CN106184464A - 一种下肢机器人 - Google Patents

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王少白
蒋文强
王璐
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid

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Abstract

本发明涉及一种下肢机器人，包括机架、驱动电机、传动轴、左传动杆、右传动杆、左股骨、右股骨、左胫骨、右胫骨、左连接杆和右连接杆，驱动电机固定在机架上，传动轴通过轴承安装在机架上，驱动电机的输出轴与传动轴之间通过齿轮减速传动，在传动轴的左右两端分别固定安装左传动杆和右传动杆。通过将一个曲柄摇块机构和一个四连杆机构串联在一起实现了对人类下肢运动的模拟，连接杆与胫骨之间的关节采用关节轴承连接，股骨与胫骨之间采用膝关节装置连接，确保模拟过程中膝关节的多自由度，本发明结构简单，操作也非常方便。

Description

一种下肢机器人
技术领域
本发明涉及一种仿生机器人领域，尤其涉及一种模拟人行走的下肢机器人。
背景技术
下肢机器人是仿人类领域里的一个重要研究领域，而且下肢机器人在人类的日常应用中也非常广泛，可以作为脑瘫、脑梗塞以及其他疾病或外伤引起的下肢运动能力丧失，需要进行下肢康复训练的辅助工具，也可以代替真人的步态开展与人类行走相关的实验，例如对跑步机进行性能测试，对跑步运动员进行步态优化等等，其用途将非常广泛，因此研究一种结构简单，方便操作的下肢机器人具有很重要的意义。
发明内容
为了解决现有的问题，本发明提供一种结构简单、方便操作的下肢机器人。
本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题的：一种下肢机器人，包括机架、驱动电机、传动轴、左传动杆、右传动杆、左股骨、右股骨、左胫骨、右胫骨、左连接杆和右连接杆，所述驱动电机固定在机架上，所述传动轴通过轴承安装在机架上，所述驱动电机的输出轴与所述传动轴之间通过齿轮减速传动，在所述传动轴的左右两端分别固定安装左传动杆和右传动杆。
对左下肢而言，所述左传动杆上与所述传动轴固接的相对端与所述左连接杆的上端枢接在一起，所述左连接杆的下端与所述左胫骨的下端枢接在一起，所述左胫骨的上端与所述左股骨的下端通过左膝关节装置连接在一起，所述左股骨的上端与所述机架枢接在一起，所述左连接杆的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在所述长槽内安装有固定在机架上，并可相对所述长槽滑动的左销钉。
对右下肢而言，所述右传动杆上与所述传动轴固接的相对端与所述右连接杆的上端枢接在一起，所述右连接杆的下端与所述右胫骨的下端枢接在一起，所述右胫骨的上端与所述右股骨的下端通过右膝关节装置连接在一起，所述右股骨的上端与所述机架枢接在一起，所述右连接杆的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在所述长槽内安装有固定在机架上，并可相对所述长槽滑动的右销钉。
在具体实施例中，所述左连接杆包括左上连接杆和左下连接杆，所述左上连接杆的上端与所述左传动杆枢接，所述左上连接杆的下端与所述左下连接杆的上端通过可拆卸螺钉连接，所述左下连接杆的下端与所述左胫骨下端枢接。
所述右连接杆包括右上连接杆和右下连接杆，所述右上连接杆的上端与所述右传动杆枢接，所述右上连接杆的下端与所述右下连接杆的上端通过可拆卸螺钉连接，所述右下连接杆的下端与所述右胫骨下端枢接。
在具体实施例中，所述左传动杆和所述右传动杆之间的转动相位差为108°。
在具体实施例中，所述左膝关节装置和所述右膝关节装置的结构相同，包括上关节轴承、连接螺栓、弹簧、下关节轴承，所述上关节轴承的外圈与所述左股骨或右股骨的下端连接，所述下关节轴承的外圈与所述左胫骨或右胫骨的上端连接，所述上关节轴承的内圈和所述下关节轴承的内圈通过所述连接螺栓连接，在所述上关节轴承的内圈和所述下关节轴承的内圈之间还安装有所述弹簧。
