CN118161381A - 一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置 - Google Patents

Abstract

一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，包括一传动轴以及对称安装在传动轴两端的传动机构；所述传动机构包括电机、安装板、支撑板、花键轴、驱动轴、位于安装板同一侧面的链轮Ⅰ和链轮Ⅱ、以及位于支撑板同一侧面的飞轮和链轮Ⅲ；所述花键轴可旋转穿设于安装板；所述花键轴上固定有链轮Ⅰ和联轴器；所述传动轴可旋转穿设于安装板和支撑板；所述链轮Ⅱ和飞轮同轴心固定连接于传动轴上；所述驱动轴可旋转穿设于支撑板上；所述链轮Ⅲ固定连接于驱动轴上；所述链轮Ⅰ和链轮Ⅱ之间通过链条Ⅰ连接；所述飞轮和链轮Ⅲ之间通过链条Ⅱ连接；所述电机驱动驱动轴。本传动装置实现了将驱动康复机器人移动车轮的动力传递到外骨骼上。

Description

一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置

技术领域

本发明涉及一种人体助行外骨骼，更具体地说，涉及一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置。

背景技术

近些年来，下肢康复机器人开始广泛的应用在医疗康复领域，用来帮助下肢运动障碍的患者恢复下肢运动能力，尤其是具有外骨骼系统的康复机器人康复效果更佳，这些安装于康复机器人上的外骨骼的动力是依靠各个关节电机来实现的。

现有技术的缺陷和不足：

利用各个关节安装电机的方式来驱动外骨骼的方式提高了下肢康复机器人的造价，并且也增加了控制系统的难度，使下肢康复机器人难以进入一般家庭。因此，市场上出现了一些以机械机构联动的方式来取代电机控制外骨骼关节的设计，这在一定程度上可以减少电机的使用数，降低了生产研发成本和控制复杂度。但对整个机械式外骨骼仍需要安装额外的电机来驱动，那么如果能将康复机器人整机的移动动力传递到外骨骼上将会进一步降低成本。

因此，为了解决上述问题，需要设计一个将康复机器人整机移动的动力传递到机械结构式外骨骼的传动装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，该装置是利用驱动康复机器人移动的车轮的电机同时驱动链轮Ⅲ、链条Ⅱ旋转，通过链条Ⅱ带动飞轮旋转，由于飞轮和链轮Ⅱ同轴其同步转动，在飞轮介入下，将转速较高一侧的动力传递到传动轴上，传动轴同时驱动的链轮Ⅱ、链条Ⅰ旋转，然后通过链条Ⅰ带动链轮Ⅰ旋转，将动力传递到花键套、花键轴上，最后将动力传递到机械结构式外骨骼上。这就实现了两个驱动康复机器人移动的车轮的电机在所述传动装置下，将动力传递到机械结构式外骨骼上的目标，进一步降低了生产研发成本。

解决上述问题的技术方案是：一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，包括一传动轴以及对称安装在传动轴两端的传动机构；所述传动机构包括电机、安装板、支撑板、花键轴、驱动轴、位于安装板同一侧面的链轮Ⅰ和链轮Ⅱ、以及位于支撑板同一侧面的飞轮和链轮Ⅲ；所述花键轴可旋转穿设于安装板；所述链轮Ⅰ通过花键套固定连接于花键轴上；所述传动轴的两端分别可旋转穿设于两个传动机构的安装板和支撑板；所述安装板、支撑板设置于链轮Ⅱ与飞轮之间；所述链轮Ⅱ和飞轮同轴心固定连接于传动轴上；所述驱动轴可旋转穿设于支撑板上；所述链轮Ⅲ固定连接于驱动轴上；所述链轮Ⅰ和链轮Ⅱ之间通过链条Ⅰ连接；所述飞轮和链轮Ⅲ之间通过链条Ⅱ连接；所述电机的输出端与驱动轴固定连接；所述花键轴的一端部固定连接有联轴器。

