CN106239479B - 一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节 - Google Patents

一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节 Download PDF

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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Abstract

一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节，以解决现有外骨骼机器人膝关节出力小、体积大、质量重、精度差、抗冲击效果差等问题。本发明的电机与电机编码器连接，减速器与电机连接，丝杠的输入端通过联轴器与减速器连接，丝杠的两端分别支撑在相应的轴承座中，螺母传动部件套装在丝杠上，且丝杠螺母与丝杠螺纹连接，两个导轨与两个滑块一一对应，且滑块与导轨滑动连接，两个弹性连杆与两个连杆销一一对应，弹性连杆的一端与连杆销铰接，弹性连杆的另一端通过连杆轴与膝关节支撑壳体中部铰接。本发明用于下肢助力外骨骼机器人上。

Description

一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节
技术领域
本发明涉及一种膝关节，具体涉及一种用于下肢助力外骨骼机器人上的弹性驱动膝关节。
背景技术
目前，对于下肢助力外骨骼机器人来讲，膝关节的设计是非常重要的一个环节。目前已有的膝关节设计大多是以电机直接驱动或者液压缸驱动，这些结构运动精度差，在保证大出力的情况下电机或者液压缸的负担大，导致电机或者液压缸的体积大、重量大，且不具有缓冲功能，出力不稳定。而现有的串联弹性驱动，多为与电机减速器输出端直接相连，不仅体积大，效果也不理想。
发明内容
本发明为解决现有外骨骼机器人膝关节出力小、体积大、质量重、精度差、抗冲击效果差等问题，而提出一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节。
本发明的一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节，所述膝关节包括连杆轴、膝关节支撑壳体、电机编码器、电机、减速器、联轴器、丝杠、螺母传动部件、两个轴承座、两个导轨和两个弹性连杆；
动力传动部件包括丝杠螺母、滑块连接件、两个动力传动连接件和两个滑块，滑块连接件与丝杠螺母平行且同轴设置，两个动力传动连接件设置在丝杠螺母与滑块连接件之间，两个动力传动连接件以丝杠的轴线为基准对称设置，每个动力传动连接件的外侧设有连杆销，两个滑块对称设置在动力传动连接件的两侧，电机与电机编码器连接，减速器与电机连接，丝杠的输入端通过联轴器与减速器连接，丝杠的两端分别支撑在相应的轴承座中，螺母传动部件套装在丝杠上，且丝杠螺母与丝杠螺纹连接，两个导轨与两个滑块一一对应，且滑块与导轨滑动连接，两个弹性连杆与两个连杆销一一对应，弹性连杆的一端与连杆销铰接，弹性连杆的另一端通过连杆轴与膝关节支撑壳体中部铰接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的膝关节为主动关节，膝关节采用电机丝杠配合提供动力的方式，相对电机直接驱动膝关节转动而言，增大了相同电机输出扭矩时的末端出力，提高了使用效率，减小了电机体积和重量，增加了结构紧凑性，对电机要求低，且具有一定的缓冲作用。采用丝杠螺母和曲柄连杆机构实现了由旋转运动到直线运动，再到旋转运动的转化，使整体结构更加紧凑，在较小的空间小实现大出力，从而实现轻型化重负载的助力效果。利用弹性连杆，使末端出力在保证负载要求的情况下，具有稳定的输出力、较低的输出阻抗，实现精确的力和力矩控制，并且具有缓冲外部冲击的能力。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体图；
图2是动力传动部件D7的立体图；
图3是下肢助力外骨骼机器人的主视图；
图4是大腿E与本发明的膝关节和髋关节C连接的位置关系示意图。
图中：背部A、腰部B、膝关节D、大腿E、小腿F、足部关节轴承G、足部H、膝关节连接轴K、绑腿塑料板L。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括连杆轴D0、膝关节支撑壳体D1、电机编码器D2、电机D3、减速器D4、联轴器D5、丝杠D6、螺母传动部件D7、两个轴承座D8、两个导轨D9和两个弹性连杆D10，
动力传动部件D7包括丝杠螺母D71、滑块连接件D72、两个动力传动连接件D73和两个滑块D74，滑块连接件D72与丝杠螺母D71平行且同轴设置，两个动力传动连接件D73设置在丝杠螺母D71与滑块连接件D72之间，两个动力传动连接件D73以丝杠D6的轴线为基准对称设置，每个动力传动连接件D73的外侧设有连杆销D731，丝杠螺母D71与动力传动连接件D73通过连接元件连接，滑块连接件D72与动力传动连接件D73通过连接元件连接，两个滑块D74对称设置在动力传动连接件D73的两侧，动力传动部件D7由丝杠D6提供动力，由滑块D73进行导向实现直线动力传递作用；
电机D3与电机编码器D2连接，减速器D4与电机D3连接，丝杠D6的输入端通过联轴器D5与减速器D4连接，丝杠D6的两端分别支撑在相应的轴承座D8中，螺母传动部件D7套装在丝杠D6上，且丝杠螺母D71与丝杠D6螺纹连接，两个导轨D9与两个滑块D74一一对应，且滑块D74与导轨D9滑动连接，两个弹性连杆D10与两个连杆销D731一一对应，弹性连杆D10的一端与连杆销D731铰接，弹性连杆D10的另一端通过连杆轴D0与膝关节支撑壳体D1中部铰接。
使用时，见图3和图4，本发明的膝关节D需要两个，两个膝关节D与两个大腿E和两个小腿F一一对应，大腿E的下端通过膝关节连接轴K与膝关节支撑壳体D1的上端铰接，膝关节D中的电机编码器D2、电机D3、减速器D4、联轴器D5和丝杠D6由上至下依次设置在大腿E内部，且轴承座D8与大腿E的内壁固定连接，导轨D9与大腿E的内壁固定连接，小腿F的上端与膝关节支撑壳体D1通过连接元件连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的膝关节支撑壳体D1上沿竖向设有多个连接孔D1-1。这样设计用以调节小腿F与膝关节支撑壳体D1的连接位置，来改变小腿F的长度以适应不同的人群。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (2)

