操纵器结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种操纵器。更具体地，本发明涉及包括末端执行器的双自由度操纵 器，其可以在平面工作空间内的两个基本上相互垂直的直线方向上以非耦合的方式被移 动。
【背景技术】
[0002] 双自由度操纵器有多种用途。例如，它们可以被用于末端执行器，例如机械臂或机 床的操作中，用来捡拾和放置物体，或者在元件上执行生产操作。
[0003] 双自由度操纵器的另一个用途是用于康复机器人中，用来给正在接受康复训练的 病人提供支撑和/或辅助力量。这类操纵器被连接到使用者的身体的一部分上，在康复练 习例如步态训练期间可以被用来提供辅助力量和支撑。
[0004] 例如，双自由度操纵器可以被连接到使用者的骨盆部位，用来支撑使用者的体重 并提供预定的步态提示来辅助行走。美国专利申请US2007/0016116示出了一种这样的操 纵器。在该申请的方案中，一对气动操纵器通过一组气缸向使用者的骨盆部位施加力量。 具体地，使用者的前后移动由安装在前后方向上的气压缸提供支持，横向移动则由横向定 位的气压缸提供支持。这种结构的一个问题在于横向的气压缸意味着该操纵器的宽度相当 大。这就使得它更加难以安装，而且横向延伸的气压缸在正常的步行运动中可能会与使用 者的手臂相撞。另外，与该操纵器的尺寸相比，其工作空间是相当小的。
[0005] 另一种已知的双自由度操纵器包括二维笛卡尔滑轨结构，其中设有可以在第一轨 道上沿着第一方向滑动的输送器，所述第一轨道可以在另外两个平行的轨道之间沿着与第 一方向垂直的第二方向滑动。这样的系统具有一定的缺点。
[0006] 这类系统的一个缺点是大量的设备围绕在其工作空间周围或位于其工作空间内 部。在许多应用中，这通常是不理想的，因为操纵器可能与其加工件或使用者相撞；在操纵 器被用于步态训练的情况下，上述轨道可能与使用者的手臂相撞。
[0007] 这类系统的另一个缺点是其部件之间的滑动接合通常是不理想的，因为它们容易 被污染或磨损。
[0008] 另外，在这样的系统中设有发动机来在第一轨道上移动输送器。设置该连接到第 一轨道上，并且用于移动输送器的发动机意味着第一轨道具有较高的惯性，当在上述平行 轨道上移动第一轨道时，这是不理想的。
[0009] 本发明的一个目的是克服，或者至少减轻上面提到的这些问题。
【发明内容】
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种操纵器，其包括：
[0011] 框架；
[0012] 第一连接件；
[0013] 第二连接件；以及
[0014] 第一親合件；
[0015] 所述框架、第一连接件、第二连接件及第一耦合件被设置成组成伊氏直线机构，使 得所述第一耦合件上的点的轨迹的一部分在第一方向上描绘出实质上的直线；
[0016] 其中所述第二连接件通过曲柄连接到所述框架上，使得所述曲柄驱动所述第一耦 合件上的点在与所述第一方向垂直的第二方向上沿着实质上的直线移动。
[0017] 本发明提供了一种伊氏机构，其中的一条驱动臂的安装端可以提供额外的自由 度。所述附加曲柄的驱动提供了在垂直于所述伊氏机构的正常线性自由度的该额外自由度 内的运动。这种结构具有很多优点。第一，所述结构的主体放置在工作空间的之外，并位于 工作空间后方。其次，所述结构仅使用旋转接头，而旋转接头不存在现有技术中的直线接头 的缺点。
[0018] 优选地，Ll为所述第二连接件（122、222)位于所述耦合件（118、218)的旋转轴线 与所述曲柄（144、248)的旋转轴线之间的部分的长度；
[0019] L2为所述耦合件（118、218)位于所述耦合件（118、218)的旋转轴线与所述第一连 接件（114、214)的旋转轴线之间的部分的长度；
