CN105121101A - 操纵器结构 - Google Patents

操纵器结构 Download PDF

Info

Publication number
CN105121101A
CN105121101A CN201480016548.3A CN201480016548A CN105121101A CN 105121101 A CN105121101 A CN 105121101A CN 201480016548 A CN201480016548 A CN 201480016548A CN 105121101 A CN105121101 A CN 105121101A
Authority
CN
China
Prior art keywords
male part
connector
executor
crank
swivel joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480016548.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105121101B (zh
Inventor
约斯·穆尔曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moog BV
Moog Inc
Original Assignee
Moog Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moog Inc filed Critical Moog Inc
Publication of CN105121101A publication Critical patent/CN105121101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105121101B publication Critical patent/CN105121101B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus ; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved in a plane substantially parallel to the body-symmetrical-plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H3/008—Using suspension devices for supporting the body in an upright walking or standing position, e.g. harnesses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/00181—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices comprising additional means assisting the user to overcome part of the resisting force, i.e. assisted-active exercising
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
    • A63B21/0058—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using motors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/15—Arrangements for force transmissions
    • A63B21/151—Using flexible elements for reciprocating movements, e.g. ropes or chains
    • A63B21/152—Bowden-type cables
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/16—Supports for anchoring force-resisters
    • A63B21/169—Supports for anchoring force-resisters for anchoring on or against a wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • A61H2201/1436—Special crank assembly
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14—Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • A61H2201/1481—Special movement conversion means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1628—Pelvis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1628—Pelvis
    • A61H2201/163—Pelvis holding means therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A61H2201/1652—Harness
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings

Abstract

一种用于例如步态训练的操纵器(110)，由伊氏机构构成，所述伊氏机构具有额外的自由度，用于在两个维度内提供工作空间。

Description

操纵器结构
技术领域
本发明涉及一种操纵器。更具体地，本发明涉及包括末端执行器的双自由度操纵器，其可以在平面工作空间内的两个基本上相互垂直的直线方向上以非耦合的方式被移动。
背景技术
双自由度操纵器有多种用途。例如，它们可以被用于末端执行器，例如机械臂或机床的操作中，用来捡拾和放置物体，或者在元件上执行生产操作。
双自由度操纵器的另一个用途是用于康复机器人中，用来给正在接受康复训练的病人提供支撑和/或辅助力量。这类操纵器被连接到使用者的身体的一部分上，在康复练习例如步态训练期间可以被用来提供辅助力量和支撑。
例如，双自由度操纵器可以被连接到使用者的骨盆部位，用来支撑使用者的体重并提供预定的步态提示来辅助行走。美国专利申请US2007/0016116示出了一种这样的操纵器。在该申请的方案中，一对气动操纵器通过一组气缸向使用者的骨盆部位施加力量。具体地，使用者的前后移动由安装在前后方向上的气压缸提供支持，横向移动则由横向定位的气压缸提供支持。这种结构的一个问题在于横向的气压缸意味着该操纵器的宽度相当大。这就使得它更加难以安装，而且横向延伸的气压缸在正常的步行运动中可能会与使用者的手臂相撞。另外，与该操纵器的尺寸相比，其工作空间是相当小的。
另一种已知的双自由度操纵器包括二维笛卡尔滑轨结构，其中设有可以在第一轨道上沿着第一方向滑动的输送器，所述第一轨道可以在另外两个平行的轨道之间沿着与第一方向垂直的第二方向滑动。这样的系统具有一定的缺点。
这类系统的一个缺点是大量的设备围绕在其工作空间周围或位于其工作空间内部。在许多应用中，这通常是不理想的，因为操纵器可能与其加工件或使用者相撞；在操纵器被用于步态训练的情况下，上述轨道可能与使用者的手臂相撞。
这类系统的另一个缺点是其部件之间的滑动接合通常是不理想的，因为它们容易被污染或磨损。
另外，在这样的系统中设有发动机来在第一轨道上移动输送器。设置该连接到第一轨道上，并且用于移动输送器的发动机意味着第一轨道具有较高的惯性，当在上述平行轨道上移动第一轨道时，这是不理想的。
本发明的一个目的是克服，或者至少减轻上面提到的这些问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种操纵器，其包括：
框架；
第一连接件；
第二连接件；以及
第一耦合件；
所述框架、第一连接件、第二连接件及第一耦合件被设置成组成伊氏直线机构，使得所述第一耦合件上的点的轨迹的一部分在第一方向上描绘出实质上的直线；
其中所述第二连接件通过曲柄连接到所述框架上，使得所述曲柄驱动所述第一耦合件上的点在与所述第一方向垂直的第二方向上沿着实质上的直线移动。
本发明提供了一种伊氏机构，其中的一条驱动臂的安装端可以提供额外的自由度。所述附加曲柄的驱动提供了在垂直于所述伊氏机构的正常线性自由度的该额外自由度内的运动。这种结构具有很多优点。第一，所述结构的主体放置在工作空间的之外，并位于工作空间后方。其次，所述结构仅使用旋转接头，而旋转接头不存在现有技术中的直线接头的缺点。
优选地，L1为所述第二连接件(122、222)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述曲柄(144、248)的旋转轴线之间的部分的长度；
L2为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述第一连接件(114、214)的旋转轴线之间的部分的长度；
L3为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述耦合件(118、218)的端点(128、228)之间的部分的长度；
其中所述操纵器被设置成使得L2处于与其预定值的误差不大于10％的范围内，L2的预定值通过以下算式确定：L22＝L1×L3。
这样就在所述端点的行程的整个主要部分中提供了良好地近似于直线的行程。
优选地，所述结构包括具有第一发动机的第一驱动组件，用于以关节形式连接所述操纵器，从而沿着所述第一方向移动所述第一耦合件上的点。优选地，所述第一驱动组件包括第三连接件，所述第三连接件由所述第一驱动组件的曲柄驱动，所述曲柄由所述第一发动机驱动，其中所述第三连接件用于驱动所述第一耦合件。
