一种双向柔索驱动线轮

本发明涉及康复外骨骼机器人，特别涉及一种双向柔索驱动线轮。

背景技术：

1、下肢运动障碍患者生活质量会受到很大影响，下肢运动辅助需求广阔。随着机器人技术和辅助装置技术的发展，外骨骼机器人是一种机电一体化装置，通过嵌入式传感器、执行器和控制系统，以辅助或增强人体的运动能力和功能。在医疗康复领域，外骨骼系统可用于帮助恢复行走能力，改善肌肉功能，减少残疾人士的依赖性。在工业和军事领域，外骨骼系统可以提高工人和士兵的工作效率和耐力，减少劳动强度和作业风险。其中柔性外骨骼机器人因成本低、舒适便捷、辅助效率高等优点越来越多地被应用在医疗康复和增强人体力量等领域。柔性外骨骼系统的核心技术之一是其驱动系统，它负责将机械能转换为人体运动所需的力量和运动。传统的柔性外骨骼驱动系统通常采用电机驱动，每个关节不同方向使用一个独立的电机来提供动力，例如踝关节的跖屈、背屈运动助力需要两个电机进行驱动，这种设计虽然实现了各关节的独立控制，但也存在很多缺点：一是使用多个电机会增加系统的复杂性和成本。每个电机都需要独立的控制单元和电源供应，同时还需要额外的传感器和连接线，使系统结构变得复杂；二是多电机驱动系统在能量利用上存在一定的浪费。由于每个电机都独立驱动一个关节运动方向，其对应的电机在反向运转时消耗能量但没有产生实际功效。这种能量浪费不仅增加了能源消耗，也降低了系统的效率。因此，双向驱动的结构设计，能够在保证系统功能和性能的前提下，降低成本、简化结构，并提高能源利用效率。

技术实现思路

1、针对上述问题需求，本发明的目的在于提供一种双向柔索驱动线轮，通过单个电机的正反转动来驱动下肢外骨骼的多个自由度助力，同时具有稳定的驱动运动能力，通过实现对传统驱动系统的优化和改进，保障柔性外骨骼机器人功能的正常实现。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供一种双向柔索驱动线轮，包括线轮壳体及设置于线轮壳体内的双向绕线线轮和驱动轮，其中驱动轮与双向绕线线轮同轴连接，双向绕线线轮的外圆周上设有连续线槽，双向绕线线轮的两侧分别与两根柔索连接，两根柔索反向缠绕于连续线槽上，并且在线轮壳体的两侧引出；当驱动轮带动双向绕线线轮旋转时，一根柔索收回，另一根放出。

4、所述双向绕线线轮的两侧端面设有分别与所述连续线槽的两端过渡连通的柔索固定槽，两根所述柔索的端部通过柔索固定结构固定于相对应侧的柔索固定槽内。

5、所述柔索固定结构包括线轮压线盖和线轮出线口挡板；各所述柔索的端部设有柔索圆柱头，所述柔索固定槽的端部沿所述双向绕线线轮的厚度方向依次设有压线盖凹槽和柔索圆柱头凹槽，柔索圆柱头插设于柔索圆柱头凹槽内，线轮压线盖设置于柔索圆柱头的外侧，且与压线盖凹槽过渡配合；线轮出线口挡板设置于所述柔索固定槽的出线口侧，且与所述双向绕线线轮上设有的挡板凹槽过渡配合。

6、所述连续线槽的深度大于所述柔索的直径。

7、所述双向绕线线轮的中心设有驱动轮安装槽，驱动轮安装槽的底部沿周向设有多个线轮螺孔。

8、所述双向绕线线轮上环绕所述驱动轮安装槽设有多个减重孔。

9、所述驱动轮的中心设有轴孔，轴孔的侧壁设有电机键槽，所述驱动轮外圆周上设有与轴孔贯通的驱动轮轴向固定螺丝孔，所述驱动轮的端面沿周向设有多个驱动轮螺孔，驱动轮螺孔通过螺栓与所述双向绕线线轮上的线轮螺孔连接。

10、所述线轮壳体包括线轮外壳及分别设置于线轮外壳两侧的线轮外侧端盖和线轮内侧壳体，其中线轮外壳的两侧对称设有出线结构，出线结构包括出线口线槽及位于出线口线槽端部的出线口螺纹口。