在具体实施例中，所述左股骨和右股骨的长度范围为320mm～360mm，所述左胫骨和右胫骨的长度范围为340mm～380mm。
在具体实施例中，所述驱动电机的输出轴与所述传动轴之间的齿轮减速传动比为2:1。
在具体实施例中，驱动电机为驱动电压为12V，转速为100r/s的直流电动机。
在具体实施例中，所述驱动电机与变压器开关装置电连接，所述变压器开关装置安装在所述机架上。
在具体实施例中，所述变压器开关装置内安装220V转12V的变压器。
本发明的有益效果在于：本发明通过将一个曲柄摇块机构和一个四连杆机构串联在一起实现了对人类下肢运动的模拟，连接杆与胫骨之间的关节采用关节轴承连接，股骨与胫骨之间采用膝关节装置连接，确保模拟过程中膝关节的多自由度，本发明结构简单，操作也非常方便。
附图说明
图1是本发明的正视图。
图2是本发明的右视图。
图3是本发明的膝关节结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，一种下肢机器人，包括机架1、驱动电机2、传动轴3、左传动杆41、右传动杆42、左股骨51、右股骨52、左胫骨61、右胫骨62、左连接杆71和右连接杆72，驱动电机2固定在机架1上，传动轴3通过轴承8安装在机架1上，驱动电机2的输出轴与传动轴3之间通过齿轮减速传动，在传动轴3的左右两端分别固定安装左传动杆41和右传动杆42，
对左下肢而言，左传动杆41上与传动轴3固接的相对端与左连接杆71的上端枢接在一起，左连接杆71的下端与左胫骨61的下端枢接在一起，左胫骨61的上端与左股骨51的下端通过左膝关节装置101连接在一起，左股骨51的上端与机架1枢接在一起，左连接杆71的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在长槽内安装有固定在机架上，并可相对长槽滑动的左销钉91。左传动杆41、左连接杆71、左连接杆71中部的长槽、左销钉91和机架1组成了一个曲柄摇块机构；而左连接杆71、左胫骨61、左股骨51和机架1组成了一个四连杆机构。
对右下肢而言，右传动杆42上与传动轴3固接的相对端与右连接杆72的上端枢接在一起，右连接杆72的下端与右胫骨62的下端枢接在一起，右胫骨62的上端与右股骨52的下端通过右膝关节装置102连接在一起，右股骨52的上端与机架1枢接在一起，右连接杆72的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在长槽内安装有固定在机架1上，并可相对长槽滑动的右销钉92。同左下肢一样，右传动杆42、右连接杆72、右连接杆72中部的长槽、右销钉92和机架1组成了一个曲柄摇块机构；而右连接杆72、右胫骨62、右股骨51和机架1组成了一个四连杆机构。
左连接杆71包括左上连接杆711和左下连接杆712，左上连接杆711的上端与左传动杆41枢接，左上连接杆711的下端与左下连接杆712的上端通过可拆卸螺钉连接，左下连接杆712的下端与左胫骨61下端枢接，通过将左连接杆71分成左上连接杆711和左下连接杆712两个构件，方便了运输；
右连接杆72包括右上连接杆721和右下连接杆722，右上连接杆721的上端与右传动杆42枢接，右上连接杆721的下端与右下连接杆722的上端通过可拆卸螺钉连接，右下连接杆722的下端与右胫骨62下端枢接，通过将右连接杆72分成右上连接杆721和右下连接杆722两个构件，方便了运输。
左传动杆41和右传动杆42之间的转动相位差为108°，这一相位角使下肢机器人的步态与真人的步态更加符合。
左膝关节装置101和右膝关节装置102的结构相同，如图3所示，包括上关节轴承103、连接螺栓105、弹簧106、下关节轴承104，上关节轴承103的外圈与左股骨51(或右股骨52)的下端连接，下关节轴承104的外圈与左胫骨61(或右胫骨62)的上端连接，上关节轴承103的内圈和下关节轴承104的内圈通过连接螺栓105连接，在上关节轴承103的内圈和下关节轴承104的内圈之间还安装有弹簧106。
