CN110025922A

CN110025922A - 一种恒拉力装置

Info

Publication number: CN110025922A
Application number: CN201910316431.1A
Authority: CN
Inventors: 李志利; 王林杰; 李莹辉; 曲丽娜; 郭志峰; 梁国星; 武建新; 张剑锋; 刘书娟; 戴小倩; 王慧娟; 王颜晴
Original assignee: China Astronaut Research and Training Center
Current assignee: China Astronaut Research and Training Center
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2039-04-19
Also published as: CN110025922B

Abstract

本发明公开一种恒拉力装置，涉及康复器械技术领域，是一种通过需求设定数值，输出恒定拉力并且在传动过程中通过绕线摆正装置实现无偏传动同时对于扰动可进行位移放大并且通过反馈装置进行补偿的一种恒拉力装置。本发明中的恒拉力装置，钢丝绳绕过滚筒外圈，通过滚珠丝杠上，动滑轮组、齿形带、齿形带轮实现绕线摆正，使其在传输过程中无偏传动，提高精度，降低误差；当发生扰动时，利用钢丝绳、动滑轮、异形杠杆、压簧片和弹簧，进行位移放大，提高可控性的同时提高精度；当压簧片发生位移时，通过弹簧、直线电机动和控制系统实现反馈，使控制精度提高，实现恒拉力输出。

Description

一种恒拉力装置

技术领域

本发明涉及康复器械技术领域，特别是涉及一种恒拉力装置。

背景技术

长期失重状态将会引起人体各方面机能的变化，其中最明显的一项生理改变是钙的递增性减少和骨质变化。航天员在长期的失重状态下，身体内部的骨矿物质会出现明显减少的现象，进而会引起骨质疏松，尤其是承重骨的矿物质下降更为明显。为了保护长期失重人体的健康，训练过程中常采用一种恒定的拉力装置来模拟重力下人体受力状态，进而降低恢复训练过程中对人体潜在的损伤，对延长航天员服役时间具有重要的意义。

恒定弹性力绳索是一种能够提供近似恒定力的简单装置，其原理是将弹性体串联，使其线弹性斜率减小，进而降低外力扰动所产生的波动效应。这种装置结构简单、可靠性好、成本低，但由于固定弹性体所需的空间较大，针对不同康复群体的体重适应性较差；伺服电机卷扬机恒拉力装置系统能提供一种较为稳定的恒定拉力输出，恒定拉力输出的波动控制主要采用高性能传感器检测外力扰动产生的位移波动，通过位移补偿实现最小的拉力波动输出。但由于动轮组系统的位移控制执行机构采用滚珠丝杠传递，因此系统对外力扰动的波动响应速度相对较低。与此同时，动轮组外力波动引起的位移没有经过放大，微小位移检测必须采用精密光栅尺，使其制作安装精度要求很高，且使用环境要求也较高。多种类型传感器的使用虽然能提高控制精度，但控制程序繁琐，整机调试复杂。

此外，一些研究机构设计研发出液压控制的恒拉力装置等结构，但这些恒定拉力装置都存在诸如上述的一些弊端，因此研发性能可靠、输出稳定的恒定拉力装置，提供一套合理的设计理论，对改善现有的航天员康复条件具有一定的实际意义。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种性能可靠、输出稳定的恒拉力装置，通过需求设定数值，输出恒定拉力并将扰动放大并行补偿。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种恒拉力装置，包括框架、以及设置于所述框架上的恒扭矩输出部分、绕线摆正部分、线性转化部分、位移放大部分和反馈补偿部分；所述恒扭矩输出部分通过一钢丝绳输出一恒扭矩，所述绕线摆正部分用于消除钢丝绳上的偏转误差，所述线性转化部分用于将负载变化转化为线性位移，所述位移放大部分用于将所述线性位移放大并传递到所述反馈补偿部分，所述反馈补偿部分用于反馈调节实现对负载变化的补偿。

可选的，所述恒扭矩输出部分包括恒扭矩电机、滚筒和滑轮，所述恒扭矩电机、所述滚筒和所述滑轮均设置于所述框架上；所述恒扭矩电机与所述滚筒动力连接，所述钢丝绳缠绕于所述滚筒上，所述钢丝绳的自由端绕过所述滑轮，通过所述恒扭矩电机驱动所述滚筒使所述钢丝绳输出一恒扭矩。

