[发明专利]一种新型基于差速传动的三自由度腕部康复机器人

权利要求书

1.一种新型基于差速传动的三自由度腕部康复机器人，其特征在于，包括：侧屈与侧偏运动模块、旋转运动模块和电机转速控制模块，其中：

所述侧屈与侧偏运动模块用于帮助患者实现腕关节掌侧屈、背侧屈，尺侧偏和桡侧偏，包括：底座机架(1)，安放在底座上的第一直流无刷电机(2)和第二直流无刷电机(3)，安装在第一直流无刷电机上的第一转轮(4)和安装在第二直流无刷电机上的第二转轮(5)，固定在底座上的第三转轮(6)与第一转轮(4)相连，固定在底座上的第四转轮(7)与第二转轮(5)相连，固定在底座机架上的T型通轴(8)上安装有一个外侧绞盘(9)和一个内侧绞盘(10)，在两个绞盘之间分别有第一摩擦片(11)和第二摩擦片(12)，外侧绞盘(9)的大转轮(13)与第三转轮(6)相连，内侧绞盘(10)的大转轮(14)与第四转轮(7)相连，从而使电机带动绞盘旋转，T型通轴(8)上的旋转板(15)上有与内侧绞盘(10)的小转轮相连的第一小带轮(16)和与外侧绞盘(9)的小转轮相连的第二小带轮(17)，在旋转板(15)的两边分别有第一导向轮(18)和第二导向轮(19)，在旋转板的另一边上安放有手柄(20)，手柄(20)和旋转板(15)下方的大带轮(21)使用花键连接，第一小带轮(16)与第一导向轮(18)之间用圆带(22)传动，第二小带轮(17)与第二导向轮(19)之间使用圆带(22)传动，第一导向轮(18)和第二导向轮(19)与大带轮(21)之间都使用圆带(22)传动，使手柄实现转动，固定在底座机架上的摩擦轮(23)和T型通轴(8)的顶端圆盘(24)相连，控制旋转板(15)的转动；

所述旋转运动模块用于帮助患者腕关节的旋转和对手臂的支撑，包括：固定在底座机架(1)上的滑轨机架(25)和第三直流无刷电机(26)，与电机相连的转轮(27)与手臂固定架(28)的外端滑轨相连，在电机转动时，放在手臂固定架(28)内端上的人的手臂随其运动；

所述电机转速控制模块用于控制整个机器人的运动模式使其完成功能，包括：单片机控制第一直流无刷电机(2)、第二直流无刷电机(3)、第三直流无刷电机(26)的转速和方向，当第一直流无刷电机(2)和第二直流无刷电机(3)等速同向转动，带动内外侧绞盘(9)(10)一起同向运动，并且通过T型通轴(8)上的第一摩擦片(11)和第二摩擦片(12)使得与T型通轴(8)通过键连接的旋转板(15)扭矩突破黑色摩擦轮(23)限定的阀值，带动旋转板(15)绕T型通轴(8)旋转，同时，第一小带轮(16)与第一导向轮(18)之间的圆带(22)传动方向和第二小带轮(17)与第二导向轮(19)之间的圆带(22)传动方向相反，所以第一导向轮(18)与大带轮(21)之间的圆带(22)传动方向和第二导向轮(19)与大带轮(21)之间的圆带(22)传动方向相反，导致大带轮(21)受到方向相反的扭矩，所以手柄(20)会被卡住不动，即此时为旋转板(15)和板上零件跟随内外侧绞盘(9)(10)的小转轮转动的腕关节侧偏模式；当第一直流无刷电机(2)和第二直流无刷电机(3)等速反向转动时，内外侧绞盘(9)(10)与第一摩擦片(11)和第二摩擦片(12)的摩擦力相互抵消，此时无法跨越黑色摩擦轮(23)设定的阀值，旋转板(15)不做运动，而内外侧绞盘(9)(10)的小转轮分别带动第一小带轮(16)和第二小带轮(17)作方向相反的转动，同时，第一小带轮(16)与第一导向轮(18)之间的圆带(22)传动方向和第二小带轮(17)与第二导向轮(19)之间的圆带(22)传动方向相同，所以第一导向轮(18)与大带轮(21)之间的圆带(22)传动方向和第二导向轮(19)与大带轮(21)之间的圆带(22)传动方向也相同，导致大带轮(21)受到方向相同的扭矩，此时大带轮(21)和手柄(20)同向转动，即此时为手柄转动的腕关节侧屈模式；当第三直流无刷电机(26)转动时，带动手臂固定架(28)的外端滑轨转动，使手臂固定架(28)及人的手臂随其运动，即完成腕关节旋转模式。

2.根据权利要求1所述的一种新型基于差速传动的三自由度腕部康复机器人，其特征在于，所述侧屈与侧偏运动模块中，两个绞盘(9)(10)的弧形外端采用与转轮摩擦良好的材料涂层，外侧绞盘(9)与内侧绞盘(10)中间T型通轴(8)的接触也采用具有一定摩擦系数的耐磨材料涂层构成，两绞盘在平行于YZ平面内的接触使用摩擦系数极小的耐磨垫片填充，一次隔开两个绞盘，避免发生干摩擦。