CN112535614A - 一种多自由度并联式康复机器人关节 - Google Patents

一种多自由度并联式康复机器人关节 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多自由度并联式康复机器人关节,其包括:肩部件,肘部件,固定安装到肩部件的滚珠丝杠和驱动电机的传动件,以及包括第一万向节、弹簧以及第二万向节的连接件,滚珠丝杠上设有轴向往复运动的滑块;弹簧一端通过第一万向节转动连接到滑块,另一端通过第二万向节转动连接到肘部件;传动件和连接件数量相同;若干个连接件沿肩部件和肘部件连接处周向均匀分布;驱动电机与滚珠丝杠联动,促使滑块沿滚珠丝杠轴向往复运动,对弹簧提供沿长度方向的拉伸和压缩的力,在两个万向节的转动配合下,带动肘部件产生旋转力矩以实现沿多个自由度的关节驱动,具有响应速度快、防止产生刚性挤压磨损、有效增加单关节活动度、提高安全性的优点。

Description

一种多自由度并联式康复机器人关节
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,更具体地说,本发明涉及一种多自由度并联式康复机器人关节。
背景技术
外骨骼式上肢康复机器人关节以单自由度的旋转关节串联为主,单关节的活动受限,串联式集成度不足。目前国内外存在采用三气缸的驱动关节连接方式的并联式机器人关节的设计,例如郭盛、马可、王向阳在北京交通大学学报上发表的论文“新型可穿戴上肢康复机构的设计与分析”,文中,机械臂关节的相对运动由肘部与肩部气缸的相对运动产生,气缸驱动伸缩也实现肘关节屈伸运动。但是,采用气缸驱动方式,行程短,实现的关节角度变化范围小,关节活动范围小,运动精度低,响应时间长,不能够实现即时高精度的角度调整,按照预定的轨迹设计进行活动。气缸驱动还属于刚性连接,对于不同的患者适应性差,气缸控制的响应时间长导致关节的安全性低,无法及时的对特殊情况进行处理。
现有技术还存在采用万向节式的气缸连接方式,易出现在姿态调整时的关节振动,产生一定的不稳定性。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处,本发明提供一种多自由度并联式康复机器人关节,用于解决现有康复机器人关节串联式集成不足以及并联式气缸控制精度低、响应时间长的技术问题,响应速度快,防止产生刚性挤压磨损,有效增加单关节活动度,提高安全性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,本发明通过以下技术方案实现:
本发明实施例提供一种多自由度并联式康复机器人关节,其包括:
肩部件,其用于固定和容纳肩部;
肘部件,其用于容纳臂部;
传动件,其包括固定安装到所述肩部件的滚珠丝杠和驱动电机,所述滚珠丝杠上设有轴向往复运动的滑块;以及,
连接件,其包括第一万向节、弹簧以及第二万向节,所述弹簧一端通过所述第一万向节转动连接到所述滑块,所述弹簧另一端通过所述第二万向节转动连接到所述肘部件;
其中,所述传动件和所述连接件分别包括数量匹配的若干个;若干个所述连接件沿所述肩部件和所述肘部件连接处外侧周向均匀分布并形成一容纳肘部的空腔;
所述驱动电机与所述滚珠丝杠联动,所述驱动电机的转动,带动所述滚珠丝杠转动,促使所述滑块沿所述滚珠丝杠轴向往复运动,从而对所述弹簧提供沿长度方向的拉伸和压缩的力,在所述第一万向节和所述第二万向节的转动配合下,进而带动所述肘部件产生旋转力矩以实现沿多个自由度方向的关节驱动。
优选的是,若干个所述连接件的若干个所述弹簧之间的弹簧系数和长度分别不同。
优选的是,所述肩部件包括平行的第一固定板和第二固定板以及固定连接到所述第一固定板与所述第二固定板之间的第一连接板;所述肘部件包括平行的第三固定板和第四固定板以及固定连接到所述第三固定板和所述第四固定板之间的第二连接板;
其中,所述滚珠丝杠固定安装到所述第一固定板与所述第二固定板之间,所述驱动电机固定安装到所述第一固定板;
所述弹簧另一端通过所述第二万向节转动连接到所述第三固定板;
所述第一固定板、所述第二固定板、所述第三固定板以及所述第四固定板分别设有用于同轴穿插放置康复手臂肩肘部的第一通孔。
优选的是,所述第一固定板和所述第二固定板周向分别设有成对的第一开槽,每个所述第一开槽设有第一螺纹孔;
