CN112720566B - 仿生关节机构及外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿生关节机构及外骨骼机器人，所公开的仿生关节机构包括第一关节、第二关节和锁止组件，第一关节为管状结构件，并可移动地套设于第二关节，第二关节设置有多个第一限位部，多个第一限位部沿第二关节的轴向布设；锁止组件设置于第一关节上，且锁止组件具有第一状态和第二状态；其中，在第一状态时，锁止组件将第一关节部分压紧固定在第二关节上；在第二状态时，锁止组件释放第一关节；锁止组件具有第一卡接部，第一关节开设有与第一卡接部相匹配的第一避让口；在锁止组件处于第一状态时，第一卡接部通过第一避让口伸入第一关节内，而卡接配合于其中一个第一限位部。上述方案能够提升关节机构的安全性能。

Description

仿生关节机构及外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及机器人仿生技术领域，尤其涉及一种仿生关节机构及外骨骼机器人。

背景技术

相关技术中的外骨骼机器人为了优化其适用性，其通常设置有可伸缩式的关节机构，以改变机器人的肢体长度，来满足用户在不同使用环境下的需求。

目前，可伸缩式关节机构通常包括外管、内管和锁止组件，外管套设在内管外部并通过相对滑动来实现伸缩、以调节机器人的肢体长度，当调节至目标长度尺寸时，即可通过锁止组件将外管锁紧在内管上，进而确保关节机构的工作稳定性。但是，可伸缩式关节机构在长期使用后，锁止组件易出现松动，如此会导致内外管产生突然的相对滑动，势必会对用户造成伤害。

发明内容

本发明公开一种仿生关节机构及外骨骼机器人，以提升关节机构的安全性能。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一方面，本发明提供一种仿生关节机构，其包括第一关节、第二关节和锁止组件，所述第一关节为管状结构件，并可移动地套设于所述第二关节，所述第二关节设置有多个第一限位部，所述多个第一限位部沿所述第二关节的轴向布设；

所述锁止组件设置于所述第一关节上，且所述锁止组件具有第一状态和第二状态；其中，在所述第一状态时，所述锁止组件将所述第一关节部分压紧固定在所述第二关节上；在所述第二状态时，所述锁止组件释放所述第一关节；

所述锁止组件具有第一卡接部，所述第一关节开设有与所述第一卡接部相匹配的第一避让口；在所述锁止组件处于所述第一状态时，所述第一卡接部通过所述第一避让口伸入所述第一关节内，而卡接配合于其中一个所述第一限位部；在所述锁止组件处于所述第二状态时，所述第一卡接部通过所述第一避让口退出所述第一关节。

另一方面，本发明提供一种外骨骼机器人，其包括前述的仿生关节机构。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本发明公开的仿生关节机构中，锁止组件可在第一状态和第二状态之间切换，当需要对该仿生关节机构进行长度调节时，可将锁止组件切换至第二状态，此时锁止组件释放了第一关节，也即第一关节可相对于第二关节移动，而能够顺利地实现长度调节；当仿生关节结构调节至目标长度后，可将锁止组件切换至第一状态，此时锁止组件将第一关节压紧固定在第二关节上，如此第一关节和第二关节就被相互锁紧。

与此同时，本发明公开的锁止组件还具有第一卡接部，当将锁止组件切换至第一状态时，第一卡接部可卡接配合于一个限位部中，如此情况下，第一关节还可以通过第一卡接部实现与第二关节的锁紧配合关系。

相较于相关技术，本发明公开的仿生关节机构在通过常规的锁止组件实现关节的锁紧配合关系的基础上，还能够通过第一卡接部对关节进行双重锁紧，进而能够避免长期使用后导致的锁止组件的松动问题，以防止第一关节与第二关节之间产生不预期的相对移动，如此无疑能够显著提升该仿生关节机构的安全性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明实施例公开的仿生关节机构的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的仿生关节机构的分解结构示意图；

