CN107028733A - 一种助力机器人柔性关节 - Google Patents

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Abstract

本发明属于助力机器人领域，具体地说是一种助力机器人柔性关节，主电机安装在助力机器人的壳体内，输出端连接有中间连杆，丝杠转动安装在中间连杆上，任一端与安装在中间连杆上的副电机的输出端相连，丝杠与副电机随中间连杆由主电机驱动旋转；丝杠上连接有弹簧滑块组，副电机驱动丝杠旋转，通过丝杠带动弹簧滑块组直线往复运动；在丝杠的两侧分别设有与弹簧滑块组的两端相连接的导向杆，每侧导向杆的两端分别通过连杆与底板连接，丝杠由主电机驱动旋转的同时通过弹簧滑块组及导向杆带动底板同步旋转，底板上安装有输出连杆。本发明具有结构新颖、可靠稳定、能耗低、质量小的优点，可广泛用于医疗机器人中的助力机器人，提高人机交互的安全性。

Description

一种助力机器人柔性关节
技术领域
本发明属于助力机器人领域，具体地说是一种助力机器人柔性关节。
背景技术
我国已经开始步入老龄化社会，60岁以上的老龄人口呈现不断的上升趋势。此外,由于交通事故、自然灾害和疾病等也造成了大批量需要医治的患者。于是，寻找一种高效科学的康复方法帮助患者康复，已经成为了一项迫切的任务。助力机器人从此诞生，它可帮助患者重复动作，帮助患者康复。与此同时，人机交互已成为研究中的重点，助力机器人在帮助患者康复过程中，要与人产生交互。传统的刚性机器人不能满足柔顺化，轻量化的特点，所以需要柔性的机器人系统用于患者康复的过程中。
助力机器人柔性关节面临着实现轻量化、柔顺化，针对上述问题，所以急需一种新型的助力机器人柔性关节。
发明内容
为了满足助力机器人帮助患者康复所需的上述要求，本发明的目的在于提供一种助力机器人柔性关节。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括主电机、中间连杆、副电机、输出连杆、连杆、底板、导向杆、丝杠及弹簧滑块组，其中主电机安装在助力机器人的壳体内，输出端连接有所述中间连杆，所述丝杠转动安装在中间连杆上，任一端与安装在该中间连杆上的所述副电机的输出端相连，所述丝杠与副电机随中间连杆由主电机驱动旋转；所述丝杠上连接有弹簧滑块组，所述副电机驱动丝杠旋转，通过丝杠带动该弹簧滑块组直线往复运动；在所述丝杠的两侧分别设有与弹簧滑块组的两端相连接的导向杆，每侧所述导向杆的两端分别通过连杆与底板连接，所述丝杠由主电机驱动旋转的同时通过弹簧滑块组及导向杆带动底板同步旋转，该底板上安装有输出连杆；
其中：所述弹簧滑块组包括支撑盘、中间滑块、滑块及弹簧，该中间滑块与所述丝杠螺纹连接，所述中间滑块的两侧分别设有套在两侧所述导向杆上的滑块，所述中间滑块及两侧的滑块均容置于支撑盘中，两侧的滑块与所述支撑盘的两端固接，所述中间滑块可相对于支撑盘往复运动，在所述中间滑块与两侧的滑块之间分别通过弹簧相连；所述支撑盘为中空的长方体形状，两端均设有开口；所述中间滑块中间开有与丝杠连接的螺纹孔，两侧的所述滑块上均开有光孔；所述弹簧的受力方向与中间滑块的运动方向相垂直；所述中间滑块受主电机输出的转矩，通过所述弹簧挤压两侧的滑块，使所述弹簧滑块组受旋转力；
所述中间连杆两端端部均安装有轴承座，所述丝杠的两端分别转动安装于两端的轴承座上，任一端通过联轴器与所述副电机的输出端相连；所述中间连杆两端的下方均设有连杆，该连杆呈“凹”字形，所述轴承座位于该“凹”字形的中空部分；
所述底板的一端为圆形，另一端向上弯折、并插接有所述输出连杆；所述底板与输出连杆为过盈配合，该底板随所述中间连杆、丝杠的旋转而旋转。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明属于主动调节变刚度机构，两个电机来驱动和调节柔性变刚度关节，主电机用来整体驱动，副电机用于调节滑块在丝杠上的位置。
