RU2766721C1 - Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton - Google Patents
Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766721C1 RU2766721C1 RU2021103430A RU2021103430A RU2766721C1 RU 2766721 C1 RU2766721 C1 RU 2766721C1 RU 2021103430 A RU2021103430 A RU 2021103430A RU 2021103430 A RU2021103430 A RU 2021103430A RU 2766721 C1 RU2766721 C1 RU 2766721C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- axis
- exoskeleton
- oriented parallel
- coupled
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к робототехнике и может быть использована в конструкциях экзоскелетов, чтобы приводить в движение верхние и/или нижние конечности человека.SUBSTANCE: group of inventions relates to robotics and can be used in exoskeleton structures to set in motion the upper and/or lower limbs of a person.
Известно использование в экзоскелетах сервоприводов с выходными валами и электродвигателями (см. патент РФ № 156507, МПК A62B 99/00, A61H 3/00, опубл. 10.11.2015).It is known to use servo drives with output shafts and electric motors in exoskeletons (see RF patent No. 156507, IPC A62B 99/00,
Недостатками известного решения являются высокая стоимость, обусловленная применением сервоприводов, поддержание крутящего момента преимущественно на высоких оборотах, а также сложность эксплуатации сервоприводов за счет необходимости их подключения и настройки.The disadvantages of the known solution are the high cost due to the use of servo drives, maintaining torque mainly at high speeds, as well as the complexity of operating servo drives due to the need to connect and configure them.
В качестве ближайшего аналога принят редуктор экзоскелета нижних конечностей, содержащий исполнительный элемент экзоскелета, каркас с закрепленным на нем двигателем, причем вал двигателя сопряжен со вторым параллельным валом с помощью передачи, причем на втором валу закреплена вторая передача (см. патент РФ № 2712068, МПК A61H 3/00, опубл. 24.01.2020).As the closest analogue, a reducer of the exoskeleton of the lower extremities was adopted, containing the executive element of the exoskeleton, a frame with a motor fixed on it, and the motor shaft is connected to the second parallel shaft by means of a gear, and the second gear is fixed on the second shaft (see RF patent No. 2712068, IPC
Недостатками ближайшего аналога являются конструктивная сложность устройства за счет большого количества элементов, которая обуславливает и достаточно высокие массогабаритные характеристики.The disadvantages of the closest analogue are the design complexity of the device due to the large number of elements, which also causes a fairly high weight and size characteristics.
Задачей, на решение которой направлена группа изобретений, является разработка эффективного, компактного и легкого редуктора.The task to be solved by the group of inventions is the development of an efficient, compact and lightweight gearbox.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в следующем:The technical result, which is achieved when solving the problem, is expressed as follows:
- эффективная передача крутящего момента от двигателя к исполнительному элементу экзоскелета;- efficient transmission of torque from the engine to the actuating element of the exoskeleton;
- обратимость - при отключении напряжения можно вручную вернуть конечности в любое положение;- reversibility - when the voltage is turned off, you can manually return the limbs to any position;
- возможность эксплуатации при температурах от -20°С до +40°С;- possibility of operation at temperatures from -20°С to +40°С;
- уменьшение массогабаритных характеристик;- reduction of weight and size characteristics;
- возможность ориентации исполнительного элемента экзоскелета как вдоль оси вала двигателя, так и перпендикулярно оси вала двигателя;- the possibility of orientation of the actuating element of the exoskeleton both along the axis of the motor shaft and perpendicular to the axis of the motor shaft;
- расширение области применения за счет возможности изменения типов и перестановки передач, а также изменения количества передач и валов.- expansion of the scope due to the possibility of changing the types and rearrangement of gears, as well as changing the number of gears and shafts.
