CN219614816U - 柔性驱动型肌力训练装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗康复器械技术领域，具体涉及一种柔性驱动型肌力训练装置，包括驱动组件、柔性组件、输出轴、传感器组件和支撑底座；所述驱动组件安装在所述支撑底座的一侧，所述驱动组件通过所述柔性组件与所述传感器组件连接，所述传感器组件与所述输出轴连接。引入柔性组件使该装置具有一定柔性特征，在人机交互时的安全性得以保证，能够很好地抵抗冲击，起到吸震、缓震的作用。电机与减速器分体式设计通过带轮连接同样起到缓冲吸震及过载保护的作用。

Description

柔性驱动型肌力训练装置

技术领域

本实用新型涉及医疗康复器械技术领域，具体涉及一种柔性驱动型肌力训练装置。

背景技术

肌力训练装置适用于各种运动系统伤病的康复训练，同时可以对肢体运动功能的改善产生有益效果。目前的肌力训练装置主要分为驱动组件部分和传感器组件部分，如中国专利公开了一种等速肌力多关节康复训练方法与系统，申请号：202210588179.1，其利用肢体主动带动动力组件中的输出杆旋转，进行肌力测试与训练。这种结构的缺点是：现有的肌力训练装置多采用伺服电机与行星减速器直连结构，导致装置在轴向长度上增加，占用较大空间结构，不利于集成化、小型化设计。同时，驱动组件与输出轴之间采用刚性连接，装置的柔性控制不足，降低人体训练效果，刚性连接产生机械震动对整体控制精度也产生一定影响。

另外，现有的肌力训练装置需要对输出扭矩与输出角度进行测量。输出扭矩测量：采用应变片贴附在输出轴上进行扭矩参数的测量。所述测量方式在模拟信号的传输和供电过程中都需要采用同轴碳刷供电，这种方式不仅会在使用过程中产生一定的机械振动，而且接触不良会产生严重的测量误差。AD转换器测量端设置在控制板上，过长的传输线路会使模拟信号受到一定干扰；输出角度测量：多采用限位插板和感应模块(红外感应模块、超声波感应模块、电容感应模块)组合实现。具体方式为末端执行器在限位插板上旋转的过程中，感应模块通过测量进行实时的角度反馈从而完成输出角度的检测。该方式对角度的测量具有一定的局限性，因为测量角度的精度与插板限位孔数量呈正相关，限位孔数量越多测量精度越高。但随着插板限位孔数量的增加，插板整体刚度降低，且测量角度不可能做到精确覆盖整个圆周。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性驱动型肌力训练装置，以解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种柔性驱动型肌力训练装置，包括驱动组件、柔性组件、输出轴、传感器组件和支撑底座；所述驱动组件安装在所述支撑底座的一侧，所述驱动组件通过所述柔性组件与所述传感器组件连接，所述传感器组件与所述输出轴连接。采用分体式设计将伺服电机和减速器通过带传动呈90°装配，该结构不仅提高空间利用率，同时起到缓冲吸震及过载保护的作用；传感器组件：通过高精度扭矩测力传感器与绝对值编码器组合采集输出轴扭矩及角度参数。扭矩传感器代替应变片可解决接触不良及模拟信号传输过程中造成的测量误差，绝对值编码器代替限位插板可对圆周角度参数进行精密化测量。

优选地，所述驱动组件包括伺服电机、行星减速器和右框架；所述右框架固定在所述支撑底座的右侧，所述伺服电机位于所述行星减速器的上方并固定在所述右框架上，行星减速器的两端分别连接第一连接轴和第二连接轴，伺服电机的输出端固定有第一同步带轮，第一同步带轮通过同步带与所述第一连接轴上的第二同步带轮连接。