所述第一连接板的两端分别通过螺母匹配安装到所述第一螺纹孔,从而将所述第一连接板固定安装到所述第一固定板和所述第二固定板之间。
优选的是,所述第一连接板包括沿所述第一固定板和所述第二固定板周向之间均匀分布的若干个;所述第一开槽与所述第一连接板数量匹配。
优选的是,所述第二固定板上还设有周向均匀分布的若干个第二开槽,若干个所述第二开槽与所述若干个所述第一开槽一一交替分布。
优选的是,所述第三固定板和所述第四固定板周向分别设有成对的第三开槽,每个所述第三开槽设有第二螺纹孔;
所述第二连接板的两端分别通过螺母匹配安装到所述第二螺纹孔,从而将所述第二连接板固定安装到所述第三固定板和所述第四固定板之间。
优选的是,所述第二连接板包括沿所述第三固定板和所述第四固定板之间周向均匀分布的若干个;所述第三开槽与所述第二连接板数量匹配。
优选的是,所述第三固定板和所述第四固定板分别设有周向均匀分布的若干个第二通孔;所述第二通孔与所述第三固定板同轴;所述第二连接板设有沿所述第三固定板径向分布的第三通孔。
优选的是,所述传动件还包括同步带、第一带轮、第二带轮、第一平键以及第二平键;所述伺服电机输出轴贯穿所述第一固定板通过所述第一平键固定连接到所述第一带轮;所述滚珠丝杠输出轴贯穿所述第一固定板通过所述第二平键固定连接到所述第二带轮;所述同步带相互啮合地套接在所述第一带轮和所述第二带轮外侧;所述驱动电机的转动,依次带动所述第一带轮、所述同步带、所述第二带轮以及所述滚珠丝杠转动。
本发明至少包括以下有益效果:
(1)本发明提供的多自由度并联式康复机器人关节,滚珠丝杠和驱动电机联动作为动力来源,与连接件分开且一一对应设置,促使各个连接件的运动独立控制,相互之间不影响,也有利于对关节的旋转位置以及旋转速度的精确调控,从而快速响应实现关节的活动调整需求,同时关节角度的变化速度可调,也可实现不同速度模式的训练;
(2)驱动电机与滚珠丝杠联动,对弹簧提供沿长度方向的拉伸和压缩的力,在第一万向节和第二万向节的转动配合下,再加上若干个驱动电机的旋转方式组合,即可带动肘部件产生旋转力矩以实现沿多个自由度的关节驱动,具有响应速度快,防止产生刚性挤压磨损、有效增加单关节活动度、提高安全性的优点;
(3)若干个连接件组成并联式,也可有效减少末端执行机构惯性负载,提高驱动效率;
(4)万向节的转动配合弹簧的柔性伸缩,相对于现有技术中简单的气缸驱动,驱动更轻柔、灵活,提高关节驱动的舒适性;
(5)若干个连接件的若干个弹簧之间的弹簧系数和长度分别不同,可以适应不同康复患者对关节驱动的不同需求,具有广泛适应性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的多自由度并联式康复机器人关节的结构示意图;
图2为本发明所述的连接件的结构示意图;
图3为本发明所述的第一固定板的结构示意图;
图4为本发明所述的第三固定板或第四固定板的结构示意图;
图5为本发明所述的传动件的结构示意图;
附图标记说明:
11-第一固定板;12-第二固定板;13-第一连接板;141-第一开槽;142-第二开槽;
21-滚珠丝杠;211-滑块;22-驱动电机;23-同步带;241-第一带轮;242-第二带轮;
31-第一万向节;32-弹簧;33-第二万向节;
41-第三固定板;42-第四固定板;43-第二连接板;44-第三开槽;45-第二通孔;46-第三通孔;
5-第一通孔;6-螺母。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制,此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接连接,也可以通过中间媒介间接连接,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所述的本发明不同实施方式中使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加;所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
<实施例1>
本发明实施例提供一种多自由度并联式康复机器人关节,其包括用于固定和容纳肩部的肩部件、容纳臂部的肘部件、传动件以及连接件。