2.本发明可广泛用于医疗机器人中的助力机器人，可大大提高人机交互的安全性，具有低阻抗、功率密度高、精确力控制和减震缓冲等诸多优点。
3.本发明采用两个电机驱动，弹簧受力方向与滑块的运动方向垂直，可大大的节约能源。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中弹簧滑块组的结构示意图；
其中：1为主电机，2为中间连杆，3为副电机，4为输出连杆，5为连杆，6为轴承座，7为底板，8为导向杆，9为丝杠，10为联轴器，11为弹簧滑块组，1101为支撑盘，1102为中间滑块，1103为滑块，1104为弹簧，1105为开口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括主电机1、中间连杆2、副电机3、输出连杆4、连杆5、轴承座6、底板7、导向杆8、丝杠9、联轴器10及弹簧滑块组11，其中主电机1固定安装在助力机器人的壳体内，输出端通过谐波减速器与中间连杆2相连(与中间连杆2键槽配合)，驱动该中间连杆2绕主电机1的中心轴旋转。中间连杆2长度方向的两端均开有通孔，每端均通过螺栓连接有轴承座6。
丝杠9的两端分别转动安装于两端的轴承座6上，任一端通过联轴器10与固定在中间连杆2上的副电机3的输出端相连。主电机1驱动中间连杆2旋转，安装在中间连杆2上的副电机3和丝杠9随中间连杆2的旋转而旋转。丝杠9上连接有弹簧滑块组11，副电机3驱动丝杠9旋转，通过丝杠9带动该弹簧滑块组11直线往复运动。
中间连杆2两端的下方均设有固定在底板7上的连杆5，该连杆5呈“凹”字形，轴承座6位于该“凹”字形的中空部分；连杆5底端开有四个螺栓孔，连杆5与底板7用螺栓刚性连接，连杆5旋转带动底板7旋转。在丝杠9的两侧分别设有与弹簧滑块组11的两端相连接的导向杆8，每侧导向杆8的两端分别连接于中间连杆2两端下方的连杆5上，导向杆8与连杆5为过盈配合，由导向杆8带动连杆5旋转。丝杠9由主电机1驱动旋转的同时通过弹簧滑块组11、导向杆8及连杆5带动底板7同步旋转。底板7的一端为圆形，另一端向上弯折、并插接有输出连杆4，底板7与输出连杆4为过盈配合，带动输出连杆4转动。
如图2所示，弹簧滑块组11包括支撑盘1101、中间滑块1102、滑块1103及弹簧1104，该中间滑块1102的中间开有螺纹孔，与丝杠9螺纹连接，中间滑块1102的两侧分别设有滑块1103，每侧的滑块1103上均开有光孔，套在两侧的导向杆8上。中间滑块1102及两侧的滑块1103均容置于支撑盘1101中，两侧的滑块1103与支撑盘1101的两端固接，中间滑块1102可相对于支撑盘1101往复运动，在中间滑块1102与两侧的滑块1103之间分别通过弹簧1104相连。支撑盘1101为中空的长方体形状，两端均设有开口1105，以减轻支撑盘1101的重量，进而使柔性关节的整体重量降低。中间滑块1102受主电机1输出的转矩，通过弹簧1104挤压两侧的滑块1103，使弹簧滑块组11受旋转力。弹簧1104的受力方向与中间滑块1102的运动方向相垂直。
本发明的工作原理为：
中间连杆2由主电机1驱动并绕主电机1中心轴旋转。中间连杆2两端连接轴承座6，副电机3和丝杠9通过轴承座6安装在中间连杆2上并随中间连杆2旋转而旋转。中间滑块1102与丝杠9装配，副电机3驱动丝杠9旋转，通过导向杆8带动整个弹簧滑块块组11整体直线运动，两侧的滑块1103连接导向杆8，导向杆8连接底板7，底板7连接输出连杆4。中间滑块1102通过弹簧13挤压两侧的滑块1103，两侧的滑块1103通过导向杆8和连杆5把力传给底板7，底板7再带动输出连杆4使整个柔性关节转动。柔性关节整体由主电机1驱动，副电机3主要用于调节弹簧滑块组11在丝杠9上的位置，从而改变力臂，改变关节整体刚度。
本发明具有结构新颖、控制简单、可靠稳定、能耗低、质量小的优点，可广泛用于医疗机器人中的助力机器人，可大大提高人机交互的安全性，具有低阻抗、功率密度高、精确力控制和减震缓冲等诸多优点。

