用于下肢康复的三自由度并联机构的制作方法

本发明涉及下肢康复器械技术领域，具体为用于下肢康复的三自由度并联机构。

背景技术：

目前传统的下肢康复机器人大多为串联结构，串联节点与人体下肢关节相对应，该结构形式简单，各关节独立驱动无耦合，具有运动学正解简单，控制容易，工作空间大的优点。基于上述优点，技术成熟的串联机构已经在康复机器人领域得到广泛的应用。然而，由于串联机构的开环结构形式，各个关节间的变形量与误差均会累加，导致机器人的整体刚度和精度降低；此外，串联节点的轴线与人体关节轴线随着机构的运动会出现偏离，造成肢体的二次损伤。因此，在人口老龄化加剧，康复机器人需求越来越高的条件下，传统的串联机器人已经逐渐无法满足需要。为解决这一难题，国内外学者和研究人员近年来以并联机构为基础，探索新型下肢康复机器人。与六自由度并联机构相比，少自由度并联机构具有低耦合度，易于模块化等优点，越来越受到研究者的重视与青睐，与此同时，一些少自由度并联机构，已经在手腕康复机器人，脚踝康复机器人等方面得到了成功的应用。

现有用于下肢康复的并联机构公布专利（如cn104970945a，cn105943306a），机构内部球铰链过多，结构较为复杂，加工装配精度难以保证，工作空间受限。此外，球铰链球头与球窝间由于动配合的关系不可避免的存在间隙，工艺误差及铰链运动时的摩擦会加剧间隙误差，降低机构的精度。

技术实现要素：

针对现有并联机构需要采用球铰链并且结构复杂的问题，本发明提供了用于下肢康复的三自由度并联机构，其结构简单、刚度好且不含球铰链。

其技术方案是这样的：用于下肢康复的三自由度并联机构，其包括固定基座和动平台，所述固定基座通过第一支链、第二支链和第三支链与所述动平台连接，其特征在于：所述第一支链包括依次连接的第一移动副、第一转动副、第一连杆和第一万向副，所述第一万向副包括与所述第一连杆连接的转轴一、与所述动平台连接的转轴二；

所述第二支链包括依次连接的第二移动副、第二转动副、第二连杆和第二万向副，所述第二万向副包括与所述第二连杆连接的转轴三、与所述动平台连接的转轴四；

所述第三支链包括依次连接的第三移动副、第三万向副、第三连杆和第四万向副，所述第三万向副包括与所述第三移动副连接的转轴五、与所述第三连杆一端连接的转轴六，所述第四万向副包括与所述第三连杆另一端连接的转轴七、与所述动平台连接的转轴八；

所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副分别与所述固定基座连接，所述第一万向副、所述第二万向副和所述第四万向副分别与所述动平台连接，所述第一移动副、所述第二移动副和所述第三移动副的轴线相互平行；所述第一转动副的转动轴线与所述第一移动副的轴线垂直，所述第一转动副的转动轴线与所述转轴一的轴线平行，所述第二转动副的转动轴线与所述第二移动副的轴线垂直，所述第二转动副的转动轴线与所述转轴三的轴线平行，所述第一转动副的转动轴线与所述第二转动副的转动轴线平行，所述转轴二的轴线与所述转轴四的轴线共轴，所述转轴五的轴线与所述第三移动副的轴线平行，所述转轴六的轴线与所述转轴七的轴线平行，当所述动平台位于水平状态时，所述转轴八的轴线分别与所述转轴一的轴线、所述转轴三的轴线平行。

其进一步特征在于：

所述第一移动副竖直设置；

所述第二移动副竖直设置；

所述第三移动副竖直设置；

所述第一移动副包括安装在所述固定基座上的第一导轨和与所述第一导轨滑动配合的第一滑块，通过驱动机构驱动所述第一滑块在所述第一导轨上移动；

所述第二移动副包括安装在所述固定基座上的第二导轨和与所述第二导轨滑动配合的第二滑块，通过驱动机构驱动所述第二滑块在所述第二导轨上移动；

所述第三移动副包括安装在所述固定基座上的第三导轨和与所述第三导轨滑动配合的第三滑块，通过驱动机构驱动所述第三滑块在所述第三导轨上移动；

所述动平台上安装有足底固定装置；

所述第一支链和所述第二支链对称分布于所述第三支链的两侧；

所述动平台呈方形，所述第一支链和所述第二支链分别与所述动平台相对的两边连接。

本发明的有益效果为：本发明提出的并联机构可实现空间两转动一移动运动，同时组成该机构的第一支链和第二支链的结构相同，便于制造安装；整套机构具有结构简单，刚度高，灵活性好，控制容易等优点，而且该机构不含球铰链，制造加工容易，精度高。在使用时，其可以与直线单轴驱动器串联组成2t2r混联下肢康复机器人从而进行下肢髋关节，膝关节，踝关节的康复训练。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为第一支链结构示意图；

