柔索驱动六自由度并联康复装置

摘要

本发明公开了一种柔索驱动六自由度并联康复装置，旨在克服存在的运动平台自由度数目少、水平移动位移小、运动不便、绳索长度难以控制、传感器检测和控制缺失的问题；其包括移动驱动第1机构至移动驱动第4机构、固定驱动第1机构与固定驱动第2机构、绳索康复机构与支架。移动驱动第1机构至移动驱动第4机构依次布置在支架顶端，固定驱动第1机构与固定驱动第2机构依次固定在支架底端矩形框架对角线两端的2块固定底板上，绳索康复机构布置在支架中心处；绳索康复机构的六根钢丝绳的一端依次和移动驱动第1机构至移动驱动第4机构、固定驱动第1机构与固定驱动第2机构连接，绳索康复机构中的运动基座放置在支架底端正方形框架内的水平地面上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种健身器械，更确切地说，本发明涉及一种柔索驱动六自由度并联康复装置。

背景技术

柔索驱动并联机器人是一种以柔索为传动工具，柔索一端连接运动平台，另一端连接驱动电机，使运动平台在所期望的工作空间进行运动的新型机器人。柔索驱动并联机器人具有柔索驱动的重量轻、驱动固定、惯性小、传动方式灵活等特点,又有并联机器人的精度高、负载/自重比大、机构无误差积累、刚度好等特点。柔索驱动并联机器人主要应用于模拟航天员失重训练、大型运动场相机定位、桥梁建造、港口货物装卸、海底打捞、废物清理等领域。

关于柔索驱动并联机器人在康复运动领域的研究，取得了大量的成果：王卫东在文献《基于绳索驱动的并联康复机器人研究》中设计了基于人机工程学的并联康复机器人，主要包括机架、重力平衡单元、绳索绕放单元、康复运动实施单元和控制单元，简单地介绍了各个组成部分的机械结构；中国专利公告(布)号为CN102068363A，公告(布)日为2011年5月25日，发明名称为“绳驱动腰部康复机器人”，该案中提供的机器人的控制单元通过控制各绳索的绕放单元控制相应牵引绳绳长变化，带动康复患者腰部依正常人步行时的骨盆运动轨迹运动；中国专利公告(布)号为CN101862255A，公告(布)日为2010年10月20日，发明名称为“绳牵引下肢步态康复机器人”，该案中提供的机器人包括框架、跑步机、连杆系统、绳索牵引系统和角度传感器，用于下肢体损伤患者做步态康复训练或老年人体育锻炼；中国专利公告(布)号为CN102525712A，公告(布)日为2012年7月4日，发明名称为“一种绳牵引上肢康复机器人及其控制方法”，该案中提供的康复机器人包括中央控制装置、控制方式选择开关、伺服电机、牵引绳、托板和支架，被动控制和主动控制可以相互切换；中国专利公告(布)号为CN101987060A，公告(布)日为2011年3月23日，发明名称为“绳牵引踝关节康复训练机”，该案中提供的康复训练机包括底座和动平台两部分，用于踝关节扭伤和矫形康复训练。

在上述成果中，关于患者腰部康复运动领域的柔索驱动并联机器人的研究很少。仅有的“绳牵引下肢步态康复机器人”中，柔索驱动运动平台的自由度数目相对较少；驱动机构固定在机架上，绳索不能水平移动，导致康复患者的水平位移较小，运动不便；机械结构设计过程中采用弹簧等柔性件，不能准确地控制绳索的长度；没有安装传感器等检测元件，控制系统不完善，导致控制精度较低。结合以上现状和现实需求，迫切地需要设计一种满足腰部损伤患者康复的柔索驱动并联机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的运动平台自由度数目少、康复患者水平移动位移小、运动不便、整体结构采用的柔性件即绳索长度难以控制、传感器检测和控制缺失的问题；提供了一种柔索驱动六自由度并联康复装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的柔索驱动六自由度并联康复装置包括有移动驱动第1机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构、移动驱动第4机构、固定驱动第1机构、固定驱动第2机构、绳索康复机构与支架。

所述的移动驱动第1机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构与移动驱动第4机构的结构完全相同；固定驱动第1机构与固定驱动第2机构的结构完全相同。

移动驱动第1机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构与移动驱动第4机构依次布置在支架顶端四根横梁的中间处，固定驱动第1机构与固定驱动第2机构依次固定在支架底端矩形框架对角线两端的2块结构相同的固定底板上，绳索康复机构布置在支架的中心处；绳索康复机构的六根钢丝绳的一端依次和移动驱动第1机构、移动驱动第2机构、移动驱动第3机构、移动驱动第4机构、固定驱动第1机构与固定驱动第2机构连接。

技术方案中所述的支架包括1号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁、8号横梁、12根结构相同的加强筋、4根结构相同的立柱)和2个结构相同的固定底板。

4根结构相同的立柱(69)的上端采用螺栓依次和5号横梁(67)、6号横梁(68)、7号横梁(73)与8号横梁(74)的首尾相连接，4根结构相同的立柱(69)的下端采用螺栓依次和1号横梁(64)、2号横梁(71)、3号横梁(72)与4号横梁(70)的首尾相连接，组成一个长方体形的框架式支架；在支架(Ⅷ)两侧的矩形框架和后侧的矩形框架的四角处分别焊接有结构相同的加强筋(66)，两块固定底板(65)分别固定在由1号横梁(64)、2号横梁(71)、3号横梁(72)与4号横梁(70)组成的正方形框架对角线两端的直角上。

