[发明专利]在三维空间中施加力的设备

说明书

本发明涉及一种用于卸载物体/人的重量的机器人系统。机器人系统在运动康复程序中是有用的，并且允许在三维空间中操纵力，其具有比现有技术系统低得多的对致动器的要求和高得多的精度。该设备结合了被动元件和主动元件，这使得驱动要求最小化，同时仍然将惯性保持最小化并且将精度控制到最大化。它需要最小化的驱动器，同时具有低惯性。

技术领域

本发明涉及机器人系统领域，具体涉及一种用于对物体或受试者(特别是对人)施加力的机器人系统。本发明还涉及一种用于将物体/人卸载其重量的机器人系统。更具体地，涉及一种用于运动康复程序的机器人系统，例如在遭受脊髓损伤或更一般地受到运动障碍影响的受试者中。

背景技术

在神经损伤患者的运动康复中，步态和平衡训练是必不可少的。

已经开发了机器人高架式支持系统来帮助患者训练，例如通过减轻他们的一部分体重。

现有的体重支持系统或高架式门架起重机中或者非三维式(即它们不允许三维步态训练)，或者它们具有高摩擦和惯性，或者它们需要多个强大而强大的致动器。

现有技术中已知的系统构思为传统的串联(门架)或并联机构。在前一种情况下，它们需要可移动的门架允许在三维上施加力，这涉及高惯性的大型结构。在并联机构的情况下，被驱动的自由度(degree of freedom，DOF)彼此联结。因此，所有的致动器在单自由度运动的情况下都会移动。由于该联结，在大的工作空间内以精确的方式施加力几乎是不可能的。另外，所有致动器的尺寸设定必须将最快的速度和最大的力/扭矩考虑在内，而未必出现在相同的自由度中。

例如，2011年举办的关于IEEE的2011年IEEE国际会议上的、Gosselin等人发表的“On the development of a walking rehabilitation device with a largeworkspace”(康复机器人(ICORR))中描述了需要移动起重机架的完全被动系统。该系统的主要目标是能够借助于过顶的支撑件跟踪人员并补偿其部分重量。基本的原理是跟踪使用者的电缆布线系统，以提供重力补偿而不妨碍步行运动。这个系统的缺点是它在垂直于移动门架的方向上具有很大的惯性，并且不能施加水平力。

在WO 2013117505中公开了一种用于卸载使用者的体重的设备，特别是用于步态训练的设备。该设备的特征在于由偏转装置偏转的多条绳索以及联结到所述绳索的自由端和使用者的节点。驱动单元收回和释放绳索以调整绳索力，以便获得通过所述节点施加在使用者上的合力，以便在水平面上卸载使用者和/或对使用者施加力。这是一个完全致动的系统，该系统需要强有力的致动器才能工作。该设备已由瑞士卢茨医疗工程公司(LutzMedical Engineering)商业化(商品名称为“THE FLOAT”)。

类似的系统在2013年举办的关于IEEE的2013年IEEE国际会议上由Vallery，H.等人发表的“Multidirectional transparent support for overground gait training”(康复机器人(ICORR))和2013年Von Zitzewitz，Joachim等人的文章“Use of passivelyguided deflection units and energy-storing elements to increase theapplication range of wire robots”见由Springer Berlin Heidelberg出版社出版的“Cable-Driven Parallel Robots(电缆驱动的并联机器人)”第167页至第184页所公开的。

这些系统(其为特殊类型的并联机构)具有所提到的缺点，即它们需要多个强有力的致动器，因为多个致动的自由度(DOF)脱离彼此联系。