优选地，所述柔性组件包括弹性体和第三连接轴，所述弹性体的一侧与所述第二连接轴固定连接，弹性体的另一侧与所述第三连接轴的一端连接。

优选地，所述传感器组件包括扭矩传感器、绝对值编码器和左框架，所述扭矩传感器的一端与所述第三连接轴的另一端连接，扭矩传感器的另一端与所述输出轴的底座通过螺栓连接，所述输出轴通过左框架上的轴承支撑，左框架固定在支撑底座的左侧，所述输出轴上固定有第三同步带轮，第三同步带轮通过同步带与第四同步带轮连接，所述第四同步带轮通过轴承安装在第四连接轴上，第四连接轴的一端通过轴承安装在左框架上，第四连接轴的另一端与所述绝对值编码器的内部连接，绝对值编码器通过编码器支架与所述左框架连接。

优选地，所述左框架由上支架和下支架两部分构成，上支架和下支架的两侧分别通过连接块连接，连接块上带有条形槽，螺栓穿过条形槽将连接块的两侧分别与上支架和下支架连接在一起。

本实用新型的有益效果是：1、刚柔耦合，整体性能提升。引入柔性组件使装置具有一定柔性特征在人机交互时安全性得以保证，能够很好地抵抗冲击，起到吸震、缓震的作用。电机与减速器分体式设计通过带轮连接同样起到缓冲吸震及过载保护的作用。

2、可变刚度。根据刚度需求调整弹性体数量可对装置整体刚度进行调节。

3、结构紧凑。电机与减速器采用分体式呈90°装配可一定程度提高空间利用率。

4、多反馈调节。采用高精度扭矩测力传感器与绝对值编码器，可对输出轴扭矩及角度参数进行实时采集。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型中驱动组建的立体图；

图3为本实用新型中柔性组件的立体图；

图4为本实用新型中传感器组件的立体图；

图5为本实用新型的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种柔性驱动型肌力训练装置，包括驱动组件1、柔性组件2、输出轴3、传感器组件4和支撑底座5；所述驱动组件安装在所述支撑底座的一侧，所述驱动组件通过所述柔性组件与所述传感器组件连接，所述传感器组件与所述输出轴连接。

如图2所示，驱动组件主要包括伺服电机11、带传动模块12、行星减速器13、第一连接轴14和右框架15。伺服电机与行星减速器采用分体式设计，呈90°装配，电机与减速器通过带传动模块连接。具体结构为：伺服电机通过螺栓连接至右框架，伺服电机输出端与带传动组件中的第一同步带轮16通过键连接，伺服电机输出轴扭矩通过第一同步带轮、同步带、第二同步带轮17传递至第一连接轴14。第一连接轴一端与第二同步带轮通过键连接，另一端与行星减速器输入端通过键连接。行星减速器通过螺栓连接至有框架，行星减速器的另一端与第二连接轴18通过键连接。

如图3所示，柔性组件主要包括弹性体21、第三连接轴22。弹性模块一端与第二连接轴机械连接，另一端与第三连接轴机械连接。具体结构为：第二连接轴一端与行星减速器输出端通过键连接，另一端与弹性体内圈通过螺钉连接。弹性体与弹性体代替环外圈与第三连接轴底部通过连接螺栓固连。

如图4所示，传感器组件主要包括扭矩传感器41、绝对值编码器42、第四连接轴43、左框架44。扭矩传感器一端与第三连接轴通过紧定螺钉机械连接，另一端与输出轴的底座45通过螺栓相连。输出轴通过左框架上的轴承支撑，带传动模块中的第三同步带轮46架设在输出轴上，通过同步带将输出扭矩传递至第四同步带轮47。第四同步带轮通过定位套筒与法兰配合调节轴向定位，与第四连接轴通过紧定螺钉机械连接。第四连接轴通过左框架上的轴承进行支撑，另一端与绝对值编码器通过紧定螺钉机械连接。绝对值编码器通过设置在左框架上的编码器支架48机械连接。

本实用新型中，所述左框架由上支架和下支架两部分构成，上支架和下支架的两侧分别通过连接块49连接，连接块上带有条形槽，螺栓穿过条形槽将连接块的两侧分别与上支架和下支架连接在一起。这样可以调节第三同步带轮和第四同步带轮之间的同步带的松紧。