图3为本发明实施例公开的第一关节和第一隔套的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的锁止组件的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的第二关节和第二隔套的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的仿生关节机构的侧视图；

图7为关于图6的A-A向的剖视图；

图8为关于图7中C处的局部放大图；

图9为关于图6的B-B向的剖视图。

附图标记说明：

100-第一关节、110-第一避让口、120-变形缺口、

200-第二关节、210-第一限位部、220-第二限位部、230-导向部、

300-锁止组件、310-第一卡接部、311-弹性元件、312-限位元件、312a-台阶部、320-控制件、321-凸轮部、322-手柄部、323-导向空间、323a-悬臂、324-盖板、324a-定位柱、330-连接件、331-锁紧销、332-调节螺母、340-抱箍、341-第二避让口、350-垫片、

400-第二卡接部、500-配合部、

600-第一隔套、610-第三避让口、620-第四避让口、630-第五避让口、

700-第二隔套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

请参考图1～图9，本发明实施例公开一种仿生关节机构，在本实施例中，该仿生关节机构的具体类型有多种，举例来说，其可以为手臂关节机构、腿部关节机构、腰部关节机构等，本实施例对其不做限制。

本实施例公开的仿生关节机构包括第一关节100、第二关节200和锁止组件300。

其中，第一关节100和第二关节200为仿生关节机构的主体构件，它们可提供支撑作用，也就是说，当用户穿戴该仿生关节机构后，仿生关节机构可通过第一关节100和第二关节200而起到对用户的对应关节区域的替代支撑作用。

具体地，第一关节100为管状结构件，并可移动地套设于第二关节200，如此当第一关节100相对于第二关节200产生相对移动时，即相当于该仿生关节机构产生伸缩动作，进而实现仿生关节机构的长度调节。通常，第二关节200也可以为管状结构件，由于管状结构件内部中空，如此设置无疑能够减轻仿生关节机构的整体重量，进而减轻用户使用时的负担而提升体验感。当然，本实施例对第二关节200的具体构型不做限定，其也可以为杆状结构件，甚至可以为具有一定长度尺寸的关节块。需要说明的是，第一关节100和第二关节200也可为不规则形状的结构件，二者可根据仿生关节机构的类型以及用户的实际需求来确定。

锁止组件300是该仿生关节机构的功能构件，其能够实现第一关节100在第二关节200上的固定，以确保用户在使用仿生关节机构时提供稳定的支撑作用。为了避免在使用时存在干涉，锁止组件300通常设置于第一关节100上，并随着第一关节100而相对于第二关节200产生相对移动。

锁止组件300具有第一状态和第二状态。其中，在第一状态时，锁止组件300将第一关节100部分压紧固定在第二关节200上，具体而言，即锁止组件300将第一关节100的部分锁紧在第二关节200上、实现了第一关节100和第二关节200的相互固定，进而可避免关节之间产生相对移动，用户可在将仿生关节机构调节至目标长度后切换至第一状态。通常，锁止组件300只设置在第一关节100的部分区域，因此能够能对其所在的第一关节100的该部分区域施加作用，也正是由于仅需要第一关节100的部分压紧固定在第二关节200上，因此更容易实现该技术效果。

需要说明的是，锁止组件300在将第一关节100部分锁紧在第二关节200上时，第一关节100的相应区域需要产生变形，以便于被压紧固定在第二关节200上；为了便于锁止组件300在锁紧第一关节100时作用区域便于产生变形，第一关节100可在其被锁止组件300锁紧的区域开设变形缺口120，当锁止组件300锁紧第一关节100时，第一关节100受到挤压即可朝向变形缺口120中产生形变，如此就能更为快捷地将第一关节100压紧固定在第二关节200上。