优选地，所述第三连接件连接到位于所述第一连接件和所述第二连接件之间的所述第一耦合件上。
优选地，所述操纵器包括：
第二耦合件，其与所述第一耦合件连接，用于与所述第一耦合件一同移动；以及
与所述第一耦合件及所述第二耦合件连接的末端执行器。
这样就提供了更加稳固的结构，并且允许使用末端执行器，它可以传递力矩及作用于一点的力。优选地，所述第一耦合件和第二耦合件通过与所述末端执行器间隔设置的耦合件连接器连接。优选地，所述第一耦合件和第二耦合件通过所述末端执行器和耦合件连接器连接，从而形成平行联接结构的两个平行的侧边。
所述操纵器还可以包括连接到所述第二耦合件的另一个第二连接件，其中所述另一个第二连接件通过另一个曲柄连接到所述框架，使得所述曲柄驱动所述第二耦合件上的点在所述第二方向上沿着实质上的直线移动。
优选地，所述曲柄和所述另一个曲柄被设置用于同步运动。所述曲柄和所述另一个曲柄可以被现有的驱动组件驱动，例如所述第一发动机可以通过现有的推杆驱动所述第一曲柄和所述另一个曲柄。
附图说明
现在将结合下面的附图对根据本发明的一种作为示例的操纵器进行描述。
图1是一种已知的伊氏机构的侧面示意图。
图2是根据本发明的第一种结构的侧面示意图。
图3a到3e是图2中的结构的运动范围的示意图。
图4是根据本发明的第二种结构的侧面示意图。
图5是图4中的结构被应用时的侧面示意图。
具体实施方式
请参阅图1，其中示意性地示出了一种已知的伊氏机构10。所述伊氏机构10包括框架12，所述框架12在使用中是固定的。图1中的框架12的不同区域彼此之间刚性地连接。
其中还提供了第一连接件14，所述第一连接件14在位于其第一端部的第一点16可枢转地连接在所述框架12上。
其中还提供了耦合件18，所述耦合件18通过第二旋转接头20连接到所述第一连接件14上，所述第二旋转接头20连接在所述第一连接件14的第二端部和所述耦合件18的第一端部。
第二连接件22在其第一端部通过第三旋转接头24被可枢转地连接到所述框架12上。所述第二连接件22的第二端部通过第四旋转接头26被可枢转地连接到所述耦合件18上。
在图1中，L1是所述第二连接件22上的所述第三旋转接头24和所述第四旋转接头26之间的距离。L2是所述耦合件18上的从所述第二旋转接头20到所述第四旋转接头26的距离。L3是所述第四旋转接头26和端点28(也就是用来被操作的点)之间的距离。所述伊氏机构10被设置成使得L1、L2、L3之间的关系满足L22＝L1×L3，这样就使所述端点28实现了最精确的直线运动。
将所述连接件14、22分别连接到所述框架12的所述第一旋转接头16和所述第三旋转接头24是间隔设置的。还需要注意的是，上述旋转接头16、20、24、26的位置设置使得所述第一连接件14和第二连接件22彼此之间形成大致为90度的夹角。
所述框架12、第一连接件14、第二连接件22及耦合件18组成一个四连杆机构，该四连杆机构为现有技术中已知的伊氏机构。所述耦合件18从所述第一旋转接头20延伸出去，越过所述第四旋转接头26后延伸到所述端点28。当所述第一连接件14按顺时针方向围绕所述第一旋转接头14旋转，且所述第二连接件22围绕所述第三旋转接头24旋转时，会导致所述端点28沿方向D1进行直线运动。
所述机构的几何形状(如上所述，满足L22＝L1×L3的关系)表明，在驱动过程中，对于所述端点28的轨迹的主要部分来说，可以观察到实质上的或者近似的直线运动。如果所述机构被促动到远远超过图1所示位置的位置时，所述端点28的运动路径将从直线方向D1上偏离并变成曲线；然而，对于在所述机构的运动中占据主要比例的部分而言，所述运动路径仍然是直线。这样，所述伊氏机构也被称为“直线机构”。
所述伊氏机构可以用多种方法驱动。在图1所示的实施方式中，所述伊氏机构10被独立的驱动组件30驱动。
所述驱动组件30包括安装在所述框架12上的第一发动机32。所述第一发动机21形成第五旋转接头36，曲柄34可被该第五旋转接头36驱动。第三连接件38通过第六旋转接头40被连接到所述曲柄34的自由端，同时还在第七旋转接头42处被连接到所述耦合件18上。所述第七旋转接头42被设置在所述耦合件18上的所述第二旋转接头20与所述第四旋转接头26之间。通过使用所述驱动组件30，所述第一发动机32可以驱动所述曲柄34，所述曲柄34将通过所述第三连接件38轮流推动或拉动所述耦合件18，从而驱动所述伊氏机构10并沿着D1方向驱动所述端点28。
