[发明专利]操纵器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种操纵器。更具体地，本发明涉及包括末端执行器的双自由度操纵器，其可以在平面工作空间内的两个基本上相互垂直的直线方向上以非耦合的方式被移动。

背景技术

双自由度操纵器有多种用途。例如，它们可以被用于末端执行器，例如机械臂或机床的操作中，用来捡拾和放置物体，或者在元件上执行生产操作。

双自由度操纵器的另一个用途是用于康复机器人中，用来给正在接受康复训练的病人提供支撑和/或辅助力量。这类操纵器被连接到使用者的身体的一部分上，在康复练习例如步态训练期间可以被用来提供辅助力量和支撑。

例如，双自由度操纵器可以被连接到使用者的骨盆部位，用来支撑使用者的体重并提供预定的步态提示来辅助行走。美国专利申请US2007/0016116示出了一种这样的操纵器。在该申请的方案中，一对气动操纵器通过一组气缸向使用者的骨盆部位施加力量。具体地，使用者的前后移动由安装在前后方向上的气压缸提供支持，横向移动则由横向定位的气压缸提供支持。这种结构的一个问题在于横向的气压缸意味着该操纵器的宽度相当大。这就使得它更加难以安装，而且横向延伸的气压缸在正常的步行运动中可能会与使用者的手臂相撞。另外，与该操纵器的尺寸相比，其工作空间是相当小的。

另一种已知的双自由度操纵器包括二维笛卡尔滑轨结构，其中设有可以在第一轨道上沿着第一方向滑动的输送器，所述第一轨道可以在另外两个平行的轨道之间沿着与第一方向垂直的第二方向滑动。这样的系统具有一定的缺点。

这类系统的一个缺点是大量的设备围绕在其工作空间周围或位于其工作空间内部。在许多应用中，这通常是不理想的，因为操纵器可能与其加工件或使用者相撞；在操纵器被用于步态训练的情况下，上述轨道可能与使用者的手臂相撞。

这类系统的另一个缺点是其部件之间的滑动接合通常是不理想的，因为它们容易被污染或磨损。

另外，在这样的系统中设有发动机来在第一轨道上移动输送器。设置该连接到第一轨道上，并且用于移动输送器的发动机意味着第一轨道具有较高的惯性，当在上述平行轨道上移动第一轨道时，这是不理想的。

本发明的一个目的是克服，或者至少减轻上面提到的这些问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种操纵器，其包括：

框架；

第一连接件；

第二连接件；以及

第一耦合件；

所述框架、第一连接件、第二连接件及第一耦合件被设置成组成伊氏直线机构，使得所述第一耦合件上的点的轨迹的一部分在第一方向上描绘出实质上的直线；

其中所述第二连接件通过曲柄连接到所述框架上，使得所述曲柄驱动所述第一耦合件上的点在与所述第一方向垂直的第二方向上沿着实质上的直线移动。

本发明提供了一种伊氏机构，其中的一条驱动臂的安装端可以提供额外的自由度。所述附加曲柄的驱动提供了在垂直于所述伊氏机构的正常线性自由度的该额外自由度内的运动。这种结构具有很多优点。第一，所述结构的主体放置在工作空间的之外，并位于工作空间后方。其次，所述结构仅使用旋转接头，而旋转接头不存在现有技术中的直线接头的缺点。

优选地，L1为所述第二连接件(122、222)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述曲柄(144、248)的旋转轴线之间的部分的长度；

L2为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述第一连接件(114、214)的旋转轴线之间的部分的长度；

L3为所述耦合件(118、218)位于所述耦合件(118、218)的旋转轴线与所述耦合件(118、218)的端点(128、228)之间的部分的长度；

其中所述操纵器被设置成使得L2处于与其预定值的误差不大于10％的范围内，L2的预定值通过以下算式确定：L2²＝L1×L3。

这样就在所述端点的行程的整个主要部分中提供了良好地近似于直线的行程。

优选地，所述结构包括具有第一发动机的第一驱动组件，用于以关节形式连接所述操纵器，从而沿着所述第一方向移动所述第一耦合件上的点。优选地，所述第一驱动组件包括第三连接件，所述第三连接件由所述第一驱动组件的曲柄驱动，所述曲柄由所述第一发动机驱动，其中所述第三连接件用于驱动所述第一耦合件。

优选地，所述第三连接件连接到位于所述第一连接件和所述第二连接件之间的所述第一耦合件上。

优选地，所述操纵器包括：