Поставленная задача решается тем, что редуктор верхних и нижних конечностей экзоскелета, содержащий исполнительный элемент экзоскелета, каркас с жестко и съемно закрепленным на нем двигателем, валы, сопряженные друг с другом посредством передач, причем пара валов ориентирована параллельно друг другу, отличается тем, что вал двигателя сопряжен со вторым валом посредством первой волновой передачи с передаточным числом 80, при этом второй вал выполнен соосным с валом двигателя или его ось ориентирована параллельно оси вала двигателя, кроме того, второй вал посредством второй зубчатой передачи с передаточным числом 1:5 сопряжен с третьим валом, ось которого ориентирована параллельно второму валу и на котором жестко зафиксирован исполнительный элемент экзоскелета.The problem is solved by the fact that the reducer of the upper and lower limbs of the exoskeleton, containing the executive element of the exoskeleton, the frame with the engine rigidly and detachably fixed on it, the shafts coupled to each other by means of gears, and the pair of shafts is oriented parallel to each other, is characterized in that the shaft the second shaft is coupled with the second shaft through the first wave transmission with a gear ratio of 80, while the second shaft is made coaxial with the motor shaft or its axis is oriented parallel to the axis of the motor shaft, in addition, the second shaft is associated with the third through the second gear with a gear ratio of 1:5 a shaft, the axis of which is oriented parallel to the second shaft and on which the actuating element of the exoskeleton is rigidly fixed.
Поставленная задача также решается тем, что редуктор верхних и нижних конечностей экзоскелета, содержащий исполнительный элемент экзоскелета, каркас с жестко и съемно закрепленным на нем двигателем, валы, сопряженные друг с другом посредством передач, причем пара валов ориентирована параллельно друг другу, отличается тем, что вал двигателя сопряжен со вторым валом посредством первой планетарной передачи с передаточным числом 20, при этом второй вал выполнен соосным с валом двигателя или его ось ориентирована параллельно оси вала двигателя, кроме того, второй вал посредством второй ременной передачи с передаточным числом 4 сопряжен с третьим валом, ось которого ориентирована параллельно второму валу, кроме того, третий вал посредством третьей конической передачи с передаточным числом 4 сопряжен с четвертым валом, ось которого ориентирована перпендикулярно оси третьего вала, а четвертый вал посредством четвертой зубчатой передачи с передаточным числом 1,15 сопряжен с пятым валом, ось которого ориентирована параллельно оси четвертого вала и на котором жестко зафиксирован исполнительный элемент экзоскелета.The problem is also solved by the fact that the reducer of the upper and lower limbs of the exoskeleton, containing the executive element of the exoskeleton, the frame with the engine rigidly and detachably fixed on it, the shafts coupled to each other by means of gears, and the pair of shafts is oriented parallel to each other, is characterized in that the motor shaft is coupled with the second shaft through the first planetary gear with a gear ratio of 20, while the second shaft is made coaxial with the motor shaft or its axis is oriented parallel to the axis of the motor shaft, in addition, the second shaft is connected to the third shaft by means of a second belt drive with a gear ratio of 4 , the axis of which is oriented parallel to the second shaft, in addition, the third shaft is associated with the fourth shaft through the third bevel gear with a gear ratio of 4, the axis of which is oriented perpendicular to the axis of the third shaft, and the fourth shaft is associated with the fifth shaft, cat axle The other one is oriented parallel to the axis of the fourth shaft and on which the actuating element of the exoskeleton is rigidly fixed.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the set of essential features of the proposed technical solution and the set of essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty".
При этом отличительные признаки формул изобретений позволяют увеличить значение крутящего момента, передаваемого от двигателя к исполнительному элементу экзоскелета.At the same time, the distinctive features of the claims of the inventions make it possible to increase the value of the torque transmitted from the engine to the actuating element of the exoskeleton.
На фиг.1 приведена общая схема редуктора верхних и нижних конечностей экзоскелета, описанного в первом независимом пункте формулы.Figure 1 shows a General diagram of the gearbox of the upper and lower limbs of the exoskeleton described in the first independent claim.