其进一步技术方案是：所述安装板上设置有带座轴承Ⅰ和带座轴承Ⅱ，所述带座轴承Ⅰ位于带座轴承Ⅱ的上方；所述支撑板的两端分别开设有通孔Ⅰ和通孔Ⅱ；所述花键轴的一端头套设有花键套、且依次穿过带座轴承Ⅰ、链轮Ⅰ后与联轴器相连；位于带座轴承Ⅰ与链轮Ⅰ之间设置有轴套Ⅰ，所述轴套Ⅰ套接设于花键套上；所述链轮Ⅰ固定连接于花键套上；

所述传动轴的两端头分别依次穿过链轮Ⅱ、带座轴承Ⅱ、支撑板上的通孔Ⅰ、飞轮后安装端盖；所述传动轴的两端从外向内均依次套设有螺纹套、轴套Ⅲ和轴套Ⅱ；所述轴套Ⅱ位于链轮Ⅱ与带座轴承Ⅱ之间；所述轴套Ⅲ位于带座轴承Ⅱ与支撑板之间；所述飞轮与螺纹套螺纹连接，所述飞轮通过螺纹套安装在传动轴上；所述端盖与传动轴的端头通过螺钉连接。

其又进一步技术方案是：所述驱动轴的一端与电机的输出端固定连接，其另一端穿过支撑板上的通孔Ⅱ后与链轮Ⅲ固定连接。

其进一步技术方案是：所述链轮Ⅰ与链轮Ⅱ的直径比为2：1；所述链轮Ⅲ与飞轮的直径比为2:1。

其进一步技术方案是：所述传动装置应用在下肢康复机器人上，所述电机为驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机，所述联轴器与外骨骼装置的传动轴连接，利用驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机通过该传动装置把动力传递到外骨骼装置上。

由于采用上述技术方案，本发明之一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本发明利用飞轮17来选取转速高一侧的动力传递到外骨骼，避免了康复机器人转弯时动力传递差异的问题，提高了外骨骼运动柔顺度，提高了患者康复训练的舒适度。因为飞轮17可以实现动力单向传递需满足两个条件：①飞轮17与传动轴19运动方向一致；②飞轮17转速高于传动轴19。该康复机器人的传动装置的传动轴19两侧都安装有传动机构的飞轮17。那么当康复机器人进行转弯时，传动轴19两侧安装的电机24将产生差速，与电机24处的链轮Ⅲ22相接的链条Ⅱ21会将不同转速的动力传递到飞轮17上，当两个传动机构的飞轮17分别进行不同转速运行时，由于其固定于同一个传动轴19上，因此传动轴19的转速会于转速较高的飞轮相同，那么相对于另一个飞轮，传动轴与其运动方向相反，因此转速较低的飞轮无法传递动力，从而实现了选取转速高一侧的动力传递到外骨骼的功能，避免了康复机器人转弯时动力传递差异的问题。

（2）本发明将康复机器人驱动轮上的动力传递到外骨骼上，减少了外骨骼电机的使用数量，降低了康复机器人的生产研发成本，扩大了康复机器人的应用场景，让下肢康复机器人在一般家庭广泛使用。

下面结合附图和实施例对本发明之一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1是实施例之一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置应用状态下的示意图；

图2是实施例之一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置结构的分解示意图；

图3是实施例之飞轮与链轮Ⅱ、链轮Ⅰ之间的安装结构示意图（剖视图）。

图中：

1-外骨骼装置；2-传动装置；3-升降装置；4-安装板；5-带座轴承Ⅰ；6-链条Ⅰ；7-链轮Ⅰ；8-带座轴承Ⅱ；9-链轮Ⅱ；10-联轴器；11-花键套；12-轴套Ⅰ；13-花键轴；14-端盖； 15-螺纹套；16-轴套Ⅲ；17-飞轮；18-轴套Ⅱ；19-传动轴；20-支撑板；21-链条Ⅱ；22-链轮Ⅲ；23-驱动轴；24-电机；25-通孔Ⅰ；26-通孔Ⅱ；27-螺钉。

