CN202128848U

CN202128848U - 柔索驱动单元

Info

Publication number: CN202128848U
Application number: CN201120218245U
Authority: CN
Inventors: 张立勋; 邹宇鹏; 王克义
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-06-24

Abstract

本实用新型的目的在于提供柔索驱动单元，包括驱动单元支架、周转柔索导向装置、永磁直流力矩电机、固定柔索导向装置、柔索牵引轮、导向轴，永磁直流力矩电机安装在驱动单元支架外，柔索牵引轮安装在驱动单元支架里，永磁直流力矩电机的输出轴连接柔索牵引轮，周转柔索导向装置通过导向轴连接固定柔索导向装置，固定柔索导向装置固定在驱动单元支架里，周转柔索导向装置、导向轴安装在驱动单元支架外，柔索缠绕在柔索牵引轮上并穿过固定柔索导向装置、导向轴、周转柔索导向装置。柔索驱动单元能够完成空间多自由度的柔索驱动，驱动单元模块化，整体结构紧凑、质轻，便于空间运输和拆装。

Description

柔索驱动单元

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于康复训练中驱动绳索的机械装置。

背景技术

在载人航天事业中，探索长期有效的失重生理效应综合对抗措施是载人航天亟需解决的关键问题。随着执行航天任务时间的延长、任务日趋复杂和艰巨，针对失重飞行的防护措施也在不断更新。现阶段针对失重飞行的防护措施主要从以下几方面展开：(1)利用负压改变体液分布；(2)科学睡眠；(3)药物治疗；(4)穴位刺激；(5)体育锻炼；(6)人工重力。其中，体育锻炼是现有对抗措施中的核心内容。体育锻炼能提高宇航员心理稳定性、降低生理失调，还能减轻宇航员返回到地面后的行走困难，是目前宇航员抵抗失重影响的主要方法。

目前，国内外关于宇航员康复训练方面的专利中：专利Resistance GarmentsAnd Active Materials(专利号为12634519)提供了一种抗阻力航天服，在航天服的各个关节处链接了弹性柔索，宇航员通过克服柔索弹性锻炼身体各部分肌肉；专利Micro-g Neutral Platform for Space Travel Missions(专利号为5098040)提供了一种阻力训练器，该训练器是通过柔索将运动阻力传递到手柄上，宇航员通过该训练器对上肢肌肉进行锻炼；宇航员训练器(专利号为200710072348.1)创新性地将并联柔索驱动机器人应用到宇航员康复训练中，通过并联柔索驱动机器人模拟真实重力环境下的运动负载特性，使处于失重环境的宇航员在进行跑步训练时感受到与重力环境相当的负载，帮助宇航员进行锻炼。并联柔索驱动机器人具有构型简洁、质量和惯性小，驱动效率高，同时柔索运动范围大，便于实现复杂的位姿控制。将并联柔索驱动机器人应用到失重环境宇航员的康复训练具有无法比拟的优势，利用并联柔索驱动机器人跟随人体在进行各种运动时的复杂位姿，并把相应的载荷施加到人体上，对航天员进行全面合理地训练，这对于改善失重环境宇航员的康复训练效果具有重要的意义。

在实际训练过程中，宇航员康复训练机器人的柔索驱动单元是模块化的，各个柔索驱动单元工作效果的好坏将直接决定宇航员的康复训练效果。柔索驱动单元在准确跟随人体位姿的同时还要提供足够的负载力。因此，保证柔索驱动单元在训练过程中稳定可靠地工作是必须解决的问题。工作时柔索驱动单元必须满足以下几个要求：

