[发明专利]一种刚柔耦合球面颈部辅助康复设备

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合球面辅助康复设备，包括头部固定、肩部固定、三个传动支链，每一个支链都有一个主动杆和从动杆，它们通过柔性铰链进行连接，构成具有两个转动副和一个球副的支链。中间柔性铰链采用65号锰钢弹性片制作，即可以保证该机构具有足够的承载能力也可以保证柔性铰链的柔度要求。其他部分的部件采用PLA材料利用3D打印技术进行制作，与动平台连接的球副采用了一种关节球较，以保证该机构有足够刚度的同时，还可以达到质量轻便的要求。该设备的驱动部分采用了大扭矩的数字舵机作为驱动，既可以满足驱动要求，还有质量轻，精度好的优点。

技术领域

本发明是一种基于3-RR(X)S刚柔耦合球面并联机构的颈部辅助康复设备，涉及机构学应用领域，尤其涉及了含有中间柔性铰链的空间刚柔耦合并联机构。

背景技术

柔性铰链以其特殊的优势已经在精密仪器、精密测量、微米和纳米技术中得到了广泛的应用，另外对于大变形柔性铰链的研究也在如火如荼。并联机构具有结构紧凑、刚度高承载能力强、无累计误差，精度高等优点。因此将柔性铰链应用于并联机构中，可以结合两者的优势，使设计出的刚柔耦合机构可以更好应用于各种适合的领域。其中医疗康复领域就是刚柔耦合机构的一个很好的应用领域，在此背景下进行一款刚柔耦合颈部康复设备的设计。

发明内容

基于以上背景，本发明提出了一种刚柔耦合球面颈部辅助康复设备，该设备具有结构对称、工作空间大、质量小、高承载、具有缓冲作用等优点。该设备可以绕球心进行X、Y、Z三个方向的转动，完全切合头部运动规律，可以为颈部患病的患者的康复提供有效的辅助作用。也为大变形柔性铰链在空间并联机构的应用做了比较深入的探索。

为了实现颈部康复的目的，本发明在基于一定的原理机构的基础上进行一系列的设计，意在设计出一款优越的康复设备。该设备主要包括动平台(头部固定)、静平台(肩部固定)、连接动平台和静平台的三个分支链，这个三个分支呈对称分布,采用舵机作为驱动。

每一个支链的主动杆和从动杆都是通过中间柔性铰X链进行连接的。柔性铰链采用的是65号锰钢片和PLA材料经过3D打印制作的部件装配而成，其中包括两个弯曲片簧和两个固定架。弹簧片和固定架采用螺栓固定。每一个支链上的主动杆和从动杆同样也采用了PLA材料经过3D打印制作而成，与中间柔性铰链同样也采用螺栓进行连接。从动杆件与动平台采用一种关节球铰链进行连接。主动杆件与静平台的连接处安装驱动，采用舵机进行驱动，每一个舵机设计了相应的舵机支架，也是采用3D打印制作，与静平台采用螺钉固定。舵机与主动杆的连接方式为:舵机安装一个舵盘，舵盘通过一个连杆与主动杆件相连接，与此同时主动杆与静平台采用轴加轴承连接。

与现有技术相比本，发明具有以下优点：

1、该设备分支结构简单并且对称，装配简单，大部分的零部件只需利用3D打印机就可以制作完成；

2、中间关节采用大变形柔性铰链替代中间转动副，使该设备具有缓冲作用；

3、该设备的结构简单，便于进行运动学求解，方便控制；

4、该设备具有三个转动自由度更好的切合头颈部运动规律，可以更好的应用于颈部辅助康复中去；

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的一个分支支链的结构示意图。

图3是中间柔性铰链的结构示意图。

图4是驱动部分的结构示意图。

图5是肩部固定的结构示意图。