如图5所述，本装置安装在上下移动滑台6上可以实现竖直升降，底座7和四个移动轮可以实现平面移动。

驱动组件中驱动电机输出扭矩通过带传动进行传递，此处带传动可起到一定的缓冲吸振和过载保护作用，行星减速器降低电机转速提高输出扭矩。输出扭矩通过连接轴传递至弹性组件的弹性体内圈，弹性体内圈弹性支撑梁与外圈弹性支撑梁之间通过特定的弹性结构相互连接，在输出扭矩的作用下弹性结构形变带动外圈弹性支撑梁转动，从而实现弹性元件扭矩传递和缓解冲击的作用。柔性组件除上述弹性体外另设置弹性体代替圆环，该部件对整体刚度无影响，用于控制弹性体数量进而实现装置变刚度。外圈弹性支撑梁与输出轴通过螺栓固连，输出轴输出扭矩与角度参数由扭矩传感器及绝对值编码器检测并反馈至控制系统形成闭合回路。

该装置基于肌肉收缩的生物学及医学原理分为等长、等张、等速三种肌力训练模式。等长训练：末端执行器将使用者关节固定至特定位置，柔性驱动执行器检测并记录使用者肌肉做等长收缩时产生的转矩参数。等张训练：柔性驱动执行器设定恒定输出阻力矩检测并记录末端执行器的实时角度、位置。等速训练：通过对使用者肢体运动速度的提前设定提供顺应性阻力，使肌肉发挥最大的收缩能力以达到最佳的肌力训练效果。

等长训练时通过末端执行器将使用者关节保持一定位置，通过柔性驱动装置中的扭矩传感器进行使用者的输出力矩测定，此时控制系统可通过执行器反馈显示和记录实时位置及输出转矩等参数。等张训练时柔性驱动执行器输出恒定阻力矩，控制系统根据使用者肌肉收缩力矩与恒定阻力矩的比对调节末端执行器速度，当前者大于后者则执行器做加速运动。反之当后者大于前者，执行器做减速运动。等速训练时该执行器原理基于牛顿运动定律，即肢体在匀速运动过程中，肢体的作用力与电机的反作用力大小相等；当肌力增大，电机相应地增大阻力，当肌力减小，电机相应地减小阻力。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种柔性驱动型肌力训练装置，其特征在于：包括驱动组件、柔性组件、输出轴、传感器组件和支撑底座；所述驱动组件安装在所述支撑底座的一侧，所述驱动组件通过所述柔性组件与所述传感器组件连接，所述传感器组件与所述输出轴连接。

2.根据权利要求1所述的柔性驱动型肌力训练装置，其特征在于：所述驱动组件包括伺服电机、行星减速器和右框架；所述右框架固定在所述支撑底座的右侧，所述伺服电机位于所述行星减速器的上方并固定在所述右框架上，行星减速器的两端分别连接第一连接轴和第二连接轴，伺服电机的输出端固定有第一同步带轮，第一同步带轮通过同步带与所述第一连接轴上的第二同步带轮连接。

3.根据权利要求2所述的柔性驱动型肌力训练装置，其特征在于：所述柔性组件包括弹性体和第三连接轴，所述弹性体的一侧与所述第二连接轴固定连接，弹性体的另一侧与所述第三连接轴的一端连接。

4.根据权利要求3所述的柔性驱动型肌力训练装置，其特征在于：所述传感器组件包括扭矩传感器、绝对值编码器和左框架，所述扭矩传感器的一端与所述第三连接轴的另一端连接，扭矩传感器的另一端与所述输出轴的底座通过螺栓连接，所述输出轴通过左框架上的轴承支撑，左框架固定在支撑底座的左侧，所述输出轴上固定有第三同步带轮，第三同步带轮通过同步带与第四同步带轮连接，所述第四同步带轮通过轴承安装在第四连接轴上，第四连接轴的一端通过轴承安装在左框架上，第四连接轴的另一端与所述绝对值编码器的内部连接，绝对值编码器通过编码器支架与所述左框架连接。

5.根据权利要求4所述的柔性驱动型肌力训练装置，其特征在于：所述左框架由上支架和下支架两部分构成，上支架和下支架的两侧分别通过连接块连接，连接块上带有条形槽，螺栓穿过条形槽将连接块的两侧分别与上支架和下支架连接在一起。