CN112807195A - 一种可转换传动模式的绳索传动装置 - Google Patents

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CN112807195A CN202110201084.5A CN202110201084A CN112807195A CN 112807195 A CN112807195 A CN 112807195A CN 202110201084 A CN202110201084 A CN 202110201084A CN 112807195 A CN112807195 A CN 112807195A
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柳锴
何杰
李金华
熊蔡华
孙容磊
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Abstract

本发明涉及康复医疗设备技术领域，尤其涉及一种可转换传动模式的绳索传动装置，包含左机械手臂机构、右机械手臂机构、力传导机构、动滑轮机构、弹簧插销机构、线性滑轨、导向轮、机架。弹簧插销机构用于锁定和解锁动滑轮机构，从而改变力传导机构的传动模式，进而改变左机械手臂机构与右机械手臂机构运动模式，进行镜像或非镜像康复运动训练。本发明可普遍用于绳驱双臂无动力外骨骼康复装置运动模式的转换，根据不同的患者，可实现关节镜像和非镜像康复训练模式的自由切换，提高康复机器人对于不同患者的适用性，保障康复训练的有效进行。

Description

一种可转换传动模式的绳索传动装置
技术领域
本发明涉及康复医疗设备技术领域，尤其涉及一种可转换传动模式的绳索传动装置。
背景技术
上肢双臂无动力外骨骼康复装置作为一种康复医疗训练设备，能够帮助那些因疾病或意外事故而导致的肢体运动功能损伤的患者进行康复训练，能够显著提高康复效果，将康复医师从繁重的重复体力劳动中解脱出来。
在上肢康复过程中，针对双臂运动功能损伤患者中后期治疗，由于此时患者具有一定的自主运动能力，可用双臂无动力外骨骼康复装置对患者双臂进行被动训练，此时要求双臂独立运动(关节非镜像运动)，最大程度恢复双臂的协调运动能力。针对单臂运动功能损伤患者，在早期康复治疗时，可依靠健侧带动患者进行镜像运动训练，通过患者自身努力完成一定量的主动训练，充分调动患者康复训练的主观能动性，此时要求双臂联动。因此，为了满足不同患者和不同阶段的康复训练要求，上肢双臂无动力外骨骼康复装置需要有专门的运动模式转换装置。该装置实现双臂对应关节基于绳索的动力传输，同时满足对应关节(如左右手肩部屈/伸关节)的联动(镜像)和独立运动(非镜像)两种运动模式的自由切换。为此，我们提出一种可转换传动模式的绳索传动装置。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可转换传动模式的绳索传动装置，用于绳盘驱动的双臂无动力外骨骼康复装置通过转换绳索的传动模式可对患者进行关节镜像和非镜像康复运动训练，以适应患者在不同阶段的康复训练需求。
本发明提供如下技术方案：一种可转换传动模式的绳索传动装置，包括左机械手臂机构、右机械手臂机构、力传导机构、动滑轮机构、弹簧插销机构、线性滑轨、导向轮、机架，所述左机械手臂机构、右机械手臂机构、弹簧插销机构、线性滑轨和导向轮均固定在所述机架上；
所述左机械手臂机构的一侧与所述力传导机构的第一钢丝绳的一端固定，所述第一钢丝绳的另一端绕过动滑轮机构的双槽滑轮的第一绳槽的下半圆绳槽，并与右机械手臂机构的一侧固定；
所述左机械手臂机构的另一侧与所述力传导机构的第二钢丝绳的一端固定，所述第二钢丝绳的另一端依次绕过导向轮、双槽滑轮的第二绳槽的上半圆绳槽、导向轮，并与右机械手臂机构的另一侧固定；所述第一钢丝绳与所述第二钢丝绳形成闭合的力传递回路；所述左机械手臂机构同第一钢丝绳、第二钢丝绳的连接方式，与右机械手臂机构同第一钢丝绳、第二钢丝绳的连接方式相反；
所述动滑轮机构可滑动的设置在线性滑轨上，所述弹簧插销机构在锁定状态下，弹簧插销机构的止动插销插入双槽滑轮的空心轴中，将动滑轮机构同轴固定在线性滑轨上，且动滑轮机构的双槽滑轮可沿轴线旋转；所述弹簧插销机构在解锁状态下，所述动滑轮机构的双槽滑轮可相对轴线旋转以及沿线性滑轨滑动。
优选的，所述左机械手臂机构包括左机械手臂、左负载绳盘；
所述左机械手臂固定连接于所述左负载绳盘上，两者可同轴转动，所述左负载绳盘固定于所述机架上。
优选的，所述右机械手臂机构包括右机械手臂、右负载绳盘；
所述右机械手臂固定连接于所述右负载绳盘上，两者可同轴转动，所述右负载绳盘固定于所述机架上。
优选的，所述传导机构包括套筒、钢丝绳套、第一钢丝绳、第二钢丝绳；
所述钢丝绳套两端分别通过紧定螺钉同轴固定于所述套筒内，所述套筒固定于所述机架安装孔内，所述第一钢丝绳与所述第二钢丝绳分别穿过所述钢丝绳套内孔，可在所述钢丝绳套内孔中滑动。
优选的，所述线性滑轨包括滑块、直线导轨；
所述滑块安装于所述直线导轨前表面，所述直线导轨竖直固定于所述机架上。
优选的，所述导向轮包括U型槽轴承、凸肩等高螺栓、导向轮基座；
所述U型槽轴承通过所述凸肩等高螺栓固定于所述导向轮基座上，所述导向轮基座固定于所述机架上。
优选的，所述动滑轮机构包括前轴承基座、深沟球轴承、轴套、传动轴、双槽滑轮、后轴承基座；
所述轴套同轴安装于所述传动轴上，所述双槽滑轮同轴固定于所述传动轴上，两者可同轴转动，所述传动轴两端分别同轴固定于所述深沟球轴承内，所述深沟球轴承固定于所述前轴承基座与所述后轴承基座内表面，所述后轴承基座固定连接于所述滑块前表面上，所述后轴承基座通过螺栓固定连接于所述滑块的前表面上，所述传动轴为空心轴，所述前轴承基座与所述后轴承基座通过螺栓固定连接组成箱体结构。
优选的，所述弹簧插销机构包括手柄、止动插销、压缩弹簧、弹簧插销基座；
所述手柄通过螺纹配合固定连接于所述止动插销凸肩螺纹孔内，并穿过弹簧插销基座倒L型孔内，所述压缩弹簧上端面及下端面分别与所述弹簧插销基座内孔上底面重合及所述止动插销凸肩上端面重合，所述止动插销凸肩外圆与所述弹簧插销基座内孔同轴配合安装，所述弹簧插销基座固定于所述机架上。
本发明提供了一种可转换传动模式的绳索传动装置，可通过转换绳索的传动模式来实现镜像和非镜像康复训练模式的转换，具有操作便捷、可靠性好的特点，可作为专门的绳索传动装置用于双臂无动力外骨骼康复装置传动模式的转换，以适应不同患者的康复训练需求，有效的辅助患者的康复训练，增强康复训练的效果。通过弹簧插销机构使动滑轮机构处于锁定或解锁状态，动滑轮机构处于锁定状态时，可实现镜像康复训练模式，动滑轮机构处于解锁状态时，可实现非镜像康复训练模式。根据不同的患者，可实现关节镜像和非镜像康复训练模式的自由切换，提高康复机器人对于不同患者的适用性，保障康复训练的有效进行。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中除动滑轮机构与弹簧插销机构之外各部件组成结构示意图；
图3为图1中动滑轮机构所实施的爆炸图；
图4为图1中弹簧插销机构所实施的爆炸图；
图5为镜像康复训练模式的绳索传动原理图；
图6为非镜像康复训练模式的绳索传动原理图；
图中：1、左机械手臂机构；101、左机械手臂；102、左负载绳盘；2、右机械手臂机构；201、右机械手臂；202、右负载绳盘；3、力传导机构；301、套筒；302、钢丝绳套；303、第一钢丝绳；304、第二钢丝绳；4、动滑轮机构；401、前轴承基座；402、深沟球轴承；403、轴套；404、传动轴；405、双槽滑轮；4051、第一绳槽；4052、第二绳槽；406、后轴承基座；5、弹簧插销机构；501、手柄；502、止动插销；503、压缩弹簧；504、弹簧插销基座；6、线性滑轨；601、滑块；602、直线导轨；7、导向轮；701、U型槽轴承；702、凸肩等高螺栓；703、导向轮基座；8、机架。
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。
如图1所示，本申请提供了一种可转换传动模式的绳索传动装置，包含左机械手臂机构1、右机械手臂机构2、力传导机构3、动滑轮机构4、弹簧插销机构5、线性滑轨6、导向轮7、机架8。弹簧插销机构5用于锁定和解锁动滑轮机构4，从而改变力传导机构3的传动模式，进而改变左机械手臂机构1与右机械手臂机构2运动模式，进行镜像或非镜像康复运动训练。
如图2所示，左机械手臂机构1包括左机械手臂101、左负载绳盘102。左机械手臂101固定连接于左负载绳盘102上，两者可同轴转动，左负载绳盘102固定于机架8上，右机械手臂机构2包括右机械手臂201、右负载绳盘202。右机械手臂201固定连接于右负载绳盘202上，两者可同轴转动，右负载绳盘202固定于机架8上，左机械手臂机构1与右机械手臂机构2关于直线导轨602左右对称布置；
力传导机构3包括套筒301、钢丝绳套302、第一钢丝绳303、第二钢丝绳304。钢丝绳套302两端分别通过紧定螺钉同轴固定于套筒301内，套筒301通过紧定螺钉固定于机架8安装孔内，第一钢丝绳303与第二钢丝绳304分别穿过钢丝绳套302内孔，可在钢丝绳套302内孔中滑动；第一钢丝绳303两端分别固定于左负载绳盘102与右负载绳盘202的绳槽内，并绕过双槽滑轮405的下半圆绳槽，第二钢丝绳304两端分别固定于左负载绳盘102与右负载绳盘202的绳槽内，并绕过U型槽轴承701及双槽滑轮405的上半圆绳槽，第一钢丝绳303与第二钢丝绳304形成闭合的力传递回路；左机械手臂机构1同第一钢丝绳303、第二钢丝绳304的连接方式，与右机械手臂机构2同第一钢丝绳303、第二钢丝绳304的连接方式相反。
线性滑轨6包括滑块601、直线导轨602。滑块601安装于直线导轨602前表面，可沿直线导轨602上下移动，直线导轨602沿竖直方向设有安装孔，可通过螺栓竖直固定于机架8上；
导向轮7包括U型槽轴承701、凸肩等高螺栓702、导向轮基座703。U型槽轴承701通过凸肩等高螺栓702固定于导向轮基座703上，导向轮基座703固定于机架8上。
如图3所示，动滑轮机构4包括前轴承基座401、深沟球轴承402、轴套403、传动轴404、双槽滑轮405、后轴承基座406。轴套403同轴安装于传动轴404上，传动轴404中部台肩端面圆周方向设有螺纹孔，双槽滑轮405沿圆周方向上设有安装孔，可通过螺栓同轴固定于传动轴404上，两者可同轴转动，传动轴404两端分别同轴固定于深沟球轴承402内，深沟球轴承402固定于前轴承基座401与后轴承基座406内表面的安装孔内，后轴承基座406通过螺栓固定连接于滑块601的前表面上，传动轴404为空心轴，前轴承基座401沿传动轴404的轴向设有通孔；前轴承基座401与后轴承基座406通过螺栓固定连接组成箱体结构。
如图4所示，弹簧插销机构5包括手柄501、止动插销502、压缩弹簧503、弹簧插销基座504。手柄501通过螺纹配合固定连接于止动插销502凸肩螺纹孔内，并穿过弹簧插销基座504倒L型孔内，压缩弹簧503上端面及下端面分别与弹簧插销基座504内孔上底面重合及止动插销502凸肩上端面重合，止动插销502凸肩外圆与弹簧插销基座504内孔同轴配合安装，止动插销502圆柱销外圆可与传动轴404内孔同轴配合，止动插销502位于传动轴404正前方，弹簧插销基座504固定于机架8上；
如图5所示，对于左手或右手运动功能欠缺或丧失，另一手臂运动功能正常的患者，需要将绳索的传动模式转换为镜像传动模式，本例实施中为左手运动功能欠缺，右手运动功能正常的患者进行镜像康复运动训练，先将弹簧插销机构5从解锁状态转换到锁定状态，通过操作手柄501，使手柄501沿使压缩弹簧503压缩量减小的方向移动，并最终处于弹簧插销基座504上倒L型孔的最底端，此时压缩弹簧503的压缩量变小长度伸长，进而推动止动插销502沿压缩弹簧503伸长的方向前进，使止动插销502插入传动轴404内孔中，两者同轴配合，使动滑轮机构4固定在与弹簧插销机构5同一水平面内无法上下移动，完成动滑轮机构4的锁定后，绳索的传动模式便转换为镜像传动模式；此时患者通过右手臂带动右机械手臂201运动，右负载绳盘202随右机械手臂201同轴旋转，使第一钢丝绳303与第二钢丝绳304在力传递回路内沿右负载绳盘202旋转的方向移动，进而带动第一钢丝绳303与第二钢丝绳304绕过左负载绳盘102移动，使左负载绳盘102旋转，且旋转方向和速度与右负载绳盘202保持一致，左机械手臂101与左负载绳盘102同轴转动，进而使左机械手臂101跟随右机械手臂201做同步的镜像运动。
对于双臂均具有一定运动能力而又未完全康复的患者，需要将绳索的传动模式转换为非镜像传动模式，如图6所示，先将弹簧插销机构5从锁定状态转换到解锁状态，通过操作手柄501，使手柄501沿使压缩弹簧503压缩量增大的方向移动，并锁定在弹簧插销基座504上倒L型孔的右上端台肩上，此时压缩弹簧503的压缩量变大长度缩小，止动插销502移出传动轴404内孔，两者不再同轴配合，使动滑轮机构4处于解锁状态，可以沿直线导轨602上下移动，完成动滑轮机构4的解锁后，绳索的传动模式便转换为非镜像传动模式；此时患者双臂带动左机械手臂101与右机械手臂201非镜像运动，此时左负载绳盘102与右负载绳盘202运动不同步，进而带动第一钢丝绳303及第二钢丝绳304在闭合的回路中移动，第一钢丝绳303与第二钢丝绳304所传递的力最终作用于双槽滑轮405上，第一钢丝绳303绕过双槽滑轮405下半圆绳槽时，作用于双槽滑轮405上的合力F1向上，第二钢丝绳304绕过双槽滑轮405上半圆绳槽时，作用于双槽滑轮405上的合力F2向下，当作用在双槽滑轮405上的合力向上时，动滑轮机构4将沿直线导轨602向上移动，当合力向下时，动滑轮机构4将沿直线导轨602向下移动。
本发明中，通过转换绳索的传动模式来实现镜像和非镜像康复训练模式的转换，具有操作便捷、可靠性好的特点，可作为专门的绳索传动装置用于双臂无动力外骨骼康复装置传动模式的转换，以适应不同患者的康复训练需求，有效的辅助患者的康复训练，增强康复训练的效果。通过弹簧插销机构5使动滑轮机构4处于锁定或解锁状态，动滑轮机构4处于锁定状态时，可实现镜像康复训练模式，动滑轮机构4处于解锁状态时，可实现非镜像康复训练模式。根据不同的患者，可实现关节镜像和非镜像康复训练模式的自由切换，提高康复机器人对于不同患者的适用性，保障康复训练的有效进行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：包括左机械手臂机构(1)、右机械手臂机构(2)、力传导机构(3)、动滑轮机构(4)、弹簧插销机构(5)、线性滑轨(6)、导向轮(7)、机架(8)，所述左机械手臂机构(1)、右机械手臂机构(2)、弹簧插销机构(5)、线性滑轨(6)和导向轮(7)均固定在所述机架(8)上；
所述左机械手臂机构(1)的一侧与所述力传导机构(3)的第一钢丝绳(303)的一端固定，所述第一钢丝绳(303)的另一端绕过动滑轮机构(4)的双槽滑轮(405)的第一绳槽(4051)的下半圆绳槽，并与右机械手臂机构(2)的一侧固定；
所述左机械手臂机构(1)的另一侧与所述力传导机构(3)的第二钢丝绳(304)的一端固定，所述第二钢丝绳(304)的另一端依次绕过导向轮(7)、双槽滑轮(405)的第二绳槽(4052)的上半圆绳槽、导向轮(7)，并与右机械手臂机构(2)的另一侧固定；所述第一钢丝绳(303)与所述第二钢丝绳(304)形成闭合的力传递回路；所述左机械手臂机构(1)同第一钢丝绳(303)、第二钢丝绳(304)的连接方式，与右机械手臂机构(2)同第一钢丝绳(303)、第二钢丝绳(304)的连接方式相反；
所述动滑轮机构(4)可滑动的设置在线性滑轨(6)上，所述弹簧插销机构(5)在锁定状态下，弹簧插销机构(5)的止动插销(502)插入双槽滑轮(405)的空心轴中，将动滑轮机构(4)同轴固定在线性滑轨(6)上，且动滑轮机构(4)的双槽滑轮(405)可沿轴线旋转；所述弹簧插销机构(5)在解锁状态下，所述动滑轮机构(4)的双槽滑轮(405)可相对轴线旋转以及沿线性滑轨(6)滑动。
2.根据权利要求1所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述左机械手臂机构(1)包括左机械手臂(101)、左负载绳盘(102)；
所述左机械手臂(101)固定连接于所述左负载绳盘(102)上，两者可同轴转动，所述左负载绳盘(102)固定于所述机架(8)上。
3.根据权利要求2所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述右机械手臂机构(2)包括右机械手臂(201)、右负载绳盘(202)；
所述右机械手臂(201)固定连接于所述右负载绳盘(202)上，两者可同轴转动，所述右负载绳盘(202)固定于所述机架(8)上。
4.根据权利要求3所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述传导机构包括套筒(301)、钢丝绳套(302)、第一钢丝绳(303)、第二钢丝绳(304)；
所述钢丝绳套(302)两端分别通过紧定螺钉同轴固定于所述套筒(301)内，所述套筒(301)固定于所述机架(8)安装孔内，所述第一钢丝绳(303)与所述第二钢丝绳(304)分别穿过所述钢丝绳套(302)内孔，可在所述钢丝绳套(302)内孔中滑动。
5.根据权利要求1所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述线性滑轨(6)包括滑块(601)、直线导轨(602)；
所述滑块(601)安装于所述直线导轨(602)前表面，所述直线导轨(602)竖直固定于所述机架(8)上。
6.根据权利要求1所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述导向轮(7)包括U型槽轴承(701)、凸肩等高螺栓(702)、导向轮基座(703)；
所述U型槽轴承(701)通过所述凸肩等高螺栓(702)固定于所述导向轮基座(703)上，所述导向轮基座(703)固定于所述机架(8)上。
7.根据权利要求1所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述动滑轮机构(4)包括前轴承基座(401)、深沟球轴承(402)、轴套(403)、传动轴(404)、双槽滑轮(405)、后轴承基座(406)；
所述轴套(403)同轴安装于所述传动轴(404)上；所述双槽滑轮(405)同轴固定于所述传动轴(404)上，两者可同轴转动，所述传动轴(404)两端分别同轴固定于所述深沟球轴承(402)内，所述深沟球轴承(402)固定于所述前轴承基座(401)与所述后轴承基座(406)内表面，所述后轴承基座(406)固定连接于所述滑块(601)前表面上，所述后轴承基座(406)通过螺栓固定连接于所述滑块(601)的前表面上，所述传动轴(404)为空心轴，所述前轴承基座(401)与所述后轴承基座(406)通过螺栓固定连接组成箱体结构。
8.根据权利要求1所述的一种可转换传动模式的绳索传动装置，其特征在于：所述弹簧插销机构(5)包括手柄(501)、止动插销(502)、压缩弹簧(503)、弹簧插销基座(504)；
所述手柄(501)通过螺纹配合固定连接于所述止动插销(502)凸肩螺纹孔内，并穿过弹簧插销基座(504)倒L型孔内，所述压缩弹簧(503)上端面及下端面分别与所述弹簧插销基座(504)内孔上底面重合及所述止动插销(502)凸肩上端面重合，所述止动插销(502)凸肩外圆与所述弹簧插销基座(504)内孔同轴配合安装，所述弹簧插销基座(504)固定于所述机架(8)上。
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