需要注意的是，其他类型的驱动组件也是可行的，例如，所述第一连接件14或第二连接件22的旋转可以通过在所述第一旋转接头16处或第三旋转接头24处提供发动机来实现。根据实际使用中的运动范围，在所述第一旋转接头16处提供发动机可能存在问题——在所述耦合件18与所述连接件22相互平行的位置，将不可能通过围绕所述第一旋转接头16的旋转中心的力矩来实现所述第一旋转接头16的转动。
图1中的所述伊氏机构可以被用作单自由度操纵器。本发明还提供了一种双自由度操纵器，这是通过图2所示的结构实现的。虽然图2中的参考标号的数字与图1中的参考标号相比都增加了100，但是在指示相同的特征时，图2中所示的参考标号与图1中所示的参考标号是相似的。
根据本发明的一种双自由度机构110包括框架112和第一连接件114，所述第一连接件114通过第一旋转接头116连接到所述框架112，还通过第二旋转接头120连接到耦合件118。第二连接件122被设置成通过第四旋转接头126连接到所述耦合件118。其中还提供了驱动组件130，所述驱动组件130与上述驱动组件30实质上是相似的，包括设有第五旋转接头136的第一发动机132、由所述第一发动机132驱动的第一曲柄134、以及连接在所述第一曲柄134上的第六旋转接头140和所述耦合件118上的第七旋转接头142之间的第三连接件138。
所述第二连接件122不是被直接连接到所述框架112上，而是在第三旋转接头124处被连接到第二曲柄144上，接下来所述第二曲柄144被安装在所述框架112上的第二发动机146驱动，所述第二发动机146形成第八旋转接头125。
当所述第二曲柄144处于静止状态时，所述机构110的作动方式与图1中的伊氏机构实质上相同。当所述机构110被所述第一发动机132驱动时，所述耦合件118的端点128沿着方向D1移动。
类似图1所示，L1是所述第二连接件122上的所述第三旋转接头124和所述第四旋转接头126之间的距离。L2是在所述耦合件118上从所述第二旋转接头120到所述第四旋转接头126的距离。L3是所述第四旋转接头126与所述端点128(也就是用来被操作的点)之间的距离。所述机构110被设置成使得L1、L2、L3之间的关系满足L22＝L1×L3，这样就使所述端点128实现了最精确的直线运动。
然而，需要注意的是所述第二曲柄144也可以被驱动用来在与所述方向D1实质上相互垂直的方向D2上移动所述耦合器118的端点128。这样就形成了二维的工作空间W，端点128在其中沿着两个正交的方向做直线运动。
需要注意的是，对于围绕着图2中示出的位置的移动范围来说，D1和D2是实质上为直线方向且相互垂直的。超出所述工作空间W之外的移动将导致直线运动越来越少。
请参阅图3a，其中示出了一种与图2所示的机构相似的机构，其运动范围覆盖所述第一曲柄134和第二曲柄144两者的自由度之内的有限数量的角度。需要注意的是，在图3a中所述第一曲柄134与所述第一连接件114在同一点连接到所述框架112上，但是这并不会显著地影响所述机构的运动学特性。
角度代表图3a所示的所述曲柄134从其中心位置所旋转的角度，角度代表图3a所示的所述曲柄144相对于其中心位置所旋转的角度。
图3a示出了位于所述工作空间W之内的一个位置的所述机构110。请参阅图3b，所述机构110被显示在所述工作空间W的第一角部，当超过这个位置时，所述端点128的运动将变得偏离直线。在图3b所示的位置，为-30度，而为40度。相似地，在图3c(为-30度，为-40度)、图3d(为30度，为40度)、图3e(为30度，为-40度)中，所述机构110被显示在运动的极限位置，在越过这些极限位置之后，所述机构110的运动会变得显著地偏离直线，也就是超出上面定义的工作空间W之外。
像从图3a到3e中的每一幅图中的网格线中可以看出的那样，所述端点128的运动是相对地较为接近直线的，并且提供了良好地趋近于双自由度操纵器，例如之前提到的笛卡尔滑动操纵器的效果。
在图2及图3a到3e所示的实施方式中，沿着方向D1(在远离机构110的方向上)将推杆连接到所述端点128可能是比较理想的。例如在步态康复训练机器人中，推杆可以被连接到使用者的后背下部。如上所述，这类机器人需要对使用者进行引导，这样就必须将来自使用者的力量抵顶到所述机构110上。
为了提供这样的推杆，锁定所述端点的旋转或者将作用点置于所述机构之外可能是比较理想的。为了这个目的，请参阅图4，其中示出了一种机构210，它更适合于使用锁定末端执行器的转动的手段，并经由推杆对来自使用者的力量作出反应。所述机构210具有一些与如图2所示的所述机构110相同的部件。这些部件的标号比图2中的对应部件的标号相比又都增加了100。
