CN108500952A - 驱动控制装置及具有其的外骨骼机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种驱动控制装置及具有其的外骨骼机器人，包含驱动单元及驱动器，驱动单元连接于外骨骼机器人的腿杆；驱动器电性连接于驱动单元，驱动器根据外骨骼机器人的控制器输出的第一控制信号驱动驱动单元带动腿杆运动后，驱动器还根据采集到的腿杆运动时的状态信息实时控制驱动单元的运动参数，以控制腿杆的运动状态。

Description

驱动控制装置及具有其的外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种外骨骼机器人的驱动控制装置。
背景技术
本发明以恢复、提升慢性骨关节疾病患者、脊髋损伤患者及脑损伤患者的行走能力为目标。目前在下肢功能障碍患者中，大部分由骨关节疾病引起，其余主要由脊髋损伤及脑损伤引起。目前市场也出现了针对这些患者适用的外骨骼机器人，以助于他们的下肢行动能力的恢复。现有的外骨骼机器人的驱动单元与驱动器分开设置，并且往往是驱动器与控制器集成在一起，这就导致控制器的体积变大安装不方便，并且从驱动器到驱动单元信号传输距离很长，容易造成信号的延迟，更易产生信号干扰从而使得驱动器的工作不稳定，因此急于开发一种克服上述缺陷的驱动控制装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种外骨骼机器人的驱动控制装置，其中，包含：
驱动单元，连接于所述外骨骼机器人的腿杆；
驱动器，电性连接于所述驱动单元，所述驱动器根据所述外骨骼机器人的控制器输出的第一控制信号驱动所述驱动单元带动所述腿杆运动后，所述驱动器还根据采集到的所述腿杆运动时的状态信息实时控制所述驱动单元的运动参数，以控制所述腿杆的运动状态。
上述的驱动控制装置，其中，包含减速单元及电机轴，所述驱动单元包通过所述电机轴连接于所述减速单元，所述减速单元降低所述驱动单元的运动速度。
上述的驱动控制装置，其中，还包含输出轴，所述减速单元通过所述输出轴连接于所述腿杆。
上述的驱动控制装置，其中，还包含信息采集单元，电性连接于所述驱动器，所述信息采集单元实时采集所述状态信息并输出至所述驱动器，所述驱动器根据所述状态信息获得第二控制信号，所述驱动器根据所述第二控制信号控制所述驱动单元的所述运动参数。
上述的驱动控制装置，其中，所述状态信息包含所述电机轴的角速度信息及/或所述输出轴的角度位置信息。
上述的驱动控制装置，其中，所述减速单元为谐波减速器。
上述的驱动控制装置，其中，还包含相互扣合的第一支撑盖及第二支撑盖，所述驱动单元装设于所述第一支撑盖及所述第二支撑盖之间。
上述的驱动控制装置，其中，还包含第三支撑盖，扣合于所述第二支撑盖的外侧，所述减速单元装设于所述第三支撑盖及所述第二支撑盖之间。
上述的驱动控制装置，其中，还包含第四支撑盖，扣合于所述第三支撑盖的外侧，所述输出轴装设于所述第四支撑盖上且所述输出轴的一端连接于所述减速单元，所述输出轴的另一端连接于所述腿杆。
上述的驱动控制装置，其中，还包含轴承及支撑环，所述轴承套设于所述输出轴上，所述支撑环套设于所述轴承上以压紧所述轴承于所述输出轴上。
上述的驱动控制装置，其中，还包含第一连接件，其一端连接于所述输出轴的另一端，所述第一连接件的另一端连接于所述腿杆。
上述的驱动控制装置，其中，还包含传感器固定座，连接于所述第四支撑盖的外侧，所述信息采集单元包含电性连接的相对编码盘、绝对编码盘及传感器，所述相对编码盘装设于所述电机轴上，所述绝对编码盘装设于所述输出轴的另一端上，所述传感器装设于所述传感器固定座上，所述传感器通过所述相对编码盘采集所述角速度信息，及所述传感器通过所述绝对编码盘采集所述角度位置信息。
上述的驱动控制装置，其中，还包含驱动器保护盖，扣设于所述第一支撑盖的外侧，所述驱动器装设于所述驱动器保护盖上且位于所述驱动器保护盖与所述第一支撑盖之间。
上述的驱动控制装置，其中，所述驱动单元为直流无刷电机。
上述的驱动控制装置，其中，所述运动参数包含转动方向参数、转动速度参数和转动角度参数的其中至少之一者。
本发明还提供一种外骨骼机器人，其中，包含：
至少一腿杆；
控制器，输出第一控制信号；
上述中任一项所述的至少一外骨骼机器人的驱动控制装置，所述至少一驱动控制装置对应地连接于所述至少一腿杆，所述驱动控制装置根据所述第一控制信号对应地驱动所述腿杆运动后，所述驱动控制装置还根据采集到的对应地所述腿杆运动时的状态信息实时控制所述驱动控制装置的运动参数，以对应地控制所述腿杆的运动状态。
本发明针对于现有技术其功效在于，将控制器与驱动器分离，从而减小控制器体积，并且将驱动器与驱动单元集成于一体，使得从驱动器到驱动单元内部距离仅有5、6厘米，从而减少信号传输的距离，降低了信号延迟的发生，并且被驱动控制装置被外壳罩住，整个驱动控制装置与外界信号完全隔离，使得***非常稳定。
附图说明
图1是本发明驱动控制装置的原理图；
图2是本发明驱动控制装置的结构示意图；
图3是图2的剖视图；
图4为本发明外骨骼机器人的下肢结构示意图。
具体实施方式
兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本发明实施的限制。
请参照图1，图1是本发明驱动控制装置的原理图。如图1所示，驱动控制装置包含：驱动单元111、驱动器112、减速单元113、电机轴114、输出轴115及信息采集单元116；驱动单元包111通过电机轴114连接于减速单元113；减速单元113通过输出轴115连接于腿杆21；信息采集单元116电性连接于驱动器112；驱动器112根据外骨骼机器人的控制器输出的第一控制信号驱动驱动单元111带动腿杆21运动后，信息采集单元116实时采集腿杆21运动时的状态信息并输出至驱动器112，驱动器112根据状态信息获得第二控制信号，驱动器112根据第二控制信号控制驱动单元111的运动参数，以控制腿杆21的运动状态，减速单元113降低驱动单元111的启动时的运动速度；其中，在本实施例中，状态信息包含电机轴114的角速度信息及/或输出轴115的角度位置信息，运动参数包含转动方向参数、转动速度参数和转动角度参数的其中至少之一者，但本发明并不以此为限。
再请参照图2-3，图2是本发明驱动控制装置的结构示意图；图3是图2的剖视图。如图2-3所示，驱动控制装置还包含第一支撑盖117、第二支撑盖118、第三支撑盖119、第四支撑盖120、轴承121、支撑环122、第一连接件123、传感器固定座124、驱动器保护盖125及第二连接件126；第一支撑盖117与第二支撑盖118相互扣合，驱动单元111装设于第一支撑盖117及第二支撑盖118之间；第三支撑盖119扣合于第二支撑盖118的外侧，减速单元113装设于第三支撑盖119及第二支撑盖118之间；第四支撑盖120扣合于第三支撑盖119的外侧，输出轴115装设于第四支撑盖120上且输出轴115的一端连接于减速单元113；轴承121套设于输出轴115上，支撑环122套设于轴承121上以压紧轴承121于输出轴115上，通过轴承121及支撑环122可以防止输出轴115在腿杆21产生的外力作用下发生向内或向外的位移和侧翻倾斜；第一连接件123其一端连接于输出轴115的另一端，第一连接件123的另一端连接于腿杆21；传感器固定座124连接于第四支撑盖120的外侧；驱动器保护盖125扣设于第一支撑盖117的外侧，驱动器112装设于驱动器保护盖125上且位于驱动器保护盖125与第一支撑盖117之间；第二连接件126一端连接于第四支撑盖120，另一端连接于外骨骼机器人的另一腿杆或腰部支撑装置。其中，在本实施例中第二连接件126与第四支撑盖120为一体件，但本发明并不以此为限。
进一步地，信息采集单元116包含电性连接的相对编码盘1161、绝对编码盘1162及传感器1163，相对编码盘1161装设于电机轴114上，绝对编码盘1162装设于输出轴115的另一端上，传感器163装设于传感器固定座124上，传感器1163通过相对编码盘1161采集角速度信息，及传感器1163通过绝对编码盘1162采集角度位置信息。值得注意的是，在本实施例中还可包含另一传感器1164，传感器1164与驱动器112集成于一体，传感器1164通过相对编码盘1161采集角速度信息，传感器1163通过绝对编码盘1162采集角度位置信息。
更进一步的，在本实施例中，驱动单元111为直流无刷电机，减速单元113为谐波减速器；电机的转子安装在电机轴114上，直流无刷电机转动时带动电机轴114进行旋转，电机轴114又与谐波减速器连接，通过谐波减速器的柔轮连接输出轴115，输出轴115再通过螺栓及第一连接件与腿杆进行连接，实现降低转速和提升扭矩的作用，最终达到满足辅助患者行走的速度和力矩要求；驱动器112对角速度信息和角度位置信息进行数据融合处理后，控制直流无刷电机的转动方向、转动速度和转动角度的至少之一者，从而实现控制腿杆21的运动状态。
请参照图4，图4为本发明外骨骼机器人的下肢结构示意图。如图4所示，外骨骼机器人4包含二个机器人下肢41，每一机器人下肢41均包含二个腿杆411、412及二个驱动控制装置413、414；驱动控制装置413、腿杆411、驱动控制装置414及腿杆412依次连接；驱动控制装置413根据第一控制信号驱动腿杆411运动后，驱动控制装置413还根据采集到的腿杆411运动时的状态信息实时控制驱动控制装置413的运动参数，以对应地控制腿杆411的运动状态；驱动控制装置414根据第一控制信号驱动腿杆412运动后，驱动控制装置414还根据采集到的腿杆412运动时的状态信息实时控制驱动控制装置414的运动参数，以对应地控制腿杆412的运动状态。其中，驱动控制装置413作为外骨骼机器人的髋部组件，通过驱动控制装置413驱动并控制腿杆411的运动状态；驱动控制装置414作为外骨骼机器人的膝部组件，通过驱动控制装置414驱动并控制腿杆412的运动状态；其中驱动控制装置413、414的结构及控制原理与图1-3示出的驱动控制装置的结构及控制原理相同，在此就不再赘述了。
