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CN102862168B - 链传动中医按摩机器人手臂 - Google Patents

链传动中医按摩机器人手臂 Download PDF

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柳虹亮
李静
陈延伟
毛志阳
姜大伟
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Abstract

随着我国进入老龄化社会，腰腿疼痛成为困扰老年人的主要病痛之一。中医按摩一直是缓解和治疗各种慢性疼痛的最为有效的手段，然而我国专业的按摩师严重不足，利用机器人按摩代替人手按摩是一种必然的趋势。国外的按摩器械价格较高，因此设计一款适合我国情况的按摩机器人尤为重要。机器人手臂是按摩机器人的重要组成部分。中医按摩机器人手臂共实现三个自由度，分别是大臂的俯仰、肘部的俯仰和腕部的旋转。大臂的俯仰由电机通过减速器直接控制，肘部的俯仰和腕部的旋转都通过齿形链来传递动力，最后腕部的旋转通过锥齿轮啮合传动来实现。

Description

链传动中医按摩机器人手臂
技术领域
本发明属于服务机器人领域医疗服务设备，特别是指针对老年人腰腿疼痛进行按摩的设备。
背景技术
传统的机器人手臂设计中多是把电机固定在关节上，以驱动手臂，这样加大了手臂的重量，同时手腕较粗，不能达到人手按摩的效果。本发明设计的主要思路是将动力装置安装至大臂下侧，由齿形链将动力传递给各关节，从而减轻了手臂的重量，提高了手臂的灵活性和空间柔性运动。同时链传动具有链轮受力情况较好，承载能力较大，有一定的缓冲和减振性能，中心距可调而且结构轻便等优点。其中齿形链工作平稳、噪声较小、允许链速较高，承受冲击载荷能力较好。
发明内容
本发明提供一种中医按摩机器人手臂，该机器人手臂运用齿形链传动实现机器人手臂的运动，完成大臂的摆动、肘部的摆动和腕部的旋转等基本动作。本发明的中医按摩机器人手臂具有摆动副的肩部关节1、具有摆动副的肘部关节3、具有回转副的腕部关节5、连接肩部关节1和肘部关节3之间的大臂2、连接肘部关节3和腕部关节5之间的小臂4组成；各关节的回转副和摆动副的运动分别由电机驱动，并通过链传动传递动力。该机器人手臂的肩关节1有一个自由度，肘部关节3有一个自由度，腕部关节5有一个自由度，回转运动范围为一周。大臂的俯仰由电机通过减速器直接带动大臂回转轴旋转实现；肘部的俯仰由电机通过减速器、链轮等带动肘部回转轴旋转实现；腕部的旋转由电机通过减速器、链轮和锥齿轮啮合传动等实现。机器人手臂要求结构紧凑，柔性好，可达空间最大，运用链传动可以将电机放在大臂的后端，减少了手臂的重量，达到工作设计的要求。运用链传动还可以通过改变链轮的中心距达到改变手臂的长度的目的，从而满足设计要求。
附图说明
附图说明：图1是本发明的中医按摩机器人手臂的结构示意图，图2为肩部关节1的结构示意图，图3是肘部关节3的结构示意图，图4是腕部关节5的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1，本实施方式的机器人手臂由具有摆动副的肩部关节1和肘部关节3、具有回转副的腕部关节5、连接在肩部关节1和肘部关节3之间的大臂2、连接在肘部关节3和腕部关节5之间的小臂4组成。
