一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆的制作方法

本实用新型涉及康复机器人技术领域，特别是涉及一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆。

背景技术：

康复机器人作为一种医疗康复训练设备，能够帮助那些因疾病与意外事故而导致的肢体运动功能丧失的患者进行康复训练，将康复医师从繁杂的重复劳动中解脱出来，并能够显著提高康复效果和效率。

在康复过程中，外骨骼康复机器人的关节运动中心需要与患者手臂或是腿部的关节运动中心对齐，否则会影响康复训练的效果甚至对患者造成伤害。为了适应不同患者的体型，以有效的辅助病人康复，机器人关节间的连杆长度需要跟随患者肢体的长度进行变化，然而对于绳驱动机械臂而言，连杆长度在变化的同时，固定绳索的绳盘之间的距离也在发生变化，如果绳索长度不变则绳索上的张力会过低或是过高，这都会导致动力无法通过绳索传递，机械臂无法正常工作。为了保障动力传输，这就要求机械臂的关节间距在变化的同时，存在一种结构使关节间绳索上的张力保持恒定。

现有大部分绳驱外骨骼机械臂通常都选择回避这一问题，将关节间的连杆设计为长度不可调节，这会使病人的康复效果受到影响；少部分绳驱外骨骼机械臂会选择额外添加手动或是电动的张紧装置，完成机械臂连杆长度的调节后再进行绳上张力的调节，这种方案虽能够保障绳索上张力不变，但使得绳驱外骨骼机械臂操作变的繁琐，结构更加复杂。除此之外，专利文献cn204660392u公开了一种绳索自适应长度调节装置，通过连杆滑块机构以及压缩弹簧的引入，能够实现随机械臂连杆长度变化绳索上的张力自适应调节，且结构简单、紧凑。但压缩弹簧所能提供的压力与其自身的压缩量呈线性关系，因而绳索上的张力也无法保持恒定而是处于随机械臂连杆长度的变化而小范围变化的状态，对于有一定精度要求的绳驱机械臂来说，这种结构的效果也是不太理想的。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提出了一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆，解决现有绳索张力随机械臂连杆长度变化而变化，无法稳定传递动力，最终致使机械臂无法正常工作的技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆，包括第一关节组件、第二关节组件及用于调节第一关节组件、第二关节组件之间距离的调节机构，所述第一关节组件包括与机械臂动力组件连接的第一关节连杆及与上级机械臂固连的第一关节绳盘，所述第一关节绳盘与第一关节连杆上部凸台同轴且相对转动连接；所述第二关节组件包括第二关节连杆及与下级机械臂固连的第二关节绳盘，所述第二关节绳盘与第二关节连杆下部凸台同轴且相对转动连接，所述第一关节绳盘、第二关节绳盘之间通过第一绳索和第二绳索连接，所述第二关节连杆相对第一关节连杆滑动连接，所述调节机构包括移动滑板、固定支架及张力调节端头，所述移动滑板与第二关节连杆滑动连接，所述移动滑板上安装有第一移动导轮、第二移动导轮，所述移动滑板在一侧安装有调节导轮，所述固定支架与第一关节连杆固定连接，所述固定支架的上端安装有张力调节端头，所述固定支架的下端安装有第一固定导轮、第二固定导轮；所述第一固定导轮、第一移动导轮用于张紧第一绳索，所述第二固定导轮、第二移动导轮用于张紧第二绳索，所述张力调节端头固定有调节绳索，所述调节绳索的另一端绕过调节导轮后与第二关节连杆上端凸起连接。

进一步的，还包括设于所述第一关节连杆一侧的固定机构，所述固定机构包括快速锁定把手，所述快速锁定把手穿过第一关节连杆、第二关节连杆后通过固定螺母锁紧。

进一步的，所述快速锁定把手包括压紧把手及与所述压紧把手连接的固定螺杆，所述压紧把手与第一关节连杆、第二关节连杆侧面平行，所述固定螺杆穿过第一关节连杆、第二关节连杆侧面的通孔后通过固定螺母锁紧。

进一步的，所述第一关节连杆在凸台一侧设有一级直线导轨，所述一级直线导轨沿第一关节连杆长度方向布设，所述第二关节连杆在远离凸台一侧设有一级直线滑块，所述第二关节连杆与第一关节连杆之间通过一级直线滑块与一级直线导轨滑动连接。

进一步的，所述第二关节连杆在凸台一侧设有二级直线导轨，所述移动滑板在靠近第二关节连杆一侧设有二级直线滑块，所述移动滑板与第二关节连杆之间通过二级直线滑块与二级直线导轨滑动连接。