在第二状态时，锁止组件300释放第一关节100，具体而言，即锁止组件300撤消了对第一关节100的锁紧作用，此时第一关节100不再与第二关节200之间存在固定关系，进而可驱动第一关节100和/或第二关节200，来使得第一关节100和第二关节200之间产生相对移动，用户可在需要调节仿生关节机构的长度时切换至第二状态。

在相关技术中，其即通过锁止组件300对第一关节100和第二关节200的相对移动关系进行控制，但仿生关节机构在长期使用后，锁止组件300由于受到磨损等因素影响，锁止组件300本身即会产生松动等问题，如此其对第一关节100和第二关节200的锁紧固定作用就会减弱，用户在使用时，第一关节100和第二关节200之间可能会产生不预期的相对移动，仿生关节机构就难以对用户产生足够的支撑作用，这样就会导致用户受到伤害。

基于此，本实施例的第二关节200上设置有多个第一限位部210，多个第一限位部210沿第二关节200的轴向布设；同时，本实施例的锁止组件300具有第一卡接部310，第一关节100开设有与第一卡接部310相匹配的第一避让口110；在锁止组件300处于第一状态时，第一卡接部310通过第一避让口110伸入第一关节100内，而卡接配合于其中一个第一限位部210；在锁止组件300处于第二状态时，第一卡接部310通过第一避让口110退出第一关节100。

具体而言，锁止组件300在第一状态和第二状态之间切换时，会带动第一卡接部310在不同的位置移动，具体地，当锁止组件300在第一状态时，第一卡接部310位于锁紧位置，当锁止组件300在第二状态时，第一卡接部310位于释放位置。

基于第一避让口110，第一卡接部310在锁紧位置和释放位置之间运动时，第一卡接部310可以从第一关节100外通过第一避让口110伸入到第一关节100内，进而能够顺利地与第一限位部210卡接配合，以与第二关节200限位配合，如此就在锁止组件300锁紧第一关节100和第二关节200的基础上，实现了第一关节100和第二关节200之间的双重锁紧；或者，第一卡接部310可以从第一关节100内通过第一避让口110退出至第一关节100外，进而解除与第二关节200的限位配合关系，同时由于锁止组件300将第一关节100释放，第一关节100和第二关节200之间就可以顺利实现相互移动，来调节该仿生关节机构的长度。

由于多个第一限位部210沿第二关节200的轴向布设，而第一关节100也是沿第二关节200的轴向相对移动，如此就能够确保第一卡接部310与不同的第一限位部210对准。

本实施例未限制第一限位部210的具体数量，举例来说，其可以为六个、七个、八个等；通常，多个第一限位部210的布设区域与该仿生关节机构的预设伸缩长度尺寸相匹配，每个第一限位部210即匹配一个特定的档位。本实施例也未限制第一限位部210的具体类型，其通常为限位凹槽，在第二关节200为管状结构件的实施方式中，第一限位部210也可以为限位孔。

仿生关节机构在使用时，其重量直接关系到用户的体验感，而用户对仿生关节机构的轻质化要求越来越高。基于此，本实施例的第一关节100和第二关节200可以为碳纤维材料件，碳纤维材料具备高强度、密度小的优点，如此既能够确保仿生关节机构的耐用性，又能够降低仿生关节机构的整体重量。当然，本实施例未限制第一关节100和第二关节200的具体材质，其还可以由密度较小的一些金属材料制成。

由上述说明可知，在本发明实施例公开的仿生关节机构中，锁止组件300可在第一状态和第二状态之间切换，当需要对该仿生关节机构进行长度调节时，可将锁止组件300切换至第二状态，此时锁止组件300释放了第一关节100，也即第一关节100可相对于第二关节200移动，而能够顺利地实现长度调节；当仿生关节结构调节至目标长度后，可将锁止组件300切换至第一状态，此时锁止组件300将第一关节100压紧固定在第二关节200上，如此第一关节100和第二关节200就被相互锁紧。