图3为第二支链结构示意图；

图4为第三支链结构示意图；

图5为第一万向副结构示意图；

图6为第三万向副拆分结构示意图；

图7为第四万向副拆分结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的用于下肢康复的三自由度并联机构，其包括固定基座1和动平台2，动平台2呈方形，第一支链4和第二支链5分别与动平台2相对的两边连接，动平台2上安装有足底固定装置21，固定基座1通过第一支链3、第二支链4和第三支链5与动平台2连接，并且，第一支链3和第二支链4对称分布于第三支链5的两侧。

具体的，如图2所示，第一支链3包括依次连接的第一移动副31、第一转动副32、第一连杆33和第一万向副34，第一移动副31竖直设置，第一移动副31包括安装在固定基座1上的第一导轨311和与第一导轨311滑动配合的第一滑块312，通过驱动机构6例如驱动电机驱动第一滑块312在第一导轨311上移动，结合图5，第一万向副34包括与第一连杆33连接的转轴一341、与动平台2连接的转轴二342，第一连杆33可以绕转轴一341所在的轴线转动，动平台2可以绕转轴二342所在的轴线转动，更为具体的，还包括有用于安装转轴一341和转轴二342的u形支架一7，转轴一341与第一连杆33固定，转轴一341通过轴承与u形支架一7转动连接，转轴二通过轴承与u形支架一7转动连接。

与第一支链3类似的，如图3所示，第二支链4包括依次连接的第二移动副41、第二转动副42、第二连杆43和第二万向副44，第二移动副41竖直设置，第二移动副41包括安装在固定基座1上的第二导轨411和与第二导轨411滑动配合的第二滑块412，通过驱动机构6驱动第二滑块412在第二导轨411上移动，参照图5，第二万向副44与第一万向副34类似包括与第二连杆43连接的转轴三441、与动平台2连接的转轴四442，第二连杆43可以绕转轴三441所在的轴线转动，动平台2可以绕转轴四442所在的轴线转动。

如图4所示，第三支链5包括依次连接的第三移动副51、第三万向副52、第三连杆53和第四万向副54，第三移动副51竖直设置，第三移动副51包括安装在固定基座1上的第三导轨511和与第三导轨511滑动配合的第三滑块512，通过驱动机构6驱动第三滑块512在第三导轨511上移动，结合图6，第三万向副52包括与第三移动副51连接的转轴五521、与第三连杆53一端连接的转轴六522，可以用十字轴作为转轴五521和转轴六522，第三万向副52可以直接选用虎克铰，更为具体的，第三滑块512通过u形支架二8与转轴五521连接，u形支架二8和转轴五521通过轴承连接，第三连杆53一端通过u形支架三9与转轴六522连接，它们之间也通过轴承连接，第四万向副54结构也可以结合图7以及参照第一万向副34的结构，其包括与第三连杆53另一端连接的转轴七542、与动平台2连接的转轴八541，第三连杆53的另一端可以绕转轴七542所在的轴线转动，动平台2可以绕转轴八541所在的轴线转动。

上述移动副、转动副和万向副之间的位置关系如下：第一移动副31、第二移动副41和第三移动副51分别与固定基座1连接，第一万向副34、第二万向副44和第四万向副54分别与动平台2连接，第一移动副31、第二移动副41和第三移动副51的轴线相互平行；第一转动副32的转动轴线与第一移动副31的轴线垂直，第一转动副32的转动轴线与转轴一341的轴线平行，第二转动副42的转动轴线与第二移动副41的轴线垂直，第二转动副42的转动轴线与转轴三441的轴线平行，第一转动副32的转动轴线与第二转动副42的转动轴线平行，转轴二342的轴线与转轴四442的轴线共轴，转轴五521的轴线与第三移动副51的轴线平行，转轴六522的轴线与转轴七542的轴线平行，当动平台2位于水平状态时，转轴八541的轴线分别与转轴一341的轴线、转轴三441的轴线平行。

通过第一支链3（pru支链）、第二支链4（pru支链）和第三支链5（puu支链）构成三自由度2pru-puu并联机构(其中，p代表移动副且为本机构的主动驱动副，r代表转动副，u代表万向副)，可以实现动平台2在空间内的两转动一移动三自由度的运动，具体的结合足底固定装置21，当其处于水平状态时，以鞋尖至鞋跟所在的轴线为x轴，以竖直方向为z轴，同时垂直x轴和z轴的方向为y轴，该机构能够实现y轴的转动、x轴的转动以及z轴的移动；将该套机构通过安装座10与直线单轴驱动器11串联组成2t2r混联下肢康复机器人可以实现x轴方向的移动，使用者将脚穿入足底固定装置21后即可通过机构的运动进行下肢髋关节，膝关节，踝关节的康复训练。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。