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。

一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，包括一传动轴19以及对称安装在传动轴19两端的传动机构。所述传动机构包括电机24、安装板4、支撑板20、花键轴13、驱动轴23、位于安装板4同一侧面的链轮Ⅰ7和链轮Ⅱ9、以及位于支撑板20同一侧面的飞轮17和链轮Ⅲ22。所述花键轴13可旋转穿设于安装板4；所述链轮Ⅰ7通过花键套11固定连接于花键轴13上。所述传动轴19的两端分别可旋转穿设于两个传动机构的安装板4和支撑板20；所述安装板4、支撑板20设置于链轮Ⅱ9与飞轮17之间；所述链轮Ⅱ9和飞轮17同轴心固定连接于传动轴19上。所述驱动轴23可旋转穿设于支撑板20上；所述链轮Ⅲ22固定连接于驱动轴23上。所述链轮Ⅰ7和链轮Ⅱ9之间通过链条Ⅰ6连接。所述飞轮17和链轮Ⅲ22之间通过链条Ⅱ21连接。所述电机24的输出端与驱动轴23固定连接；所述花键轴13的一端部固定连接有联轴器10。

本发明的传动装置应用在下肢康复机器人上。例如，结合图1，该康复机器人主要是由外骨骼装置1、传动装置2、升降装置3组成。所述外骨骼装置1是以机械机构联动的方式来取代电机控制外骨骼关节的设计；所述升降装置3的底部设置有驱动下肢康复机器人移动的车轮。

结合图2、图3，本传动装置的安装板4上设置有带座轴承Ⅰ5和带座轴承Ⅱ8，所述带座轴承Ⅰ5位于带座轴承Ⅱ8的上方；所述支撑板20的两端分别开设有通孔Ⅰ25和通孔Ⅱ26。支撑板20倾斜放置。

所述花键轴13的一端头套设有花键套11、且依次穿过带座轴承Ⅰ5、链轮Ⅰ7后与联轴器10相连；位于带座轴承Ⅰ5与链轮Ⅰ7之间设置有轴套Ⅰ12，所述轴套Ⅰ12套接设于花键套11上。所述链轮Ⅰ7固定连接于花键套11上。所述花键套11与带座轴承Ⅰ5的配合，不但起到了支撑作用，平衡了由高转速产生的偏心惯性力，而且增加了花键轴13的刚性，提高了转动的平衡性，从而降低了振动和噪音。所述轴套Ⅰ12限制了链轮Ⅰ7与带座轴承5的位置。

所述传动轴19的两端头分别依次穿过链轮Ⅱ9、带座轴承Ⅱ8、支撑板20上的通孔Ⅰ25、飞轮17后安装端盖14；所述传动轴19的两端从外向内均依次套设有螺纹套15、轴套Ⅲ16和轴套Ⅱ18；所述轴套Ⅱ18位于链轮Ⅱ9与带座轴承Ⅱ8之间；所述轴套Ⅲ16位于带座轴承Ⅱ8与支撑板20之间；所述轴套Ⅱ18与轴套Ⅲ16将限制住链轮Ⅱ9与支撑板20的位置。所述飞轮17与螺纹套15螺纹连接，所述飞轮17通过螺纹套15安装在传动轴19上；所述端盖14与传动轴19的端头通过螺钉27连接。传动轴19端部安装端盖14用来轴向夹紧螺纹套15。

所述驱动轴23的一端与电机24的输出端固定连接，其另一端穿过支撑板20上的通孔Ⅱ26后与链轮Ⅲ22固定连接。

所述链轮Ⅰ7与链轮Ⅱ9的直径比为2：1；所述链轮Ⅲ22与飞轮17的直径比为2:1。当然也可设为其它大于1的合适比例，以满足不同行走速度的要求。并且利用飞轮17来选取转速高一侧的动力传递到外骨骼，避免了康复机器人转弯时动力传递差异的问题。

本传动装置的电机24为驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机，所述联轴器10与外骨骼装置的传动轴连接，利用驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机通过该传动装置把动力传递到外骨骼装置上。所述电机24、安装板4、支撑板20都可以安装在升降装置3上。

本传动装置的工作原理：本发明的传动装置是由电机24驱动安装于驱动轴23上的链轮Ⅲ22转动，并通过链条Ⅱ带动飞轮17转动；安装板4上通过螺栓连接带座轴承Ⅰ5和带座轴承Ⅱ8，传动轴19与带座轴承Ⅱ8、支撑板20同心配合，轴套Ⅱ18与轴套Ⅲ16将限制住链轮Ⅱ9与支撑板20的位置，传动轴19端部安装端盖14来轴向夹紧螺纹套15。