参阅图2，肩部关节1由肩部轴承端盖101与第一方形板116通过螺钉固定连接，第一方形板116通过深沟球轴承安装在大臂回转轴112上，并与大臂支架115固定连接，大臂回转轴112与第二方形板201通过花键连接形成摆动副，第二方形板201与大臂2固定连接，使大臂2随大臂回转轴112运动，第一链轮102、第二链轮104、第三链轮105、第四链轮107通过角接触球轴承安装在大臂回转轴112上，使大臂回转轴112的转动不影响第一链轮102、第二链轮104、第三链轮105、第四链轮107的运动，第一链轮102与第二链轮104通过第一圆盘103用螺栓固定连接，并防止发生窜动，用同样的方式将第三链轮105、第四链轮107、第二圆盘106固定连接，第一弹性挡圈110、第二弹性挡圈114、第一套筒111、第二套筒113和轴肩将角接触球轴承轴向定位，第一电机109与肩部电机座108固定连接，肩部电机座108与大臂支架115固定连接，第一电机109通过减速器直接带动大臂回转轴112旋转，从而实现大臂2的摆动。
参阅图3，肘部关节3由肘部第一轴承端盖301、肘部第二轴承端盖306与第四方形板401通过螺钉固定连接，肘部关节3与肘部回转轴308通过螺栓和键固定连接，保证肘部回转轴308与第四方形板401为固定连接，第四方形板401与小臂4固定连接，使小臂4随肘部回转轴308运动，第三方形板202通过深沟球轴承安装在肘部回转轴308上，并与大臂2固定连接，第五链轮302、第六链轮304通过角接触球轴承安装在肘部回转轴308上，使肘部回转轴308的转动不影响第五链轮302、第六链轮304的运动，第五链轮302与第六链轮304通过第二圆盘303用螺栓固定连接，并防止发生窜动，第四弹性挡圈310、第三套筒309和轴肩将角接触球轴承轴向定位，第七链轮305与肘部回转轴308通过平键固定连接，第三弹性挡圈307和轴肩将第七链轮305轴向定位，第二电机放在大臂下侧与第四链轮107相连，第三链轮105与第四链轮107固定连接同时运动，第三链轮105与第七链轮305通过链条相互连接传递动力，第七链轮305转动并带动肘部回转轴308旋转，从而实现小臂4的摆动。
参阅图4，腕部关节3由腕部第一轴承端盖501、腕部第二轴承端盖507与第五方形板402通过螺钉固定连接，第五方形板402与腕部支架502固定连接，第五方形板402通过深沟球轴承安装在腕部回转轴510上，并与小臂4固定连接，第八链轮511与腕部回转轴510通过键固定连接，第五弹性挡圈512和轴肩将第八链轮511轴向定位，腕部主动齿轮509通过键与腕部回转轴510固定连接，并用第二固定套508和轴肩实现轴向定位，腕部主动齿轮509与腕部从动齿轮轴506相啮合，腕部从动齿轮轴506通过角接触球轴承安装在腕部支架502上，第一固定套505和轴肩将角接触球轴承轴向定位，腕部法兰盘504与腕部从动齿轮轴506连接，腕部法兰支架503通过螺钉与腕部支架502固定连接，实现了对法兰盘504的支撑，按摩手与法兰盘504相连，第三电机放在大臂下侧与第一链轮102相连，第二链轮104与第一链轮102固定连接同时运动，第二链轮104通过链条将动力传递给第六链轮304，第五链轮302和第八链轮511通过链条相互连接传递动力，使第八链轮511转动并带动腕部回转轴510旋转，带动腕部主动齿轮509和腕部从动齿轮轴506啮合传动，从而实现腕部的旋转。

