[发明专利]一种用于外骨骼型下肢康复机器人的变刚度柔性驱动器

说明书

本发明涉及一种用于外骨骼型下肢康复机器人的变刚度柔性驱动器，包括：支架和驱动电机；还包括执行单元：包括设置在丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板之间的丝杆、移动连接在丝杆上的丝杆螺母、与丝杆螺母顶端及底端连接的两个弹簧以及与其中一个弹簧固定连接的末端执行件；扭簧传动单元：设置在丝杆支承座安装顶板和电机安装板之间，其两端分别与驱动电机和丝杆的顶端固定连接。与现有技术相比，本发明通过扭簧和弹簧两种柔性元件弹性系数的不同，实现驱动器刚度的改变，达到模拟人体肌肉的运动效果。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种用于外骨骼型下肢康复机器人的变刚度柔性驱动器。

背景技术

近年来，机器人技术得到了飞速发展和广泛应用，在康复工程中开发和应用机器人是一项十分新颖的技术，是为了实现人体和外骨骼间的高度耦合，为了负载重物，执行机构需要一定的刚性，同时为了保证人体与外骨骼的灵活性及安全性，外骨骼的执行机构就需要一定的柔性，但是目前，外骨骼型康复机器人多为刚性机构，在驱动传力过程中，往往会碰到缓冲较差的问题，尤其是在关节变向的瞬间，将产生较大的冲击力，影响人机系统的稳定性，特别是在连续行走的康复过程中，连续的冲击力将导致机体的损坏，同时，康复效果也将受到影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种康复效果好的用于外骨骼型下肢康复机器人的变刚度柔性驱动器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于外骨骼型下肢康复机器人的变刚度柔性驱动器，该驱动器包括：

支架：包括依次平行设置的丝杆支承座安装底板、丝杆支承座安装顶板和电机安装板，所述丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板之间通过执行导轨固定连接，所述丝杆支承座安装顶板和电机安装板之间通过导辊固定连接；

驱动电机：固定设置在电机安装板上，驱动电机与电机安装板之间用螺栓组进行固定；

执行单元：包括设置在丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板之间的丝杆、移动连接在丝杆上的丝杆螺母、与丝杆螺母顶端及底端连接的两个弹簧以及与其中一个弹簧固定连接的末端执行件；

扭簧传动单元：设置在丝杆支承座安装顶板和电机安装板之间，其两端分别与驱动电机和丝杆的顶端固定连接。

本发明通过设置扭簧传动单元，并在执行单元中设置弹簧，提供一种具有储能、释能，并且可根据驱动力的大小的不同而自动切换模式的变刚度柔性驱动器，从而满足外骨骼型下肢康复机器人的运动仿生特性。

所述的扭簧传动单元包括依次连接的上联轴器、上传动轴、用于传动及储能的扭簧子单元、下传动轴和下联轴器，上联轴器与驱动电机固定连接，下联轴器与丝杆的顶端固定连接。

所述的扭簧子单元包括两个扭簧以及设置在两个扭簧之间的变向端片，两个所述扭簧的一端与变向端片固定连接，另一端分别与上传动轴和下传动轴固定连接。扭簧是以螺栓以及垫片固定于变向端片及传动轴的扭簧驱动端上，外侧以螺帽进行紧固。

两个所述扭簧的旋转方向相反，所以无论驱动电机正转还是反转，都有一个扭簧储能。

所述执行导轨共有4根，分别固定设置在丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板的四个角上。

所述执行导轨中部设有平行于丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板的上板和下板，两个所述弹簧的一端与丝杆螺母固定连接，另一端分别与上板和下板连接。

两个所述弹簧的规格相同。

所述丝杆的两端均设有丝杆支承座，并通过丝杆支承座与丝杆支承座安装底板和丝杆支承座安装顶板固定连接。

本发明的工作原理如下：