与此同时，本发明实施例公开的锁止组件300还具有第一卡接部310，当将锁止组件300切换至第一状态时，第一卡接部310可卡接配合于一个限位部中，如此情况下，第一关节100还可以通过第一卡接部310实现与第二关节200的锁紧配合关系。

相较于相关技术，本发明实施例公开的仿生关节机构在通过常规的锁止组件300实现关节的锁紧配合关系的基础上，还能够通过第一卡接部310对关节进行双重锁紧，进而能够避免长期使用后导致的锁止组件300的松动问题，以防止第一关节100与第二关节200之间产生不预期的相对移动，如此无疑能够显著提升该仿生关节机构的安全性能。

在本实施例中，锁止组件300的类型可以有多种，举例来说，锁止组件300可以为设置于第一关节100上的丝杆组件，丝杆穿设于第一关节100内外，用户可通过转动丝杆组件的螺母来在丝杆上移动螺母，螺母在移动时可挤压第一关节100的管壁而变形至与第二关节200相抵，进而实现将第一关节100压紧固定在第二关节200上。与此同时，第一卡接部310可以为设置于螺母上的折弯伸缩杆，随着螺母在丝杆上的移动，螺母将第一关节100压紧固定在第二关节200上，同时折弯伸缩杆可通过第一避让口110插接入第一关节100内，并卡入到第二关节200上的第一限位部210内。

在另一种具体的实施方式中，本实施例的锁止组件300可以包括控制件320、连接件330和抱箍340，抱箍340套设于第一关节100的一端，抱箍340的一端为控制端，并可移动地设置于连接件330上，抱箍340的另一端为限位端，并与连接件330限位配合；控制件320设置于连接件330上，并可驱动抱箍340的控制端在连接件330上移动，以改变抱箍340的束紧程度，而使锁止组件300在第一状态和第二状态之间切换。

应理解的是，抱箍340套设在第一关节100上，抱箍340的两端之间通常具有间隙，当抱箍340的两端相向靠近时，抱箍340之间的空间无疑会缩小、并会对第一关节100产生逐渐增大的束紧作用，进而挤压第一关节100的管壁而使其产生变形，最终将第一关节100压紧固定在第二关节200上；抱箍340通常位于第一关节100的端部，如此更便于在束紧时使得第一关节100产生变形。

连接件330起到连接抱箍340两端的作用，当抱箍340的控制端在连接件330上移动，势必会带动抱箍340整体产生变形，而由于抱箍340的限位端与连接件330限位配合，抱箍340的限位端难以在连接件330上移动，如此即可通过改变抱箍340的控制端在连接件330上的移动方向来改变抱箍340的束紧程度。具体地，控制件320可驱动抱箍340的控制端朝向其限位端移动，在移动过程中，抱箍340之间的空间会不断缩小，并会对第一关节100产生逐渐增大的束紧作用，同时，第一关节100即会对第二关节200产生压紧固定作用，直至最终锁止组件300切换至第一状态；通过改变控制件320的状态，可以使得抱箍340的控制端背离其限位端移动，在移动过程中，抱箍340之间的空间会不断增大，其对第一关节100的束紧作用会不断减小，同时，第一关节100对第二关节200的压紧固定作用会不断减小直至变为0，最终锁止组件300切换为第二状态。

本实施例的控制件320设置有前述的第一卡接部310，抱箍340开设有与第一卡接部310相匹配的第二避让口341；在锁止组件300处于第一状态时，第一卡接部310通过第一避让口110和第二避让口341伸入第一关节100内；在锁止组件300处于第二状态时，第一卡接部310通过第一避让口110和第二避让口341退出第一关节100。

结合前述，第一卡接部310在工作时需要在锁紧位置和释放位置之间运动，其可以基于控制件320的运动来实现位置切换；第一卡接部310可以通过第一避让孔进出第一关节100的管壁，而为了避免抱箍340对第一卡接部310产生干涉，即在抱箍340上设置有第二避让口341，如此第一卡接部310可顺利地通过抱箍340的设置区域。