1、电机驱动能力充足；驱动单元整体结构紧凑、质轻，便于拆装和运输。

2、工作过程中，柔索必须在张紧状态下缠绕在柔索牵引轮上；训练过程中柔索在驱动单元内传动是不脱落、不震荡；柔索传动阻尼小。

3、工作过程中，柔索之间、柔索与机体之间不能相互干涉。

发明内容

本实用新型的目的在于提供解决宇航员康复训练机器人的柔索驱动单元柔索容易震荡、脱落，柔索容易与机体发生干涉，驱动柔索过程中摩擦损耗大等问题的柔索驱动单元。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型柔索驱动单元，其特征是：包括驱动单元支架、周转柔索导向装置、永磁直流力矩电机、固定柔索导向装置、柔索牵引轮、导向轴，永磁直流力矩电机安装在驱动单元支架外，柔索牵引轮安装在驱动单元支架里，永磁直流力矩电机的输出轴连接柔索牵引轮，周转柔索导向装置通过导向轴连接固定柔索导向装置，固定柔索导向装置固定在驱动单元支架里，周转柔索导向装置、导向轴安装在驱动单元支架外，柔索缠绕在柔索牵引轮上并穿过固定柔索导向装置、导向轴、周转柔索导向装置。

本实用新型还可以包括：

1、所述的固定柔索导向装置包括固定导向轮支架、固定导向轮，固定导向轮通过固定轮轴安装在固定导向轮支架上，固定导向轮轮槽的宽度小于柔索牵引轮轮槽宽度。

2、还包括防松减震装置，所述的防松减震装置包括防松减震轮、轮架、连接轴、扭力弹簧、防松减震装置固定架，轮架通过轮轴连接防松减震轮，扭力弹簧安装在连接轴上，扭力弹簧和连接轴组成的机构将轮架和防松减震装置固定架连接在一起，防松减震装置固定架固定在驱动单元支架里，防松减震轮轮缘包围柔索牵引轮。

3、还包括光电编码器，所述的光电编码器安装在永磁直流力矩电机上。

4、还包括驱动单元防护罩，驱动单元防护罩和驱动单元支架相连并将驱动单元支架封闭。

本实用新型的优势在于：柔索驱动单元能够完成空间多自由度的柔索驱动，满足了宇航员康复训练机器人多种训练模式的要求，扩大了机器人的工作范围。驱动单元模块化，驱动单元整体结构紧凑、质轻，便于空间运输和拆装。柔索驱动单元可以保证柔索不脱落、不震荡，柔索传动平稳；柔索传动过程中不与机体发生干涉，柔索传动阻尼小，工作效率高。

附图说明

图1为本实用新型的总体装配图；

图2为本实用新型的内部装配图；

图3为本实用新型的固定柔索导向装置、周转柔索导向装置、导向轴和导向装置固定架的装配爆炸图；

图4本实用新型周转柔索导向装置的装配爆炸图；

图5本实用新型固定柔索导向装置的装配爆炸图；

图6本实用新型柔索防松减震装置的装配爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～6，本实用新型柔索驱动单元的总体装配图如图1所示，柔索驱动单元内部装配图如图2所示：柔索驱动单元由驱动单元防护罩1、驱动单元支架2、柔索3、周转柔索导向装置4、永磁直流力矩电机5、光电编码器6、固定柔索导向装置7、柔索牵引轮8、防松减震装置9和导向轴10组成。所述的驱动单元支架2由驱动单元固定架2_1、导向装置固定架2_2、电机固定架2_3和驱动单元侧壁2_4四部分组成。

周转柔索导向装置4、固定柔索导向装置7、导向轴10和导向装置固定架2_2之间的装配如图3所示。其中，周转柔索导向装置4通过过盈配合和弹簧挡圈10_1连接在导向轴10上，该装置位于导向装置固定架2_2的上部，柔索驱动单元的外部，是柔索传动的末端环节。固定柔索导向装置7连接在导向装置固定架2_2的下面，位于整个驱动单元内部，是柔索传动的中间环节。导向轴10通过2个深沟球轴承10_4和弹簧挡圈10_1、10_2、10_5等与导向装置固定架2_2相连，两轴承之间有套筒10_3。