进一步的，所述第一固定导轮、第二固定导轮沿固定支架长度方向错位安装。

进一步的，所述第一关节绳盘、第二关节绳盘上均设有内外两道绳槽。

进一步的，所述张力调节端头上用于安装调节绳索的通孔与调节导轮外侧绳槽对齐。

进一步的，所述第一绳索的一端固定在第一关节绳盘上，所述第一绳索的另一端依次穿过第一固定导轮、第一移动导轮后与第二关节绳盘连接，所述第一固定导轮与第一移动导轮安装在同一水平面，且第一固定导轮外侧绳槽与第一移动导轮内侧绳槽对齐，第一移动导轮外侧绳槽与第二关节绳盘绳槽对齐。

进一步的，所述第二绳索的一端固定在第一关节绳盘上，所述第二绳索的另一端依次穿过第二固定导轮、第二移动导轮后与第二关节绳盘连接，所述第二固定导轮与第二移动导轮安装在同一水平面，所述第二固定导轮外侧绳槽与第二移动导轮内侧绳槽对齐，所述第二移动导轮外侧绳槽与第二关节绳盘绳槽对齐。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提出的一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆，弥补了现有绳驱外骨骼机械臂连杆长度调节不便，或者调节带来绳索张力改变，影响关节间动力传递的缺陷；本申请巧妙运用滑块导轨及滑轮组，使得连杆长度增加/减小过程中绳索上张力恒定，保障动力传输的稳定性，病人康复训练效果佳；而且结构简单，操作使用方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆的立体结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为本实用新型实施例所述一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆在拆下固定支架后的结构示意图。

图中：

1、第一关节组件；101、第一关节连杆；102、第一关节绳盘；103、一级直线导轨；2、第二关节组件；201、第二关节连杆；202、第二关节绳盘；203、一级直线滑块；204、二级直线导轨；205、凸起；3、调节机构；301、二级直线滑块；302、移动滑板；303、第一移动导轮；304、第二移动导轮；305、调节导轮；306、第一固定导轮；307、第二固定导轮；308、固定支架；309、张力调节端头；4、第二绳索；5、第一绳索；6、调节绳索；7、固定机构；701、快速锁定把手；702、固定螺母。

具体实施方式

展示一下实例来具体说明本实用新型的某些实施例，且不应解释为限制本实用新型的范围。对本实用新型公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本实用新型的精神和范围之内。

如图1-3所示，本申请的一种维持绳索张力恒定的绳驱外骨骼机械臂长度调节连杆，包括第一关节组件1、第二关节组件2及用于调节第一关节组件1、第二关节组件2之间距离的调节机构3，所述第一关节组件1包括与机械臂动力组件连接的第一关节连杆101及与上级机械臂固连的第一关节绳盘102，所述第一关节绳盘102与第一关节连杆101上部凸台同轴且相对转动连接；所述第二关节组件2包括第二关节连杆201及与下级机械臂固连的第二关节绳盘202，所述第二关节绳盘202与第二关节连杆201下部凸台同轴且相对转动连接，所述第一关节绳盘102、第二关节绳盘202之间通过第一绳索5和第二绳索4连接，所述第二关节连杆201相对第一关节连杆101滑动连接；

机械臂动力组件动作时带动第一关节连杆101与第二关节连杆旋转，第一关节绳盘102保持静止，此时第二关节绳盘202相对于第一关节绳盘102旋转，进而带动下级机械臂旋转，实现动力传递。

所述调节机构3包括移动滑板302、固定支架308及张力调节端头309，所述移动滑板302与第二关节连杆201滑动连接，所述移动滑板302上安装有第一移动导轮303、第二移动导轮304，所述移动滑板302一侧的安装耳上安装有调节导轮305，安装耳与移动滑板302相对垂直设置，所述固定支架308与第一关节连杆101固定连接，所述固定支架308的上端安装有张力调节端头309，所述固定支架308下端沿长度方向错位安装有第一固定导轮306、第二固定导轮307；所述第一固定导轮306、第一移动导轮303用于张紧第一绳索5，所述第二固定导轮307、第二移动导轮304用于张紧第二绳索4，所述张力调节端头309固定有调节绳索6，所述调节绳索6的另一端穿过调节导轮305后与第二关节连杆201上端凸起205连接。

调节连杆长度增长时，第二关节连杆201相对第一关节连杆101向下运动，第一绳索5上的张力有增大的趋势，第一绳索5上的张力向下作用在第一移动导轮303上，使得第一移动导轮303与第一固定导轮306之间的相对距离减小，调节绳索6上的张力向上作用在调节导轮305上，使得调节导轮305与张力调节端头309间的距离增加，二者的变化量均为调节连杆增加长度的一半，从第一连杆绳盘102经由第一固定导轮306绕到第一移动导轮303最后到达第二关节绳盘202的总距离不变，第一绳索5上的张力保持不变；同样的，第二绳索4上的张力也保持不变；第二关节连杆201与第一关节连杆101间距离增加的同时，调节绳索6上的张力向上作用在调节导轮305上，第二关节连杆201上端凸起205与调节导轮305间的距离减小，且减小的距离为调节连杆增加长度的一半，因而从张力调节端头309绕调节导轮305到第二关节连杆201上端凸起205的总距离不变，调节绳索6上张力不变。