技术方案中所述的1号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁、8号横梁与12根结构相同的加强筋均为横截面为工字形的直杆类结构件，1号横梁、2号横梁、3号横梁、4号横梁、5号横梁、6号横梁、7号横梁与8号横梁的两端皆加工有螺纹孔，5号横梁、6号横梁、7号横梁与8号横梁的中间部位加工有凸台，4个凸台上分别沿竖直方向均匀分布有螺纹孔，立柱为横截面是正方形的柱状结构件，立柱上下两端的相邻两侧面上分别设置有通孔。

技术方案中所述的绳索康复机构还包括有康复腰带、运动基座、运动垫、扶手、绳索挂钩、1号拉力传感器、2号拉力传感器、3号拉力传感器、4号拉力传感器、5号拉力传感器、6号拉力传感器与扶手支柱。所述的六根钢丝绳是指1号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳；所述的绳索挂钩包括1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩；运动基座放置在支架底端正方形框架内的水平地面上，运动垫采用粘合剂固定在运动基座的正中央，三根结构相同的扶手支柱的底端与运动基座采用螺钉连接，三根结构相同的扶手支柱的顶端与扶手固定连接，康复腰带置于扶手之中；1号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳上依次安装有1号拉力传感器、2号拉力传感器、3号拉力传感器、4号拉力传感器、5号拉力传感器与6号拉力传感器；1号钢丝绳、2号钢丝绳、3号钢丝绳、4号钢丝绳、5号钢丝绳与6号钢丝绳的一端依次和1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩固定连接，1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩依次和康复腰带连接。

技术方案中所述的康复腰带包括腰带、开关座、制动开关、3个结构相同的腰带锁销、传感器座、位移传感器、1号绳索挂环、2号绳索挂环、3号绳索挂环、4号绳索挂环、5号绳索挂环与6号绳索挂环；1号绳索挂环、2号绳索挂环、3号绳索挂环与4号绳索挂环粘接在腰带的周围，其中任何相邻的2个绳索挂环之间的夹角为九十度；5号绳索挂环粘接在3号绳索挂环与4号绳索挂环之间的中间位置，6号绳索挂环粘接在1号绳索挂环与2号绳索挂环之间的中间位置，开关座粘接在4号绳索挂环左侧的腰带(61)上，制动开关安装在开关座上；传感器座粘接在2号绳索挂环与3号绳索挂环之间的腰带上，位移传感器安装在传感器座上。

技术方案中所述的腰带为开口式圆环形结构件，腰带采用的材质为橡胶，腰带开口的左侧设置有3个结构相同的腰带锁销，3个结构相同的腰带锁销的中心线连线和腰带的回转轴线平行，相邻2个腰带锁销之间距离相等，腰带锁销的头部做成凸球形，腰带锁销与腰带做成一体，或者做成分体的；腰带开口的右侧沿轴向设置有3列结构相同的相互平行的和腰带锁销配装的佩戴孔，每列相邻的2个佩戴孔之间的距离与相邻2个腰带锁销之间距离相等。

技术方案中所述的移动驱动第1机构包括有移动驱动机构和绕线驱动机构两部分；所述的移动驱动机构包括2根结构相同的直线导轨、导轨底座、2个结构相同的导轨连接块、螺母连接块、1号电机法兰、伺服电机、1号联轴器、丝杠支撑座、滚珠丝杠和丝杠固定座。2根结构相同的直线导轨平行对称地安装在导轨底座的顶端面上，2个结构相同的导轨连接块与2根结构相同的直线导轨上的滑块螺栓固定连接，螺母连接块顶端与绕线驱动机构中的移动支座采用螺栓固定连接，螺母连接块中部的水平通孔中安装有丝杠螺母，1号电机法兰采用螺栓固定安装在导轨底座右端的凹槽底面上，伺服电机采用螺栓固定安装在1号电机法兰的右端面上，伺服电机的输出轴为水平放置，并与导轨底座的纵向对称面共面；1号联轴器的右端与伺服电机同轴连接，1号联轴器的左端与滚珠丝杠的右端同轴连接，丝杠固定座采用螺栓安装在1号联轴器左侧的导轨底座的凹槽底面上，滚珠丝杠通过轴承安装在丝杠固定座上为转动连接，滚珠丝杠的左端通过轴承安装在丝杠支撑座上，丝杠支撑座采用螺栓安装在导轨底座左端的凹槽底面上，滚珠丝杠与螺母连接块上的丝杠螺母配装，两者之间为转动连接，绕线驱动机构通过其中的移动支座安装在2个结构相同的导轨连接块的顶端。