可选的，还包括减速机，所述减速机设置于所述恒扭矩电机和所述滚筒之间。

可选的，所述滑轮包括第一定轮、第二定轮和第三定轮；所述钢丝绳依次绕过所述第一定轮、所述第二定轮和所述第三定轮。

可选的，所述绕线摆正部分包括丝杠杆、丝杆螺母和第一动轮，所述丝杆螺母设置于所述丝杠杆上，所述第一动轮滑动设置于所述丝杆螺母上，且所述钢丝绳的自由端绕过所述第一动轮后绕过所述第一定轮。

可选的，所述线性转化部分包括导轨、导轨滑块和第二动轮；所述导轨固定设置于所述框架上，所述导轨滑块活动设置于所述导轨上，所述第二动轮固定设置于所述导轨滑块上，且所述钢丝绳的自由端依次绕过所述第二定轮、所述第二动轮和所述第三定轮。

可选的，所述位移放大部分包括异形杆、直线电机、压簧板、弹簧和导向杆，所述直线电机的定子固定设置于所述框架上，所述导向杆与所述直线电机的动子固定连接，所述压簧板活动设置于所述导向杆上，所述导向杆上位于所述压簧板两侧分别套设有一所述弹簧，所述异形杆具有一转动连接部，所述转动连接部一侧设置有第一连接部，所述转动连接部另一侧设置有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部分别为一长圆孔，且所述第一连接部与所述第二连接部之间呈一第一夹角，且所述第一连接部的长度小于所述第二连接部的长度，所述第一连接部与所述第二动轮的圆心处活动连接，所述第二连接部与所述压簧板的端部活动连接，所述转动连接部与所述框架转动连接。

可选的，所述反馈补偿部分包括位移传感器和控制系统，所述位移传感器与所述控制系统电连接，所述位移传感器用于感受所述压簧板的位移变化，所述控制系统与所述直线电机电连接。

可选的，还包括箱壳，所述箱壳用于盛装所述框架、所述恒扭矩输出部分、所述绕线摆正部分、所述线性转化部分、所述位移放大部分和所述反馈补偿部分。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、扰动转化为位移再进行补偿实现同时放大原理将更加容易精确的控制行程，提高输出恒定拉力的精度。2、绕线摆正部分的设置实现了钢丝绳传输的精确性。3、结构简单，成本低，响应速度快，便于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明恒拉力装置的主视结构示意图；

图2为本发明恒拉力装置的后视结构示意图；

图3为本发明恒拉力装置的俯视结构示意图。

附图标记说明：1、箱壳；2、框架；3、M5的内六角螺栓；4、第二定轮；5、异形杆；6、防磨垫片；7、调整板；8、导轨滑块；9、导轨；10、；11、滑轨支架；12、弹簧；13、M3螺栓；14、M3螺母；15、支撑座；16、M20螺母垫片；17、圆螺母；18-1、输出齿形带轮；18-2、输入齿形带轮；19、丝杠支撑座；20、小锁头螺栓；21、压紧垫片；22、毡圈；23、轴承端盖；24、端盖调整圈；25、滚筒支架；26、滚动轴承；27、调整轴；28、法兰；29、滚筒外圈；30、滚筒内圈；31、减速机；32、控制系统；33、恒扭矩电机；34、滑块防磨垫片；35、丝杠杆；36、丝杠支持端；37、第二动轮；38、M12垫片；39、防磨垫片；40、M6螺栓；41、压簧板；42、M6螺母；43、滑动块；44、特质螺栓杆；45、M6垫片；46、轴套；47、M3内六角螺栓；48、M8内六角螺栓；49、丝杠螺母；50、丝杠螺母座；51、M6内六角螺栓；52、第一定轮；53、第一动轮；54、调整垫板；55、齿形带；56、钢丝绳；57、第三定轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种恒拉力装置，包括框架2、以及设置于所述框架2上的恒扭矩输出部分、绕线摆正部分、线性转化部分、位移放大部分和反馈补偿部分；所述恒扭矩输出部分通过一钢丝绳56输出一恒扭矩，所述绕线摆正部分用于消除钢丝绳56上的偏转误差，所述线性转化部分用于将负载变化转化为线性位移，所述位移放大部分用于将所述线性位移放大并传递到所述反馈补偿部分，所述反馈补偿部分用于反馈调节实现对负载变化的补偿。