如图1所示,传动件包括固定安装到肩部件的滚珠丝杠21和驱动电机22,滚珠丝杠21上设有轴向往复运动的滑块211。连接件包括第一万向节31、弹簧32以及第二万向节33,弹簧32一端通过第一万向节31转动连接到滑块211,弹簧32另一端通过第二万向节33转动连接到肘部件。传动件和连接件分别包括数量匹配的若干个;若干个连接件沿肩部件和肘部件连接处外侧周向均匀分布并形成一容纳肘部的空腔。因此,康复患者通过肩部件将肩部固定且放置上臂,肘部放置若干个连接件形成的空腔里,下臂放置于肘部件里。
上述实施方式中,驱动电机22与滚珠丝杠21联动,即一个驱动电机22的转动,带动一个滚珠丝杠21转动,促使一个滑块211沿滚珠丝杠21轴向往复运动,从而对一个弹簧32提供沿长度方向的拉伸和压缩的力,在第一万向节31和第二万向节33的转动配合下,再加上若干个驱动电机22的旋转方式组合,即可带动肘部件产生旋转力矩以实现沿多个自由度的关节驱动。相对于现有技术中气缸康复机器人关节串联式集成不足、串联结构不可避免的将电机布置于运动结构上以及并联式气缸控制精度低、响应时间长,本发明的滚珠丝杠21和驱动电机22联动作为动力来源,与连接件分开且一一对应设置,促使各个连接件的运动独立控制,相互之间不影响,也有利于对关节的旋转位置以及旋转速度的精确调控,从而快速响应实现关节的活动调整需求,同时关节角度的变化速度可调,也可实现不同速度模式的训练;任意至少一个连接件的弹簧32发生拉伸或压缩的形变,即可带动肘部件沿至少一个自由度的方向运动;若干个连接件沿肩部件和肘部件连接处外侧周向均匀分布,调整若干个伺服电机的旋转方式组合,例如若干个驱动电机22中的几个转动,即可确保肘部件实现多个自由度方向的关节驱动,且转动稳定性好,从而提高关节活动的自由度。若干个连接件组成并联式,也可有效减少末端执行机构惯性负载,提高驱动效率。另外,驱动电机22联动滚珠丝杠21提供动力,万向节的转动配合弹簧32的柔性伸缩,相对于现有技术中简单的气缸驱动,驱动更轻柔、灵活,提高关节驱动的舒适性。
需要补充说明的是,多自由度的运动,可以由若干个驱动电机22中的某几个同速转动来实现驱动,也可以通过若干个驱动电机22中的某几个不同转速状态下来实现驱动,不管如何,都是因为所有驱动电机22之间产生了相对的速度差,进而对若干个弹簧32的作用力不同,对肘部件的驱动力不同,肘部件受到的旋转力矩不同。
需要补充说明的是,传动件和连接件的数量,确保可多自由度地进行关节驱动即可。作为本发明的优选,传动件和连接件分别设置4个,4个连接件周向均匀分布在肩部件和肘部件连接处的外侧,相对立的至少2个连接件一旦受到动力作用,即可使关节获得相对稳定的驱动。
需要补充说明的是,若干个连接件的若干个弹簧32的弹簧系数和长度,可以相同,也可以不同。作为本发明的优选,若干个连接件的若干个弹簧32之间的弹簧系数和长度分别不同,在驱动力作用时对肘部件产生的旋转力矩不同,可以适应不同康复患者对关节驱动的不同需求,具有广泛适应性。
<实施例2>
在实施例1的基础上,本发明实施例给出了肩部件和肘部件的具体实施方式。
如图1-4所示,肩部件包括平行的第一固定板11和第二固定板12以及固定连接到第一固定板11与第二固定板12之间的第一连接板13。肘部件包括平行的第三固定板41和第四固定板42以及固定连接到第三固定板41和第四固定板42之间的第二连接板43。
具体地,滚珠丝杠21固定安装到第一固定板11与第二固定板12之间,驱动电机22固定安装到第一固定板11。弹簧32一端通过第二万向节33转动连接到第三固定板41。第一固定板11、第二固定板12、第三固定板41以及第四固定板42分别设有用于同轴穿插放置康复手臂肩肘部的第一通孔5。
该实施方式中,第一通孔5的设置,康复患者的臂膀通过第一通孔5贯穿第一固定板11后,肩部位置通过第一固定板11固定,第一固定板11和第二固定板12的第一通孔5之间容纳上臂,第三固定板41和第四固定板42的第一通孔5之间容纳下臂,至于第二固定板12和第三固定板41的第一通孔5之间则用于容纳肘部。平行的第一固定板11和第二固定板12以及固定连接到第一固定板11与第二固定板12之间的第一连接板13构成的肩部件,以及平行的第三固定板41和第四固定板42以及固定连接到第三固定板41和第四固定板42之间的第二连接板43构成的肘部件,均属于框架结构,并且四个固定板都设有同轴穿插放置康复手臂肩肘部的第一通孔5,尽量减少耗材成本,减轻关节重量,提高使用舒适度。
