專利名稱：柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柔順機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，涉及一種柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低、使用可靠等特點(diǎn)，可用于很多需要恒定力支撐的場(chǎng)合，比如醫(yī)療、家電、交通、建筑、冶金等領(lǐng)域的機(jī)械產(chǎn)品中。
背景技術(shù)：
恒力機(jī)構(gòu)在一個(gè)較大的運(yùn)動(dòng)輸入范圍內(nèi)其輸出端產(chǎn)生的反力是基本不變的。當(dāng)前的恒力機(jī)構(gòu)一般都是剛性恒力機(jī)構(gòu)，如CN101652594 A，CN 101545562 A等，都是通過(guò)改變線彈性彈簧或蝶形彈簧作用的矩來(lái)實(shí)現(xiàn)恒力，或通過(guò)組合線彈性彈簧亦或蝶形彈簧于不同方位上，當(dāng)輸出端按指定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)(或一部分)彈簧變形增大，同時(shí)另一個(gè)(或另一部分)彈簧的變形減小，使得相互補(bǔ)償后輸出端產(chǎn)生的總體反力基本保持恒定。受機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性及重量的限制，當(dāng)前的恒力機(jī)構(gòu)大多用于吊架與支架等工程領(lǐng)域，而在生活領(lǐng)域很少應(yīng)用，比如用于下肢受傷病人的醫(yī)療器械均為剛性機(jī)構(gòu)，CN 2128879Y，CN 2885222Y 等，均未考慮柔順恒力機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，且使用時(shí)只能躺著或坐著，大大降低了便利性、舒適性及康復(fù)活動(dòng)的主動(dòng)性；又如常見(jiàn)的電腦顯示器支座或大型電子顯示屏大都是用剛性機(jī)構(gòu)支撐，使其無(wú)法得到在某些場(chǎng)合所需的上下移動(dòng)，降低了實(shí)用性，而有可移動(dòng)性的支座CN 101178944A，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大大降低了支座的簡(jiǎn)易性及經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、穩(wěn)定性好的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以在一定的位移范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定力輸出來(lái)支撐其他物體，如用于康復(fù)器械支撐下肢受傷病人的上身重量、用于顯示器的支撐座等。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是它將柔性桿、剛性桿按順序與導(dǎo)向塊固結(jié)形成組合桿，所述的柔性桿包括第一柔性桿、第二柔性桿、第三柔性桿、第四柔性桿；剛性桿包括第一剛性桿和第二剛性桿；第一柔性桿、第二柔性桿跨接在第一剛性桿的兩端構(gòu)成第一柔性單元；第三柔性桿、第四柔性桿跨接在第二剛性桿的兩端構(gòu)成第二柔性單元；第一柔性單元和第二柔性單元串接。所述的組合桿一端固結(jié)于框架、另一端固結(jié)于滑塊，其中各桿軸線與導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線平行，滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)；外力F使滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)時(shí)，組合桿產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的支撐反力，實(shí)現(xiàn)位移段內(nèi)對(duì)物體的恒定支撐。所述的框架和導(dǎo)軌是固定和限制組合桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，框架和導(dǎo)軌或連接為一體，形成上下結(jié)構(gòu)；或上下分開(kāi)獨(dú)立固定。所述的組合桿輸出恒力大小與柔性桿的截面形狀和長(zhǎng)度以及有剛性桿的長(zhǎng)度有關(guān)，截面大，輸出恒力大；截面小，輸出恒力小；長(zhǎng)度長(zhǎng)，輸出恒力小；長(zhǎng)度短，輸出恒力大。所述的第一柔性單元和第二柔性單元之間可以直接串接或通過(guò)導(dǎo)向塊串接。所述的柔性桿的長(zhǎng)度是指柔性桿的兩端固結(jié)點(diǎn)之間發(fā)生彎曲變形段的長(zhǎng)度；剛性桿的長(zhǎng)度是指機(jī)構(gòu)中不發(fā)生柔性變形段的長(zhǎng)度。所述的柔性桿在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生彎曲變形，剛性桿在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。所述的組合桿以單組連接在導(dǎo)軌與框架之間，或多組并聯(lián)連接在導(dǎo)軌與框架之間，多組組合桿共用一個(gè)導(dǎo)向塊，使柔性桿和剛性桿在不受外力時(shí)平行。