调节连杆长度减小时，第二关节连杆201相对第一关节连杆101向上运动，第二关节连杆201与第一关节连杆101之间的距离减小，第二关节连杆201上端凸起205与张力调节端头之间相对距离减小，调节绳索6上的张力张力作用在调节导轮305上，使其与张力调节端头309之间的距离减小，且减小的距离为连杆减少长度的一半，因而从张力调节端头309绕调节导轮305到第二关节连杆201上端凸起205的总距离保持不变，调节绳索6上张力不变；同时，调节导轮305带动移动滑板302向上运动，使得第一移动导轮303与第一固定导轮306之间的相对距离增加，第二移动导轮304与第二固定导轮307之间的相对距离增加，二者增加的距离为调节连杆减小长度的一半，因而从第一连杆绳盘102经由第一固定导轮306绕到第一移动导轮303最后到达第二关节绳盘202的总距离不变，第一绳索5上的张力不变。同理，第二绳索4上张力也不变。

在本实施例中，还包括设于所述第一关节连杆101一侧的固定机构7，所述固定机构7包括快速锁定把手701，所述快速锁定把手701穿过第一关节连杆101、第二关节连杆201后通过固定螺母702锁紧。

当第一关节连杆101与第二关节连杆201之间的距离调整完毕后，压紧固定机构7将第二关节连杆201、第一关节连杆101固定，避免在机械臂运动时发生连杆长度和绳索张力的变化；当需要调整连杆长度时，可松开固定机构7。

在本实施例中，所述快速锁定把手701包括压紧把手及与所述压紧把手连接的固定螺杆，所述压紧把手与第一关节连杆101、第二关节连杆201侧面平行，所述固定螺杆穿过第一关节连杆101、第二关节连杆201侧面的通孔后通过固定螺母702锁紧。转动压紧把手，带动固定螺杆使其与固定螺母702配合锁紧，防止第二关节连杆201与第一关节连杆101之间发生运动。

在本实施例中，所述第一关节连杆101在凸台一侧设有一级直线导轨103，所述一级直线导轨103沿第一关节连杆101长度方向布设，所述第二关节连杆201在远离凸台一侧设有一级直线滑块203，所述第二关节连杆201与第一关节连杆101之间通过一级直线滑块203与一级直线导轨103滑动连接。当需要调节连杆长度时，可通过拉动第二关节连杆201，使第二关节连杆201上的一级直线滑块203相对第一关节连杆101上的一级直线导轨103发生滑动，实现连杆长度的增加或减小。

在本实施例中，所述第二关节连杆201在凸台一侧设有二级直线导轨204，所述移动滑板302在靠近第二关节连杆201一侧设有二级直线滑块301，所述移动滑板302与第二关节连杆201之间通过二级直线滑块301与二级直线导轨204滑动连接。在调节连杆长度增加/减小的过程中，移动滑板302相对第二关节连杆201发生滑动，调节控制第一绳索5、第二绳索4上的张力，使其保持恒定。

在本实施例中，所述张力调节端头309上用于安装调节绳索6的通孔与调节导轮305外侧绳槽对齐，便于安装调节绳索6。

在本实施例中，所述第一关节绳盘102、第二关节绳盘202上均设有内外两道绳槽；第一绳索5的两端分别固定在第一关节绳盘102和第二关节绳盘202的绳槽上；第二绳索4的两端也分别固定在第一关节绳盘102和第二关节绳盘202的绳槽上。

在本实施例中，所述第一绳索5的一端固定在第一关节绳盘102上，所述第一绳索5的另一端依次穿过第一固定导轮306、第一移动导轮303后与第二关节绳盘202连接，所述第一固定导轮306与第一移动导轮303安装在同一水平面，且第一固定导轮306外侧绳槽与第一移动导轮303内侧绳槽对齐，第一移动导轮303外侧绳槽与第二关节绳盘202绳槽对齐；第一绳索5的一端固定在第一关节绳盘102内绳槽，经由第一固定导轮306内侧绕向第一移动导轮303内侧，最后固定在第二关节绳盘202的内绳槽。

在本实施例中，所述第二绳索4的一端固定在第一关节绳盘102上，所述第二绳索4的另一端依次穿过第二固定导轮307、第二移动导轮304后与第二关节绳盘202连接，所述第二固定导轮307与第二移动导轮304安装在同一水平面，所述第二固定导轮307外侧绳槽与第二移动导轮304内侧绳槽对齐，所述第二移动导轮304外侧绳槽与第二关节绳盘202绳槽对齐；第二绳索4的首端固定在第一关节绳盘的外绳槽，经由第二固定导轮307内侧绕向第二移动导轮304内侧，最后固定在第二关节绳盘202的外绳槽上。

综上，采用本申请的机械臂连杆能够实现绳索张力的恒定，确保关节间动力的稳定传输，康复机器人的康复训练效果佳。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。