CN105114444B - 一种转动阻尼力可调的关节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转动阻尼力可调的关节机构，设有一个主轴，主轴上设有摩擦盘和连接外部机构的第一安装座板及第二安装座板，其中一个与摩擦盘固定连接，另一个上设有两个用于夹持摩擦盘以改变其转动阻尼力的气缸，两个气缸相对设置在摩擦盘两侧，并与控制其同步动作的比例调节阀相连，在两个气缸上均设有与摩擦盘配合的摩擦片，主轴上连接有用于检测第一安装座板和第二安装座板相对转动角度的角度传感器，由控制器根据角度传感器的测量值控制与比例调节阀相连的气缸夹持摩擦盘，调节转动阻尼力，结构简单，提高了关节机构的线性度和刚性。

Description

一种转动阻尼力可调的关节机构

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是一种转动阻尼力可调的关节机构。

背景技术

随着我国老龄化趋势的加重，人体运动功能障碍（即因为脊柱损伤、脑卒、意外事故伤害等而造成人体的神经受损）已成为一种常见的疾病。康复训练设备可以配合理疗师为患者进行治疗，帮助患者进行康复训练。但康复训练中运动姿态曲线是预先存入控制系统的数据，不仅数据单一，无法自适应患者病情，而且修改参数复杂。

本发明人设计出一种主从操纵设备，可以配合理疗师为患者进行治疗，帮助患者进行康复训练。该主从操纵设备包括由理疗师操作的主操纵器和患者使用的从动机构，从动机构相当于现有技术中的康复训练设备，为了解决现有技术中理疗师不能针对每个病人及时编写程序调整训练动作曲线数据的问题，主操纵器需具备转动阻尼反馈功能，因此，主操纵器中需要设计一种转动阻尼力可调的关节机构，以根据从操纵器的关节反馈信号，使理疗师做出适合患者的康复训练动作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种转动阻尼力可调的关节机构，提高关节机构的线性度和刚性。

本发明是采用以下技术方案及技术措施来实现的。

本发明提出一种转动阻尼力可调的关节机构，设有一个主轴，主轴上设有摩擦盘和分别用于连接外部机构的第一安装座板及第二安装座板，第一安装座板和第二安装座板的其中一个与摩擦盘固定连接，另一个上设有两个用于夹持摩擦盘以改变其转动阻尼力的气缸，两个气缸相对的设置在摩擦盘的两侧，并与用于控制其同步动作的比例调节阀相连，在两个气缸上均设有与摩擦盘配合的摩擦片，所述主轴上连接有用于检测第一安装座板和第二安装座板相对转动角度的角度传感器。

较佳的，所述的角度传感器与控制器相连，控制器与比例调节阀连接以控制两个气缸的动作，从而改变摩擦盘的转动阻尼力。

较佳的，所述固定连接摩擦盘的一个安装座板相对另一个安装座板沿主轴转动，带动摩擦盘也相对另一安装座板沿主轴转动。

较佳的，所述设有两个气缸的安装座板上固定有气缸座，两个气缸设在气缸座上。

较佳的，所述两个气缸的缸径的取值范围为11mm～32mm。

较佳的，所述第一安装座板和第二安装座板设有多个安装孔位，用于连接外部设备。

较佳的，所述的摩擦片为摩擦系数稳定的铜基摩擦片。

与现有技术相比，本发明至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明的关节机构是将两个气缸相对的设置在摩擦盘的两侧，通过比例调节阀控制两个气缸同步动作夹持摩擦盘，关节机构对应的人体关节的转动角度是第一安装座板和第二安装座板的相对转动角度，由设置于主轴上的角度传感器测量，结构简单，设计巧妙，提高了关节机构的线性度和刚性；

2、角度传感器与控制器相连，控制器与比例调节阀连接以控制两个气缸的动作，从而改变摩擦盘的转动阻尼力，角度传感器的测量值可与从动机构（康复训练设备）反馈的测量值进行比较，根据测量差值的大小，调节摩擦盘的转动阻尼力的大小；

