柔索驅(qū)動六自由度并聯(lián)康復(fù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種健身器械，更確切地說，本發(fā)明涉及一種柔索驅(qū)動六自由度并聯(lián)康復(fù)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人是一種以柔索為傳動工具，柔索一端連接運(yùn)動平臺，另一端連接驅(qū)動電機(jī)，使運(yùn)動平臺在所期望的工作空間進(jìn)行運(yùn)動的新型機(jī)器人。柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人具有柔索驅(qū)動的重量輕、驅(qū)動固定、慣性小、傳動方式靈活等特點(diǎn)，又有并聯(lián)機(jī)器人的精度高、負(fù)載/自重比大、機(jī)構(gòu)無誤差積累、剛度好等特點(diǎn)。柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人主要應(yīng)用于模擬航天員失重訓(xùn)練、大型運(yùn)動場相機(jī)定位、橋梁建造、港口貨物裝卸、海底打撈、廢物清理等領(lǐng)域。
[0003]關(guān)于柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人在康復(fù)運(yùn)動領(lǐng)域的研究，取得了大量的成果:王衛(wèi)東在文獻(xiàn)《基于繩索驅(qū)動的并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人研究》中設(shè)計了基于人機(jī)工程學(xué)的并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人，主要包括機(jī)架、重力平衡單元、繩索繞放單元、康復(fù)運(yùn)動實(shí)施單元和控制單元，簡單地介紹了各個組成部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)；中國專利公告(布)號為CN102068363A，公告(布)日為2011年5月25日，發(fā)明名稱為“繩驅(qū)動腰部康復(fù)機(jī)器人”，該案中提供的機(jī)器人的控制單元通過控制各繩索的繞放單元控制相應(yīng)牽引繩繩長變化，帶動康復(fù)患者腰部依正常人步行時的骨盆運(yùn)動軌跡運(yùn)動；中國專利公告(布)號為CN101862255A，公告(布)日為2010年10月20日，發(fā)明名稱為“繩牽引下肢步態(tài)康復(fù)機(jī)器人”，該案中提供的機(jī)器人包括框架、跑步機(jī)、連桿系統(tǒng)、繩索牽引系統(tǒng)和角度傳感器，用于下肢體損傷患者做步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練或老年人體育鍛煉；中國專利公告(布)號為CN102525712A，公告(布)日為2012年7月4日，發(fā)明名稱為“一種繩牽引上肢康復(fù)機(jī)器人及其控制方法”，該案中提供的康復(fù)機(jī)器人包括中央控制裝置、控制方式選擇開關(guān)、伺服電機(jī)、牽引繩、托板和支架，被動控制和主動控制可以相互切換；中國專利公告(布)號為CN101987060A，公告(布)日為2011年3月23日，發(fā)明名稱為“繩牽引踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)”，該案中提供的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)包括底座和動平臺兩部分，用于踝關(guān)節(jié)扭傷和矯形康復(fù)訓(xùn)練。
[0004]在上述成果中，關(guān)于患者腰部康復(fù)運(yùn)動領(lǐng)域的柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人的研究很少。僅有的“繩牽引下肢步態(tài)康復(fù)機(jī)器人”中，柔索驅(qū)動運(yùn)動平臺的自由度數(shù)目相對較少;驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架上，繩索不能水平移動，導(dǎo)致康復(fù)患者的水平位移較小，運(yùn)動不便;機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中采用彈簧等柔性件，不能準(zhǔn)確地控制繩索的長度;沒有安裝傳感器等檢測元件，控制系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致控制精度較低。結(jié)合以上現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)需求，迫切地需要設(shè)計一種滿足腰部損傷患者康復(fù)的柔索驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的運(yùn)動平臺自由度數(shù)目少、康復(fù)患者水平移動位移小、運(yùn)動不便、整體結(jié)構(gòu)采用的柔性件即繩索長度難以控制、傳感器檢測和控制缺失的問題;提供了一種柔索驅(qū)動六自由度并聯(lián)康復(fù)裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的柔索驅(qū)動六自由度并聯(lián)康復(fù)裝置包括有移動驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第3機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第4機(jī)構(gòu)、固定驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)、固定驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)、繩索康復(fù)機(jī)構(gòu)與支架。