11、所述线轮内侧壳体与所述驱动轮之间设有驱动轮挡板，驱动轮挡板设有中心孔及设置于中心孔一侧的轴套，轴套插设于所述线轮内侧壳体的连接孔内。

12、所述线轮内侧壳体与外部电机减速器连接，外部电机减速器的输出轴与所述驱动轮连接。

13、本发明的优点与积极效果为：

14、1.本发明作为柔性外骨骼机器人的关键驱动结构，可以将电机正反转时产生的转矩通过钢丝线传递到机器人末端，同时也支持单向使用，并配合压线盖等独特设计方式，可以保证了驱动助力装置的长期稳定运行。

15、2.本发明减少了在多自由度助力柔性外骨骼中使用的电机等驱动装置数量，降低了系统的整体质量与体积，提高了电机利用率。

技术特征：

1.一种双向柔索驱动线轮，其特征在于，包括线轮壳体及设置于线轮壳体内的双向绕线线轮(3)和驱动轮(6)，其中驱动轮(6)与双向绕线线轮(3)同轴连接，双向绕线线轮(3)的外圆周上设有连续线槽(9)，双向绕线线轮(3)的两侧分别与两根柔索连接，两根柔索反向缠绕于连续线槽(9)上，并且在线轮壳体的两侧引出；当驱动轮(6)带动双向绕线线轮(3)旋转时，一根柔索收回，另一根放出。

2.根据权利要求1所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述双向绕线线轮(3)的两侧端面设有分别与所述连续线槽(9)的两端过渡连通的柔索固定槽，两根所述柔索的端部通过柔索固定结构固定于相对应侧的柔索固定槽内。

3.根据权利要求2所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述柔索固定结构包括线轮压线盖(2)和线轮出线口挡板(4)；各所述柔索的端部设有柔索圆柱头，所述柔索固定槽的端部沿所述双向绕线线轮(3)的厚度方向依次设有压线盖凹槽和柔索圆柱头凹槽，柔索圆柱头插设于柔索圆柱头凹槽内，线轮压线盖(2)设置于柔索圆柱头的外侧，且与压线盖凹槽过渡配合；线轮出线口挡板(4)设置于所述柔索固定槽的出线口侧，且与所述双向绕线线轮(3)上设有的挡板凹槽过渡配合。

4.根据权利要求1所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述连续线槽(9)的深度大于所述柔索的直径。

5.根据权利要求1所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述双向绕线线轮(3)的中心设有驱动轮安装槽，驱动轮安装槽的底部沿周向设有多个线轮螺孔(10)。

6.根据权利要求5所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述双向绕线线轮(3)上环绕所述驱动轮安装槽设有多个减重孔。

7.根据权利要求5所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述驱动轮(6)的中心设有轴孔，轴孔的侧壁设有电机键槽(15)，所述驱动轮(6)外圆周上设有与轴孔贯通的驱动轮轴向固定螺丝孔(16)，所述驱动轮(6)的端面沿周向设有多个驱动轮螺孔(11)，驱动轮螺孔(11)通过螺栓与所述双向绕线线轮(3)上的线轮螺孔(10)连接。

8.根据权利要求1所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述线轮壳体包括线轮外壳(5)及分别设置于线轮外壳(5)两侧的线轮外侧端盖(1)和线轮内侧壳体(8)，其中线轮外壳(5)的两侧对称设有出线结构，出线结构包括出线口线槽(13)及位于出线口线槽(13)端部的出线口螺纹口(14)。

9.根据权利要求8所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述线轮内侧壳体(8)与所述驱动轮(6)之间设有驱动轮挡板(7)，驱动轮挡板(7)设有中心孔及设置于中心孔一侧的轴套，轴套插设于所述线轮内侧壳体(8)的连接孔内。

10.根据权利要求9所述的双向柔索驱动线轮，其特征在于，所述线轮内侧壳体(8)与外部电机减速器连接，外部电机减速器的输出轴与所述驱动轮(6)连接。

技术总结本发明涉及康复外骨骼机器人技术领域，特别涉及一种双向柔索驱动线轮，可以用于人体肢体运动助力的柔性外骨骼机器人的驱动结构组成部分，该双向柔索驱动线轮包括线轮壳体及设置于线轮壳体内的双向绕线线轮和驱动轮，其中驱动轮与双向绕线线轮同轴连接，双向绕线线轮的外圆周上设有连续线槽，双向绕线线轮的两侧分别与两根柔索连接，两根柔索反向缠绕于连续线槽上，并且在线轮壳体的两侧引出；当驱动轮带动双向绕线线轮旋转时，一根柔索收回，另一根放出。本发明适合用于下肢多关节、多自由度助力外骨骼机器人的执行器组成，通过鲍登线将电机输出力矩传递到机器人末端，辅助人体下肢行走。技术研发人员：赵新刚,谈晓伟,苏巨华,张弼,赵明,江玮中受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/9