Claims (3)

1.中医按摩机器人手臂，该手臂可以模仿人的手臂功能进行操作，完成腕部回转、肘部摆动、大臂摆动等动作，并通过双手臂的合作与协调完成一定的按摩动作；中医按摩机器人手臂具有摆动副的肩部关节(1)、具有摆动副的肘部关节(3)、具有回转副的腕部关节(5)、连接肩部关节(1)和肘部关节(3)之间的大臂(2)、连接肘部关节(3)和腕部关节(5)之间的小臂(4)；各关节的回转副和摆动副的运动分别由电机驱动，并通过链传动传递动力，为了实现按摩机器人手臂的安装，手臂的大臂(2)和小臂(4)采用方形板和方形筒组合连接的形式；其特征在于：其肩部关节(1)特征是肩部轴承端盖(101)与第一方形板(116)通过螺钉固定连接，第一方形板(116)通过深沟球轴承安装在大臂回转轴(112)上，并与大臂支架(115)固定连接，大臂回转轴(112)与第二方形板(201)通过花键连接形成摆动副，第二方形板(201)与大臂(2)固定连接，使大臂(2)随大臂回转轴(112)运动，第一链轮(102)、第二链轮(104)、第三链轮(105)、第四链轮(107)通过角接触球轴承安装在大臂回转轴(112)上，使大臂回转轴(112)的转动不影响第一链轮(102)、第二链轮(104)、第三链轮(105)、第四链轮(107)的运动，第一链轮(102)与第二链轮(104)通过第一圆盘(103)用螺栓固定连接，并防止发生窜动，用同样的方式将第三链轮(105)、第四链轮(107)、第二圆盘(106)固定连接，第一弹性挡圈(110)、第二弹性挡圈(114)、第一套筒(111)、第二套筒(113)和轴肩将角接触球轴承轴向定位，第一电机(109)与肩部电机座(108)固定连接，肩部电机座(108)与大臂支架(115)固定连接，第一电机(109)通过减速器直接带动大臂回转轴(112)旋转，从而实现大臂(2)的摆动。
2.根据权利要求1所述的中医按摩机器人手臂，其特征在于：其肘部关节(3)特征是肘部第一轴承端盖(301)、肘部第二轴承端盖(306)与第四方形板(401)通过螺钉固定连接，肘部关节(3)与肘部回转轴(308)通过螺栓和键固定连接，保证肘部回转轴(308)与第四方形板(401)为固定连接，第四方形板(401)与小臂(4)固定连接，使小臂(4)随肘部回转轴(308)运动，第三方形板(202)通过深沟球轴承安装在肘部回转轴(308)上，并与大臂(2)固定连接，第五链轮(302)、第六链轮(304)通过角接触球轴承安装在肘部回转轴(308)上，使肘部回转轴(308)的转动不影响第五链轮(302)、第六链轮(304)的运动，第五链轮(302)与第六链轮(304)通过第二圆盘(303)用螺栓固定连接，并防止发生窜动，第四弹性挡圈(310)、第三套筒(309)和轴肩将角接触球轴承轴向定位，第七链轮(305)与肘部回转轴(308)通过平键固定连接，第三弹性挡圈(307)和轴肩将第七链轮(305)轴向定位，第二电机放在大臂下侧与第四链轮(107)相连，第三链轮(105)与第四链轮(107)固定连接同时运动，第三链轮(105)与第七链轮(305)通过链条相互连接传递动力，第七链轮(305)转动并带动肘部回转轴(308)旋转，从而实现小臂(4)的摆动。
3.根据权利要求1所述的中医按摩机器人手臂，其特征在于：其腕部关节(5)的特征是腕部第一轴承端盖(501)、腕部第二轴承端盖(507)与第五方形板(402)通过螺钉固定连接，第五方形板(402)与腕部支架(502)固定连接，第五方形板(402)通过深沟球轴承安装在腕部回转轴(510)上，并与小臂(4)固定连接，第八链轮(511)与腕部回转轴(510)通过键固定连接，第五弹性挡圈(512)和轴肩将第八链轮(511)轴向定位，腕部主动齿轮(509)通过键与腕部回转轴(510)固定连接，并用第二固定套(508)和轴肩实现轴向定位，腕部主动齿轮(509)与腕部从动齿轮轴(506)相啮合，腕部从动齿轮轴(506)通过角接触球轴承安装在腕部支架(502)上，第一固定套(505)和轴肩将角接触球轴承轴向定位，腕部法兰盘(504)与腕部从动齿轮轴(506)连接，腕部法兰支架(503)通过螺钉与腕部支架(502)固定连接，实现了对法兰盘(504)的支撑，按摩手与法兰盘(504)相连，第三电机放在大臂下侧与第一链轮(102)相连，第二链轮(104)与第一链轮(102)固定连接同时运动，第二链轮(104)通过链条将动力传递给第六链轮(304)，第五链轮(302)和第八链轮(511)通过链条相互连接传递动力，使第八链轮(511)转动并带动腕部回转轴(510)旋转，带动腕部主动齿轮(509)和腕部从动齿轮轴(506)啮合传动，从而实现腕部的旋转。
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