所述的組合桿兩端固結(jié)連接點(diǎn)上，接點(diǎn)一端或兩端受平行于組合桿軸線方向的外力F后，使組合桿產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的支撐反力，作用在兩端固結(jié)的連接點(diǎn)上或?qū)崿F(xiàn)對(duì)其中一個(gè)連接點(diǎn)的恒定支撐。本發(fā)明的有益效果是成功地實(shí)現(xiàn)了柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)。其特征是滑塊在導(dǎo)軌中滑動(dòng)，滑塊的一端連接組合桿，組合桿由柔性桿和剛性桿按一定長(zhǎng)度和順序與導(dǎo)向塊組合而成，另一端固結(jié)在框架上，當(dāng)外力施加于滑塊上，使滑塊向框架的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，組合桿提供一個(gè)恒定的支撐反力，實(shí)現(xiàn)了柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)在一定的位移范圍內(nèi)輸出恒定力來(lái)支撐其他物體，且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)將外力做的功儲(chǔ)存在柔性部件中，當(dāng)有形變的柔性件恢復(fù)原形時(shí)會(huì)將儲(chǔ)存的能量全部釋放，能量損失極小。改變組合桿中柔性桿和剛性桿的長(zhǎng)度或柔性桿的截面時(shí)，可改變支撐力的大小以適用于各種需求。由于這種柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、攜帶便利，可以用于需要恒力輸出的場(chǎng)合與領(lǐng)域，比如不同身高及體重的下肢受傷病人在康復(fù)過(guò)程中對(duì)上體支撐的實(shí)現(xiàn)、 對(duì)電腦顯示器可移動(dòng)支撐的實(shí)現(xiàn)、用作機(jī)器人腿部來(lái)支撐上體的實(shí)現(xiàn)，以及健身器材中恒定力的實(shí)現(xiàn)、醫(yī)療外科手術(shù)過(guò)程中肢體輔助支撐的實(shí)現(xiàn)、在機(jī)械加工過(guò)程中恒定夾持力的實(shí)現(xiàn)、檢測(cè)或測(cè)量時(shí)恒定接觸力的實(shí)現(xiàn)、工程中吊架或支撐架的實(shí)現(xiàn)等。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明 圖1是柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)工作示意圖； 圖3是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)并聯(lián)使用示意圖； 圖4是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)中組合桿的示意圖5是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于支撐下肢受傷病人上體重量時(shí)的機(jī)構(gòu)示意
圖6是圖5所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)中腰部連接塊的示意圖； 圖7是圖5所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)中底座的示意圖； 圖8是圖5所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于人體時(shí)的正面示意圖； 圖9是圖5所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于人體時(shí)的側(cè)面示意圖； 圖10是圖5所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于人體時(shí)的側(cè)面下蹲示意圖； 圖11是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于支撐機(jī)器人上體的示意圖； 圖12是圖11所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于支撐機(jī)器人的工作狀態(tài)示意圖； 圖13是圖1所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于支撐顯示器的示意圖； 圖14是圖13所示的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于支撐顯示器的工作狀態(tài)示意圖。圖中1、框架；2、組合桿；3、滑塊；4、導(dǎo)軌；5、腰部連接塊；6、綁帶；7、緊固螺釘；8、綁帶穿槽；9、底座；10、機(jī)器人；11、顯示器；211、第一柔性桿；212、第二柔性桿；213、第三柔性桿；214、第四柔性桿；221、第一剛性桿；222、第二剛性桿；23、導(dǎo)向塊；91、直角連接件；92、底板。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，它將柔性桿21(第一柔性桿211、第二柔性桿212、 第三柔性桿213、第四柔性桿214總稱為柔性桿21)、剛性桿22(第一剛性桿221和第二剛性桿222總稱為剛性桿22)按一定的長(zhǎng)度和順序與導(dǎo)向塊23固結(jié)形成組合桿2，組合桿2 — 端固結(jié)于框架1、另一端固結(jié)于滑塊3，其中各桿軸線與導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線平行，滑塊3 在導(dǎo)軌4中運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，平行于導(dǎo)軌4中心線的外力施加于滑塊3上，使所述的柔性桿21發(fā)生彎曲變形，組合桿2產(chǎn)生支撐反力，滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，外力F與支撐反力平衡且大小基本保持恒定?