所述的周转柔索导向装置4装配爆炸图如图4所示：它是由弹簧挡圈4_1和4_2、深沟球轴承4_3、周转导向轮4_4、周转轮轴4_5、周转导向轮支架4_6几部分组成。所述的固定柔索导向装置7装配爆炸图如图5所示：它是由固定导向轮支架7_1、固定轮轴7_2、弹簧挡圈7_3和固定导向轮7_4组成。所述的柔索防松减震装置9的装配爆炸图如图6所示：它是由轮轴9_1、防松减震轮9_2、弹簧挡圈9_3和9_6、轮架9_4、连接轴9_5、扭力弹簧9_7和放松减震装置固定架9_8几部分组成。

永磁直流力矩电机5通过电机定位孔连接在电机固定架2_3上。电机5后端接有光电编码器6，通过检测电机转速来检测柔索长度。永磁直流力矩电机5输出轴接有柔索牵引轮8，柔索3缠绕在上面，实现柔索3的伸缩。柔索3穿过固定柔索导向装置7、导向轴10、周转柔索导向装置4输出。本实用新型能够实现多自由度的柔索驱动，能够有效防止柔索脱落并减小震荡，防止柔索与机体干涉并减小摩擦损耗。其各项功能是这样实现的：

1.多自由度的柔索驱动。在宇航员康复训练过程中，柔索3的牵引方向以及柔索长度都要随着宇航员的运动发生变化。利用永磁直流力矩电机5带动柔索牵引轮8缠绕柔索3实现对柔索3长度控制，并利用光电编码器6检测柔索长度；当柔索3的牵引方向发生改变时，由于周转导向轮4_4相对于周转柔索导向装置4存在偏心矩，周转柔索导向装置4会跟随柔索3发生转动，实现空间多自由度的柔索驱动。

2.防止柔索脱落，减小震荡。防松减震轮9_2轮缘包围柔索牵引轮8，能避免柔索3在传动过程中脱落柔索牵引轮8；另外，固定导向轮7_4轮槽的宽度小于柔索牵引轮8轮槽宽度，也可以在一定程度上起到防脱落的作用。通过防松减震装置9的扭力弹簧9_7吸收传动过程中柔索震荡的能量，减小柔索3在驱动单元内的震荡。

3.避免柔索与机体干涉，减小摩擦损耗。导向轴10的轴线与柔索牵引轮8、固定导向轮7_4和周转导向轮4_4相切，固定导向轮支架7_1、导向轴10、周转导向轮支架4_6及导向装置固定架2_2均有通孔，柔索3穿过三者输出。两固定导向轮7_4轮槽的宽度以及深度之和小于导向轴10中孔的直径，两周转导向轮4_4轮槽宽度及深度之和小于导向轴10中孔的直径，保证柔索3不与导向轴10干涉。周转导向轮4_4轮槽宽度与柔索3直径相当，保证了柔索3稳定的在周转导向轮4_4轮槽内传动。周转导向轮支架4_6的上部有圆弧形突起，当柔索3的牵引方向发生较大角度变化时，在圆弧形突起的导向作用下，柔索3仍能回到周转导向轮4_4轮槽内，有效避免柔索与支架干涉。尼龙材质的固定导向轮7_4和防松减震轮9_2、周转导向轮4_4均能有效减小传动阻尼。

驱动单元支架2起固定支撑作用。

固定柔索导向装置7的固定导向轮7_4通过固定导向轮支架7_1连接在导向装置固定架2_2的下面，位于整个驱动单元内部，是柔索传动的中间环节。该装置可以在一定程度上避免柔索3脱离牵引轮8，主要是避免柔索3与导向轴10干涉，并减小传动阻尼。

周转柔索导向装置4的周转导向轮4_4通过周转轮轴4_5和轴承连接在周转导向轮支架4_6上，周转导向轮支架4_6通过过盈配合和轴用弹簧挡圈连接在导向轴10上。周转柔索导向装置4位于导向装置固定架2_2上部，是柔索传动的末端环节。该装置主要作用是跟随柔索3的牵引方向，避免柔索3与机体干涉，减小传动阻尼。