Claims (10)

1.一种助力机器人柔性关节，其特征在于：包括主电机(1)、中间连杆(2)、副电机(3)、输出连杆(4)、连杆(5)、底板(7)、导向杆(8)、丝杠(9)及弹簧滑块组(11)，其中主电机(1)安装在助力机器人的壳体内，输出端连接有所述中间连杆(2)，所述丝杠(9)转动安装在中间连杆(2)上，任一端与安装在该中间连杆(2)上的所述副电机(3)的输出端相连，所述丝杠(9)与副电机(3)随中间连杆(2)由主电机(1)驱动旋转；所述丝杠(9)上连接有弹簧滑块组(11)，所述副电机(3)驱动丝杠(9)旋转，通过丝杠(9)带动该弹簧滑块组(11)直线往复运动；在所述丝杠(9)的两侧分别设有与弹簧滑块组(11)的两端相连接的导向杆(8)，每侧所述导向杆(8)的两端分别通过连杆(5)与底板(7)连接，所述丝杠(9)由主电机(1)驱动旋转的同时通过弹簧滑块组(11)及导向杆(8)带动底板(7)同步旋转，该底板(7)上安装有输出连杆(4)。
2.根据权利要求1所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述弹簧滑块组(11)包括支撑盘(1101)、中间滑块(1102)、滑块(1103)及弹簧(1104)，该中间滑块(1102)与所述丝杠(9)螺纹连接，所述中间滑块(1102)的两侧分别设有套在两侧所述导向杆(8)上的滑块(1103)，所述中间滑块(1102)及两侧的滑块(1103)均容置于支撑盘(1101)中，两侧的滑块(1103)与所述支撑盘(1101)的两端固接，所述中间滑块(1102)可相对于支撑盘(1101)往复运动，在所述中间滑块(1102)与两侧的滑块(1103)之间分别通过弹簧(1104)相连。
3.根据权利要求2所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述支撑盘(1101)为中空的长方体形状，两端均设有开口(1105)。
4.根据权利要求2所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述中间滑块(1102)中间开有与丝杠(9)连接的螺纹孔，两侧的所述滑块(1103)上均开有光孔。
5.根据权利要求2所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述弹簧(1104)的受力方向与中间滑块(1102)的运动方向相垂直。
6.根据权利要求2所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述中间滑块(1102)受主电机(1)输出的转矩，通过所述弹簧(1104)挤压两侧的滑块(1103)，使所述弹簧滑块组(11)受旋转力。
7.根据权利要求1所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述中间连杆(2)两端端部均安装有轴承座(6)，所述丝杠(9)的两端分别转动安装于两端的轴承座(6)上，任一端通过联轴器(10)与所述副电机(3)的输出端相连。
8.根据权利要求7所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述中间连杆(2)两端的下方均设有连杆(5)，该连杆(5)呈“凹”字形，所述轴承座(6)位于该“凹”字形的中空部分。
9.根据权利要求1所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述底板(7)的一端为圆形，另一端向上弯折、并插接有所述输出连杆(4)。
10.根据权利要求1或9所述的助力机器人柔性关节，其特征在于：所述底板(7)与输出连杆(4)为过盈配合，该底板(7)随所述中间连杆(2)、丝杠(9)的旋转而旋转。
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