[发明专利]基于柔性差分驱动的坐位腰椎手法培训的机械模拟装置

说明书

本发明公开了一种基于柔性差分驱动的坐位腰椎手法培训的机械模拟装置，机构包括底座、驱动关节、弹性单元、差分驱动锥齿轮系和输出连杆，驱动关节为两个，分别设置在底座的两个支撑板上，差分驱动锥齿轮系设置在两个支撑板之间，差分驱动锥齿轮系的两个主动锥齿轮分别通过锥齿轮输入轴与弹性单元的十字轮辐输出件连接，弹性单元的运动输入件与驱动关节的关节输出轴传动连接，输出连杆与差分驱动锥齿轮系的被动锥齿轮传动连接。本发明可以模拟腰部的多方向运动，具有2个自由度，并具有一定的安全柔顺性。可以模拟人类在接受坐位腰椎旋转手法时与人体腰部相仿的力学特性，从而为操作手法不熟练人员提供一个逼真的培训、实践与考核的平台。

技术领域

本发明涉及临床医学研究的实验器械技术领域，特别是涉及基于柔性差分驱动的坐位腰椎手法培训的机械模拟装置。

背景技术

目前，对于腰部运动的模拟机构形式主要有：1)以单自由度模拟腰部的俯仰运动；2)多自由度以串联的连接形式模拟腰部多方向运动。然而，目前的模拟机构均具有以下不足：

一、安全性不足，目前的关节驱动大多是刚性传动，存在一些安全隐患，当受到外界冲击碰撞等情况，不仅会对人产生伤害，对机构自身也可能会导致损坏，不具有安全柔顺性；

二、采用多自由度串联驱动的方式可以实现期望的运动和工作空间，但串接形式增加了传动链的高度，提高了整个机构的重心，增加了电机载荷，对机构稳定性有一定的影响；

三、串联机构的误差是两个自由度关节误差的积累，最终将导致机构的误差放大，可控性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性差分驱动的坐位腰椎手法培训的机械模拟装置，以解决上述现有技术存在的问题，以模拟腰部的多方向运动，并使其具有一定的安全柔顺性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种基于柔性差分驱动的坐位腰椎手法培训的机械模拟装置，包括底座、驱动关节、弹性单元、差分驱动锥齿轮系和输出连杆，所述驱动关节为两个，分别设置在所述底座的两个支撑板上，所述差分驱动锥齿轮系设置在两个所述支撑板之间，所述差分驱动锥齿轮系的两个主动锥齿轮分别通过锥齿轮输入轴与所述弹性单元的十字轮辐输出件连接，所述弹性单元的运动输入件与所述驱动关节的关节输出轴传动连接，所述输出连杆与所述差分驱动锥齿轮系的被动锥齿轮传动连接，两个所述主动锥齿轮均与所述被动锥齿轮啮合。

进一步地，所述驱动关节包括关节电机和谐波减速器，所述关节电机的电机轴通过键与所述谐波减速器的波发生器连接，所述谐波减速器的柔轮与所述关节输出轴连接，所述关节电机的电机轴为空心轴，所述柔轮的角位移测量轴贯穿所述电机轴，所述角位移测量轴的末端设有光电码盘，所述光电码盘用于测量所述柔轮的角位移。

进一步地，所述弹性单元包括所述运动输入件、扇形连接块、直线压缩弹簧、所述十字轮辐输出件和位置传感器，所述扇形连接块为四个均布于所述运动输入件的内部上，所述扇形连接块的两侧通过所述直线压缩弹簧与所述十字轮辐输出件连接；所述扇形连接块和所述十字轮辐输出件上均设有弹簧导向柱，所述位置传感器设置在所述十字轮辐输出件的一侧，所述位置传感器用于测量所述弹性单元的弹性变形量。

进一步地，所述关节输出轴通过键连接有主动齿轮，所述运动输入件连接有传动轴，所述传动轴通过键连接有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

进一步地，所述运动输入件通过交叉滚子轴承与所述支撑板连接，所述交叉滚子轴承的内外圈分别卡接在与所述支撑板连接的挡圈内。

进一步地，所述运动输入件通过轴承与所述主动锥齿轮连接，所述锥齿轮输入轴与所述主动锥齿轮通过键连接，所述主动锥齿轮的端面抵在所述锥齿轮输入轴的轴肩一侧，所述轴肩的另一侧通过推力球轴承与所述运动输入件连接，所述锥齿轮输入轴的端部与所述十字轮辐输出件连接。