1.一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节，其特征在于：所述膝关节(D)包括连杆轴(D0)、膝关节支撑壳体(D1)、电机编码器(D2)、电机(D3)、减速器(D4)、联轴器(D5)、丝杠(D6)、螺母传动部件(D7)、两个轴承座(D8)、两个导轨(D9)和两个弹性连杆(D10)；
动力传动部件(D7)包括丝杠螺母(D71)、滑块连接件(D72)、两个动力传动连接件(D73)和两个滑块(D74)，滑块连接件(D72)与丝杠螺母(D71)平行且同轴设置，两个动力传动连接件(D73)设置在丝杠螺母(D71)与滑块连接件(D72)之间，两个动力传动连接件(D73)以丝杠(D6)的轴线为基准对称设置，每个动力传动连接件(D73)的外侧设有连杆销(D731)，两个滑块(D74)对称设置在动力传动连接件(D73)的两侧，电机(D3)与电机编码器(D2)连接，减速器(D4)与电机(D3)连接，丝杠(D6)的输入端通过联轴器(D5)与减速器(D4)连接，丝杠(D6)的两端分别支撑在相应的轴承座(D8)中，螺母传动部件(D7)套装在丝杠(D6)上，且丝杠螺母(D71)与丝杠(D6)螺纹连接，两个导轨(D9)与两个滑块(D74)一一对应，且滑块(D74)与导轨(D9)滑动连接，两个弹性连杆(D10)与两个连杆销(D731)一一对应，弹性连杆(D10)的一端与连杆销(D731)铰接，弹性连杆(D10)的另一端通过连杆轴(D0)与膝关节支撑壳体(D1)中部铰接。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢助力外骨骼机器人上的串联弹性驱动膝关节，其特征在于：膝关节支撑壳体(D1)上沿竖向设有多个连接孔(D1-1)。
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