[0007]所述的移動驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第3機(jī)構(gòu)與移動驅(qū)動第4機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同；固定驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)與固定驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全相同。
[0008]移動驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第3機(jī)構(gòu)與移動驅(qū)動第4機(jī)構(gòu)依次布置在支架頂端四根橫梁的中間處，固定驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)與固定驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)依次固定在支架底端矩形框架對角線兩端的2塊結(jié)構(gòu)相同的固定底板上，繩索康復(fù)機(jī)構(gòu)布置在支架的中心處;繩索康復(fù)機(jī)構(gòu)的六根鋼絲繩的一端依次和移動驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第3機(jī)構(gòu)、移動驅(qū)動第4機(jī)構(gòu)、固定驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)與固定驅(qū)動第2機(jī)構(gòu)連接。
[0009]技術(shù)方案中所述的支架包括I號橫梁、2號橫梁、3號橫梁、4號橫梁、5號橫梁、6號橫梁、7號橫梁、8號橫梁、12根結(jié)構(gòu)相同的加強(qiáng)筋、4根結(jié)構(gòu)相同的立柱)和2個結(jié)構(gòu)相同的固定底板。
[0010]4根結(jié)構(gòu)相同的立柱(69)的上端采用螺栓依次和5號橫梁(67)、6號橫梁(68)、7號橫梁(73)與8號橫梁(74)的首尾相連接，4根結(jié)構(gòu)相同的立柱(69)的下端采用螺栓依次和I號橫梁(64)、2號橫梁(71)、3號橫梁(72)與4號橫梁(70)的首尾相連接，組成一個長方體形的框架式支架;在支架(ΥΠΟ兩側(cè)的矩形框架和后側(cè)的矩形框架的四角處分別焊接有結(jié)構(gòu)相同的加強(qiáng)筋(66)，兩塊固定底板(65)分別固定在由I號橫梁(64)、2號橫梁(71)、3號橫梁(72)與4號橫梁(70)組成的正方形框架對角線兩端的直角上。
[0011]技術(shù)方案中所述的I號橫梁、2號橫梁、3號橫梁、4號橫梁、5號橫梁、6號橫梁、7號橫梁、8號橫梁與12根結(jié)構(gòu)相同的加強(qiáng)筋均為橫截面為工字形的直桿類結(jié)構(gòu)件，I號橫梁、2號橫梁、3號橫梁、4號橫梁、5號橫梁、6號橫梁、7號橫梁與8號橫梁的兩端皆加工有螺紋孔，5號橫梁、6號橫梁、7號橫梁與8號橫梁的中間部位加工有凸臺，4個凸臺上分別沿豎直方向均勻分布有螺紋孔，立柱為橫截面是正方形的柱狀結(jié)構(gòu)件，立柱上下兩端的相鄰兩側(cè)面上分別設(shè)置有通孔。
[0012]技術(shù)方案中所述的繩索康復(fù)機(jī)構(gòu)還包括有康復(fù)腰帶、運(yùn)動基座、運(yùn)動墊、扶手、繩索掛鉤、I號拉力傳感器、2號拉力傳感器、3號拉力傳感器、4號拉力傳感器、5號拉力傳感器、6號拉力傳感器與扶手支柱。所述的六根鋼絲繩是指I號鋼絲繩、2號鋼絲繩、3號鋼絲繩、4號鋼絲繩、5號鋼絲繩與6號鋼絲繩;所述的繩索掛鉤包括I號繩索掛鉤、2號繩索掛鉤、3號繩索掛鉤、4號繩索掛鉤、5號繩索掛鉤與6號繩索掛鉤;運(yùn)動基座放置在支架底端正方形框架內(nèi)的水平地面上，運(yùn)動墊采用粘合劑固定在運(yùn)動基座的正中央，三根結(jié)構(gòu)相同的扶手支柱的底端與運(yùn)動基座采用螺釘連接，三根結(jié)構(gòu)相同的扶手支柱的頂端與扶手固定連接，康復(fù)腰帶置于扶手之中；I號鋼絲繩、2號鋼絲繩、3號鋼絲繩、4號鋼絲繩、5號鋼絲繩與6號鋼絲繩上依次安裝有I號拉力傳感器、2號拉力傳感器、3號拉力傳感器、4號拉力傳感器、5號拉力傳感器與6號拉力傳感器；I號鋼絲繩、2號鋼絲繩、3號鋼絲繩、4號鋼絲繩、5號鋼絲繩與6號鋼絲繩的一端依次和I號繩索掛鉤、2號繩索掛鉤、3號繩索掛鉤、4號繩索掛鉤、5號繩索掛鉤與6號繩索掛鉤固定連接，I號繩索掛鉤、2號繩索掛鉤、3號繩索掛鉤、4號繩索掛鉤、5號繩索掛鉤與6號繩索掛鉤依次和康復(fù)腰帶連接。