所述传动轴19通过键槽与螺纹套15配合，使得与螺纹套15螺纹连接的飞轮17将动力传递到传动轴19上；链轮Ⅱ9与传动轴19通过键槽配合而转动，并通过链条Ⅰ6带动链轮Ⅰ7转动，其中链轮Ⅰ7通过轴套Ⅰ12限制与带座轴承Ⅰ5的位置；链轮Ⅰ7与花键套11通过键槽配合同步转动，并带动花键套11、花键轴13一起转动，花键轴13最后通过联轴器10将动力传递到外骨骼的传动轴上，从而使驱动下肢康复机器人移动的车轮动力传递到外骨骼上。并且当康复机器人进行转弯时，传动轴19两侧安装的电机24将产生差速，与电机24处的链轮Ⅲ22相接的链条Ⅱ21会将不同转速的动力传递到飞轮17上，当两个传动机构的飞轮17分别进行不同转速运行时，由于其固定于同一个传动轴19上，因此传动轴19的转速会于转速较高的飞轮相同，那么相对于另一个飞轮，传动轴与其运动方向相反，因此转速较低的飞轮无法传递动力，从而实现了选取转速高一侧的动力传递到外骨骼的功能，避免了康复机器人转弯时动力传递差异的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，其特征在于：包括一传动轴以及对称安装在传动轴两端的传动机构；所述传动机构包括电机、安装板、支撑板、花键轴、驱动轴、位于安装板同一侧面的链轮Ⅰ和链轮Ⅱ、以及位于支撑板同一侧面的飞轮和链轮Ⅲ；所述花键轴可旋转穿设于安装板；所述链轮Ⅰ通过花键套固定连接于花键轴上；所述传动轴的两端分别可旋转穿设于两个传动机构的安装板和支撑板；所述安装板、支撑板设置于链轮Ⅱ与飞轮之间；所述链轮Ⅱ和飞轮同轴心固定连接于传动轴上；所述驱动轴可旋转穿设于支撑板上；所述链轮Ⅲ固定连接于驱动轴上；所述链轮Ⅰ和链轮Ⅱ之间通过链条Ⅰ连接；所述飞轮和链轮Ⅲ之间通过链条Ⅱ连接；所述电机的输出端与驱动轴固定连接；所述花键轴的一端部固定连接有联轴器。

2.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，其特征在于：所述安装板上设置有带座轴承Ⅰ和带座轴承Ⅱ，所述带座轴承Ⅰ位于带座轴承Ⅱ的上方；所述支撑板的两端分别开设有通孔Ⅰ和通孔Ⅱ；所述花键轴的一端头套设有花键套、且依次穿过带座轴承Ⅰ、链轮Ⅰ后与联轴器相连；位于带座轴承Ⅰ与链轮Ⅰ之间设置有轴套Ⅰ，所述轴套Ⅰ套接设于花键套上；所述链轮Ⅰ固定连接于花键套上；

所述传动轴的两端头分别依次穿过链轮Ⅱ、带座轴承Ⅱ、支撑板上的通孔Ⅰ、飞轮后安装端盖；所述传动轴的两端从外向内均依次套设有螺纹套、轴套Ⅲ和轴套Ⅱ；所述轴套Ⅱ位于链轮Ⅱ与带座轴承Ⅱ之间；所述轴套Ⅲ位于带座轴承Ⅱ与支撑板之间；所述飞轮与螺纹套螺纹连接，所述飞轮通过螺纹套安装在传动轴上；所述端盖与传动轴的端头通过螺钉连接。

3.根据权利要求2所述的一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，其特征在于：所述驱动轴的一端与电机的输出端固定连接，其另一端穿过支撑板上的通孔Ⅱ后与链轮Ⅲ固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，其特征在于：所述链轮Ⅰ与链轮Ⅱ的直径比为2：1；所述链轮Ⅲ与飞轮的直径比为2:1。

5.根据权利要求1所述的一种下肢康复机器人外骨骼的传动装置，其特征在于：所述传动装置应用在下肢康复机器人上，所述电机为驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机，所述联轴器与外骨骼装置的传动轴连接，利用驱动下肢康复机器人移动的车轮的电机通过该传动装置把动力传递到外骨骼装置上。