技术方案中所述的绕线驱动机构还包括有电机座、2号电机法兰、1号轴承座、蜗轮、2号轴承座、绕线柱、轴、1号导轮、2号导轮、齿条座、齿轮轴、齿条、2号联轴器、减速器、编码器、直流电机、蜗杆、轴承座、轴套、1号钢丝绳与支撑板。电机座采用螺栓固定在移动支座的右端，2号电机法兰采用螺栓固定在电机座左端面上，带有减速器的直流电机安装在电机座上并采用螺栓通过减速器固定住2号电机法兰的右端面上，编码器安装在直流电机的右端，直流电机(28)的输出轴与绕线柱(13)的右端通过2号联轴器(22)同轴连接，绕线柱的两端分别通过轴承安装在1号轴承座与2号轴承座上的轴承孔内，1号钢丝绳的一端缠绕在绕线柱上，1号轴承座与2号轴承座采用螺栓固定安装在移动支座上，绕线柱上由右至左依次安装蜗杆和轴套，蜗轮套装在齿轮轴的一端，齿轮轴的两端分别通过轴承安装在轴承座与齿条座的孔中，齿轮轴与绕线柱的对转轴线为空间垂直交叉，绕线柱的回转轴线与齿条的纵向对称面平行，齿轮轴上的齿轮与齿条啮合，蜗杆与蜗轮啮合连接，齿条与齿条座的底座之间为滑动连接，齿条座的底座与移动支座之间采用螺栓连接，齿条的左端面与支撑板的下端接触连接，两者之间采用螺栓连接，两根结构相同的轴采用过盈配合安装在支撑板上半部分的两个孔中，1号导轮与2号导轮通过轴承安装两根结构相同的轴上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置能实现康复腰带的六个自由度的运动，各个自由度的运动都能满足患者康复运动的要求；

2.本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置采用绳索作为驱动元件，传动方式灵活，运动空间大，满足不同患者的康复训练，且整体机械结构使用简单，易于操作；

3.本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置能实现患者各个方向较大位移的水平运动，避免了患者长期在同一个位置康复的被动性；

4.本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置采用完全相同的移动驱动机构和固定驱动机构，分别控制六根柔索实现康复腰带不同的运动形式，便于整体结构控制和运动输出；

5.本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置的传感器能在运动过程中检测各绳索的受力情况和康复腰带的位移情况，准确实时控制康复训练各项参数。

综上，本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置具有较高的实用价值和广阔的应用前景，为患者康复领域提供了一种新的机械结构，为柔性并联机器人的应用领域提供了一种新的参考形式。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置结构组成的轴测投影图；

图2为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置结构组成的俯视图；

图3为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置结构组成的主视图；

图4为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的移动驱动第1机构结构组成的轴测投影图；

图5为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的移动驱动第1机构结构组成的俯视图；

图6为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的固定驱动第1机构结构组成的轴测投影图；

图7为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的绳索康复机构结构组成的轴测投影图；

图8为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的绳索康复机构结构组成的俯视图；

图9为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的支架结构组成的轴测投影图；

图10为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的康复腰带结构组成的轴测投影图；

图11为本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置中所采用的康复腰带结构组成的俯视图；

图中：Ⅰ.移动驱动第1机构，Ⅱ.移动驱动第2机构，Ⅲ.移动驱动第3机构，Ⅳ.移动驱动第4机构，Ⅴ.固定驱动第1机构，Ⅵ.固定驱动第2机构，Ⅶ.绳索康复机构，Ⅷ.支架，1.直线导轨，2.导轨底座，3.移动支座，4.电机座，5.导轨连接块，6.2号电机法兰，7.1号轴承座，8.螺母连接块，9.1号止推轴承，10.蜗轮，11.2号轴承座，12.挡圈轴承，13.绕线柱，14.轴，15.挡盖，16.轴承，17.1号导轮，18.2号导轮，19.齿条座，20.齿轮轴，21.齿条，22.2号联轴器，23.减速器，24.编码器，25.1号电机法兰，26.伺服电机，27.1号联轴器，28.直流电机，29.蜗杆，30.轴承座，31.轴套，32.1号钢丝绳，33.丝杠支撑座，34.支撑板，35.2号止推轴承，36.滚珠丝杠，37.丝杠固定座，38.固定支座，39.托槽，40.3号导轮，41.4号导轮，42.运动基座，43.运动垫，44.6号钢丝绳，45.6号拉力传感器，46.扶手，47.绳索挂钩，48.1号拉力传感器，49.2号钢丝绳，50.2号拉力传感器，51.3号钢丝绳，52.3号拉力传感器，53.4号钢丝绳，54.4号拉力传感器，55.开关座，56.制动开关，57.5号钢丝绳，58.5号拉力传感器，59.扶手支柱，60.腰带锁销，61.腰带，62.传感器座，63.位移传感器，64.1号横梁，65.固定底板，66.加强筋，67.5号横梁，68.6号横梁，69.立柱，70.4号横梁，71.2号横梁，72.3号横梁,73.7号横梁,74.8号横梁,75.1号绳索挂环，76.2号绳索挂环，77.3号绳索挂环，78.4号绳索挂环，79.5号绳索挂环，80.6号绳索挂环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置包括有移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ、移动驱动第4机构Ⅳ、固定驱动第1机构Ⅴ、固定驱动第2机构Ⅵ、绳索康复机构Ⅶ与支架Ⅷ。

移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ与移动驱动第4机构Ⅳ的结构完全相同，它们与支架Ⅷ的连接方式完全相同。固定驱动第1机构Ⅴ与固定驱动第2机构Ⅵ的结构完全相同，它们与支架Ⅷ的连接方式完全相同。