上述实施方式中,第一连接板13分别与第一固定板11和第二固定板12之间的固定安装方式,可以是任意一种方式,本发明优选螺母固定连接,具体地,第一固定板11和第二固定板12周向分别设有成对的第一开槽141,每个第一开槽141设有第一螺纹孔(图中未具体示出);第一连接板13的两端分别通过螺母6匹配安装到第一螺纹孔,从而将第一连接板13固定安装到第一固定板11和第二固定板12之间。至于第一螺纹孔的数量,满足可稳固安装即可,本发明优选2个。为了提高安装的稳固性,作为进一步地优选,第一连接板13包括沿第一固定板11和第二固定板12周向之间均匀分布的若干个;第一开槽141与第一连接板13数量匹配。为了保证稳固性的基础上,降低关节重量,本发明还优选在第二固定板12上设有周向均匀分布的若干个第二开槽142,若干个第二开槽142与若干个第一开槽141一一交替分布。第二开槽142的设置,减少第二固定板12的用材成本,同时降低第二固定板12的重量,减轻关节,提高使用舒适度。至于第二固定板12上的第一开槽141和第二开槽142的大小关系,作为进一步优选,第二开槽142大于第一开槽141,保证第一连接板13的稳固安装,又可最大程度节省第二固定板12的用材,减轻关节重量。
上述实施方式中,第二连接板43分别与第三固定板41和第四固定板42之间的固定安装方式,可以是任意一种方式,本发明仍然优选螺母固定连接,具体地,第三固定板41和第四固定板42周向分别设有成对的第三开槽44,每个第三开槽44设有第二螺纹孔(图中未示出);第二连接板43的两端分别通过螺母6匹配安装到第二螺纹孔,从而将第二连接板43固定安装到第三固定板41和第四固定板42之间。至于第二螺纹孔的数量,满足可稳固安装即可,本发明优选3个。为了提高安装的稳固性,作为进一步地优选,第二连接板43包括沿第三固定板41和第四固定板42之间周向均匀分布的若干个;第三开槽44与第二连接板43数量匹配。为了保证稳固性的基础上,降低关节重量,本发明还优选在第三固定板41和第四固定板42上分别设有周向均匀分布的若干个第二通孔45;第二通孔45与第三固定板41同轴;第二连接板43设有沿第三固定板41径向分布的第三通孔46。第二通孔45和第三通孔46的设置,不影响第二连接板43的稳固安装,还很大程度地节省了用材,降低关节重量。
<实施例3>
在实施例1和实施例2的基础上,本发明实施例给出了传动件的具体实施方式。
具体地,如图5所示,传动件还包括同步带23、第一带轮241、第二带轮242、第一平键(图中未示出)以及第二平键(图中未示出);伺服电机输出轴贯穿第一固定板11通过第一平键固定连接到第一带轮241;滚珠丝杠21输出轴贯穿第一固定板11通过第二平键固定连接到第二带轮242;同步带23相互啮合地套接在第一带轮241和第二带轮242外侧。
该实施方式中,驱动电机22的转动,依次带动第一带轮241、同步带23、第二带轮242以及滚珠丝杠21转动,从而实现驱动电机22与滚珠丝杠21联动。
<实施例4>
在实施例1-3的基础上,本发明实施例提供一种多自由度并联式康复机器人关节的使用情况说明。
当一传动件的伺服电机正转时,伺服电机的输出轴将旋转力矩依次通过第一带轮241、同步带23、第二带轮242传送到滚珠丝杠21,驱动滚珠丝杠21联动。滚珠丝杠21的转动,驱动滑块211沿滚珠丝杠21的轴向向靠近所述肘部件的方向移动,使得与滑块211通过第一万向节31转动连接的弹簧32受力减小,肘部件受通过第二万向节33转动连接的弹簧32拉力产生旋转力矩,产生正向的旋转。当一传动件的伺服电机反转时,伺服电机的输出轴将旋转力矩依次通过第一带轮241、同步带23、第二带轮242传送到滚珠丝杠21,驱动滚珠丝杠21联动。滚珠丝杠21的转动,驱动滑块211沿滚珠丝杠21的轴向向远离所述肘部件的方向移动,使得与滑块211通过第一万向节31转动连接的弹簧32受力增加,肘部件受通过第二万向节33转动连接的弹簧32拉力产生旋转力矩,产生反向的旋转。
同向和反向的运动均为同速状态下,所实现效果为单自由度的分解运动,当若干个驱动电机22同时运动带来多个自由度的不同方向运动组合时,可以实现多个自由度的运动效果。