[0013]技術(shù)方案中所述的康復(fù)腰帶包括腰帶、開關(guān)座、制動開關(guān)、3個結(jié)構(gòu)相同的腰帶鎖銷、傳感器座、位移傳感器、I號繩索掛環(huán)、2號繩索掛環(huán)、3號繩索掛環(huán)、4號繩索掛環(huán)、5號繩索掛環(huán)與6號繩索掛環(huán)；I號繩索掛環(huán)、2號繩索掛環(huán)、3號繩索掛環(huán)與4號繩索掛環(huán)粘接在腰帶的周圍，其中任何相鄰的2個繩索掛環(huán)之間的夾角為九十度;5號繩索掛環(huán)粘接在3號繩索掛環(huán)與4號繩索掛環(huán)之間的中間位置，6號繩索掛環(huán)粘接在I號繩索掛環(huán)與2號繩索掛環(huán)之間的中間位置，開關(guān)座粘接在4號繩索掛環(huán)左側(cè)的腰帶(61)上，制動開關(guān)安裝在開關(guān)座上;傳感器座粘接在2號繩索掛環(huán)與3號繩索掛環(huán)之間的腰帶上，位移傳感器安裝在傳感器座上。
[0014]技術(shù)方案中所述的腰帶為開口式圓環(huán)形結(jié)構(gòu)件，腰帶采用的材質(zhì)為橡膠，腰帶開口的左側(cè)設(shè)置有3個結(jié)構(gòu)相同的腰帶鎖銷，3個結(jié)構(gòu)相同的腰帶鎖銷的中心線連線和腰帶的回轉(zhuǎn)軸線平行，相鄰2個腰帶鎖銷之間距離相等，腰帶鎖銷的頭部做成凸球形，腰帶鎖銷與腰帶做成一體，或者做成分體的;腰帶開口的右側(cè)沿軸向設(shè)置有3列結(jié)構(gòu)相同的相互平行的和腰帶鎖銷配裝的佩戴孔，每列相鄰的2個佩戴孔之間的距離與相鄰2個腰帶鎖銷之間距離相等。
[0015]技術(shù)方案中所述的移動驅(qū)動第I機(jī)構(gòu)包括有移動驅(qū)動機(jī)構(gòu)和繞線驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩部分;所述的移動驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括2根結(jié)構(gòu)相同的直線導(dǎo)軌、導(dǎo)軌底座、2個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)軌連接塊、螺母連接塊、I號電機(jī)法蘭、伺服電機(jī)、I號聯(lián)軸器、絲杠支撐座、滾珠絲杠和絲杠固定座。2根結(jié)構(gòu)相同的直線導(dǎo)軌平行對稱地安裝在導(dǎo)軌底座的頂端面上，2個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)軌連接塊與2根結(jié)構(gòu)相同的直線導(dǎo)軌上的滑塊螺栓固定連接，螺母連接塊頂端與繞線驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的移動支座采用螺栓固定連接，螺母連接塊中部的水平通孔中安裝有絲杠螺母，I號電機(jī)法蘭采用螺栓固定安裝在導(dǎo)軌底座右端的凹槽底面上，伺服電機(jī)采用螺栓固定安裝在I號電機(jī)法蘭的右端面上，伺服電機(jī)的輸出軸為水平放置，并與導(dǎo)軌底座的縱向?qū)ΨQ面共面；I號聯(lián)軸器的右端與伺服電機(jī)同軸連接，I號聯(lián)軸器的左端與滾珠絲杠的右端同軸連接，絲杠固定座采用螺栓安裝在I號聯(lián)軸器左側(cè)的導(dǎo)軌底座的凹槽底面上，滾珠絲杠通過軸承安裝在絲杠固定座上為轉(zhuǎn)動連接，滾珠絲杠的左端通過軸承安裝在絲杠支撐座上，絲杠支撐座采用螺栓安裝在導(dǎo)軌底座左端的凹槽底面上，滾珠絲杠與螺母連接塊上的絲杠螺母配裝，兩者之間為轉(zhuǎn)動連接，繞線驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過其中的移動支座安裝在2個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)軌連接塊的頂端。
[0016]技術(shù)方案中所述的繞線驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括有電機(jī)座、2號電機(jī)法蘭、I號軸承座、蝸輪、2號軸承座、繞線柱、軸、I號導(dǎo)輪、2號導(dǎo)輪、齒條座、齒輪軸、齒條、2號聯(lián)軸器、減速器、編碼器、直流電機(jī)、蝸桿、軸承座、軸套、I號鋼絲繩與支撐板。電機(jī)座采用螺栓固定在移動支座的右端，2號電機(jī)法蘭采用螺栓固定在電機(jī)座左端面上，帶有減速器的直流電機(jī)安裝在電機(jī)座上并采用螺栓通過減速器固定住2號電機(jī)法蘭的右端面上，編碼器安裝在直流電機(jī)的右端，直流電機(jī)(28)的輸出軸與繞線柱(13)的右端通過2號聯(lián)軸器(22)同軸連接，繞線柱的兩端分別通過軸承安裝在I號軸承座與2號軸承座上的軸承孔內(nèi)，I號鋼絲繩的一端纏繞在繞線柱上，I號軸承座與2號軸承座采用螺栓固定安裝在移動支座上，繞線柱上由右至左依次安裝蝸桿和軸套，蝸輪套裝在齒輪軸的一端，齒輪軸的兩端分別通過軸承安裝在軸承座與齒條座的孔中，齒輪軸與繞線柱的對轉(zhuǎn)軸線為空間垂直交叉，繞線柱的回轉(zhuǎn)軸線與齒條的縱向?qū)ΨQ面平行，齒輪軸上的齒輪與齒條嚙合，蝸桿與蝸輪嚙合連接，齒條與齒條座的底座之間為滑動連接，齒條座的底座與移動支座之間采用螺栓連接，齒條的左端面與支撐板的下端接觸連接，兩者之間采用螺栓連接，兩根結(jié)構(gòu)相同的軸采用過盈配合安裝在支撐板上半部分的兩個孔中，I號導(dǎo)輪與2號導(dǎo)輪通過軸承安裝兩根結(jié)構(gòu)相同的軸上。
[00