通过膝关节装置的连接股骨和胫骨，保证了下肢机器人在模拟正常走路的过程中膝关节的多自由度活动范围。
左股骨51和右股骨52的长度范围为320mm～360mm，左胫骨61和右胫骨62的长度范围为340mm～380mm。
驱动电机2的输出轴与传动轴3之间的齿轮减速传动比为2:1。
驱动电机2为驱动电压为12V，转速为100r/s的直流电动机。
驱动电机2与变压器开关装置11电连接，变压器开关装置11安装在所述机架1上，在变压器开关装置11内安装220V转12V的变压器。变压器安装在变压开关装置内，并固定于机架上(具体参见图1)。
本发明通过将一个曲柄摇块机构和一个四连杆机构串联在一起实现了对人类下肢运动的模拟，连接杆与胫骨之间的关节采用关节轴承连接，股骨与胫骨之间采用膝关节装置连接，确保模拟过程中膝关节的多自由度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种下肢机器人，包括机架、驱动电机、传动轴、左传动杆、右传动杆、左股骨、右股骨、左胫骨、右胫骨、左连接杆和右连接杆，其特征在于，所述驱动电机固定在机架上，所述传动轴通过轴承安装在机架上，所述驱动电机的输出轴与所述传动轴之间通过齿轮减速传动，在所述传动轴的左右两端分别固定安装左传动杆和右传动杆，
对左下肢而言，所述左传动杆上与所述传动轴固接的相对端与所述左连接杆的上端枢接在一起，所述左连接杆的下端与所述左胫骨的下端枢接在一起，所述左胫骨的上端与所述左股骨的下端通过左膝关节装置连接在一起，所述左股骨的上端与所述机架枢接在一起，所述左连接杆的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在所述长槽内安装有固定在机架上，并可相对所述长槽滑动的左销钉；
对右下肢而言，所述右传动杆上与所述传动轴固接的相对端与所述右连接杆的上端枢接在一起，所述右连接杆的下端与所述右胫骨的下端枢接在一起，所述右胫骨的上端与所述右股骨的下端通过右膝关节装置连接在一起，所述右股骨的上端与所述机架枢接在一起，所述右连接杆的中部开有沿长度方向延伸的长槽，在所述长槽内安装有固定在机架上，并可相对所述长槽滑动的右销钉。
2.根据权利要求1所述的下肢机器人，其特征在于，所述左连接杆包括左上连接杆和左下连接杆，所述左上连接杆的上端与所述左传动杆枢接，所述左上连接杆的下端与所述左下连接杆的上端通过可拆卸螺钉连接，所述左下连接杆的下端与所述左胫骨下端枢接；
所述右连接杆包括右上连接杆和右下连接杆，所述右上连接杆的上端与所述右传动杆枢接，所述右上连接杆的下端与所述右下连接杆的上端通过可拆卸螺钉连接，所述右下连接杆的下端与所述右胫骨下端枢接。
3.根据权利要求1或2所述的下肢机器人，其特征在于，所述左传动杆和所述右传动杆之间的转动相位差为108°。
4.根据权利要求1所述的下肢机器人，其特征在于，所述左膝关节装置和所述右膝关节装置的结构相同，包括上关节轴承、连接螺栓、弹簧、下关节轴承，所述上关节轴承的外圈与所述左股骨或右股骨的下端连接，所述下关节轴承的外圈与所述左胫骨或右胫骨的上端连接，所述上关节轴承的内圈和所述下关节轴承的内圈通过所述连接螺栓连接，在所述上关节轴承的内圈和所述下关节轴承的内圈之间还安装有所述弹簧。
5.根据权利要求1所述的下肢机器人，其特征在于，所述左股骨和右股骨的长度范围为320mm～360mm，所述左胫骨和右胫骨的长度范围为340mm～380mm。
6.根据权利要求1所述的下肢机器人，其特征在于，所述驱动电机的输出轴与所述传动轴之间的齿轮减速传动比为2:1。
7.根据权利要求1或6所述的下肢机器人，其特征在于，驱动电机为驱动电压为12V，转速为100r/s的直流电动机。
8.根据权利要求7所述的下肢机器人，其特征在于，所述驱动电机与变压器开关装置电连接，所述变压器开关装置安装在所述机架上。
9.根据权利要求8所述的下肢机器人，其特征在于，所述变压器开关装置内安装220V转12V的变压器。
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