移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ与移动驱动第4机构Ⅳ依次布置在支架Ⅷ顶端四根横梁的凸台上，绕Z轴正方向成顺时针布置；固定驱动第1机构Ⅴ与固定驱动第2机构Ⅵ对称地布置在支架Ⅷ底部四根横梁上的固定底板65上，两块结构相同的固定底板65固定在支架Ⅷ底部矩形框对角线的两端。绳索康复机构Ⅶ通过六根钢丝绳布置在支架Ⅷ的正中央；六根钢丝绳的一端和移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ、移动驱动第4机构Ⅳ、固定驱动第1机构Ⅴ与固定驱动第2机构Ⅵ连接，六根钢丝绳的另一端依次和绳索康复机构Ⅶ中的腰带61上的6个结构相同的绳索挂环连接。

下面按照不同机构分别说明本发明所述的一种柔索驱动六自由度并联康复装置的机械结构。

参阅图4和图5，所述的移动驱动第1机构Ⅰ包括有移动驱动机构和绕线驱动机构两部分。

所述的移动驱动机构包括2根结构相同的直线导轨1、导轨底座2、导轨连接块5、螺母连接块8、1号电机法兰25、伺服电机26、1号联轴器27、丝杠支撑座33、滚珠丝杠36和丝杠固定座37。

所述的导轨底座2为U字形等横截面的长方形槽类结构件，凹槽的底部用于伺服电机26和滚珠丝杠36的安装，凹槽底部均布的八个螺栓通孔用于导轨底座2与支架Ⅷ顶端的2号横梁67的定位安装，凹槽两侧槽壁的顶端面用于2根结构相同的直线导轨1的安装。2根结构相同的直线导轨1选用日本THK公司的直线导轨，每根直线导轨1上带有一个滑块，螺钉可以从滑块的底部向顶部安装。滚珠丝杠36选用日本THK公司的产品，螺距配合蜗杆29和蜗轮10的传动比，导程结合患者康复移动位移确定，长度与导轨底座2相一致。滚珠丝杠36的丝杠螺母与丝杠配合安装，丝杠螺母的侧面加工有成圆周布置的六个螺纹通孔。导轨连接块5为机械加工的截面为长方形的块状类结构件，上下表面各加工四个螺纹孔，导轨连接块5通过下表面的螺纹孔与2根结构相同的直线导轨1上的滑块螺栓固定安装，滑块顶端的螺纹孔与绕线驱动机构中的移动支座3上的螺栓通孔对正并采用螺栓固定安装。螺母连接块8为机械加工的块状类结构件，上表面加工四个螺纹孔，侧面加工成圆周布置的六个螺纹孔，中部的水平通孔用于滚珠丝杠36的安装，侧面六个螺纹孔与丝杠螺母上的六个螺栓通孔配合安装。伺服电机26选用合适功率和扭矩的伺服电机，配合患者康复需要的拉力与位移进行选择。

移动驱动第1机构Ⅰ的导轨底座2布置在5号横梁67上，5号横梁67上加工有八个螺纹孔，导轨底座2通过八个内六角螺栓与5号横梁67连接。1号电机法兰25通过两个内六角螺栓固定在导轨底座2右端凹槽底面上，伺服电机26通过四个螺钉连接在1号电机法兰25的右端面上，伺服电机26输出轴为水平放置，并与导轨底座2的纵向对称面共面。1号联轴器27将滚珠丝杠36与伺服电机26同轴连接，保证电机轴和滚珠丝杠36的同轴转动。滚珠丝杠36靠近伺服电机一侧的部分安装在丝杠固定座37上为转动连接，丝杠固定座37内部安装有套装在滚珠丝杠36上的滚动轴承，丝杠固定座37通过两个内六角螺栓连接在导轨底座2上。滚珠丝杠36的另一(左)端安装在丝杠支撑座33上，丝杠支撑座33内部安装有套装在滚珠丝杠36左端的滚动轴承，丝杠支撑座33通过两个内六角螺栓连接在导轨底座2上。2根结构相同的直线导轨1通过十四颗螺钉安装在导轨底座2的凹槽两侧凸台的顶端面上，导轨底座2的凹槽一侧面起到直线导轨1的定位作用。直线导轨1上的滑块通过螺钉连接导轨连接块5，导轨连接块5的上下两面分别加工螺纹孔，底面与直线导轨1的滑块连接，移动支座3通过内六角螺栓固定在导轨连接块5的顶面上，直线导轨1的滑块运动带动移动支座3及移动支座3上的零部件整体移动。滚珠丝杠36上的丝杠螺母通过螺钉与螺母连接块8连接，螺母连接块8上表面加工有螺纹孔，通过两个内六角螺钉与移动支座3连接。滚珠丝杠36的转动带动丝杠螺母的左右移动，移动支座3随着丝杠螺母的移动而左右移动。

所述的绕线驱动机构包括移动支座3、电机座4、2号电机法兰6、1号轴承座7、1号止推轴承9、蜗轮10、2号轴承座11、挡圈轴承12、绕线柱13、轴14、挡盖15、轴承16、1号导轮17、2号导轮18、齿条座19、齿轮轴20、齿条21、2号联轴器22、减速器23、编码器24、直流电机28、蜗杆29、轴承座30、轴套31、1号钢丝绳32、丝杠支撑座33、支撑板34和2号止推轴承35。

