一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人

摘要

本发明公开了一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人，主要包括穿戴式外骨骼机构、非线性驱动机构。所述的穿戴式外骨骼机构有一个自由度，用以模拟肘关节的运动，其结构主要包括大臂、小臂、驱动轮和支撑架；非线性驱动机构包括电机丝杆和连杆-弹簧非线性机构；连杆-弹簧非线性机构由Robert直线机构和线性弹簧组成，其输出力与钢丝绳长度变化为二次非线性关系。康复机器人采用两个非线性驱动系统驱动，该结构与人体关节相似。由于驱动系统的柔顺性，患者在康复训练过程中具有较高的安全性。由于连杆-弹簧非线性机构输出力与钢丝绳长度变化为二次多项式，可以将关节刚度和关节角度分开控制，使整个系统在保持柔性的同时不会影响对关节位置的控制精度。

主权项

一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人，包括一个穿戴式外骨骼机构、两个连杆‑弹簧非线性机构和两个电机丝杆直线运动机构；所述的穿戴式外骨骼机构包括大臂（1）、大臂支撑架（2）、大臂调节轴（3）、大臂支撑架底座（4）、肘关节连接块（5）、关节连接销轴（6）、肘关节驱动轮（7）、编码器安装弹簧片（8）、编码器（9）、小臂（10）、小臂支撑架（11）、小臂调节轴（12）和小臂支撑底座（13），所述大臂支撑架（2）为U型支架，U字形支架底端与大臂调节轴（3）固连，大臂调节轴（3）通过螺钉与大臂支撑架底座（4）相连，大臂支撑架底座（4）与大臂（1）固连，肘关节连接块（5）分别与肘关节驱动轮（7）、小臂（10）固连，大臂（1）通过关节连接销轴（6）与肘关节连接块（5）转动连接，构成转动副，编码器安装弹簧片（8）将编码器（9）与肘关节驱动轮（7）相连，小臂（10）与小臂支撑底座（13）固连，小臂调节轴（12）通过螺钉与小臂支撑底座（13）相连，小臂支撑底座（13）与小臂支撑架（11）U字型底部固连；其特征在于：1). 所述连杆‑弹簧非线性机构包括机架（15）、从动摇杆底座（16）、从动摇杆转动轴（17）、从动摇杆（18）、弹簧（19）、摇杆‑连杆连接轴（20）、连杆（21）、主动摇杆（22）、滚筒（23）、主动摇杆转动轴（24）和主动摇杆底座（25），所述从动摇杆底座（16）固连在机架上，通过从动摇杆转动轴（17）与从动摇杆（18）转动相连，从动摇杆（18）与连杆（21）由摇杆‑连杆连接轴转动相连，弹簧（19）一端与从动摇杆转动轴（17）相连，另一端与连杆（21）下端通过销轴相连，摇杆‑连杆连接轴（20）将连杆（21）与主动摇杆（22）转动相连，主动摇杆（22）固连在滚筒（23）上，滚筒（23）与前后2个主动摇杆底座（25）由主动摇杆转动轴（24）转动相连构成转动副；2). 所述电机丝杆直线机构包括动滑轮（26）、销轴（27）、动滑轮支架（28）、丝杆（29）、丝杆螺母套（30）、大带轮（31）、同步带（32）、小带轮（33）、支架（34）、电机（35）、套筒（36）和端盖（37），所述动滑轮（26）通过销轴（27）支承在动滑轮支架（28）上，丝杆（29）前端有螺纹与动滑轮连接架（28）固定相连，大带轮（31）与丝杆螺母固连，同步带（32）将小带轮（33）与大带轮（31）相连，电机（35）输出轴通过键与小带轮（33）相连，电机（35）固定在支架（34）上，丝杆螺母套（30）与套筒（36）同样固定在支架（34）上，端盖固定在套筒（36）；3). 所述两个连杆‑弹簧非线性机构分别安装在穿戴式外骨骼机构的大臂（1）和小臂（10）的下方，所述两个电机丝杆直线运动机构分别安装在两个连杆‑弹簧非线性机构的下方；一根钢丝绳（14）的一端绕在一个连杆‑弹簧非线性机构的滚筒（23）上，然后依次绕过同侧安装的电机丝杆直线运动机构的动滑轮（26）、穿戴式外骨骼机构的肘关节驱动轮（7）、另一电机丝杆直线运动机构的动滑轮（26），最后另一端绕在另一个连杆‑弹簧非线性机构的滚筒（23）上。