；瑝K3受力運(yùn)動(dòng)時(shí)，外力F做的功以彈性勢(shì)能的形式線性的存儲(chǔ)于組合桿2中；滑塊反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，組合桿2中的彈性勢(shì)能線性地減小，當(dāng)柔性恒力支撐機(jī)構(gòu)恢復(fù)到初始形狀時(shí)，組合桿2中存貯的能量全部釋放，即組合桿2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不消耗能量。如圖2所示，組合桿2以單組連接在導(dǎo)軌4與框架1之間。如圖3所示，組合桿2以兩組并聯(lián)，或組合桿2以多組并聯(lián)連接在導(dǎo)軌4與框架1 之間，多組組合桿2共用一個(gè)導(dǎo)向塊23，使柔性桿21和剛性桿22在不受外力時(shí)平行。組合桿2輸出恒力大小與柔性桿21的截面形狀和長(zhǎng)度以及有剛性桿22的長(zhǎng)度有關(guān)，截面大，輸出恒力大；截面小，輸出恒力小；長(zhǎng)度長(zhǎng)，輸出恒力小；長(zhǎng)度短，輸出恒力大。本發(fā)明可在多方便應(yīng)用，下面就不同的實(shí)施示例進(jìn)行說(shuō)明 實(shí)施例1
柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)可以用于康復(fù)器械中支撐人體的上體重量，例如下肢受傷病人在康復(fù)活動(dòng)中使用康復(fù)器械來(lái)支撐上體重量，以利于病人做站立、行走及下蹲等主動(dòng)性的康復(fù)活動(dòng)。在康復(fù)器械中采用柔性恒力支撐機(jī)構(gòu)，康復(fù)器械包括底座9，腰部連接塊5，綁帶6， 組合桿2中。底座9包括直角連接件91和底板92，通過(guò)直角連接件91連接組合桿2的一端，底板92作為連接點(diǎn)，底座9提供總支撐，作用相同于原恒力機(jī)構(gòu)中的框架；腰部連接塊 5用綁帶6固定于人體腰部，相當(dāng)于柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)中的滑塊3 ；刪除導(dǎo)向塊23是為了使支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕；增加綁帶是為了限制支撐機(jī)構(gòu)中剛性機(jī)構(gòu)22與人體腿部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。即可用于下肢受傷病人的恒力支撐機(jī)構(gòu)是將由柔性桿21和剛性桿22按一定的長(zhǎng)度和順序固結(jié)形成的組合桿2通過(guò)緊固螺釘7固結(jié)于底座8與腰部連接塊5之間形成。 當(dāng)腰部連接塊5隨腰部一起運(yùn)動(dòng)，并受到通過(guò)綁帶施加的上體重力作用時(shí)，組合桿2彎曲變形，支撐機(jī)構(gòu)產(chǎn)生基本恒定的反作用力即恒定支撐力，實(shí)現(xiàn)對(duì)上體的支撐來(lái)減小施加于受傷下肢上的重量。通過(guò)改變組合桿2中柔性桿21與剛性桿22的長(zhǎng)度及柔性桿21的抗彎截面模量，可以改變康復(fù)器械的總體長(zhǎng)度和恒定支撐力，使其適用于不同身高及不同體重的傷員。實(shí)施例1A:對(duì)身高1.85 m、體重80 Kg的下肢受傷病人，在康復(fù)過(guò)程的第一康復(fù)階段，可使用的康復(fù)器械組合桿尺寸為柔性桿21的長(zhǎng)度是0. 03 m,剛性桿22的長(zhǎng)度為0. 45m，柔性桿21的截面是0. 03mX0. 0017m，此柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)可以提供40X9. 8 N的恒定支撐力，此支撐力可以支撐大部分的上身重量，從而有效地減小了施加于受傷下肢的重量；在康復(fù)過(guò)程的第二康復(fù)階段，可使用的康復(fù)器械組合桿尺寸為柔性桿21的長(zhǎng)度是0.03 m, 剛性桿22的長(zhǎng)度為0. 45 m,柔性桿21的截面是0. 03mX0. 0014 m,此柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)可以提供20X9. 8 N的恒定支撐力，可支撐小部分的上身重量使有傷下肢在康復(fù)后期承受更大的上身重量來(lái)進(jìn)行有效地受力康復(fù)活動(dòng)。實(shí)施例IB 對(duì)身高1. 3 m、體重35 Kg的下肢受傷病人，在康復(fù)過(guò)程的第一康復(fù)階段，可使用的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的尺寸為柔性桿21的長(zhǎng)度是0.03 m，剛性桿22的長(zhǎng)度為 0.3 m，柔性桿21的截面是0. 03mX0. 0012 m，此柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)可以提供20X9. 