所述的直流电机28配合患者实施康复运动时绕线过程需要的拉力与位移变化规律，选用合适扭矩和功率的直流电机。编码器24选用合适精度并且能控制转速，与直流电机28控制器相配套的装置。2号导轮18选用尼龙塑料材料，机械加工成要求的孔径和螺纹孔。沿着2号导轮18的周向加工有1号钢丝绳32绕合在其中的深槽，保证钢丝绳在绕合的过程中始终保持在2号导轮18上。1号导轮17和2号导轮18的材料和结构组成完全相同。1号钢丝绳32的一端从绕线柱13引出后依次通过2号导轮18的底部和1号导轮17的顶部，保证1号钢丝绳32在绕合过程中始终缠绕在1号导轮17和2号导轮18上。齿条座19是截面为L形的板状类结构，由壁板与底座组成，底座上设置有T形槽，齿条座19的底座上设置有螺纹孔，用于和移动支座3的定位和安装。齿条21的底端设置成横截面为T形导轨结构，T形导轨与齿条座19的底座上的T形槽配合安装，方便齿条21在齿条座19上的滑动与支撑，齿条21的齿模数与齿轮轴20上的齿轮的轮齿模数相同，齿数结合绕线过程中能移动的整体长度设计。移动支座3和支撑板34均为T字形的平板结构件。电机座4的两侧各有一个螺纹通孔，正中间的凹槽与减速器23的下表面配合安装。1号轴承座7和2号轴承座11的截面为L形，凸出部分有两个螺纹通孔。齿条座19底部有两个螺纹通孔。轴承座30截面为L形，凸出部分有两个螺纹通孔。移动支座3凸出的两侧分别加工四个螺纹通孔，分别与左右两侧的导轨连接块5连接，中间部分加工四个螺纹通孔，与螺母连接块8连接。移动支座3上表面与其有连接关系的零件有电机座4、1号轴承座7、2号轴承座11、齿条座19和轴承座30。移动支座3上的螺纹孔与其上有连接关系零件的对应位置配合安装，保证各个零件的配合精度。支撑板34的下端设置有两个螺栓光孔，齿条21的端部加工螺纹，对应安装在齿条21上，使支撑板34随着齿条21的运动而运动。支撑板34的上部对应的两个通孔方便安装2根结构相同的轴14，达到过盈安装的效果。蜗轮10、蜗杆29和齿轮轴20采用高精度加工形式，蜗轮10齿数、蜗杆29头数、齿轮轴20齿轮部分的齿数分别经过计算配比后确定，保证钢丝绳在绕线的过程中，1号导轮17的凹槽所在的平面、2号导轮18的凹槽所在的平面与缠绕在导轮上的钢丝绳所在的平面始终重合在一起。保证运动传递的精确性和平稳性。轴类零件、支撑类零件和端盖类零件均采用普通的机械加工方式。

电机座4通过两个内六角螺栓固定在移动支座3的右端，2号电机法兰6通过三个内六角螺栓连接在电机座4左端面上，带有减速器23的直流电机28安装在电机座4上并且与2号电机法兰6通过内六角螺栓连接。编码器24安装在直流电机28的尾部即右端，可以检测控制直流电机28的转速。直流电机28的输出轴与绕线柱13通过2号联轴器22同轴连接，保证直流电机28的输出轴和绕线柱13的同轴转动。绕线柱13左端的滚线部分加工有凹槽，方便钢丝绳的缠绕和定位。绕线柱13的两端分别安装有挡圈轴承12，挡圈轴承12安装在1号轴承座7和2号轴承座11的轴承孔内，挡圈轴承12可以将绕线过程中绕线柱13的轴向力传递到1号轴承座7和2号轴承座11上。1号轴承座7和2号轴承座11分别通过两个内六角螺栓与移动支座3固定安装。绕线柱13上依次安装蜗杆29和轴套31，轴套31起到蜗杆29轴向定位的作用。蜗杆29与绕线柱13通过销连接，蜗杆29与蜗轮10啮合安装，蜗轮10与齿轮轴20通过销连接定位。齿轮轴20的一端安装在1号止推轴承9中，1号止推轴承9安装在轴承座30的孔中。齿轮轴20的另一端安装在2号止推轴承35中，2号止推轴承35安装在齿条座19的孔中。齿轮轴20与绕线柱13的回转轴线为空间垂直交叉，绕线柱13的回转轴线与齿条21的纵向对称面平行，齿条21的纵向对称面与齿轮轴20垂直相交，绕线柱13的回转轴线与驱动机构中的滚珠丝杠36的回转轴线平行；齿轮轴20的齿轮部分与齿条21啮合，齿条21与齿条座19配合安装，齿条座19的底部通过螺钉螺纹与移动支座3连接，齿条座19起到支撑齿条21的作用。齿条21的端部通过螺钉与支撑板34连接，支撑板34的上半部分加工两个孔，与两根结构相同的轴14过盈配合。轴14的中部安装有轴承16，轴承16的外圈与2号导轮18配合安装，挡盖15起到2号导轮18轴向定位的作用，2号导轮18的外部加工有四个螺纹孔，挡盖15通过四个十字槽螺钉连接在2号导轮18上。1号导轮17和2号导轮18的安装方式与定位方式完全相同。

参阅图6，所述的固定驱动第1机构Ⅴ的结构与移动驱动第1机构Ⅰ的绕线驱动机构类似，下面主要介绍两个结构中的不同部分。不同部分主要包括固定支座38、托槽39、3号导轮40和4号导轮41。固定支座38为长方形类板状结构件，加工有两个螺纹通孔与固定底板65的螺纹孔对应配合安装。托槽39是截面为凹字形的板状结构件，侧面的两个螺纹孔通过两个螺钉与支撑板34连接。3号导轮40和4号导轮41的材料和加工形式和1号导轮17完全相同。

