一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對驅(qū)動力矩有柔彈性要求的傳動裝置，尤其應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)機器人驅(qū)動領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了高效、低成本地解決由腦卒中、腦外傷等病因造成的人體上肢中樞神經(jīng)性運動障礙患者的康復(fù)治療這一社會難題，國內(nèi)外的很多專家學(xué)者都在設(shè)計針對上肢康復(fù)的裝置，并逐步取代傳統(tǒng)的醫(yī)師治療。
[0003]傳統(tǒng)的康復(fù)機器人設(shè)計中，康復(fù)機器人都有一個共同點:機器人各關(guān)節(jié)的設(shè)計主要采用剛性的設(shè)計方法，采用電機、減速器等作為機器人關(guān)機的驅(qū)動單元。這種關(guān)節(jié)設(shè)計缺乏柔彈性單元，較大的沖擊不僅使得康復(fù)機器人關(guān)節(jié)容易受到外部沖擊而損壞，直接影響了機器人的正常運行，甚至可能對患者造成二次傷害。近些年來，不同學(xué)者提出了具有力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)設(shè)計和串聯(lián)彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)設(shè)計等方法，使得機器人可以避免外部沖擊對執(zhí)行關(guān)節(jié)的影響，并且為機器人與人和環(huán)境的交互創(chuàng)造良好的條件。然而，基于力/力矩傳感器的柔性關(guān)節(jié)本身并不具備柔性的特點，抗外部沖擊的性能并非最佳，基于串聯(lián)彈性驅(qū)動關(guān)節(jié)具有良好的抗沖擊和力感知性能，但其占空空間大、結(jié)構(gòu)不緊湊，很難設(shè)計出空間小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊和實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)。目前，國內(nèi)能應(yīng)用于康復(fù)機器人上的柔彈性關(guān)節(jié)還非常少。浙江大學(xué)的楊燦軍等人設(shè)計的基于柔繩傳動的外骨骼柔性關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置專利號CN103315881A能實現(xiàn)柔彈性傳動，但是其占用空間的，且要固定在機器人上，不能隨著機器人的一起運動，因此其應(yīng)用范圍非常有限。江南大學(xué)的章軍等人設(shè)計的一種可多方向彎曲的柔性關(guān)節(jié)專利號CN2767081Y只能實現(xiàn)關(guān)節(jié)的彎曲運動，并不能實現(xiàn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，而且其占用空間大，應(yīng)用于康復(fù)機器人上不現(xiàn)實。
[0004]本發(fā)明的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)使得康復(fù)機器人關(guān)節(jié)正反轉(zhuǎn)都具備有柔彈性，傳動精確，能夠跟隨機器人一起運動，控制了關(guān)節(jié)的大小，使之結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計更加靈活，改變了傳統(tǒng)康復(fù)機器人關(guān)節(jié)的設(shè)計模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)問題為:本發(fā)明提供的基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)使得康復(fù)機器人關(guān)節(jié)正反轉(zhuǎn)都具備有柔彈性，解決了由于外部載荷對康復(fù)機器人和人產(chǎn)生的剛性沖擊的問題，避免了由于剛性沖擊對機器人和人體造成損害的風(fēng)險。同時，解決了傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)占用空間大、結(jié)構(gòu)松散等問題。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)的模式，適用于升級現(xiàn)在康復(fù)機器人和機器臂關(guān)節(jié)，有助于促進機器人的更新?lián)Q代。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]—種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，包括輸入軸1、輸出軸9與套筒8，還包括第一單向軸承2、彈性體3，4、第二單向軸承5，所述輸入軸I上從左右到右依次固定連接有第一單向軸承2、彈性體3，4、第二單向軸承5、第二單向軸承5，所述第一單向軸承2、彈性體3，4、第二單向軸承5整體裝入所述套筒8的內(nèi)部并與套筒8固定連接，所述輸出軸9通過法蘭盤10固定在套筒8的端部；驅(qū)動單元帶動輸入軸9轉(zhuǎn)動，通過第一單向軸承2、彈性體3，4與第二單向軸承5整體的協(xié)同作用使得輸出軸9進行柔性輸出。