于本具体实施例中，如图1-3所示，框架2用于支撑固定各零部件，箱壳1用于对主体部分进行包装。

恒扭矩电机33输出恒定扭矩并通过减速机31减速后将恒定扭矩传递到滚筒，驱动滚动转动，钢丝绳56的自由端依次绕过第一动轮53、第一定轮52、第二定轮4、第二动轮37和第三定轮57，恒扭矩电机33通过钢丝绳56输出恒定扭矩，当扰动发生时，第二动轮37受力变化导致导轨滑块8在导轨9上滑动，进而异形杆5的第一连接部的位置变化，使异形杆5转动，第二连接部带动压簧片沿导向杆滑动，从而改变导向杆上弹簧的长度，位移传感器感受到压簧片的位移变化，将信号传递给控制系统32，控制系统32驱动所述直线电机10的动子移动，使弹簧恢复初始长度，实现反馈调节。

随着钢丝绳56的输出长度的变化，钢丝绳56的自由端在滚筒外圈29上的位置也在变化，进而影响钢丝绳56的输出扭矩，设置绕线摆正部分能够消除该影响，即，通过滚筒与丝杠杆35的转动，使滚筒上输出的钢丝绳56与第一动轮53始终保持相切关系，从而实现扭矩的无偏差输出，消除传输过程中由于钢丝绳56偏转造成的误差。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种恒拉力装置，其特征在于，包括框架、以及设置于所述框架上的恒扭矩输出部分、绕线摆正部分、线性转化部分、位移放大部分和反馈补偿部分；所述恒扭矩输出部分通过一钢丝绳输出一恒扭矩，所述绕线摆正部分用于消除钢丝绳上的偏转误差，所述线性转化部分用于将负载变化转化为线性位移，所述位移放大部分用于将所述线性位移放大并传递到所述反馈补偿部分，所述反馈补偿部分用于反馈调节实现对负载变化的补偿。

2.根据权利要求1所述的恒拉力装置，其特征在于，所述恒扭矩输出部分包括恒扭矩电机、滚筒和滑轮，所述恒扭矩电机、所述滚筒和所述滑轮均设置于所述框架上；所述恒扭矩电机与所述滚筒动力连接，所述钢丝绳缠绕于所述滚筒上，所述钢丝绳的自由端绕过所述滑轮，通过所述恒扭矩电机驱动所述滚筒使所述钢丝绳输出一恒扭矩。

3.根据权利要求2所述的恒拉力装置，其特征在于，还包括减速机，所述减速机设置于所述恒扭矩电机和所述滚筒之间。

4.根据权利要求2所述的恒拉力装置，其特征在于，所述滑轮包括第一定轮、第二定轮和第三定轮；所述钢丝绳依次绕过所述第一定轮、所述第二定轮和所述第三定轮。

5.根据权利要求4所述的恒拉力装置，其特征在于，所述绕线摆正部分包括丝杠杆、丝杆螺母和第一动轮，所述丝杆螺母设置于所述丝杠杆上，所述第一动轮滑动设置于所述丝杆螺母上，且所述钢丝绳的自由端绕过所述第一动轮后绕过所述第一定轮。

6.根据权利要求4所述的恒拉力装置，其特征在于，所述线性转化部分包括导轨、导轨滑块和第二动轮；所述导轨固定设置于所述框架上，所述导轨滑块活动设置于所述导轨上，所述第二动轮固定设置于所述导轨滑块上，且所述钢丝绳的自由端依次绕过所述第二定轮、所述第二动轮和所述第三定轮。

7.根据权利要求5所述的恒拉力装置，其特征在于，所述位移放大部分包括异形杆、直线电机、压簧板、弹簧和导向杆，所述直线电机的定子固定设置于所述框架上，所述导向杆与所述直线电机的动子固定连接，所述压簧板活动设置于所述导向杆上，所述导向杆上位于所述压簧板两侧分别套设有一所述弹簧，所述异形杆具有一转动连接部，所述转动连接部一侧设置有第一连接部，所述转动连接部另一侧设置有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部分别为一长圆孔，且所述第一连接部与所述第二连接部之间呈一第一夹角，且所述第一连接部的长度小于所述第二连接部的长度，所述第一连接部与所述第二动轮的圆心处活动连接，所述第二连接部与所述压簧板的端部活动连接，所述转动连接部与所述框架转动连接。

8.根据权利要求7所述的恒拉力装置，其特征在于，所述反馈补偿部分包括位移传感器和控制系统，所述位移传感器与所述控制系统电连接，所述位移传感器用于感受所述压簧板的位移变化，所述控制系统与所述直线电机电连接。

9.根据权利要求1所述的恒拉力装置，其特征在于，还包括箱壳，所述箱壳用于盛装所述框架、所述恒扭矩输出部分、所述绕线摆正部分、所述线性转化部分、所述位移放大部分和所述反馈补偿部分。