固定支座38通过两个内六角螺栓与固定底板65连接，5号钢丝绳57引出时依次通过4号导轮41的顶部和3号导轮40的底部。托槽39的凹槽部分与5号钢丝绳57的直径配合，在5号钢丝绳57松弛状态时起到支撑5号钢丝绳57的作用，方便5号钢丝绳57从松弛状态到张紧状态时，5号钢丝绳57缠绕到3号导轮40的准确安装。

参阅图7和图8，所述的绳索康复机构Ⅶ包括有1号钢丝绳32、运动基座42、运动垫43、6号钢丝绳44、6号拉力传感器45、扶手46、绳索挂钩47、1号拉力传感器48、2号钢丝绳49、2号拉力传感器50、3号钢丝绳51、3号拉力传感器52、4号钢丝绳53、4号拉力传感器54、5号钢丝绳57、5号拉力传感器58、三根结构相同的扶手支柱59与康复腰带(开关座55、制动开关56、腰带锁销60、腰带61、传感器座62和位移传感器63、1号绳索挂环75、2号绳索挂环76、3号绳索挂环77、4号绳索挂环78、5号绳索挂环79和6号绳索挂环80)。

所述的1号拉力传感器48、2号拉力传感器50、3号拉力传感器52、4号拉力传感器54、5号拉力传感器58和6号拉力传感器44为完全相同的Omega拉力传感器，拉力传感器的精度和量程结合患者腰部康复的实际需求。位移传感器63为LXW系列位移传感器，满足患者在日常康复中低速运动的要求。1号钢丝绳32、2号钢丝绳49、3号钢丝绳51、4号钢丝绳53、5号钢丝绳57和6号钢丝绳44为长度完全相同的六根钢丝绳，钢丝绳的直径为2mm。运动基座42为平板类结构件。运动垫43为圆形橡胶件，由里到外加工有长条形凹槽。扶手46为圆形塑料开口件结构件。绳索挂钩47为普通钢丝绳挂钩。开关座55为中间加工有圆形凹槽的板状类结构件。制动开关56为塑料件结构件，内部与移动驱动机构和固定驱动机构连线控制。扶手支柱59为柱状结构，一端与扶手46连接，另一端与运动基座42连接。腰带锁销60为端部有凸起的圆柱类结构。传感器座62为中间加工有圆形凹槽的板状类结构件。1号绳索挂环75为正方形板状结构与圆环固连的结构件。

开关座55和传感器座62一个表面粘合在腰带61上，另一表面分别与制动开关56和位移传感器63配合安装。1号钢丝绳32分为两部分，1号钢丝绳32上段的下端与1号拉力传感器48的一端连接，1号钢丝绳32下段的上端与1号拉力传感器48的另一端连接,1号钢丝绳32下段的下端与1号绳索挂钩的一端连接，1号绳索挂钩的另一端与1号绳索挂环75连接。同理，2号钢丝绳49、2号拉力传感器50、2号绳索挂钩与2号绳索挂环76连接，3号钢丝绳51、3号拉力传感器52、3号绳索挂钩与3号绳索挂环77连接，4号钢丝绳53、4号拉力传感器54、4号绳索挂钩与4号绳索挂环78连接，5号钢丝绳57、5号拉力传感器58、5号绳索挂钩与5号绳索挂环79连接，6号钢丝绳44、6号拉力传感器45、6号绳索挂钩与6号绳索挂环80连接，且和1号钢丝绳32、1号拉力传感器48、1号绳索挂钩与1号绳索挂环75的连接方式完全相同。

参阅图5与图7，缠绕在移动驱动第1机构中的绕线柱13凹槽内的1号钢丝绳32的一端固定在移动驱动第1机构中的绕线柱13上，1号钢丝绳32的另一端依次通过2号导轮18的底部和1号导轮17的顶部后与48、1号绳索挂钩的一端固定连接；48、1号绳索挂钩的另一端再与对应的1号绳索挂环75连接。所述的绳索挂钩47包括1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩。

1号钢丝绳32、2号钢丝绳49、3号钢丝绳51、4号钢丝绳53、5号钢丝绳57与6号钢丝绳44上依次安装有1号拉力传感器48、2号拉力传感器50、3号拉力传感器52、4号拉力传感器54、5号拉力传感器58与6号拉力传感器45，可以实时检测各钢丝绳上的拉力；1号钢丝绳32、2号钢丝绳49、3号钢丝绳51、4号钢丝绳53、5号钢丝绳57与6号钢丝绳44的一端依次和1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩固定连接，1号绳索挂钩、2号绳索挂钩、3号绳索挂钩、4号绳索挂钩、5号绳索挂钩与6号绳索挂钩依次和腰带61连接。即和腰带61中的1号绳索挂环75、2号绳索挂环76、3号绳索挂环77、4号绳索挂环78、5号绳索挂环79与6号绳索挂环80连接。

腰带锁销60可以通过调节腰带61佩戴孔的位置适配不同腰围的患者，腰带锁销60共设置为三组，与腰带61的三排孔对应配合安装，保证腰带61在运动过程中的牢固性。5号钢丝绳57的另一端缠绕在绕线柱13的凹槽内，顺次通过4号导轮41的顶部和3号导轮40的底部。运动基座42放置在支架Ⅷ底端的由1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72与4号横梁70组成的正方形框架内应用场所的水平地面上，运动垫43是橡胶材质，通过粘合剂固定在运动基座42的正中央，三根扶手支柱59的底端与运动基座42通过螺钉相连接，另一端与扶手46固连，腰带61置于扶手46之中。