[0020] L3为所述耦合件（118、218)位于所述耦合件（118、218)的旋转轴线与所述耦合件 (118、218)的端点（128、228)之间的部分的长度；
[0021] 其中所述操纵器被设置成使得L2处于与其预定值的误差不大于10%的范围内， L2的预定值通过以下算式确定：L22=L1XL3。
[0022] 这样就在所述端点的行程的整个主要部分中提供了良好地近似于直线的行程。
[0023] 优选地，所述结构包括具有第一发动机的第一驱动组件，用于以关节形式连接所 述操纵器，从而沿着所述第一方向移动所述第一耦合件上的点。优选地，所述第一驱动组件 包括第三连接件，所述第三连接件由所述第一驱动组件的曲柄驱动，所述曲柄由所述第一 发动机驱动，其中所述第三连接件用于驱动所述第一耦合件。
[0024] 优选地，所述第三连接件连接到位于所述第一连接件和所述第二连接件之间的所 述第一耦合件上。
[0025] 优选地，所述操纵器包括：
[0026] 第二耦合件，其与所述第一耦合件连接，用于与所述第一耦合件一同移动；以及
[0027] 与所述第一耦合件及所述第二耦合件连接的末端执行器。
[0028] 这样就提供了更加稳固的结构，并且允许使用末端执行器，它可以传递力矩及作 用于一点的力。优选地，所述第一耦合件和第二耦合件通过与所述末端执行器间隔设置的 耦合件连接器连接。优选地，所述第一耦合件和第二耦合件通过所述末端执行器和耦合件 连接器连接，从而形成平行联接结构的两个平行的侧边。
[0029] 所述操纵器还可以包括连接到所述第二耦合件的另一个第二连接件，其中所述另 一个第二连接件通过另一个曲柄连接到所述框架，使得所述曲柄驱动所述第二耦合件上的 点在所述第二方向上沿着实质上的直线移动。
[0030] 优选地，所述曲柄和所述另一个曲柄被设置用于同步运动。所述曲柄和所述另一 个曲柄可以被现有的驱动组件驱动，例如所述第一发动机可以通过现有的推杆驱动所述第 一曲柄和所述另一个曲柄。
【附图说明】
[0031] 现在将结合下面的附图对根据本发明的一种作为示例的操纵器进行描述。
[0032] 图1是一种已知的伊氏机构的侧面示意图。
[0033] 图2是根据本发明的第一种结构的侧面示意图。
[0034] 图3a到3e是图2中的结构的运动范围的示意图。
[0035] 图4是根据本发明的第二种结构的侧面示意图。
[0036] 图5是图4中的结构被应用时的侧面示意图。
【具体实施方式】
[0037] 请参阅图1，其中示意性地示出了一种已知的伊氏机构10。所述伊氏机构10包括 框架12,所述框架12在使用中是固定的。图1中的框架12的不同区域彼此之间刚性地连 接。
[0038] 其中还提供了第一连接件14,所述第一连接件14在位于其第一端部的第一点16 可枢转地连接在所述框架12上。
[0039] 其中还提供了耦合件18,所述耦合件18通过第二旋转接头20连接到所述第一连 接件14上，所述第二旋转接头20连接在所述第一连接件14的第二端部和所述耦合件18 的第一端部。
[0040] 第二连接件22在其第一端部通过第三旋转接头24被可枢转地连接到所述框架12 上。所述第二连接件22的第二端部通过第四旋转接头26被可枢转地连接到所述耦合件18 上。
[0041] 在图1中，Ll是所述第二连接件22上的所述第三旋转接头24和所述第四旋转接 头26之间的距离。L2是所述耦合件18上的从所述第二旋转接头20到所述第四旋转接头 26的距离。L3是所述第四旋转接头26和端点28 (也就是用来被操作的点）之间的距离。 所述伊氏机构10被设置成使得LUL2、L3之间的关系满足L22=LIXL3,这样就使所述端 点28实现了最精确的直线运动。
[0042] 将所述连接件14、22分别连接到所述框架12的所述第一旋转接头16和所述第三 旋转接头24是间隔设置的。还需要注意的是，上述旋转接头16、20、24、26的位置设置使得 所述第一连接件14和第二连接件22彼此之间形成大致为9