由于本实施例的第一卡接部310的形状未被限制，设置第一避让口110和第二避让口341与第一卡接部310相匹配，即可确保第一卡接部310可顺利地通过第一避让口110和第二避让口341。当然，第一避让口110、第二避让口341、第一卡接部310和第一限位部210均需要设置在预设位置，以便于它们能够正常工作，例如第一避让口110、第二避让口341和第一限位部210两两之间均需要相对设置。

本实施例未限制连接件330的类型，其通常可选为双头螺柱，抱箍340的限位端可以在螺柱上通过调节螺母332进行限位；其他的实施方式中，连接件330只选为杆件，且抱箍340的限位端与杆件固定配合。本实施例也未限制控制件320的类型，其也可选为螺母，由于螺母与螺柱螺纹配合，通过旋钮螺母即可在螺柱上移动，进而可作用于抱箍340的控制端而使得锁止组件300在第一状态和第二状态之间切换。

在另一种具体的实施方式中，本实施例的控制件320可以为凸轮手柄，凸轮手柄包括凸轮部321以及自凸轮部321延伸形成的手柄部322，凸轮手柄通过凸轮部321与连接件330相铰接，且凸轮部321与抱箍340的控制端相抵接。

应理解的是，凸轮部321具有部分基圆轮廓和部分凸起轮廓，通过切换基圆轮廓和凸起轮廓与抱箍340的控制端相抵接，即可使得锁止组件300在第二状态和第一状态之间切换。凸轮把手在其凸轮部321一端与连接件330相铰接，在转动时，即可使得凸轮部321的不同轮廓与抱箍340的控制端相抵接。

具体地，当将该仿生关节机构调节至目标长度尺寸后需要对其进行锁紧，此时基圆轮廓与抱箍340的控制端相抵接，而凸起轮廓与抱箍340的控制端相背离，当在第一方向上通过手柄部322转动凸轮部321时，在凸轮部321的一个转动行程内，凸起轮廓会逐渐转动至与抱箍340的控制端相抵接，且凸起轮廓会进一步地挤压抱箍340的控制端，使得抱箍340的控制端朝向其限位端移动第一距离，该第一距离即为凸起轮廓与基圆轮廓的尺寸差量，如此即可将锁止组件300由第二状态切换至第一状态。

当需要再次对仿生关节机构进行长度调节时需要释放第一关节100，此时凸起轮廓与抱箍340的控制端相抵接，而基圆轮廓与抱箍340的控制端相背离，可在与第一方向相反的第二方向上通过手柄部322转动凸轮部321，在凸轮部321的一个转动行程中，凸起轮廓会逐渐转动至与抱箍340的控制端相背离，且基圆轮廓会转动至与抱箍340的控制端相抵接，此时凸轮部321对抱箍340的控制端挤压作用会减弱，抱箍340的控制端会朝向背离其限位端的方向回退第一距离，如此即可将锁止组件300由第一状态切换至第二状态。

由于凸轮部321长期与抱箍340在转动相抵，如此会存在较严重的磨损，因此本实施例的凸轮部321与抱箍340的控制端之间可设置有垫片350，基于垫片350来减轻凸轮部321和抱箍340之间的磨损，同时还能起到一定的静音作用。垫片350可选为尼龙、橡胶等材料件。

通常，连接件330在其端部设置有锁紧销331，且凸轮把手在其凸轮部321一端与锁紧销331铰接；在连接件330为双头螺柱的实施方式中，在长期使用后，连接件330可能会旋转受力而从锁紧销331的安装孔中旋出，此时连接件330会对凸轮手柄的摆动产生干涉。基于此，本实施例的锁紧销331上可以开设有螺纹孔，并通过在螺纹孔内设置螺纹紧固件(通常为顶丝)而将连接件330顶紧在锁紧销331的安装孔中。