所述机构210包括框架212，第一连接件214的第一端部通过第一旋转接头216可枢转地连接到所述框架212，第一连接件214的第二端部通过第二旋转接头220可枢转地连接到第一耦合件218。
第二连接件222通过第三旋转接头224连接到第一摇杆248(下面将对其进行更详细的描述)，还通过第四旋转接头226连接到所述第一耦合件218。和上述机构110类似，驱动组件230包括设有第五旋转接头236的第一发动机232、由所述第一发动机232驱动的第一曲柄234、以及第三连接件238，所述第三连接件238通过第六旋转接头240连接到所述第一曲柄234，还通过第七旋转接头242连接到所述耦合件218。
其中还提供了第二驱动组件252，其包括连接到所述框架212且设有第八旋转接头225的发动机254。所述第二驱动组件252还包括摇杆256以及通过第九旋转接头259连接到所述摇杆256的推杆258。
所述第一摇杆248是通过第十旋转接头250安装到所述框架212上用于旋转的部件。当围绕所述第十旋转接头250转动时，所述第一摇杆248被通过第十一旋转接头260连接到所述第一摇杆248的所述推杆258驱动。所述第一摇杆248上的旋转接头224、250及260中的每一个都与其他接头隔开，从而确定出三角形的三个顶点。
其中还提供了第二摇杆262，该第二摇杆262与所述第一摇杆248相同，但是与所述第一摇杆248间隔地设置，并通过第十二旋转接头264连接到所述框架212上。所述推杆258延伸至超过所述第一摇杆248，从而通过第十三旋转接头265驱动所述第二摇杆262。所述第二摇杆262还包括将在下面描述的第十四旋转接头276。
其中还提供了第二耦合件266，其大致与所述第一耦合件218并列且平行。所述第二耦合件266通过第一中间连接件268和末端执行器284(例如推杆)连接到所述第一耦合件218，从而形成平行联接结构(也就是说，其中相对设置的部件总是相互平行的)。所述第一中间连接件268通过邻近所述第二旋转接头220的十五旋转接头270与所述第一摇杆218连接，还通过第十六旋转接头272与所述第二摇杆262连接。所述第二耦合件266由第四连接件274驱动，所述第四连接件274通过所述第十四旋转接头276连接到所述第二摇杆262，还通过第十七旋转接头278连接到所述第二耦合件266。
所述末端执行器284通过第十八旋转接头228连接到所述第一耦合件218，还通过第十九旋转接头280连接到所述第二耦合件266。
在使用时，所述机构210可以用大部分与图2所示的机构110相同的方式驱动。当所述第二发动机254关闭时，所述第一发动机232依照正常伊氏机构的方式，也就是沿着直线方向D1驱动所述末端执行器284。需要注意的时，在整个运动范围内，所述两个耦合件218与266都是保持相互平行的，因为它们受到所述第一中间连接件268与所述末端执行器284的约束。
另一方向D2上的运动由所述第二发动机254提供，所述第二发动机254驱动所述摇杆248、266通过所述第二连接件222和第四连接件274提供竖直方向的力。这种特殊结构的一个益处是所述末端执行器284保持着水平的且与所述方向D1平行的状态，使得它能够根据需要抵抗任何旋转运动。换句话说，所述机构210能够对所述末端执行器284的所有或任何位置施加力量。所述末端执行器284可以被制造成任何适当的形状来为驱动点提供理想的位置。这种系统也自然是刚性的，这是一个有利条件。
需要注意的是，作为所述摇杆248、262的替代方案，也可以使用一对同步的发动机/曲柄组件。
请参阅图5，其中示出了所述机构210被连接到进行康复训练的病人的背带300上。如图所示，所述机构210被设置在水平的平面内，使得所述使用者或病人的高度处于与页面垂直的方向上。这样，上述方向D1就成为使用者的前后方向，上述方向D2则成为使用者的左右方向。需要注意的是，当使用者在跑步机上行走时，所述框架212可以被设置成固定式的，或者作为备选方案，也可以是可移动的，以便给使病人或使用者提供行走的能力。特别地，在步态康复训练期间，所述系统可以被用于根据需要支撑使用者和/或提供输入力量。特别地，本发明的结构尤其良好地适用于与使用导纳控制的系统配合使用，使得它可以根据需要被设置成有效地“透明化”，或者提供恢复力或输入力量。