На фиг.2 приведена общая схема редуктора верхних и нижних конечностей экзоскелета, описанного во втором независимом пункте формулы.Figure 2 shows a General diagram of the gearbox of the upper and lower limbs of the exoskeleton described in the second independent claim.
На фиг.3 изображен пример экзоскелета с заявляемыми редукторами.Figure 3 shows an example of an exoskeleton with the inventive gearboxes.
На чертежах показаны исполнительный элемент 1 экзоскелета, каркас 2, двигатель 3, валы 4-8 двигателя и со второго по пятый и передачи 9-12 с первой по четвертую.The drawings show the
На каркасе 2 жестко и съемно закреплен двигатель 3.The
В полости каркаса 2 с возможностью вращения закреплены валы 4-8, на последнем из которых закреплен исполнительный элемент 1 экзоскелета, и передачи 9-12. Тем самым каркас 2 защищает внутренние элементы от неблагоприятных внешних факторов.Shafts 4-8 are fixed in the cavity of the
Вал 4 двигателя 3 сопряжен посредством первой передачи 9 со вторым валом 5, ось которого совпадает либо параллельна оси вала 4 двигателя 3.The
Второй вал 5 посредством второй передачи 10 сопряжен с третьим валом 6, ось которого ориентирована параллельно второму валу 5.The
Третий вал 6 посредством третьей передачи 11 сопряжен с четвертым валом 7, ось которого ориентирована перпендикулярно оси третьего вала 6.The
Четвертый вал 7 посредством четвертой передачи 12 сопряжен с пятым валом 8, ось которого ориентирована параллельно оси четвертого вала 7.The
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device works as follows.
При включении двигателя 3 его вал 4 начинает вращаться, крутящий момент передается с вала 4 двигателя 3 на первую передачу 9, в результате начинается вращаться второй вал 5, а крутящий момент передается затем на вторую передачу 10, за счет чего начинает вращаться третий вал 6.When the
В редукторе верхних и нижних конечностей экзоскелета с двумя передачами (см. фиг.1) за счет вращения третьего вала 6 происходит поворот зафиксированного на нем исполнительного элемента 1 экзоскелета.In the gearbox of the upper and lower extremities of the exoskeleton with two gears (see figure 1) due to the rotation of the
В редукторе верхних и нижних конечностей экзоскелета с четырьмя передачами (см. фиг.2) крутящий момент с третьего вала 6 передается на третью передачу 11, за счет чего начинает вращаться четвертый вал 7, крутящий момент с четвертого вала 7 передается на четвертую передачу 12, начинает крутиться пятый вал 8 и происходит поворот зафиксированного на нем исполнительного элемента 1 экзоскелета.In the gearbox of the upper and lower extremities of the exoskeleton with four gears (see figure 2), the torque from the
Авторы определили характеристики разных вариантов устройств:The authors determined the characteristics of different device options:
- для редуктора с двумя передачами (см. фиг.1) и входным крутящим моментом 3 Н⋅м значение выходного крутящего момента составило 880 Н⋅м;- for a gearbox with two gears (see Fig.1) and an input torque of 3 N⋅m, the value of the output torque was 880 N⋅m;
- для редуктора с четырьмя передачами (см. фиг.2) и входным крутящим моментом 1,1 Н⋅м значение выходного крутящего момента составило 368 Н⋅м.- for a gearbox with four gears (see Fig.2) and an input torque of 1.1 N⋅m, the value of the output torque was 368 N⋅m.
Учитывая вышесказанное можно сделать вывод, что значение выходного крутящего момента при минимальном количестве конструктивных элементов можно увеличить в сравнении со значением входного крутящего момента в сотни раз.Given the above, we can conclude that the value of the output torque with a minimum number of structural elements can be increased in comparison with the value of the input torque by hundreds of times.