另外,驱动电机22带动滚珠丝杠21在不同的转速状态下,由于速度差产生的弹簧32拉力区别,最终实现关节不同方向扭转运动。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,其包括:
肩部件,其用于固定和容纳肩部;
肘部件,其用于容纳臂部;
传动件,其包括固定安装到所述肩部件的滚珠丝杠(21)和驱动电机(22),所述滚珠丝杠(21)上设有轴向往复运动的滑块(211);以及,
连接件,其包括第一万向节(31)、弹簧(32)以及第二万向节(33),所述弹簧(32)一端通过所述第一万向节(31)转动连接到所述滑块(211),所述弹簧(32)另一端通过所述第二万向节(33)转动连接到所述肘部件;
其中,所述传动件和所述连接件分别包括数量匹配的若干个;若干个所述连接件沿所述肩部件和所述肘部件连接处外侧周向均匀分布并形成一容纳肘部的空腔;
所述驱动电机(22)与所述滚珠丝杠(21)联动,所述驱动电机(22)的转动,带动所述滚珠丝杠(21)转动,促使所述滑块(211)沿所述滚珠丝杠(21)轴向往复运动,从而对所述弹簧(32)提供沿长度方向的拉伸和压缩的力,在所述第一万向节(31)和所述第二万向节(33)的转动配合下,进而带动所述肘部件产生旋转力矩以实现沿多个自由度方向的关节驱动。
2.如权利要求1所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,
若干个所述连接件的若干个所述弹簧(32)之间的弹簧系数和长度分别不同。
3.如权利要求1所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,
所述肩部件包括平行的第一固定板(11)和第二固定板(12)以及固定连接到所述第一固定板(11)与所述第二固定板(12)之间的第一连接板(13);所述肘部件包括平行的第三固定板(41)和第四固定板(42)以及固定连接到所述第三固定板(41)和所述第四固定板(42)之间的第二连接板(43);
其中,所述滚珠丝杠(21)固定安装到所述第一固定板(11)与所述第二固定板(12)之间,所述驱动电机(22)固定安装到所述第一固定板(11);
所述弹簧(32)另一端通过所述第二万向节(33)转动连接到所述第三固定板(41);
所述第一固定板(11)、所述第二固定板(12)、所述第三固定板(41)以及所述第四固定板(42)分别设有用于同轴穿插放置康复手臂肩肘部的第一通孔(5)。
4.如权利要求3所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,
所述第一固定板(11)和所述第二固定板(12)周向分别设有成对的第一开槽(141),每个所述第一开槽(141)设有第一螺纹孔;
所述第一连接板(13)的两端分别通过螺母(6)匹配安装到所述第一螺纹孔,从而将所述第一连接板(13)固定安装到所述第一固定板(11)和所述第二固定板(12)之间。
5.如权利要求4所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,所述第一连接板(13)包括沿所述第一固定板(11)和所述第二固定板(12)周向之间均匀分布的若干个;所述第一开槽(141)与所述第一连接板(13)数量匹配。
6.如权利要求4所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,所述第二固定板(12)上还设有周向均匀分布的若干个第二开槽(142),若干个所述第二开槽(142)与所述若干个所述第一开槽(141)一一交替分布。
7.如权利要求3所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,所述第三固定板(41)和所述第四固定板(42)周向分别设有成对的第三开槽(44),每个所述第三开槽(44)设有第二螺纹孔;
所述第二连接板(43)的两端分别通过螺母(6)匹配安装到所述第二螺纹孔,从而将所述第二连接板(43)固定安装到所述第三固定板(41)和所述第四固定板(42)之间。
8.如权利要求7所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,所述第二连接板(43)包括沿所述第三固定板(41)和所述第四固定板(42)之间周向均匀分布的若干个;所述第三开槽(44)与所述第二连接板(43)数量匹配。
9.如权利要求1所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,所述第三固定板(41)和所述第四固定板(42)分别设有周向均匀分布的若干个第二通孔(45);所述第二通孔(45)与所述第三固定板(41)同轴;所述第二连接板(43)设有沿所述第三固定板(41)径向分布的第三通孔(46)。
10.如权利要求1所述的多自由度并联式康复机器人关节,其特征在于,
所述传动件还包括同步带(23)、第一带轮(241)、第二带轮(242)、第一平键以及第二平键;所述伺服电机输出轴贯穿所述第一固定板(11)通过所述第一平键固定连接到所述第一带轮(241);所述滚珠丝杠(21)输出轴贯穿所述第一固定板(11)通过所述第二平键固定连接到所述第二带轮(242);所述同步带(23)相互啮合地套接在所述第一带轮(241)和所述第二带轮(242)外侧;所述驱动电机(22)的转动,依次带动所述第一带轮(241)、所述同步带(23)、所述第二带轮(242)以及所述滚珠丝杠(21)转动。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030223844A1 (en) * 2002-05-22 2003-12-04 Organisation Intergouvernementale Dite Agence Spatiale Europeenne Exoskeleton for the human arm, in particular for space applications
CN101288620A (zh) * 2008-06-13 2008-10-22 哈尔滨工程大学 三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人
KR20090124552A (ko) * 2008-05-30 2009-12-03 한국전자통신연구원 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇
CN102187118A (zh) * 2008-08-14 2011-09-14 蒂比昂公司 用于使关节伸展和弯曲的带多电机组件的致动器系统
CN102499858A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 东南大学 康复机器人安全肩关节
WO2015099858A2 (en) * 2013-09-30 2015-07-02 Board Of Regents, The University Of Texas System Upper-body robotic exoskeleton
CN106420257A (zh) * 2016-09-05 2017-02-22 南京航空航天大学 基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法
CN106945071A (zh) * 2017-03-22 2017-07-14 陕西科技大学 一种仿人机器人的三自由度腰部装置
CN109129451A (zh) * 2018-09-14 2019-01-04 华中科技大学 空间自定位机械臂的肩部锁紧与腕部捕获设备及其应用
CN109363892A (zh) * 2018-11-23 2019-02-22 山东大学 一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人
CN109481225A (zh) * 2018-09-30 2019-03-19 上海神添实业有限公司 一种轻量仿生式上肢外骨骼康复机器人系统
CN109590992A (zh) * 2019-01-04 2019-04-09 杭州龙盛工贸有限公司 一种多关节并联仿生机器人
CN110302035A (zh) * 2019-07-09 2019-10-08 上海理工大学 一种绳驱多用型腕部康复训练机构
WO2020216425A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 Aalborg Universitet Spherical mechanism constructed with scissors linkages with control means