8 N的恒定支撐力，此支撐力可以支撐大部分的上身重量，從而有效地減小了施加于有傷下肢的重量；在康復(fù)過(guò)程的第二康復(fù)階段，可使用的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的尺寸為柔性桿21的長(zhǎng)度是0.03 m，剛性桿22的長(zhǎng)度為0.3 m，柔性桿21的截面是0. 03mX 0. 0009 m，此柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)可以提供10 X 9. 8 N的恒定支撐力，支撐了小部分的上身重量，使受傷下肢在康復(fù)后期承受更大的上身重量來(lái)有效地進(jìn)行主動(dòng)性的受力康復(fù)活動(dòng)。實(shí)施例1的工作狀態(tài)可結(jié)合圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10—起說(shuō)明。在實(shí)施例1中，如圖5所示，第一柔性桿211與第二柔性桿212、第三柔性桿213和第四柔性桿214等長(zhǎng)度，第一剛性桿221與第二剛性桿222等長(zhǎng)度，當(dāng)按需求改變?nèi)嵝詶U21 和剛性桿22的長(zhǎng)度、柔性桿21的截面，便可得到總體長(zhǎng)度不同、恒定支撐力大小不同的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)。用綁帶7通過(guò)綁帶穿槽8將腰部連接塊5綁在腰部并使之隨腰部一起運(yùn)動(dòng)，人體重力作用在恒力支撐機(jī)構(gòu)的腰部連接塊5上，腿部和腳部三條綁帶可以都綁緊(如只有膝關(guān)節(jié)處有傷時(shí))，也可以按需求綁緊其中兩個(gè)(如踝關(guān)節(jié)處有傷時(shí)可以去掉腳部綁帶)，此三條綁帶對(duì)機(jī)構(gòu)中剛性桿22與人體腿部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)稍做限制(因?yàn)閯傂詶U22和人體基本不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng))；當(dāng)恒力支撐機(jī)構(gòu)的腰部連接塊5有豎直向下的位移時(shí)，柔性桿21 發(fā)生彎曲變形并儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，彎曲變形時(shí)的彎曲形狀與腿部在關(guān)節(jié)處(髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、 踝關(guān)節(jié))的彎曲形狀基本相同(即剛性桿22與人體腿部基本無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng))，恒力支撐機(jī)構(gòu)提供一個(gè)大小基本恒定、方向向上的支撐力，此恒定支撐力支撐了大部分的上身重量，剩下的小部分由下肢支撐(或機(jī)構(gòu)按需求支撐了全部的人體重量)；即當(dāng)病人在站立、行走(如圖9) 和下蹲(如圖10)時(shí)，此恒力支撐機(jī)構(gòu)提供的支撐力恒定，受傷下肢所承受的作用力較小且亦保持恒定(或下肢不支撐人體重量)，這使得站立、行走和下蹲等主動(dòng)性康復(fù)活動(dòng)便于進(jìn)行，進(jìn)一步促進(jìn)了身體機(jī)能的較快恢復(fù)。實(shí)施例2 柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人上身支撐，如圖11。類同于人體，對(duì)于雙足(或多足)步行機(jī)器人，在站立及行走過(guò)程中，雙腿需要支撐機(jī)器人上身的恒定重量，因此所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)亦可用于雙足步行機(jī)器人，且此柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)在變形的過(guò)程中存儲(chǔ)彈性勢(shì)能，在恢復(fù)變形時(shí)完全釋放彈性勢(shì)能，使得支撐機(jī)構(gòu)在支撐過(guò)程中無(wú)能量損耗，可減少結(jié)構(gòu)中總的能量輸入；其次，當(dāng)支撐機(jī)構(gòu)用作機(jī)器人的支撐時(shí)，恒力機(jī)構(gòu)支撐了機(jī)器人上體重量，使得驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)時(shí)不需要額外的輸入來(lái)消除重力的影響，減少了驅(qū)動(dòng)下肢時(shí)的能量輸入。在本實(shí)施例中，將柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的滑塊3去掉，將組合桿2中的柔性桿211連接滑塊的一端直接固結(jié)在機(jī)器人所需的支撐部位(上身的支撐點(diǎn))，柔性桿 214鏈接框架的一端固結(jié)在作用相當(dāng)于框架1的底板上，當(dāng)機(jī)器人上身重量施加于此恒力支撐機(jī)構(gòu)上時(shí)，其支撐反力基本恒定，同樣的可以按所需恒定支撐力的大小和尺寸要求得到相應(yīng)的恒力支撐機(jī)構(gòu)。實(shí)施例2的工作狀態(tài)可結(jié)合圖11和圖12 —起說(shuō)明。