[发明专利]一种康复机器人手臂重力平衡装置

说明书

本发明公开了一种康复机器人手臂的重力平衡装置，属于康复机器人领域，包括：肩关节连接件、大臂连接件和重力平衡组件；肩关节连接件和大臂连接件按照人体仿生学结构可枢转地连接，以模拟人体大臂绕肩关节的旋转运动；重力平衡组件包括多个弹簧、钢丝绳及导向轮，钢丝绳将弹簧与肩关节连接件和大臂连接件连接，弹簧拉力用于平衡手臂的重力，导轮用于改变钢丝绳力的方向，可节省空间，使装置结构更紧凑，此外，通过锁死不同的导向轮可以实现在康复机器人左右手训练模式切换之后弹簧拉力仍可以平衡手臂重力，从而保证机器人在切换训练模式后仍能正常使用。

技术领域

本发明属于康复机器人领域，更具体地，涉及一种康复机器人手臂的重力平衡装置，用于平衡机械臂自身重力产生的关节转矩。

背景技术

随着科技的进步，康复机器人已越来越多应用于运动功能障碍患者的康复辅助训练。在机器人运动过程中，由于机械臂自身所受重力会产生关节转矩，增加电机负载，影响机器人性能。

在专利号为CN106363666A的发明专利中，公开了一种利用气缸来平衡机器人手臂重力的装置，通过编码器接收机器人大臂转动的角度信息，控制部件根据该信息控制比例阀动作，调节气缸内压力大小，推动气缸上连杆来平衡重力产生的转矩。该装置使得机器人大臂转动时不再受到重力产生转矩的影响，但由于电机、气缸等的使用，装置体积、重量较大，不适合用在康复机器人上。

此外，出于成本等考虑，康复机器人逐渐需要满足左右手两用的要求，当训练模式从左手切换到右手，或从右手切换到左手时，装置需要在关节旋转一个角度后仍能对重力进行平衡，现有装置很难满足要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种康复机器人手臂的重力平衡装置，该装置通过设计弹簧与导向轮、钢丝绳的布置方式，实现左右手切换后的配重平衡，可满足左右手两用式康复机器人的使用要求，使得机器人手臂在左右手训练模式切换后仍能正常发挥作用。

为达到上述目的，本发明提供了一种康复机器人手臂的重力平衡装置，包括：肩关节连接件、大臂连接件和重力平衡组件；

肩关节连接件和大臂连接件按照人体仿生学结构可枢转地连接，以模拟人体大臂绕肩关节的旋转运动；

重力平衡组件包括第一拉力单元、第二拉力单元和锁定机构；

第一拉力单元包括导向轮A，以及首尾顺次固连的钢丝绳A、弹簧A、钢丝绳B、导向轮X、钢丝绳C、弹簧B、钢丝绳D、弹簧C和钢丝绳E；钢丝绳B和钢丝绳C分别连接导向轮X径向两端；

第二拉力单元包括导向轮A'，以及首尾顺次固连、且与第一拉力单元各部件顺次对应、规格相同、对称分布的钢丝绳A'、弹簧A'、钢丝绳B'、导向轮X'、钢丝绳C'、弹簧B'、钢丝绳D'、弹簧C'和钢丝绳E'；钢丝绳B'和钢丝绳C'分别连接导向轮X'径向两端；

钢丝绳A和钢丝绳A'的首端固定在肩关节连接件上；钢丝绳E末端和钢丝绳E'末端固定在大臂连接件上，且对称分布于大臂连接件的旋转轴线两侧；导向轮A和导向轮A'均为定滑轮，钢丝绳D绕过导向轮A后与弹簧B和弹簧C连接；钢丝绳D'绕过导向轮A'后与弹簧B'和弹簧C'连接；导向轮A、A'、X、X'均设于肩关节连接件上；

锁定机构用于在机器人手臂左右位置切换时独立锁定导向轮X和导向轮X'其中之一。

进一步地，第一拉力单元还包括导向轮B，第二拉力单元还包括导向轮B'；导向轮B和导向轮B'均固定于大臂连接件上，钢丝绳E末端和钢丝绳E'末端分别固连导向轮B和导向轮B'。

进一步地，导向轮X包括导向轮C、导向轮D，导向轮C、导向轮D对称分布于肩关节连接件正反两侧且共用转轴从而同步转动；钢丝绳A、弹簧A、钢丝绳B位于导向轮D同侧，钢丝绳C、弹簧B、钢丝绳D、弹簧C和钢丝绳E位于导向轮C同侧；钢丝绳B与导向轮D连接，钢丝绳C与导向轮C连接；