Claims (15)

1.一种操纵器(110、210)，其特征在于，所述操纵器包括：
框架(112、212)；
第一连接件(114、214)；
第二连接件(122、222)；以及
第一耦合件(118、218)；
所述框架、第一连接件、第二连接件及第一耦合件被设置成组成伊氏直线机构，使得所述第一耦合件上的点(128、228)的轨迹的一部分在第一方向(D1)上描绘出实质上的直线；
其中所述第二连接件(122、222)通过曲柄(144、248)连接到所述框架上，使得所述曲柄驱动所述第一耦合件上的所述点在与所述第一方向垂直的第二方向(D2)上沿着实质上的直线移动。
2.如权利要求1所述的操纵器(110、210)，其特征在于：
L1为所述第二连接件(122、222)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述曲柄(144、248)的旋转轴线之间的部分的长度；
L2为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述第一连接件(114、214)的旋转轴线之间的部分的长度；
L3为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述耦合件(118、218)的端点(128、228)之间的部分的长度；
其中所述操纵器被设置成使得L2处于与其预定值的误差不大于10％的范围内，L2的预定值通过以下算式确定：L22＝L1×L3。
3.如权利要求1或2所述的操纵器(110、210)，其特征在于：所述操纵器还包括具有第一发动机(132、232)的第一驱动组件，所述第一驱动组件用于以关节形式连接所述操纵器，从而沿着所述第一方向移动所述第一耦合件上的点。
4.如权利要求3所述的操纵器(110、210)，其特征在于：所述第一驱动组件包括第三连接件(138、238)，所述第三连接件由所述第一驱动组件的曲柄(134、234)驱动，所述曲柄由所述第一发动机(132、232)驱动，其中所述第三连接件用于驱动所述第一耦合件。
5.如权利要求4所述的操纵器(110、210)，其特征在于：所述第三连接件连接到位于所述第一连接件(114、214)和所述第二连接件(122、222)之间的所述第一耦合件(118、218)上。
6.如前述的任意一项权利要求所述的操纵器(210)，其特征在于，所述操纵器还包括：
第二耦合件(266)，其与所述第一耦合件(218)连接，用于与所述第一耦合件一同移动；以及
与所述第一耦合件及所述第二耦合件连接的末端执行器(284)。
7.如权利要求6所述的操纵器(210)，其特征在于：所述第一耦合件和第二耦合件通过与所述末端执行器间隔设置的耦合件连接器(268)连接。
8.如权利要求7所述的操纵器(210)，其特征在于：所述第一耦合件和第二耦合件(218、266)通过所述末端执行器(284)和耦合件连接器(268)连接，从而形成平行联接结构的两个平行的侧边。
9.如权利要求6-8中任意一项所述的操纵器(210)，其特征在于：所述操纵器还包括连接到所述第二耦合件(266)的另一个第二连接件(274)，其中所述另一个第二连接件(274)通过另一个曲柄(262)连接到所述框架，使得所述曲柄驱动所述第二耦合件上的点在所述第二方向(D2)上沿着实质上的直线移动。
10.如权利要求9所述的操纵器(210)，其特征在于：所述曲柄(248)和所述另一个曲柄(262)被设置用于同步运动。
11.如权利要求9或10所述的操纵器(210)，其特征在于：所述曲柄(248)和所述另一个曲柄(262)被现有的驱动组件驱动。
12.如从属于权利要求4的权利要求11所述的操纵器(210)，其特征在于：所述第一发动机通过现有的推杆(258)驱动所述第一曲柄(248)和所述另一个曲柄(262)。
13.包括如前述任意一项权利要求所述的操纵器的康复训练设备。
14.包括如权利要求1-12中任意一项所述的操纵器的步态训练设备。
15.如此处参考或依照附图所描述的操纵器、康复训练设备、和/或步态训练设备。
CN201480016548.3A 2013-04-03 2014-03-20 操纵器结构 Expired - Fee Related CN105121101B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB201305989A GB201305989D0 (en) 2013-04-03 2013-04-03 Manipulator mechanism
GB1305989.4 2013-04-03
PCT/EP2014/055651 WO2014161726A1 (en) 2013-04-03 2014-03-20 Manipulator mechanism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105121101A true CN105121101A (zh) 2015-12-02
CN105121101B CN105121101B (zh) 2017-09-08

