂侧线110的压力。

驱动器侧钩330和臂侧钩310优选地分别是方形环和弯曲板，并且可设置成垂直相交并以这样的方式形成钩接结构：即驱动器侧钩330和臂侧钩310的另一端的内表面布置成基本上彼此相对，即它们布置成至少部分彼此相对。由于钩在钩接结构中相交，所以即使当线100变松，钩仍可维持在钩接状态。进一步地，由于钩中的一个是具有大接触面积的板，所以稳定的钩接是可能的。

然而，除方形环形状和板形状外，驱动器侧钩330和臂侧钩310可具有诸如“L”形和“C”形的各种形状。这两个钩不需要具有相同的形状。换句话说，钩可具有环形状和弯曲板形状，并且经设置使得其另一端的内表面彼此接触。

另一方面，压力传感器350是检测施加到其一个面的压力的传感器，并且可是测力元件。

压力传感器350安装在驱动器侧钩330或臂侧钩310的另一端的内表面上，并且测量施加到驱动器侧线130和臂侧线110的张力。由于线100通过钩的钩接连接，所以线100维持基本上相同的张力。当在线100上出现张力时，钩310和330的另一端的内表面彼此接触。因此，安装在钩310或330的内表面上的压力传感器350与张力成比例地被按压，并且检测线100的张力。

另一方面，臂侧钩310在其一端可设有滚轮313。臂侧线110可设置成使得其两端联接到各不同的臂，并且臂侧线110的中部围绕滚轮313缠绕。滚轮313可以像槽轮一样具有在其外圆周中部形成的凹槽，以便防止线分离。

由于臂侧线110的两端联接到各不同的臂，所以相同的激活力可通过驱动器200施加到不同的关节。

同时，用于驱动可穿戴机器人的设备还可包括固定和支承驱动器200的支承板400。支承板400可以分离地安装在可穿戴机器人面对使用者后背的主体上。可替代地，支承板400本身可作为主体。

支承板400可在对应于臂侧钩310的位置设有导轨410，使得臂侧钩310可移动地接合。

更具体地，导轨410可在臂侧钩310的移动方向上设置，并且当绕驱动器200缠绕或松开驱动器侧线130时，臂侧钩310沿导轨410移动。

由于导轨410，驱动器侧线130可以被稳定地支承。导轨410可支承臂侧线110的重量和驱动器侧线130的重量。当使用者移动或工作时，由于它们自身的重量，臂侧钩310和驱动器侧钩330可脱出适当的位置，因此而改变线100的张力，从而影响压力传感器350的输出值。因为臂侧钩310被稳定地支承在导轨410上，所以可避免上述问题。进一步地，驱动器200可仅由臂侧线100的张力变化驱动。

根据本发明实施例的用于可穿戴机器人的设备的操作将参考图1至图3进行描述。图3示出臂侧线110的一端联接到可穿戴机器人的肩关节610。当使用者举起他/她的臂时，可穿戴机器人的肩关节610向上旋转。因此，联接到可穿戴机器人的肩关节610的臂侧线110变松，并且臂侧线110的张力变得比预设的基准张力弱。由于臂侧线110的总张力等于驱动器侧线130的张力，在相对方向上作用于臂侧钩310和驱动器侧钩330的力也变弱，并且因此作用在两个钩之间的压力也减少。

当张力变得比基准张力小并且被压力传感器350检测到时，压力传感器350将检测结果发送到控制器500。然后，为再次将张力恢复到基准张力，控制器500操作控制器200，以便缠绕驱动器侧线130。如图2所示，驱动器侧钩330使臂侧钩310朝驱动器200滑动，同时朝驱动器200移动。结果，驱动器侧线130的张力和臂侧线110的张力再次增加。当张力再次达到基准张力时，驱动器200的操作停止。

即使联接到臂侧线110的两端的不同关节以不同方式移动，臂侧线110的总张力最终也等于驱动器侧线130的张力。因此，臂侧线110的总张力总是维持基准张力，并且相同的力施加到每个关节。因此，可保证使用者移动的自由度。

根据具有上述结构的用于驱动可穿戴机器人的设备，均匀的力总是适于施加到线和臂。由此，当使用者举起或放下物体时，均匀的力总是施加到线和臂，并且因此稳定工作成为可能。

进一步地，由于多个关节可由一个驱动器而不是使用多个驱动器驱动，这可减少控制的复杂性，并且实现控制方面的稳定性和起到节约成本的作用。

虽然为了说明的目的已经描述了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员应当清楚，在不脱离随附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、替代和添加是可能的。

Claims (8)

1.一种用于驱动可穿戴机器人的设备，其特征在于，包括：

线，其具有连接到所述可穿戴机器人的臂的一端；

张力检测器，其设置在所述线的所述一端与另一端之间并且检测所述线的张力；

驱动器，其连接到所述线的所述另一端并且缠绕或松开所述线；以及

控制器，当所述臂旋转而改变所述线的张力时，所述控制器控制所述驱动器操作，以缠绕或松开所述线，使得所述线保持预设的基准张力。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述线包括驱动器侧线和臂侧线，其中所述驱动器侧线具有连接到所述驱动器的一端，所述臂侧线具有连接到所述臂的一端。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述张力检测器包括：

驱动器侧钩，其具有连接到所述驱动器侧线的一端；

臂侧钩，其具有连接到所述臂侧线的另一端的一端，以及钩接在所述驱动器侧钩上的另一端；以及

压力传感器，其安装在所述驱动器侧钩或所述臂侧钩的接触面上，并且当所述驱动器侧钩和所述臂侧钩彼此接触时，所述压力传感器检测施加到所述驱动器侧线和所述臂侧线的压力。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述驱动器侧钩和所述臂侧钩分别是方形环和弯曲板，并且设置成垂直相交并以这样的方式形成钩接结构：即所述驱动器侧钩的另一端的内表面与所述臂侧钩的所述另一端的内表面布置成基本上彼此相对。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述臂侧钩在所述臂侧钩的一端包括滚轮，并且所述臂侧线配置成使得所述臂侧线的两端联接到不同的臂，并且所述臂侧线的中部绕所述滚轮缠绕。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括固定和支承所述驱动器的支承板。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述支承板在对应于所述臂侧钩的位置包括导轨，使得所述臂侧钩可移动地接合。

8.一种用于驱动可穿戴机器人的系统，其特征在于，当所述可穿戴机器人的臂旋转而改变具有连接到所述臂的一端的线的张力时，连接到所述线的另一端的驱动器被驱动，以缠绕或松开所述线，使得所述线保持预设的基准张力。