3、两个气缸的缸径的取值范围为11mm～32mm，缸径较大，增加了阻尼力的可调节范围，使用铜基摩擦片，摩擦系数更稳定。

附图说明

图1是本发明一种转动阻尼力可调的关节机构一实施例的主视图。

图2是图1所示关节机构的后视图。

图3是本发明一种转动阻尼力可调的关节机构的控制原理图。

图4是本发明另一实施例两连杆机械臂式主操纵器的结构示意图。

1：主轴，2：摩擦盘，3：第一安装座板，4：第二安装座板，5：气缸，6：比例调节阀，7：摩擦片，8：角度传感器，9：控制器，10：活塞杆，11：气源，12：气缸座，13：关节机构，14：连杆。

具体实施方式

为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述。

在本发明人设计的主从操纵设备中，主操纵器是由理疗师操作的，从动机构供进行康复训练的患者使用，从动机构相当于现有技术中的康复训练设备，主操纵器和从动机构都连接到控制器，通过控制器控制主操纵器的关节机构根据从动机构相应关节的反馈自适应做出适合从动机构相应关节运动的动作。为了实现上述目的，主操纵器需具备转动阻尼反馈功能，这就要求主操纵器的核心部件——关节机构的转动阻尼力可调。每个关节机构对应理疗师的一个关节，可采集该关节的运动信息给控制器，并根据控制器反馈的信号调节关节机构的转动阻尼力。

参考图1和图2的实施例，本发明一种转动阻尼力可调的关节机构设有一个主轴1，主轴1上设有摩擦盘2和分别用于连接外部机构的第一安装座板3及第二安装座板4，第一安装座板3和第二安装座板4的其中一个与摩擦盘2固定连接，另一个上设有两个用于夹持摩擦盘2以改变其转动阻尼力的气缸5，两个气缸5相对的设置在摩擦盘2的两侧，并与用于控制其同步动作的比例调节阀6相连，在两个气缸5上均设有与摩擦盘2配合的摩擦片7，所述主轴1上连接有用于检测第一安装座板3和第二安装座板4相对转动角度的角度传感器8，关节机构对应的人体关节的转动角度是第一安装座板和第二安装座板的相对转动角度，该结构简单，设计巧妙，提高了关节机构的线性度和刚性。

第一安装座板3和第二安装座板4是整个关节机构的转动平台，也是其他零件的安装平台，第一安装座板3和第二安装座板4均有多个安装孔位，可与不同的外设零部件（如连杆）组合，构成单关节或多关节康复训练主操纵器。

较佳的，固定连接摩擦盘2的一个安装座板相对另一个安装座板沿主轴1转动，带动摩擦盘2也相对另一安装座板沿主轴1转动。设有两个气缸5的另一个安装座板上固定有气缸座12，两个气缸5设在气缸座12上。

本发明的两个气缸5可以优选轻薄型的气缸5，气缸5的缸径大于10mm，取值范围为11mm～32mm，优选为32mm，使驱动力得到增大，阻尼力可调节的范围增大。

设在气缸5上的摩擦片7优选为铜基摩擦片7，其摩擦系数较稳定。

如图1和图2所示，是本发明关节机构一实施例的主视图和后视图，在该实施例中，第一安装座板3通过其安装孔固定在主轴1一端的轴承上，用键槽固定位置，无相对转动，第二安装座板4安装在主轴1另一轴端的轴承上，可沿主轴1转动。摩擦盘2位于第一安装座板3和第二安装座板4之间，摩擦盘2通过螺栓固定在第二安装座板4上，可相对第一安装座板3沿主轴1转动。两个气缸5固定在第一安装座板3上，两个气缸5相对的设置在摩擦盘2的两侧，并与用于控制其同步动作的比例调节阀6相连。两个气缸5的活塞杆10轴线重合且输出力方向相对，每个气缸5头端的活塞杆10均设置有摩擦片7，两个气缸5的尾端连接比例调节阀6，比例调节阀6连接气源11。当两个气缸5通气工作时，两个摩擦片7从两侧压向摩擦盘2，使两个气缸5向摩擦盘2施加大小相等，方向相反的作用力。角度传感器8位于主轴1最外侧，安装于摩擦盘2中心区域，角度传感器8的测量转轴连接主轴1且轴线与主轴1共线。当第二安装座板4带动摩擦盘2转动时，也同时带动角度传感器8的壳体转动，而主轴1、角度传感器8的测量转轴和第一安装座板3保持相对静止。角度传感器8的测量转轴相对其壳体的转动角度，对应于第一安装座板3与第二安装座板4沿主轴1的转动角度。