Family

ID=48445179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480016548.3A Expired - Fee Related CN105121101B (zh) 2013-04-03 2014-03-20 操纵器结构

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10449669B2 (zh)
EP (1) EP2981396B1 (zh)
JP (1) JP6180618B2 (zh)
KR (1) KR20150139505A (zh)
CN (1) CN105121101B (zh)
AU (1) AU2014247305B2 (zh)
CA (1) CA2906261C (zh)
GB (1) GB201305989D0 (zh)
WO (1) WO2014161726A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10710118B2 (en) 2014-02-11 2020-07-14 Vibrant Composites Inc. Complex mass trajectories for improved haptic effect
US10315220B2 (en) 2014-02-11 2019-06-11 Vibrant Composites Inc. Complex mass trajectories for improved haptic effect
DE102018102210B4 (de) 2018-02-01 2021-12-16 Michael Utech Vorrichtung für das Gehtraining eines Individuums
US11590647B2 (en) * 2018-04-17 2023-02-28 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Four-bar parallel actuated architecture for exoskeleton
CN110116402B (zh) * 2019-06-06 2022-03-25 哈尔滨工业大学 基于耦合钢丝绳传动的三自由度机械臂

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052071A2 (en) * 1999-05-05 2000-11-15 VORTEX SYSTEMS S.r.L. High-speed industrial handler
CN1868689A (zh) * 2006-06-28 2006-11-29 江苏工业学院 用于并联运动装备的二自由度空间并联机构
CN101121265A (zh) * 2007-09-13 2008-02-13 江苏工业学院 用于三维运动的单自由度空间机构
CN102172912A (zh) * 2011-02-23 2011-09-07 常州大学 一种二自由度并联操作手
CN102886777A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 浙江理工大学 一种具有大横向位移的二自由度并联机构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5326218A (en) * 1993-03-08 1994-07-05 Fallas David M Robotic arm for handling product
JPH07276270A (ja) * 1994-04-01 1995-10-24 S G:Kk 平行リンク方式多関節ロボット
SE511804C2 (sv) * 1996-03-14 1999-11-29 Abb Ab Anordning för relativ förflyttning av två element
EP1137378B1 (de) * 1998-11-13 2003-08-27 Hocoma AG Vorrichtung und verfahren zur automatisierung der laufbandtherapie
US7125388B1 (en) * 2002-05-20 2006-10-24 The Regents Of The University Of California Robotic gait rehabilitation by optimal motion of the hip
US7998040B2 (en) * 2005-04-11 2011-08-16 The Regents Of The University Of Colorado Force assistance device for walking rehabilitation therapy
US7544155B2 (en) * 2005-04-25 2009-06-09 University Of Delaware Gravity balanced orthosis apparatus
WO2008124025A1 (en) * 2007-04-06 2008-10-16 University Of Delaware Powered orthosis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1052071A2 (en) * 1999-05-05 2000-11-15 VORTEX SYSTEMS S.r.L. High-speed industrial handler
CN1868689A (zh) * 2006-06-28 2006-11-29 江苏工业学院 用于并联运动装备的二自由度空间并联机构
CN101121265A (zh) * 2007-09-13 2008-02-13 江苏工业学院 用于三维运动的单自由度空间机构
CN102172912A (zh) * 2011-02-23 2011-09-07 常州大学 一种二自由度并联操作手
CN102886777A (zh) * 2012-10-25 2013-01-23 浙江理工大学 一种具有大横向位移的二自由度并联机构

Also Published As

Publication number Publication date
CA2906261C (en) 2019-07-09
US10449669B2 (en) 2019-10-22
CN105121101B (zh) 2017-09-08
AU2014247305A1 (en) 2015-10-01
EP2981396B1 (en) 2018-08-22
WO2014161726A1 (en) 2014-10-09
KR20150139505A (ko) 2015-12-11
JP2016522090A (ja) 2016-07-28
CA2906261A1 (en) 2014-10-09
GB201305989D0 (en) 2013-05-15
EP2981396A1 (en) 2016-02-10
AU2014247305B2 (en) 2016-06-16
JP6180618B2 (ja) 2017-08-16
US20160031079A1 (en) 2016-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105121101A (zh) 操纵器结构
CN104420417A (zh) 一种桥梁检测工作系统
JP5859283B2 (ja) 配管エルボの曲げ試験装置
CN105729450B (zh) 四自由度并联机构
CN103417229B (zh) 一种x射线成像机器人及其机械臂
CN105563468B (zh) 一种凸轮控制的并联机械手
CN103753586B (zh) 机械臂位置粗精复合闭环控制方法
CN104444418B (zh) 十八自由度带铲斗机器人
TWI675728B (zh) 機器人及機器人系統
CN108945520A (zh) 腿式着陆巡视机器人
CN103895008A (zh) 一种仅含转动副的空间三平动并联机器人机构
CN101633166B (zh) 一类可重构工业机器人
CN101362337A (zh) 二自由度移动冗余并联机构
CN104669298A (zh) 机械手的多节手臂
CN103720571B (zh) 一种龙门式上肢康复训练装置
KR101444130B1 (ko) 로봇의 어깨 관절 장치
CN102513993A (zh) 七活动度搬运机器人
CN109202865A (zh) 一种两自由度并联换挡机械手
CN109987163A (zh) 一种履带行走机构及机器人
DE10016038B4 (de) Mobil zur Bewegungserzeugung durch Ausnutzung nichtholonomer Zwangsbedingungen
CN103522287A (zh) 一种平面卧式二自由度驱动冗余并联平动机器人机构
CN103240730A (zh) 平动并联机器人机构
CN107598906A (zh) 一种高速运转的机器人
CN114102561B (zh) 一种具有圆柱面平移和一维转动并联机器人装置
CN104626159A (zh) 拇指近指节力反馈检测驱动装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170908

Termination date: 20210320

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee