CN113878612A - 一种用于康复机器人的双模驱动关节 - Google Patents

一种用于康复机器人的双模驱动关节 Download PDF

Info

Publication number
CN113878612A
CN113878612A CN202111125801.7A CN202111125801A CN113878612A CN 113878612 A CN113878612 A CN 113878612A CN 202111125801 A CN202111125801 A CN 202111125801A CN 113878612 A CN113878612 A CN 113878612A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
gear
shaft
driving
motor
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
CN202111125801.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113878612B (zh
Inventor
褚明
任雪超
毕敬峰
王玉成
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.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
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 Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202111125801.7A priority Critical patent/CN113878612B/zh
Publication of CN113878612A publication Critical patent/CN113878612A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113878612B publication Critical patent/CN113878612B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • 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
    • A61H1/0274—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • 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
    • A63B21/00192—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using resistance provided by magnetic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/12—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for upper limbs or related muscles, e.g. chest, upper back or shoulder muscles
    • 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
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明涉及康复机械设备技术领域，具体是一种用于康复机器人的双模驱动关节。包括关节本体、传动机构、驱动机构和阻尼组件四部分。与现有技术相比，本发明有以下特点：本发明中关节具有实现空间刚性关节操作的能力，具有一般关节的驱动传动装置，采用行星齿轮传动机构，配合不同的训练模式为患者提供辅助力或者阻尼力。将电动机正向驱动链路和电磁阻尼器的反向传动回路进行耦合设计，实现具有两种传动模式的可控切换；采用具有柔性可控阻尼系数的磁流变阻尼器，可以减小冲击振动载荷、动量卸载、吸收碰撞动能；根据患者肢体差异，实现臂长可控调节。本设计双模驱动关节工作可靠，可以延伸康复机器人的功能，拓宽康复机器人的工作范围。

Description

一种用于康复机器人的双模驱动关节
技术领域
本发明涉及康复机械设备技术领域，具体是一种用于康复机器人的双模驱动关节。
背景技术
脑卒中，俗称中风，是世界范围内常见的脑血管疾病之一，脑卒中后约70％-85％的患者会伴有偏瘫。另外，脑外伤、脊髓损伤等也会导致上肢功能障碍。
传统的人工康复训练模式对康复医师要求较高，存在人员消耗大、康复周期长、效率有限等问题导致具有信息处理能力、可重复训练的康复机器人成为研究热点。
患者的康复过程可以分为软瘫期和康复期。软瘫期的患者患肢呈松弛状态，没有运动能力，主要进行被动模式训练。被动模式训练是患者被动跟随康复机器人运动，是由康复机器人带动患肢沿着预设轨迹进行训练。康复期的患者肌力有了一定的恢复，患者上肢与机器人接触产生作用力，主要进行主动模式训练。主动模式训练是由患者上肢主动引导训练，康复机器人做跟随运动。被动训练中患者运动意图的参与可以帮助患者提升训练兴趣，自主设定训练轨迹；主动训练中患者运动意图可以作为人机交互的重要因素，确保康复训练的安全与柔顺。因此，同时服务于主被动两种训练模式的双模驱动关节，可以延伸康复机器人的功能，拓宽康复机器人的工作范围。
发明内容
本发明针对现有上肢康复机器人关节多采用电动机主动驱动或阻尼器抑制振动，尚未见到兼具电动机和阻尼器的双模驱动设计方法，提出一种适用于主被动训练模式的双模驱动关节，将电动机正向驱动链路和电磁阻尼器的反向传动回路进行耦合设计，实现具有两种传动模式的可控切换，可以延伸康复机器人的功能，拓宽康复机器人的工作范围。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现的：
双模驱动关节包括关节本体、传动机构、驱动机构和阻尼组件四部分。
所述关节本体包括关节外壳101、组合电机套102、组合电机端盖103、关节连杆一104、关节连杆二105；传动机构包括齿轮一201、齿轮二202、传动轴一203、轴固定器204、离合器212、传动轴二213和由齿圈205、行星齿轮一206、行星架207、行星轴208、行星齿轮二209以及太阳轮210组成的减速机构211；驱动机构主要由电机驱动单元301组成；阻尼组件由防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402组成。
所述关节本体中组合电机套102滑动连接于关节连杆一104的滑槽，上部安装组合电机端盖103，下部安装关节外壳101。关节连杆一104套接在关节连杆二105上。
所述传动机构中齿轮一201固定于关节连杆二105，齿轮二202和齿轮一201啮合传动，齿轮二202和减速机构211安装在传动轴一203上，传动轴一203由轴固定器204固定。电机驱动单元301的输出轴与传动轴一203连接，电机驱动单元301的输入轴与离合器212的主动盘连接，离合器212的从动盘与传动轴二213连接，传动轴二213固定有阻尼组件。
所述减速机构211由齿圈205、行星齿轮一206、行星架207、行星轴208、行星齿轮二209以及太阳轮210组成。齿圈205固定于关节外壳101上，空套于电机输出轴，并与行星齿轮一206啮合。行星齿轮一206和行星齿轮二209分别通过键连接于行星轴208。行星轴208通过行星架207固定于电机输出轴，行星齿轮二209与太阳轮210啮合传动。太阳轮210安装在传动轴一203上。
所述阻尼组件由防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402组成，防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402都安装在传动轴二213上。
与现有技术相比本发明有以下特点：
本发明中关节具有实现空间刚性关节操作的能力，具备双模切换的能力。本发明由驱动传动机构和阻尼机构组成，具有一般关节的驱动传动装置，采用行星齿轮传动机构，配合不同的训练模式为患者提供辅助力或者阻尼力。患者进行被动训练时，离合器212从动盘与主动盘分离，电机驱动单元301工作，经过减速机构211带动传动轴一203转动，经过齿轮传动最终使得关节连杆二105相对关节连杆一104转动，实现小臂旋转运动；患者进行主动训练时，人体主动进行小臂旋转训练导致关节连杆二105相对关节连杆一104转动，经过齿轮传动和减速机构211反向增速，传动轴一203转动，离合器212从动盘与主动盘贴合，带动传动轴二213转动，旋转式磁流变阻尼器提供反向阻尼力，为小臂旋转运动提供训练阻力。
本发明中采用具有柔性可控阻尼系数的磁流变阻尼器，从而实现对关节的半主动控制。磁流变阻尼器具有能量消耗低、结构简单、阻尼力连续逆顺可调并且可调范围大、响应快、良好的温度稳定性以及可与微机控制结合等优良特性，可以减小冲击振动载荷、动量卸载、吸收碰撞动能。
本发明中考虑到患者臂长差异，关节连杆二105与组合电机结合，滑动连接于关节连杆一104的滑槽，实现臂长调节。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的整体外观结构示意图。
图2是本发明具体实施方式的内部结构示意图。
图3、4是本发明具体实施方式的局部内部结构示意图。
附图中的标号说明如下：
关节外壳101、组合电机套102、组合电机端盖103、关节连杆一104、关节连杆二105、齿轮一201、齿轮二202、传动轴一203、轴固定器204、齿圈205、行星齿轮一206、行星架207、行星轴208、行星齿轮二209、太阳轮210、减速机构211、离合器212、传动轴二213、电机驱动单元301、防磨套401、旋转式磁流变阻尼器402。
具体实施方案
下面结合附图1～4对本发明做进一步详细说明：
所述关节本体包括关节外壳101、组合电机套102、组合电机端盖103、关节连杆一104、关节连杆二105；传动机构包括齿轮一201、齿轮二202、传动轴一203、轴固定器204、离合器212、传动轴二213和由齿圈205、行星齿轮一206、行星架207、行星轴208、行星齿轮二209以及太阳轮210组成的减速机构211；驱动机构主要由电机驱动单元301组成；阻尼组件由防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402组成。
所述关节本体中组合电机套102滑动连接于关节连杆一104的滑槽，上部安装组合电机端盖103，下部安装关节外壳101。关节连杆一104套接在关节连杆二105上。
所述传动机构中齿轮一201固定于关节连杆二105，齿轮二202和齿轮一201啮合传动，齿轮二202和减速机构211安装在传动轴一203上，传动轴一203由轴固定器204固定。电机驱动单元301的输出轴与传动轴一203连接，电机驱动单元301的输入轴与离合器212的主动盘连接，离合器212的从动盘与传动轴二213连接，传动轴二213固定有阻尼组件。
所述减速机构211由齿圈205、行星齿轮一206、行星架207、行星轴208、行星齿轮二209以及太阳轮210组成。齿圈205固定于关节外壳101上，空套于电机输出轴，并与行星齿轮一206啮合。行星齿轮一206和行星齿轮二209分别通过键连接于行星轴208。行星轴208通过行星架207固定于电机输出轴，行星齿轮二209与太阳轮210啮合传动。太阳轮210安装在传动轴一203上。
所述阻尼组件由防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402组成，防磨套401和旋转式磁流变阻尼器402都安装在传动轴二213上。
患者进行被动训练时，离合器212从动盘与主动盘分离，电机驱动单元301工作带动电机输出轴转动，固定在电机输出轴上的行星轴208和行星架207转动，通过键连接在行星轴208上的行星齿轮一206和行星齿轮二209转动，行星齿轮二209与太阳轮210啮合，太阳轮210带动传动轴一203转动，从而实现减速机构211的减速增距作用，经过齿轮一201和齿轮二202之间的齿轮传动最终使得关节连杆二105相对关节连杆一104转动，实现小臂旋转运动；
患者进行主动训练时，人体主动进行小臂旋转训练导致关节连杆二105相对关节连杆一104转动，经过齿轮一201和齿轮二202之间的齿轮传动和减速机构211反向增速，传动轴一203转动，离合器212从动盘与主动盘贴合，带动传动轴二213转动，旋转式磁流变阻尼器提供反向阻尼力，为小臂旋转运动提供训练阻力。

Claims (6)

1.一种用于康复机器人的双模驱动关节，包括关节本体、传动机构、驱动机构和阻尼组件四部分，所述关节本体包括关节外壳(101)、组合电机套(102)、组合电机端盖(103)、关节连杆一(104)、关节连杆二(105)，传动机构包括齿轮一(201)、齿轮二(202)、传动轴一(203)、轴固定器(204)和离合器(212)、传动轴二(213)和由齿圈(205)、行星齿轮一(206)、行星架(207)、行星轴(208)、行星齿轮二(209)以及太阳轮(210)组成的减速机构(211)，驱动机构主要由电机驱动单元(301)组成，阻尼组件由防磨套(401)和旋转式磁流变阻尼器(402)组成。
2.根据权利要求1所述的用于康复机器人的双模驱动关节，其特征在于：关节本体中组合电机套(102)滑动连接于关节连杆一(104)的滑槽，上部安装组合电机端盖(103)，下部安装关节外壳(101)，关节连杆一(104)套接在关节连杆二(105)上。
3.根据权利要求1所述的用于康复机器人的双模驱动关节，其特征在于：传动机构中齿轮一(201)固定于关节连杆二(105)，齿轮二(202)和齿轮一(201)啮合传动，齿轮二(202)和减速机构(211)安装在传动轴一(203)上，传动轴一(203)由轴固定器(204)固定，电机驱动单元(301)的输出轴与传动轴一(203)连接，电机驱动单元(301)的输入轴与离合器(212)的主动盘连接，离合器(212)的从动盘与传动轴二(213)连接，传动轴二(213)固定有阻尼组件。
4.根据权利要求1所述的用于康复机器人的双模驱动关节，其特征在于：减速机构(211)中齿圈(205)固定于关节外壳(101)上，空套于电机输出轴，并与行星齿轮一(206)啮合，行星齿轮一(206)和行星齿轮二(209)分别通过键连接于行星轴(208)，行星轴(208)通过行星架(207)固定于电机输出轴，行星齿轮二(209)与太阳轮(210)啮合传动，太阳轮(210)安装在传动轴一(203)上。
5.根据权利要求1所述的用于康复机器人的双模驱动关节，其特征在于：阻尼组件中防磨套(401)和旋转式磁流变阻尼器(402)都安装在传动轴二(213)上。
6.根据权利要求1所述的用于康复机器人的双模驱动关节，其特征在于：将电动机正向驱动链路和电磁阻尼器的反向传动回路进行耦合设计，实现具有两种传动模式的可控切换，采用具有柔性可控阻尼系数的磁流变阻尼器，可以减小冲击振动载荷、动量卸载、吸收碰撞动能，根据患者肢体差异，实现臂长可控调节。
CN202111125801.7A 2021-09-23 2021-09-23 一种用于康复机器人的双模驱动关节 Expired - Fee Related CN113878612B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111125801.7A CN113878612B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种用于康复机器人的双模驱动关节

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111125801.7A CN113878612B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种用于康复机器人的双模驱动关节

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113878612A true CN113878612A (zh) 2022-01-04
CN113878612B CN113878612B (zh) 2023-04-28

Family

ID=79006480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111125801.7A Expired - Fee Related CN113878612B (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种用于康复机器人的双模驱动关节

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113878612B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205994968U (zh) * 2016-08-31 2017-03-08 河南优德医疗设备股份有限公司 一种肩关节训练装置
CN205994969U (zh) * 2016-08-31 2017-03-08 河南优德医疗设备股份有限公司 一种上肢肌力训练装置
CN206334071U (zh) * 2016-08-31 2017-07-18 河南优德医疗设备股份有限公司 一种下肢肌力训练装置
JP2017164142A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 国立大学法人 香川大学 リハビリ装置
CN110236876A (zh) * 2019-05-31 2019-09-17 西北工业大学 一种上肢外骨骼机械臂及康复训练的控制方法
CN110788840A (zh) * 2019-12-06 2020-02-14 复旦大学 一种柔性可离合外骨骼关节致动器
CN111110509A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 南京理工大学 一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人
US20200352811A1 (en) * 2019-02-20 2020-11-12 Harmonic Bionics, Inc. Actuator for physical therapy

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017164142A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 国立大学法人 香川大学 リハビリ装置
CN205994968U (zh) * 2016-08-31 2017-03-08 河南优德医疗设备股份有限公司 一种肩关节训练装置
CN205994969U (zh) * 2016-08-31 2017-03-08 河南优德医疗设备股份有限公司 一种上肢肌力训练装置
CN206334071U (zh) * 2016-08-31 2017-07-18 河南优德医疗设备股份有限公司 一种下肢肌力训练装置
US20200352811A1 (en) * 2019-02-20 2020-11-12 Harmonic Bionics, Inc. Actuator for physical therapy
CN110236876A (zh) * 2019-05-31 2019-09-17 西北工业大学 一种上肢外骨骼机械臂及康复训练的控制方法
CN110788840A (zh) * 2019-12-06 2020-02-14 复旦大学 一种柔性可离合外骨骼关节致动器
CN111110509A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 南京理工大学 一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN113878612B (zh) 2023-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108743243B (zh) 一种手腕康复装置
CN108095976B (zh) 一种具有被动回弹功能的仿生膝关节康复训练装置
CN109454632A (zh) 一种具有下跃缓冲功能的下肢外骨骼系统
CN108858148B (zh) 一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人
CN108582155B (zh) 一种具有抑颤功能的机械臂
CN102211627A (zh) 一种基于仿生设计的四腿机器人机构
CN110588833A (zh) 一种适用于电动足式机器人的高负载三段式腿结构
CN101181175B (zh) 一种肘关节康复训练装置
CN109907939B (zh) 基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人
CN108394270A (zh) 一种摇臂悬架、轮腿式机动平台
CN107811814B (zh) 一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人
CN113440372A (zh) 一种柔性驱动膝关节外骨骼
CN111805515A (zh) 一种长度可调式下肢外骨骼机构
CN113878612A (zh) 一种用于康复机器人的双模驱动关节
CN208710416U (zh) 一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人
CN109875843A (zh) 下肢辅助外骨骼机器人的传动方法
CN212399575U (zh) 一种长度可调式下肢外骨骼机构
CN113288729A (zh) 一种外骨骼辅助移动设备
CN108126320A (zh) 一种康复机器人小臂旋转关节
CN104523400A (zh) 穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置及其工作原理
CN113768740B (zh) 一种五自由度容错机构及肘关节康复机器人
CN214352437U (zh) 一种下肢外骨骼机器人多自由度髋关节机构
RU173374U1 (ru) Привод звена активного ортеза ноги
CN210785245U (zh) 一种可穿戴便携式柔性绳驱上肢康复训练机器人
CN105397837B (zh) 一种单向串联弹性驱动器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for 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: 20230428

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