在實(shí)施例2中，如圖11所示，第一柔性桿211與第二柔性桿212、第三柔性桿213 和第四柔性桿214等長(zhǎng)度，第一剛性桿221與第二剛性桿222等長(zhǎng)度，當(dāng)按需求改變?nèi)嵝詶U 21和剛性桿22的長(zhǎng)度、柔性桿21的截面時(shí)，便可得到總體長(zhǎng)度不同、恒定支撐力大小不同的可用于支撐機(jī)器人上身的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)。組合桿2中的第一柔性桿211連接滑塊的一端直接固結(jié)在機(jī)器人所需的支撐部位上時(shí)，機(jī)器人上身重量便施加于組合桿2上，組合桿2中的柔性桿21發(fā)生彎曲變形，如圖12所示，支撐機(jī)構(gòu)提供一個(gè)大小恒定的支撐反力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人上體的支撐；當(dāng)機(jī)器人行走或下蹲時(shí)，組合桿2的柔性桿21發(fā)生更大變形并線性地存儲(chǔ)彈性勢(shì)能，提供的支撐反力基本保持恒定且平衡了上體的重量，此時(shí)驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)時(shí)便不需要額外的輸入來(lái)平衡上體的重量，大大的減少了機(jī)器人的總能量輸入，當(dāng)組合桿2中的柔性桿21恢復(fù)變形時(shí)，支撐機(jī)構(gòu)釋放儲(chǔ)存的全部勢(shì)能，即在整個(gè)工作過(guò)程中支撐機(jī)構(gòu)基本不消耗能量，這樣實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人上體的支撐與總能量輸入減少的良好效^ ο實(shí)施例3 顯示器的支撐架，如圖13所示。如同實(shí)施例2，去掉柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的滑塊3，只用柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的主要工作部分即組合桿2及框架1，將組合桿的一端與顯示器固結(jié)，另一端與框架1固結(jié)，此時(shí)機(jī)構(gòu)所提供的支撐力基本保持恒定。當(dāng)柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的恒定支撐力與顯示器11的重量相同時(shí)，顯示器11可以在不受外力的條件下實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)(或者在一個(gè)很小外力或摩擦力作用下)，即實(shí)現(xiàn)顯示器11在豎直方向上的隨遇平衡，這樣顯示器11可以被拉到所需求的高度且在不受外力的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定停留。按需求改變組合桿2中柔性桿21和剛性桿22的長(zhǎng)度和柔性桿21的截面，便可得到可適用于不同重量顯示器、總體長(zhǎng)度不同的恒力支撐架。實(shí)施例3的工作狀態(tài)可結(jié)合圖13和圖14 一起說(shuō)明。在實(shí)施例3中，如圖13所示，第一柔性桿211與第二柔性桿212、第三柔性桿213 和第四柔性桿214等長(zhǎng)度，第一剛性桿221與第二剛性桿222等長(zhǎng)度，組合桿2固結(jié)于顯示器11與框架1間時(shí)，顯示器11的重力作用于組合桿上2上，組合桿2中的柔性桿21發(fā)生彎曲變形，恒力支撐機(jī)構(gòu)線性的儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，如圖14所示，柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)提供一個(gè)大小基本恒定的支撐反力，當(dāng)按需求選擇組合桿2中柔性桿21、剛性桿22的長(zhǎng)度和柔性桿 21的截面，使柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)的恒定支撐力與顯示器11的重量相同時(shí)，顯示器11可以在不受外力的條件下實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，即顯示器11可以被拉到所需求的高度且穩(wěn)定停留，在整個(gè)工作過(guò)程中，顯示器11的重力勢(shì)能與柔性桿21中存儲(chǔ)的彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化且其和基本保持恒定，即顯示器11在上下移動(dòng)過(guò)程中不需要額外的能量輸入。以上的實(shí)施例中，實(shí)施例1中的柔性桿21的材料為價(jià)格較為實(shí)惠的鋼(4140Q & TO400)，也可以選用鈦(Ti-13熱處理)、碳纖維等其他塑性更好的材料；剛性桿22的材料為普通鋼。實(shí)施例2和3中的材料可以按需求選取，其要求是柔性桿21的抗彎截面模量比剛性桿22的抗彎截面模量小許多，使得在變形過(guò)程中柔性桿21體現(xiàn)發(fā)生彎曲變形體現(xiàn)其柔性、且保證在變形中不會(huì)失效、剛性桿22在運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。本發(fā)明中，圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12和圖13中沒(méi)有給出標(biāo)號(hào)，但是可以對(duì)照其他示意圖清楚地說(shuō)明所表達(dá)的意思。
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權(quán)利要求