参阅图9，所述的支架Ⅷ包括1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72、4号横梁70、5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73、8号横梁74、12根结构相同的加强筋66、4根结构相同的立柱69和2个结构相同的固定底板65。

其中：1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72与4号横梁70结构相同；5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73、8号横梁74结构相同。

所述的1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72、4号横梁70、5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73、8号横梁76与12根结构相同的加强筋66均为横截面为工字形的直杆类结构件，且两端部对应加工有螺纹沉孔。5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73、8号横梁74的中间部位加工有凸台，4个凸台上分别沿竖直方向设置有八个螺纹孔，4个凸台依次和移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ与移动驱动第4机构Ⅳ中的导轨底座2螺栓连接。立柱69为截面为正方形的柱状结构件，立柱69上下两端的相邻两侧上分别设置有通孔，用于和1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72、4号横梁70、5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73、8号横梁74的连接。固定底板65为长方形的板状结构件，固定底板65上的两个螺纹孔用于和1号横梁64与2号横梁71或者和3号横梁72与4号横梁70螺栓连接，固定底板65上的另外的两个螺纹孔用于和固定驱动第1机构Ⅴ或者和固定驱动第2机构Ⅵ中的固定支座38连接。

4根结构相同的立柱69的上端采用内六角螺栓依次和5号横梁67、6号横梁68、7号横梁73与8号横梁74的首尾相连接，4根结构相同的立柱69的下端采用内六角螺栓依次和1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72与4号横梁70的首尾相连接，组成一个长方体的框架式支架。在支架Ⅷ的两侧的矩形框架和后侧的矩形框架的四角处分别焊接有结构相同的加强筋66，起到巩固支架Ⅷ的作用。两块固定底板65分别布置连接在由1号横梁64、2号横梁71、3号横梁72与4号横梁70组成的正方形框架的对角线两端的直角处，即采用两个螺钉连接在1号横梁64与2号横梁71和3号横梁72与4号横梁70所构成的直角上。两块固定底板65起到连接固定驱动第1机构Ⅴ和固定驱动第2机构Ⅵ的作用。运动基座42的下表面与支架Ⅷ的下表面平齐，放置在水平地面上。运动基座42布置在支架Ⅷ的中心位置。

参阅图10，所述的康复腰带包括腰带61、开关座55、制动开关56、3个结构相同的腰带锁销60、传感器座62和位移传感器63、1号绳索挂环75、2号绳索挂环76、3号绳索挂环77、4号绳索挂环78、5号绳索挂环79和6号绳索挂环80。

所述的腰带61为开口式圆环形结构件，腰带61采用的材质为橡胶，腰带开口的左侧设置有3个结构相同的腰带锁销60，3个结构相同的腰带锁销60中心线连线和腰带61的回转轴线平行，相邻2个腰带锁销60之间距离相等，腰带锁销60的头部做成凸球形，保证腰带61在运动过程中的牢固性；腰带锁销60与腰带61做成一体，或者做成分体的；腰带开口的右侧沿轴向设置有3列结构相同的相互平行的和腰带锁销60配装的佩戴孔，每列相邻的2个佩戴孔之间的距离与相邻2个腰带锁销61之间距离相等。

参阅图11，腰带61上共布置六个绳索挂环，即1号绳索挂环75、2号绳索挂环76、3号绳索挂环77与4号绳索挂环78粘接在腰带61的周围，其中任何相邻的2个绳索挂环之间的夹角为九十度；5号绳索挂环79粘接在3号绳索挂环77与4号绳索挂环78之间的中间位置，6号绳索挂环80粘接在1号绳索挂环75与2号绳索挂环76之间的中间位置，开关座55采用粘合剂粘接在4号绳索挂环左侧的腰带61上，制动开关56安装在开关座55上；传感器座62采用粘合剂粘接在2号绳索挂环76与3号绳索挂环77之间的腰带61上，位移传感器63安装在传感器座62上。

本发明的使用范围：

参阅图1，结合整体装置的尺寸和驱动元件运动行程的范围，本装置适用于身高1.55m到1.95m患者的腰部康复训练，适用于腰部损伤保守治疗的长时间训练和术后康复训练，需要结合医师具体的建议后输入程序进行使用。患者移动的范围为运动垫的覆盖范围，即半径为0.8m的范围。

本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置的工作原理：

伺服电机26接收到控制信号，按照要求使伺服电机26达到一定转速，伺服电机26的电机轴带动滚珠丝杠36达到相同转速，丝杠螺母将滚珠丝杠36的转动转化为移动支座3及其上部零部件的移动。直流电机28在接收到控制信号以后，直流电机28的电机轴输出要求的转速带动绕线柱13达到相同的转速，安装在绕线柱13上的蜗杆29也达到相同的转速，蜗杆29与蜗轮10相啮合，绕线柱13的转速实现蜗杆蜗轮减速后达到齿轮轴20的转速，齿轮轴20转动转变为齿条21在齿条座19上的移动。齿条21的移动使支撑板34、1号导轮18和2号导轮17整体移动，从而保证1号钢丝绳32在缠绕的过程中始终与2号导轮17和1号导轮18保持在同一平面上。1号钢丝绳32通过2号导轮18和1号导轮17的转动，最终将力与运动传递给腰带61，控制腰带61的运动。各个力传感器可以实时检测钢丝绳中的拉力，安装在腰带61上的位移传感器63可以实时检测患者腰部运动的位移和位置。