周转导向轮支架4_6主要作用之一是固定周转导向轮4_4；其二，支架的上部有圆弧形突起，其主要作用是保证柔索3在牵引方向发生较大角度的变化时，柔索3仍能处于周转导向轮4_4轮槽内，起一定的导向作用，有效避免柔索3与支架干涉。

导向轴10上部连接有周转柔索导向装置4，通过2个深沟球轴承和弹簧挡圈等与导向装置固定架相连。采用双排轴承由有效减小柔索驱动过程中径向力对轴承的破坏。导向轴10带着周转柔索导向装置4可绕自身轴线转动。

防松减震装置9的防松减震轮9_2通过轮轴9_1连接在轮架9_4上，扭力弹簧9_7在轮架9_4与防松减震装置固定架9_8的作用下发生弹性变形使防松减震轮9_2与柔索牵引轮8紧密配合，并且通过扭力弹簧吸收传动过程中柔索3震荡的能量。防松减震装置9连接在柔索驱动单元的侧壁上。防松减震轮9_2轮缘包围牵引轮8，能避免柔索3在传动过程中脱落。

两固定导向轮7_4轮槽的宽度小于柔索牵引轮8轮槽宽度，保证了柔索不脱离柔索牵引轮8；两固定导向轮轮槽7_4的深度之和及槽宽小于导向轴10中孔的直径，保证柔索不与导向轴干涉；周转导向轮4_4轮槽的宽度以及深度之和小于导向轴10中孔的直径，其宽度与柔索3直径相当，保证柔索3不与导向轴10干涉并稳定的工作在周转导向轮4_4轮槽内。

Claims

1.柔索驱动单元，其特征是：包括驱动单元支架、周转柔索导向装置、永磁直流力矩电机、固定柔索导向装置、柔索牵引轮、导向轴，永磁直流力矩电机安装在驱动单元支架外，柔索牵引轮安装在驱动单元支架里，永磁直流力矩电机的输出轴连接柔索牵引轮，周转柔索导向装置通过导向轴连接固定柔索导向装置，固定柔索导向装置固定在驱动单元支架里，周转柔索导向装置、导向轴安装在驱动单元支架外，柔索缠绕在柔索牵引轮上并穿过固定柔索导向装置、导向轴、周转柔索导向装置。

2.根据权利要求1所述的柔索驱动单元，其特征是：所述的固定柔索导向装置包括固定导向轮支架、固定导向轮，固定导向轮通过固定轮轴安装在固定导向轮支架上，固定导向轮轮槽的宽度小于柔索牵引轮轮槽宽度。

3.根据权利要求1或2所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括防松减震装置，所述的防松减震装置包括防松减震轮、轮架、连接轴、扭力弹簧、防松减震装置固定架，轮架通过轮轴连接防松减震轮，扭力弹簧安装在连接轴上，扭力弹簧和连接轴组成的机构将轮架和防松减震装置固定架连接在一起，防松减震装置固定架固定在驱动单元支架里，防松减震轮轮缘包围柔索牵引轮。

4.根据权利要求1或2所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括光电编码器，所述的光电编码器安装在永磁直流力矩电机上。

5.根据权利要求3所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括光电编码器，所述的光电编码器安装在永磁直流力矩电机上。

6.根据权利要求1或2所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括驱动单元防护罩，驱动单元防护罩和驱动单元支架相连并将驱动单元支架封闭。

7.根据权利要求3所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括驱动单元防护罩，驱动单元防护罩和驱动单元支架相连并将驱动单元支架封闭。

8.根据权利要求4所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括驱动单元防护罩，驱动单元防护罩和驱动单元支架相连并将驱动单元支架封闭。

9.根据权利要求5所述的柔索驱动单元，其特征是：还包括驱动单元防护罩，驱动单元防护罩和驱动单元支架相连并将驱动单元支架封闭。