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030223844A1 (en) * 2002-05-22 2003-12-04 Organisation Intergouvernementale Dite Agence Spatiale Europeenne Exoskeleton for the human arm, in particular for space applications
KR20090124552A (ko) * 2008-05-30 2009-12-03 한국전자통신연구원 로봇 암 및 이를 포함하는 로봇
CN101288620A (zh) * 2008-06-13 2008-10-22 哈尔滨工程大学 三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人
CN102187118A (zh) * 2008-08-14 2011-09-14 蒂比昂公司 用于使关节伸展和弯曲的带多电机组件的致动器系统
CN102499858A (zh) * 2011-11-11 2012-06-20 东南大学 康复机器人安全肩关节
WO2015099858A2 (en) * 2013-09-30 2015-07-02 Board Of Regents, The University Of Texas System Upper-body robotic exoskeleton
CN106420257A (zh) * 2016-09-05 2017-02-22 南京航空航天大学 基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法
CN106945071A (zh) * 2017-03-22 2017-07-14 陕西科技大学 一种仿人机器人的三自由度腰部装置
CN109129451A (zh) * 2018-09-14 2019-01-04 华中科技大学 空间自定位机械臂的肩部锁紧与腕部捕获设备及其应用
CN109481225A (zh) * 2018-09-30 2019-03-19 上海神添实业有限公司 一种轻量仿生式上肢外骨骼康复机器人系统
CN109363892A (zh) * 2018-11-23 2019-02-22 山东大学 一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人
CN109590992A (zh) * 2019-01-04 2019-04-09 杭州龙盛工贸有限公司 一种多关节并联仿生机器人
WO2020216425A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 Aalborg Universitet Spherical mechanism constructed with scissors linkages with control means
CN110302035A (zh) * 2019-07-09 2019-10-08 上海理工大学 一种绳驱多用型腕部康复训练机构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUXIANG GUO、JIANGE GAO、JIAN GUO、WEIJIE ZHANG、YUYE HU: "Design of the Structural Optimization for the Upper Limb Rehabilitation Robot", PROCEEDINGS OF 2016 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHATRONICS AND AUTOMATION *
刘伟,马志广,张顺心,张建军,殷子琪: "新型绳驱动混联肘腕康复机器人运动学分析", 河北工业大学学报 *

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