1.柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是它將柔性桿、剛性桿按順序與導(dǎo)向塊固結(jié)形成組合桿，所述的柔性桿包括第一柔性桿、第二柔性桿、第三柔性桿、第四柔性桿；剛性桿包括第一剛性桿和第二剛性桿；第一柔性桿、第二柔性桿跨接在第一剛性桿的兩端構(gòu)成第一柔性單元；第三柔性桿、第四柔性桿跨接在第二剛性桿的兩端構(gòu)成第二柔性單元；第一柔性單元和第二柔性單元串接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的組合桿一端固結(jié)于框架、另一端固結(jié)于滑塊，其中各桿軸線與導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線平行，滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)； 外力F使滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)時(shí)，組合桿產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的支撐反力，實(shí)現(xiàn)位移段內(nèi)對(duì)物體的恒定支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的框架和導(dǎo)軌是固定和限制組合桿運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，框架和導(dǎo)軌或連接為一體，形成上下結(jié)構(gòu)；或上下分開(kāi)獨(dú)立固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的組合桿輸出恒力大小與柔性桿的截面形狀和長(zhǎng)度以及有剛性桿的長(zhǎng)度有關(guān)，截面大，輸出恒力大；截面小，輸出恒力??；長(zhǎng)度長(zhǎng)，輸出恒力小；長(zhǎng)度短，輸出恒力大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的第一柔性單元和第二柔性單元之間可以直接串接或通過(guò)導(dǎo)向塊串接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的柔性桿的長(zhǎng)度是指柔性桿的兩端固結(jié)點(diǎn)之間發(fā)生彎曲變形段的長(zhǎng)度；剛性桿的長(zhǎng)度是指機(jī)構(gòu)中不發(fā)生柔性變形段的長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的柔性桿在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生彎曲變形，剛性桿在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的組合桿以單組連接在導(dǎo)軌與框架之間，或多組并聯(lián)連接在導(dǎo)軌與框架之間，多組組合桿共用一個(gè)導(dǎo)向塊，使柔性桿和剛性桿在不受外力時(shí)平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，其特征是所述的組合桿兩端固結(jié)連接點(diǎn)上，接點(diǎn)一端或兩端受平行于組合桿軸線方向的外力F后，使組合桿產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的支撐反力，作用在兩端固結(jié)的連接點(diǎn)上或?qū)崿F(xiàn)對(duì)其中一個(gè)連接點(diǎn)的恒定支撐。
全文摘要
本發(fā)明屬于柔順機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，涉及一種恒力機(jī)構(gòu)，特別是一種可用于下肢有傷病人的柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)，它將柔性桿、剛性桿按順序與導(dǎo)向塊固結(jié)形成組合桿，組合桿一端固結(jié)于框架、另一端固結(jié)于滑塊，其中各桿軸線與導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線平行，滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)；外力F使滑塊在導(dǎo)軌中運(yùn)動(dòng)時(shí)，組合桿產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的支撐反力，實(shí)現(xiàn)位移段內(nèi)對(duì)物體的恒定支撐。該柔順恒力支撐機(jī)構(gòu)具有零件數(shù)目少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用可靠、攜帶方便等特點(diǎn)，可用于下肢有傷病人在康復(fù)期間支撐上體重量，做些諸如站立、行走和下蹲等主動(dòng)性的康復(fù)活動(dòng)，同樣也可用在家電、交通、建筑、冶金等其他領(lǐng)域中需要恒力的機(jī)械產(chǎn)品中。
文檔編號(hào)F16M11/20GK102537610SQ201210002700
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張守銀, 李庚 , 陳貴敏 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)