[0008]進一步地，所述第一單向軸承2、第二單向軸承5與套筒6的內(nèi)壁過盈配合，所述彈性體3，4通過長銷6，7與套筒6的內(nèi)壁固定連接。
[0009]進一步地，所述輸入軸I的一端開有鍵槽，用于連接電機或者減速器等驅(qū)動單元，另一端開有兩個相互對稱長鍵槽；所述第一單向軸承2、彈性體3，4與第二單向軸承5的內(nèi)圈均開有兩個對稱銷槽，該對稱的銷槽通過鍵與輸入軸I上的長鍵槽配合。
[0010]進一步地，所述第一單向軸承2、彈性體3，4與第二單向軸承5的外圈均開有兩個對稱銷槽，其與內(nèi)圈的銷槽位于同一徑向位置，套筒8的內(nèi)壁也開有兩個互相對稱的長銷槽，彈性體3，4外圈的銷槽與套筒8內(nèi)壁的銷槽通過長銷6，7鍵連接，從而實現(xiàn)了彈性體3，4與套筒8的固定連接。
[0011]進一步地，所述第一單向軸承2與第二單向軸承5為反向安裝設(shè)置。
[0012]進一步地，所述彈性體3，4的數(shù)量為兩個，并且其由彈簧鋼等彈性材料制作而成。
[0013]進一步地，所述彈性體3，4的端面開有兩條互成180度的阿基米德螺線槽11。
[0014]進一步地，所述輸出軸9與法蘭盤10焊接固定，所述套筒8與輸出軸9所連接一端的端面上設(shè)有若干螺紋孔，所述法蘭盤10通過螺釘固定連接在所述套筒8上。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:(I)本發(fā)明的輸入軸由電機、減速器等驅(qū)動單元作為動力輸入，在克服以及單向軸承與彈性體的阻力后，輸出軸能夠進行柔性輸出；(2)本發(fā)明的彈性關(guān)節(jié)正反轉(zhuǎn)都具備有柔彈性，傳動精確，能夠跟隨機器人一起運動，關(guān)節(jié)的尺寸可變，結(jié)構(gòu)更加緊湊。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)分解示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明輸入軸的主視圖。
[0019]圖4為本發(fā)明彈性體的主視圖。
[0020]圖5為本發(fā)明單向軸承的軸向視圖。
[0021]圖6為本發(fā)明輸出軸的角速度輸出曲線圖。
[0022]圖中:I輸入軸，2第一單向軸承，3彈性體一，4彈性體二，5第二單向軸承，6長銷一，7長銷二，8套筒，9輸出軸，10法蘭盤，11阿基米德螺線槽
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0024]實施例一:
[0025]如圖1-2所示，本發(fā)明所涉及的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)包括輸入軸1、第一單向軸承2、彈性體一 3、彈性體二 4、第二單向軸承5、長銷一 6、長銷二 7、套筒8、輸出軸9和法蘭盤10。
[0026]如圖3所示，輸入軸I的一端開有鍵槽，用于連接電機或者減速器等驅(qū)動單元，另一端開有兩個對稱的長鍵槽，用于連接第一單向軸承2、彈性體一 3、彈性體二 4和第二單向軸承5，位移長鍵槽左右兩側(cè)各開有一槽，用于卡簧的定位。
[0027]如圖4所示，彈性體一 3和彈性體二 4是由彈簧鋼等彈性材料制作而成，內(nèi)孔壁上開有兩個鍵槽，用于和輸入軸I上的兩個長鍵槽連接，外圓柱壁上開有兩個銷槽，用于和套筒8上所開銷槽連接。彈性體上開有兩條互成180度的阿基米德螺線槽，以便于彈性體更加輕松地扭曲變形。
[0028]如圖5所示，第一單向軸承2和第二單向軸承5內(nèi)圈開有兩個鍵槽通過鍵和輸入軸I上的兩個長鍵槽連接，外圈與套筒8過盈配合，外圈上開有兩個槽，便于長銷從中通過。第一單向軸承2和第二單向軸承5安裝方向相反，單向軸承正向無阻力轉(zhuǎn)動，反向轉(zhuǎn)動時需克服一定的阻力后才能轉(zhuǎn)動，因此輸入軸不論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)都需克服一個單向軸承的阻力才能轉(zhuǎn)動。
[0029]套筒8內(nèi)壁上開有兩個銷槽，用于和彈性體一 3、彈性體二 4上所開銷槽連接，套筒8底面有若干螺紋通孔，用于和法蘭盤10上通孔螺釘連接。輸出軸9上開有鍵槽，用于和齒輪等傳動元件的連接。法蘭盤10上開有若干通孔，用于和套筒8底面上若干通孔螺栓連接，它與輸出軸9焊接固定連接。
[0030]實施例二:
[0031]試驗采用電機作為本發(fā)明的柔性關(guān)節(jié)的動力輸入端，在輸出軸9上安裝角速度傳感器，然后開啟電機，采集角速度數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)整理可以得到圖6。由圖6可得，電機通電后輸出軸沒有立即轉(zhuǎn)動，而是經(jīng)過大約0.2s的時間才開始緩慢轉(zhuǎn)動，經(jīng)過大致1.2s速度才趨于穩(wěn)定，試驗結(jié)果顯示本發(fā)明的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)具備良好的柔性輸出。
[0032]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，包括輸入軸(1)、輸出軸(9)與套筒(8)，其特征在于，還包括第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)、第二單向軸承(5)，所述輸入軸(I)上從左右到右依次固定連接有第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)、第二單向軸承(5)、第二單向軸承(5)，所述第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)、第二單向軸承(5)整體裝入所述套筒(8)的內(nèi)部并與套筒(8)固定連接，所述輸出軸(9)通過法蘭盤(10)固定在套筒(8)的端部；驅(qū)動單元帶動輸入軸(9)轉(zhuǎn)動，通過第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)與第二單向軸承(5)整體的協(xié)同作用使得輸出軸(9)進行柔性輸出。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一單向軸承(2)、第二單向軸承(5)與套筒(6)的內(nèi)壁過盈配合，所述彈性體(3，4)通過長銷(6，7)與套筒(6)的內(nèi)壁固定連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述輸入軸(I)的一端開有鍵槽，用于連接電機或者減速器等驅(qū)動單元，另一端開有兩個相互對稱長鍵槽；所述第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)與第二單向軸承(5)的內(nèi)圈均開有兩個對稱銷槽，該對稱的銷槽通過鍵與輸入軸(I)上的長鍵槽配合。4.如權(quán)利要求2所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一單向軸承(2)、彈性體(3，4)與第二單向軸承(5)的外圈均開有兩個對稱銷槽，其與內(nèi)圈的銷槽位于同一徑向位置，套筒(8)的內(nèi)壁也開有兩個互相對稱的長銷槽，彈性體(3,4)外圈的銷槽與套筒(8)內(nèi)壁的銷槽通過長銷(6，7)鍵連接，從而實現(xiàn)了彈性體(3，4)與套筒(8)的固定連接。5.如權(quán)利要求2所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述第一單向軸承(2)與第二單向軸承(5)為反向安裝設(shè)置。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述彈性體(3，4)的數(shù)量為兩個，并且其由彈簧鋼等彈性材料制作而成。7.如權(quán)利要求6所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述彈性體(3，4)的端面開有兩條互成180度的阿基米德螺線槽(11)。8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，其特征在于，所述輸出軸(9)與法蘭盤(10)焊接固定，所述套筒(8)與輸出軸(9)所連接一端的端面上設(shè)有若干螺紋孔，所述法蘭盤(10)通過螺釘固定連接在所述套筒(8)上。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于阿基米德螺線彈性體的柔彈性關(guān)節(jié)，包括輸入軸、第一單向軸承、彈性體、第二單向軸承、長銷、套筒、輸出軸和法蘭盤。應(yīng)用至康復(fù)機器人關(guān)節(jié)中，使得康復(fù)機器人關(guān)節(jié)正反轉(zhuǎn)都具備有柔彈性，解決了由于外部載荷對康復(fù)機器人和人產(chǎn)生的剛性沖擊的問題，避免了由于剛性沖擊對機器人和人體造成損害的風(fēng)險。同時，解決了傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)占用空間大、結(jié)構(gòu)松散等問題。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)的模式，適用于升級現(xiàn)在康復(fù)機器人和機器臂關(guān)節(jié)，有助于促進機器人的更新?lián)Q代。
【IPC分類】B25J17/00
【公開號】CN105082170
【申請?zhí)枴緾N201510471447
【發(fā)明人】楊啟志, 汪志煥, 宋俊朋, 趙金海, 盧青, 馬新坡
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月5日