进一步地，本实施例提出另一种第一卡接部310的设置方式，本实施例的手柄部322可以开设有导向空间323，第一卡接部310包括弹性元件311和限位元件312，限位元件312和弹性元件311均设置于导向空间323中，弹性元件311的两端分别与导向空间323的内壁和限位元件312相连，在弹性元件311的回弹作用下，限位元件312可部分伸出至导向空间323之外。

具体而言，本实施例的限位元件312可与第一限位部210限位配合而实现第一卡接部310对第二关节200的限位；基于弹性元件311，限位元件312可在导向空间323内进行伸缩，由于在转动凸轮手柄时第一卡接部310难以一次性准确与第一限位部210对准，第一卡接部310会与第二关节200的外周面相抵接，如果第一卡接部310为刚性结构，势必会受到损坏，而由于本实施例的第一卡接部310由弹性元件311和限位元件312构成，当限位元件312与第二关节200的外周面相抵接时，弹性元件311可被压缩，限位元件312可部分回缩回导向空间323内，如此就能避免限位元件312与第二关节200的外周面之间的相互作用力过大而受损。同时，在限位元件312与第二关节200的外周面相抵接时，第一关节100和第二关节200之间会存在相对移动，限位元件312也就会与第二关节200的外周面产生相对滑动，当限位元件312滑动至与第一限位部210对准时，限位元件312会在弹性元件311的回弹作用下，被推动至与第一限位部210限位配合。在上述过程中，第一关节100和第二关节200之间仅存在较小的相对移动量，也即限位元件312在第二关节200的外周面上仅进行了较短距离的滑动，就能够实现第一卡接部310与第一限位部210的限位配合，进而确保了第一关节100与第二关节200之间的相互锁紧，如此就避免了相关技术中第一关节100与第二关节200之间不受控的相对移动。

应理解的是，限位元件312在导向空间323内与导向空间323的内壁滑动配合，导向空间323的内壁可对限位元件312起到约束限位作用，以引导限位元件312在预设方向上移动。

为了避免限位元件312跑出导向空间323，而导致第一卡接部310的稳定性变差，本实施例的导向空间323可以在其开口处向其内形成有悬臂323a，限位元件312的周侧面设置有台阶部312a，在限位元件312伸出导向空间323的过程中，台阶部312a与悬臂323a限位配合。应理解的是，当限位元件312在弹性元件311的回弹作用下伸出导向空间323的过程中，悬臂323a会通过对台阶部312a的限位而阻止限位元件312进一步向导向空间323外伸出，如此就能够避免限位元件312完全从导向空间323脱离，以确保限位元件312始终受到导向空间323的引导作用。

为了提升第一卡接部310的拆装便捷性，本实施例的导向空间323可以贯通手柄部322，手柄部322在与限位元件312的伸出方向相背离的端面可拆卸设置有盖板324，盖板324覆盖导向空间323。应理解的是，如此设置下，即可在导向空间323背离限位元件312的一侧进行拆装作用，在安装时，可卸下盖板324而外露处导向空间323，如此就能够顺利将弹性元件311和限位元件312顺利安置在导向空间323内，最后再将盖板324安装在手柄部322上即可；在拆卸时，首先卸下盖板324而外露出导向空间323，并可顺利从导向空间323的开口将弹性元件311和限位元件312取出。

通常情况下，弹性元件311可选为压缩弹簧，当然，本实施例不限制弹性元件311的具体类型，其也可以为泡棉件、弹性较优的橡胶件等。

由于压缩弹簧其自身的弹性特点，其在被压缩或回弹的过程中，由于受力点和受力方向的不同，其自身的变形状态也不同，如此压缩弹簧容易出现偏转、歪斜等问题，不仅会使得限位元件312的移动路径存在偏差，而且长时间如此会导致压缩弹簧受损，基于此，本实施例的盖板324朝向导向空间323的端面可以设置有定位柱324a，定位柱324a在限位元件312的移动方向上延伸，压缩弹簧螺旋饶设于定位柱324a。如此设置下，定位柱324a能够在压缩弹簧内部对其起到导向作用，当压缩弹簧存在偏转、歪斜的趋势时，定位柱324a能够与压缩弹簧相抵而起到支撑作用，进而避免压缩弹簧出现偏转、歪斜等问题。

