操縱器結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種操縱器。更具體地，本發(fā)明涉及包括末端執(zhí)行器的雙自由度操縱 器，其可以在平面工作空間內的兩個基本上相互垂直的直線方向上以非耦合的方式被移 動。
【背景技術】
[0002] 雙自由度操縱器有多種用途。例如，它們可以被用于末端執(zhí)行器，例如機械臂或機 床的操作中，用來撿拾和放置物體，或者在元件上執(zhí)行生產(chǎn)操作。
[0003] 雙自由度操縱器的另一個用途是用于康復機器人中，用來給正在接受康復訓練的 病人提供支撐和/或輔助力量。這類操縱器被連接到使用者的身體的一部分上，在康復練 習例如步態(tài)訓練期間可以被用來提供輔助力量和支撐。
[0004] 例如，雙自由度操縱器可以被連接到使用者的骨盆部位，用來支撐使用者的體重 并提供預定的步態(tài)提示來輔助行走。美國專利申請US2007/0016116示出了一種這樣的操 縱器。在該申請的方案中，一對氣動操縱器通過一組氣缸向使用者的骨盆部位施加力量。 具體地，使用者的前后移動由安裝在前后方向上的氣壓缸提供支持，橫向移動則由橫向定 位的氣壓缸提供支持。這種結構的一個問題在于橫向的氣壓缸意味著該操縱器的寬度相當 大。這就使得它更加難以安裝，而且橫向延伸的氣壓缸在正常的步行運動中可能會與使用 者的手臂相撞。另外，與該操縱器的尺寸相比，其工作空間是相當小的。
[0005] 另一種已知的雙自由度操縱器包括二維笛卡爾滑軌結構，其中設有可以在第一軌 道上沿著第一方向滑動的輸送器，所述第一軌道可以在另外兩個平行的軌道之間沿著與第 一方向垂直的第二方向滑動。這樣的系統(tǒng)具有一定的缺點。
[0006] 這類系統(tǒng)的一個缺點是大量的設備圍繞在其工作空間周圍或位于其工作空間內 部。在許多應用中，這通常是不理想的，因為操縱器可能與其加工件或使用者相撞；在操縱 器被用于步態(tài)訓練的情況下，上述軌道可能與使用者的手臂相撞。
[0007] 這類系統(tǒng)的另一個缺點是其部件之間的滑動接合通常是不理想的，因為它們容易 被污染或磨損。
[0008] 另外，在這樣的系統(tǒng)中設有發(fā)動機來在第一軌道上移動輸送器。設置該連接到第 一軌道上，并且用于移動輸送器的發(fā)動機意味著第一軌道具有較高的慣性，當在上述平行 軌道上移動第一軌道時，這是不理想的。
[0009] 本發(fā)明的一個目的是克服，或者至少減輕上面提到的這些問題。

【發(fā)明內容】

[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種操縱器，其包括：
[0011] 框架；
[0012] 第一連接件；
[0013] 第二連接件；以及
[0014] 第一親合件；
[0015] 所述框架、第一連接件、第二連接件及第一耦合件被設置成組成伊氏直線機構，使 得所述第一耦合件上的點的軌跡的一部分在第一方向上描繪出實質上的直線；
[0016] 其中所述第二連接件通過曲柄連接到所述框架上，使得所述曲柄驅動所述第一耦 合件上的點在與所述第一方向垂直的第二方向上沿著實質上的直線移動。
[0017] 本發(fā)明提供了一種伊氏機構，其中的一條驅動臂的安裝端可以提供額外的自由 度。所述附加曲柄的驅動提供了在垂直于所述伊氏機構的正常線性自由度的該額外自由度 內的運動。這種結構具有很多優(yōu)點。第一，所述結構的主體放置在工作空間的之外，并位于 工作空間后方。其次，所述結構僅使用旋轉接頭，而旋轉接頭不存在現(xiàn)有技術中的直線接頭 的缺點。
[0018] 優(yōu)選地，Ll為所述第二連接件（122、222)位于所述耦合件（118、218)的旋轉軸線 與所述曲柄（144、248)的旋轉軸線之間的部分的長度；
[0019] L2為所述耦合件（118、218)位于所述耦合件（118、218)的旋轉軸線與所述第一連 接件（114、214)的旋轉軸線之間的部分的長度；
[0020] L3為所述耦合件（118、218)位于所述耦合件（118、218)的旋轉軸線與所述耦合件 (118、218)的端點（128、228)之間的部分的長度；