伺服电机26的正反转运动可以实现绕线驱动装置的前后(左右)移动，直流电机28的正反转运动实现钢丝绳的伸长与缩短。四组移动驱动机构既可以单独控制各自的运动，也可以相互配合。两组固定驱动机构实现钢丝绳的伸长与缩短，既可以单独控制各自的运动，也可以相互配合。

患者从扶手口处进入，四组移动驱动机构和两组固定驱动机构首先控制腰带61进行Z方向的运动，使腰带61到适合患者腰部康复的位置，患者佩戴上腰带61以后，四组移动驱动机构和两组固定驱动机构施加力使绳索处于张紧状态。张紧状态完成后，如果腰带61没有达到平衡位置，利用两组固定驱动机构绳索的伸长和缩短进行平衡调节。平衡调节完成后，输入相关参数以后进行患者康复训练。患者康复过程中若出现意外情况，只需按动安装在腰带61上的制动开关56，整个装置便会停止工作，保证患者的安全。

六个自由度实现原理：

本发明所述的柔索驱动六自由度并联康复装置包括有移动驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ、移动驱动第4机构Ⅳ、固定驱动第1机构Ⅴ、固定驱动第2机构Ⅵ、绳索康复机构Ⅶ、支架Ⅷ。

X方向正向移动：

参阅图1，移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ保持钢丝绳的长度不变，直线导轨1驱动移动支座3沿X方向正向移动；移动驱动第3机构Ⅲ上的钢丝绳伸长，移动支座3保持不动；移动驱动第1机构Ⅰ上的钢丝绳缩短，移动支座3保持不动；固定驱动第1机构Ⅴ的钢丝绳伸长；固定驱动第2机构Ⅵ的钢丝绳缩短。

X方向反向移动：

移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ保持钢丝绳的长度不变，滑动导轨1驱动移动支座3沿X方向反向移动；移动驱动第1机构Ⅰ上的钢丝绳伸长，移动支座3保持不动；移动驱动第3机构Ⅲ上的钢丝绳缩短，移动支座3保持不动；固定驱动第2机构Ⅵ的钢丝绳伸长，固定驱动第1机构Ⅴ上的钢丝绳缩短。

Y方向正向移动：

移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ保持钢丝绳的长度不变，滑动导轨1驱动移动支座沿Y方向正向移动；移动驱动第2机构Ⅱ上的钢丝绳伸长，移动支座3保持不动；移动驱动第4机构Ⅳ上的钢丝绳缩短，移动支座3保持不动；固定驱动第2机构Ⅵ的钢丝绳伸长，固定驱动第1机构Ⅴ上的钢丝绳缩短。

Y方向反向移动：

移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ保持钢丝绳的长度不变，滑动导轨1驱动移动支座3沿Y方向反向移动；移动驱动第4机构Ⅳ上的钢丝绳伸长，移动支座3保持不动；移动驱动第2机构Ⅱ上的钢丝绳缩短，移动支座3保持不动；固定驱动第1机构Ⅴ的钢丝绳伸长；固定驱动第2机构Ⅵ的钢丝绳缩短。

Z方向正向移动：

移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持相同速度的缩短；移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持相同速度的缩短；固定驱动第1机构Ⅴ和固定驱动第2机构Ⅵ保持钢丝绳相同速度的伸长。

Z方向反向移动：

移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持相同速度的伸长；移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持相同速度的伸长；固定驱动第1机构Ⅴ和固定驱动第2机构Ⅵ保持钢丝绳相同速度的缩短。

以X为中心轴的转动：

移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ保持钢丝绳的长度伸长，其滑动导轨1带动移动支座3沿Y方向正向(反向)移动；移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持伸长；固定驱动第1机构Ⅴ钢丝绳保持相同速度缩短(伸长)和固定驱动第2机构Ⅵ保持钢丝绳相同速度的伸长(缩短)。

以Y为中心轴的转动：

移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ保持钢丝绳的长度伸长，滑动导轨1带动移动支座3沿X方向正向(反向)移动；移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ的移动支座3保持不动，钢丝绳的长度保持伸长；固定驱动第1机构Ⅴ保持钢丝绳相同速度伸长(缩短)和固定驱动第2机构Ⅵ保持钢丝绳相同速度的缩短(伸长)。

以Z为中心轴的转动：

移动驱动第2机构Ⅱ和移动驱动第4机构Ⅳ的钢丝绳的长度保持不变，移动驱动第1机构Ⅰ和移动驱动第3机构Ⅲ的钢丝绳的长度保持不变，驱动第1机构Ⅰ、移动驱动第2机构Ⅱ、移动驱动第3机构Ⅲ和移动驱动第4机构Ⅳ上的移动支座保持顺时针(逆时针)相同的移动方向，固定驱动第1机构Ⅴ和固定驱动第2机构Ⅵ保持钢丝绳相同速度的伸长。

本发明既能实现康复腰带6个自由度的独立运动，又能将6个自由度的运动合成为满足患者康复需求的运动形式。运用六根柔索驱动，根据六个拉力传感器测量的不同拉力，结合位移传感器测量的患者的位置和位移信息，便于力位信息的整合和综合控制，最终实现康复患者腰部的目的。

凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。