由于第一卡接部310难以一次性与第一限位部210对准，需要尝试性多次对准才能完成第一卡接部310与第一限位部210的限位配合，如此无疑会导致该仿生关节机构的使用便捷性，而导致用户的体验变差。基于此，在本实施例的第一关节100和锁止组件300中，其中一者可以设置有第二卡接部400，第二卡接部400至少部分伸入第一关节100内，第二关节200上设置有多个第二限位部220，多个第二限位部220沿第二关节200的轴向布设；在第一关节100与第二关节200相对移动时，第二卡接部400可卡接配合于其中一个第二限位部220。

具体而言，本实施例未限制第二卡接部400的具体设置位置，其可以设置于第一关节100上，也可以设置于锁止组件300上；在上述锁止组件300包括抱箍340的实施方式中，第二卡接部400可具体设置于抱箍340上。当第二卡接部400设置于第一关节100上时，其可以设置于第一关节100的内壁上，如此第二卡接部400即完全位于第一关节100内；当第二卡接部400设置于锁止组件300上，其需要穿设于第一关节100上，此时第二卡接部400部分伸入到第一关节100内。

由于第二卡接部400至少部分位于第一关节100内，当将该仿生关节机构调节至目标长度后，第二卡接部400会卡接于第二限位部220中，此时即实现了第一关节100在第二关机上的预定位，由于第二卡接部400与第二限位部220存在一定的相互限位作用，也不需要担心二者出现相对移动；接下来即可将锁止组件300切换至第一状态，第一卡接部310即可顺利地对准并卡接配合于第一限位部210中。当然，在第二卡接部400与第二限位部220配合的基础上，实现第一卡接部310与第二限位部220的对准需要在加工时对结构尺寸进行预先设定。

由于多个第二限位部220沿第二关节200的轴向布设，而第一关节100也是沿第二关节200的轴向相对移动，如此就能够确保第二卡接部400与不同的第二限位部220对准。

在起到预定位的作用的情况下，第二卡接部400与第二限位部220配合时二者之间也存在一定的限位作用，如此在前述第一关节100和第二关节200之间存在双重锁紧机制的基础上，第二卡接部400与第二限位部220能够使得第一关节100和第二关节200之间存在第三重固定关系，无疑能够更进一步地优化该仿生关节机构的使用稳定性。

本实施例未限制第二限位部220的具体数量，其通常与第一限位部210的数量相同。本实施例也未限制第二限位部220的具体类型，其通常为限位凹槽，在第二关节200为管状结构件的实施方式中，第二限位部220也可以为限位孔。

通常，第二限位部220与对应的第一限位部210位于第二关节200的同一外周圆上，但本实施例对其不做限制，第二限位部220也可以与对应的第一限位部210错位布设，二者的具体位置关系需要根据第一卡接部310和第二卡接部400的具体设置方式来确定。

本实施例未限制第二卡接部400的具体类型，其可选为设置于锁止组件300上的球头柱塞，球头柱塞穿设于第一关节100，且球头柱塞的球头端与第二关节200的外周面滑动配合。应理解的是，由于球头柱塞内部设置有弹簧，在球头柱塞与第二关节200的外周面相抵时，能够避免球头柱塞与第二关节200的外周面刚性接触，既能够对球头柱塞和第二关节200的外周面起到保护作用，而且在球头柱塞移动至第二限位部220的位置时，其球头端可以弹出而卡接于第二限位部220中。