[0021] 其中所述操縱器被設置成使得L2處于與其預定值的誤差不大于10%的范圍內， L2的預定值通過以下算式確定：L22=L1XL3。
[0022] 這樣就在所述端點的行程的整個主要部分中提供了良好地近似于直線的行程。
[0023] 優(yōu)選地，所述結構包括具有第一發(fā)動機的第一驅動組件，用于以關節(jié)形式連接所 述操縱器，從而沿著所述第一方向移動所述第一耦合件上的點。優(yōu)選地，所述第一驅動組件 包括第三連接件，所述第三連接件由所述第一驅動組件的曲柄驅動，所述曲柄由所述第一 發(fā)動機驅動，其中所述第三連接件用于驅動所述第一耦合件。
[0024] 優(yōu)選地，所述第三連接件連接到位于所述第一連接件和所述第二連接件之間的所 述第一耦合件上。
[0025] 優(yōu)選地，所述操縱器包括：
[0026] 第二耦合件，其與所述第一耦合件連接，用于與所述第一耦合件一同移動；以及
[0027] 與所述第一耦合件及所述第二耦合件連接的末端執(zhí)行器。
[0028] 這樣就提供了更加穩(wěn)固的結構，并且允許使用末端執(zhí)行器，它可以傳遞力矩及作 用于一點的力。優(yōu)選地，所述第一耦合件和第二耦合件通過與所述末端執(zhí)行器間隔設置的 耦合件連接器連接。優(yōu)選地，所述第一耦合件和第二耦合件通過所述末端執(zhí)行器和耦合件 連接器連接，從而形成平行聯(lián)接結構的兩個平行的側邊。
[0029] 所述操縱器還可以包括連接到所述第二耦合件的另一個第二連接件，其中所述另 一個第二連接件通過另一個曲柄連接到所述框架，使得所述曲柄驅動所述第二耦合件上的 點在所述第二方向上沿著實質上的直線移動。
[0030] 優(yōu)選地，所述曲柄和所述另一個曲柄被設置用于同步運動。所述曲柄和所述另一 個曲柄可以被現(xiàn)有的驅動組件驅動，例如所述第一發(fā)動機可以通過現(xiàn)有的推桿驅動所述第 一曲柄和所述另一個曲柄。
【附圖說明】
[0031] 現(xiàn)在將結合下面的附圖對根據(jù)本發(fā)明的一種作為示例的操縱器進行描述。
[0032] 圖1是一種已知的伊氏機構的側面示意圖。
[0033] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一種結構的側面示意圖。
[0034] 圖3a到3e是圖2中的結構的運動范圍的示意圖。
[0035] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二種結構的側面示意圖。
[0036] 圖5是圖4中的結構被應用時的側面示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 請參閱圖1，其中示意性地示出了一種已知的伊氏機構10。所述伊氏機構10包括 框架12,所述框架12在使用中是固定的。圖1中的框架12的不同區(qū)域彼此之間剛性地連 接。
[0038] 其中還提供了第一連接件14,所述第一連接件14在位于其第一端部的第一點16 可樞轉地連接在所述框架12上。
[0039] 其中還提供了耦合件18,所述耦合件18通過第二旋轉接頭20連接到所述第一連 接件14上，所述第二旋轉接頭20連接在所述第一連接件14的第二端部和所述耦合件18 的第一端部。
[0040] 第二連接件22在其第一端部通過第三旋轉接頭24被可樞轉地連接到所述框架12 上。所述第二連接件22的第二端部通過第四旋轉接頭26被可樞轉地連接到所述耦合件18 上。
[0041] 在圖1中，Ll是所述第二連接件22上的所述第三旋轉接頭24和所述第四旋轉接 頭26之間的距離。L2是所述耦合件18上的從所述第二旋轉接頭20到所述第四旋轉接頭 26的距離。L3是所述第四旋轉接頭26和端點28 (也就是用來被操作的點）之間的距離。 所述伊氏機構10被設置成使得LUL2、L3之間的關系滿足L22=LIXL3,這樣就使所述端 點28實現(xiàn)了最精確的直線運動。
[0042] 將所述連接件14、22分別連接到所述框架12的所述第一旋轉接頭16和所述第三 旋轉接頭24是間隔設置的。還需要注意的是，上述旋轉接頭16、20、24、26的位置設置使得 所述第一連接件14和第二連接件22彼此之間形成大致為9