Таким образом, группа заявляемых устройств отличается высокой производительностью и простотой конструкции при сниженных массогабаритных характеристиках.Thus, the group of the proposed devices is characterized by high performance and simplicity of design with reduced weight and size characteristics.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103430A RU2766721C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103430A RU2766721C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766721C1 true RU2766721C1 (en) | 2022-03-15 |
Family
ID=80736625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021103430A RU2766721C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766721C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160153535A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-02 | Industrial Technology Research Institute | Compliance motor structure and manufacturing method thereof |
JP2017013157A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | ボッシュ株式会社 | Leg part or arm part movement supporting wearable robot |
WO2018065913A1 (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation |
RU2712068C1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОТЕХНОЛОГИИ" (ООО "Экзотехнологии") | Exoskeleton of lower extremities |
CN111358669A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-03 | 北京大艾机器人科技有限公司 | Driving device for exoskeleton robot and exoskeleton robot |
CN112109113A (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-22 | 上海微电机研究所(中国电子科技集团公司第二十一研究所) | Integrated exoskeleton robot joint assembly |
-
2021
- 2021-02-12 RU RU2021103430A patent/RU2766721C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160153535A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-02 | Industrial Technology Research Institute | Compliance motor structure and manufacturing method thereof |
JP2017013157A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | ボッシュ株式会社 | Leg part or arm part movement supporting wearable robot |
WO2018065913A1 (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Modular and minimally constraining lower limb exoskeleton for enhanced mobility and balance augmentation |
CN111358669A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-03 | 北京大艾机器人科技有限公司 | Driving device for exoskeleton robot and exoskeleton robot |
RU2712068C1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-01-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКЗОТЕХНОЛОГИИ" (ООО "Экзотехнологии") | Exoskeleton of lower extremities |
CN112109113A (en) * | 2020-08-31 | 2020-12-22 | 上海微电机研究所(中国电子科技集团公司第二十一研究所) | Integrated exoskeleton robot joint assembly |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101310403B1 (en) | Planetary gear system using two input characteristic and gear module thereof and method for controlling the same | |
RU2013111784A (en) | MOTOR AND TRANSMITTING MOVEMENT ASSEMBLY, IN PARTICULAR, FOR HYDRO-WING AIRCRAFT | |
US8733207B2 (en) | Method of driving joint device | |
RU2009112491A (en) | DRIVE UNIT | |
EP2740970A1 (en) | Composite drive device and robot | |
CN107825459A (en) | Mechanical arm joint and six-degree-of-freedom mechanical arm | |
CN110641571A (en) | Twelve-degree-of-freedom bionic quadruped robot and working method thereof | |
CN105877972A (en) | Exoskeleton rehabilitation machine arm rotating joint | |
RU2766721C1 (en) | Reducer of upper and lower extremities of exoskeleton | |
CN109692061B (en) | Planetary transmission type artificial limb hand | |
JP2007298114A (en) | Driving device and joint apparatus | |
JP6568381B2 (en) | Gear mechanism and hand mechanism that can extract power from multiple directions | |
CN105965499A (en) | Transmission gear of horizontal multi-joint robot wrist rotating shaft | |
JP3168711U (en) | Two-way input / one-way output gear train | |
RU2784494C1 (en) | Converter of reciprocating motion to unidirectional rotational | |
KR101201415B1 (en) | Actuator using movable pulley | |
JP2002005248A (en) | Reduction gear and motor provided with the same | |
CN109424700A (en) | A kind of double star wheel reducers | |
RU93063U1 (en) | MECHANISM OF THE CONTINUOUS TURN OF THE TRANSPORT MACHINE (OPTIONS) | |
CN208749936U (en) | A kind of epicyclic gearing applied to MPV sliding door | |
RU78469U1 (en) | KINEMATIC HELICOPTER REDUCER DIAGRAM | |
RU2813755C1 (en) | Converter of reciprocating motion into unidirectional rotary motion | |
CN111137435A (en) | Double-acting wing | |
RU2810824C1 (en) | Ornithopter | |
RU2714990C1 (en) | Planetary reduction gear |