本发明的驱动控制装置，采用减速驱动方式，通过信息采集单元采集运动状态信息控制驱动单元的运动参数，同时内部各机构之间通过轴承、螺栓等的连接传输转速和力矩，实现了关节的紧凑、精巧；不仅将控制器与驱动器分离，从而减小控制器体积，并且将驱动器与驱动单元集成于一体，使得从驱动器到驱动单元内部距离仅有5、6厘米，从而减少信号传输的距离，降低了信号延迟的发生，并且被驱动控制装置被外壳罩住，整个驱动控制装置与外界信号完全隔离，使得***非常稳定。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种驱动控制装置，其特征在于，包含：
驱动单元，连接于外骨骼机器人的腿杆；
驱动器，电性连接于所述驱动单元，所述驱动器根据所述外骨骼机器人的控制器输出的第一控制信号驱动所述驱动单元带动所述腿杆运动后，所述驱动器还根据采集到的所述腿杆运动时的状态信息实时控制所述驱动单元的运动参数，以控制所述腿杆的运动状态。
2.如权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，包含减速单元及电机轴，所述驱动单元包通过所述电机轴连接于所述减速单元，所述减速单元降低所述驱动单元的运动速度。
3.如权利要求2所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含输出轴，所述减速单元通过所述输出轴连接于所述腿杆。
4.如权利要求3所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含信息采集单元，电性连接于所述驱动器，所述信息采集单元实时采集所述状态信息并输出至所述驱动器，所述驱动器根据所述状态信息获得第二控制信号，所述驱动器根据所述第二控制信号控制所述驱动单元的所述运动参数。
5.如权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，所述状态信息包含所述电机轴的角速度信息及/或所述输出轴的角度位置信息。
6.如权利要求2所述的驱动控制装置，其特征在于，所述减速单元为谐波减速器。
7.如权利要求4所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含相互扣合的第一支撑盖及第二支撑盖，所述驱动单元装设于所述第一支撑盖及所述第二支撑盖之间。
8.如权利要求7所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含第三支撑盖，扣合于所述第二支撑盖的外侧，所述减速单元装设于所述第三支撑盖及所述第二支撑盖之间。
9.如权利要求8所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含第四支撑盖，扣合于所述第三支撑盖的外侧，所述输出轴装设于所述第四支撑盖上且所述输出轴的一端连接于所述减速单元，所述输出轴的另一端连接于所述腿杆。
10.如权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含轴承及支撑环，所述轴承套设于所述输出轴上，所述支撑环套设于所述轴承上以压紧所述轴承于所述输出轴上。
11.如权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含第一连接件，其一端连接于所述输出轴的另一端，所述第一连接件的另一端连接于所述腿杆。
12.如权利要求9所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含传感器固定座，连接于所述第四支撑盖的外侧，所述信息采集单元包含电性连接的相对编码盘、绝对编码盘及传感器，所述相对编码盘装设于所述电机轴上，所述绝对编码盘装设于所述输出轴的另一端上，所述传感器装设于所述传感器固定座上，所述传感器通过所述相对编码盘采集所述角速度信息，及所述传感器通过所述绝对编码盘采集所述角度位置信息。
13.如权利要求7所述的驱动控制装置，其特征在于，还包含驱动器保护盖，扣设于所述第一支撑盖的外侧，所述驱动器装设于所述驱动器保护盖上且位于所述驱动器保护盖与所述第一支撑盖之间。
14.如权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，所述驱动单元为直流无刷电机。
15.如权利要求14所述的驱动控制装置，其特征在于，所述运动参数包含转动方向参数、转动速度参数和转动角度参数的其中至少之一者。
16.一种外骨骼机器人，其特征在于，包含：
至少一腿杆；
控制器，输出第一控制信号；
上述权利要求1-15中任一项所述的至少一外骨骼机器人的驱动控制装置，所述至少一驱动控制装置对应地连接于所述至少一腿杆，所述驱动控制装置根据所述第一控制信号对应地驱动所述腿杆运动后，所述驱动控制装置还根据采集到的对应地所述腿杆运动时的状态信息实时控制所述驱动控制装置的运动参数，以对应地控制所述腿杆的运动状态。
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Shuai Mei

Inventor after: Sun Guangyao

Inventor before: Shuai Mei