较佳的，两个气缸5可通过气缸座12固定，在第一安装座板3上用螺栓固定气缸座12，两个气缸5安装固定在气缸座12上。

参考图3的控制原理图，本发明关节机构的转动阻尼力是由控制器9控制调节的。角度传感器8与控制器9相连，控制器9与比例调节阀6连接以控制两个气缸5的动作，从而改变摩擦盘2的转动阻尼力。

比例调节阀6可以是电气比例调节阀，电气比例调节阀接收控制器9反馈的控制信号，根据控制信号的大小，调节气缸5的工作压力大小。随着气缸5工作压力的增大/减小，气缸5输出正压力增大/减小，带动摩擦片7与摩擦盘2产生的摩擦力也增大/减小，则关节机构13产生的转动阻尼力增大/减小。整个过程中，工作压力值与控制信号（电压/电流）值成线性比例，又因为摩擦系数基本不变，所以，控制信号与转动阻尼力成线性比例变化，利用这一特性，可以达到转动阻尼力控制效果，提高关节机构的线性度。

具体的，角度传感器8将主操纵器的关节机构13的角度测量值发送给控制器9，控制器9计算该角度测量值与从动机构反馈的角度测量值的差值，差值越大，控制器9反馈给比例调节阀6的控制信号越大，与比例调节阀6连接的气缸5工作压力就越大，气缸5输出正压力增大，带动摩擦片7与摩擦盘2产生的摩擦力也增大，摩擦盘2的转动阻尼力就增大，反之，差值越小，则转动阻尼力减小。

图4是本发明另一实施例两连杆机械臂式主操纵器的结构示意图。安装有两个关节机构13，通过连杆14相连，适用于上臂单关节或两关节康复训练。

除了以上描述外,本发明还可以广泛地用在其他实施例中，并且本发明的保护范围并不受实施例的限定，其以权利要求的保护范围为准。任何熟悉本专业的技术人员，依据本发明的技术实质对以上实施例的简单修改，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，设有一个主轴（1），主轴（1）上设有摩擦盘（2）和分别用于连接外部机构的第一安装座板（3）及第二安装座板（4），第一安装座板（3）和第二安装座板（4）的其中一个与摩擦盘（2）固定连接，另一个上设有两个用于夹持摩擦盘（2）以改变其转动阻尼力的气缸（5），两个气缸（5）相对的设置在摩擦盘（2）的两侧，并与用于控制其同步动作的比例调节阀（6）相连，在两个气缸（5）上均设有与摩擦盘（2）配合的摩擦片（7），所述主轴（1）上连接有用于检测第一安装座板（3）和第二安装座板（4）相对转动角度的角度传感器（8），所述的角度传感器（8）与控制器（9）相连，控制器（9）与比例调节阀（6）连接以控制两个气缸（5）的动作，从而改变摩擦盘（2）的转动阻尼力。

2.如权利要求1所述的一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，所述固定连接摩擦盘（2）的一个安装座板相对另一个安装座板沿主轴（1）转动，带动摩擦盘（2）也相对另一安装座板沿主轴（1）转动。

3.如权利要求1所述的一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，所述设有两个气缸（5）的安装座板上固定有气缸座（12），两个气缸（5）设在气缸座（12）上。

4.如权利要求1所述的一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，所述两个气缸（5）的缸径的取值范围为11mm～32mm。

5.如权利要求1所述的一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，所述第一安装座板（3）和第二安装座板（4）设有多个安装孔位，用于连接外部设备。

6.如权利要求1所述的一种转动阻尼力可调的关节机构，其特征在于，所述的摩擦片（7）为摩擦系数稳定的铜基摩擦片。