需要说明的是，由于球头柱塞的结构特性，其在弹入到第二限位部220中时，会产生相应的响声和震动手感，这些信息能够提醒用户第一关节100以移动到位，并可以对第一关节100进行锁紧操作，第一卡接部310可顺利卡接于第一限位部210中。

在上述锁止组件300包括抱箍340的实施方式中，球头柱塞可以设置于抱箍340上。

为了避免第一关节100和第二关节200在相对移动时产生相对转动，而造成部分结构在配合时的干涉，在本实施例的第一关节100和锁止组件300中，其中一者可以设置有配合部500，配合部500至少部分伸入第一关节100内，第二关节200上设置有导向部230，导向部230沿第二关节200的轴向延伸设置，配合部500可滑动配合于导向部230。

具体而言，本实施例未限制配合部500的具体设置位置，其可以设置于第一关节100上，也可以设置于锁止组件300上；在上述锁止组件300包括抱箍340的实施方式中，配合部500可具体设置于抱箍340上。当配合部500设置于第一关节100上时，其可以设置于第一关节100的内壁上，如此配合部500即完全位于第一关节100内；当配合部500设置于锁止组件300上时，其需要穿设于第一关节100，此时配合部500部分伸入到第一关节100内。

由于配合部500至少部分位于第一关节100内，而导向部230沿第二关节200的轴向延伸设置，配合部500会随着第一关节100沿第二关节200的轴向移动，如此情况下，配合部500会始终滑动配合于导向部230内；当第一关节100和第二关节200之间产生相对转动的趋势时，配合部500和导向部230会相互抵接且二者之间会产生相互的限位作用，进而避免第一关节100和第二关节200之间产生相对转动。

通常，本实施例的导向部230可选为导向槽，当然其也可以为导轨等。

为了避免第一关节100和第二关节200直接接触而产生严重的磨损，本实施例的第一关节100的内壁可以设置有第一隔套600，第二关节200的外周面设置有第二隔套700，第一关节100通过第一隔套600与第二关节200相抵接，第二关节200通过第二隔套700与第一关节100相抵接。应理解的是，如此设置下，在第一关节100的内壁与第二关节200的外周面之间，第一隔套600和第二隔套700均起到支撑第一关节100和第二关节200的作用，第一隔套600和第二隔套700可作为两个支持结构起到支撑作用，如此就能够避免第一关节100和第二关节200相互之间产生偏斜，也就是说第一关节100的内壁与第二关节200外周面之间会存在间隙，无疑能够有效减少二者之间的磨损。

本实施例未限制第一隔套600和第二隔套700的具体设置位置，例如第一隔套600可以设置于第一关节100的中部，第二隔套700可以设置于第二关节200的中部。在另一种具体的实施方式中，本实施例的第一隔套600可以设置于第一关节100靠近锁止组件300的一端，且第一隔套600开设有与第一卡接部310相匹配的第三避让口610；第二隔套700为盖状结构件，并扣合于第二关节200靠近第一关节100的一端。

应理解的是，如此设置下，第一关节100从一开始套设在第二关节200上时，第一关节100和第二关节200即可同时受到第一隔套600和第二隔套700的支撑作用，相较于第一隔套600和第二隔套700的其他组合设置方式，如此设置更有利于该仿生关节机构整体的防磨损性能；同时，第一隔套600与锁止组件300对应设置，而锁止组件300在使用时会通过变形而压紧固定在第二关节200上，由于第一隔套600的存在，第一关节100就可以通过第一隔套600间接对第二关节200施加作用，以避免第一关节100直接压紧第二关节200而造成的磨损。

为了提升安装的便捷性，第二隔套700被设置为盖状结构件，其可以直接扣合在第二关节200的端部，无疑能够提升安装效率，当然，为了使得第二隔套700与第二关节200能够可靠配合，二者之间可以通过紧固件(例如弹簧销、螺钉等)进行连接，也可以通过卡接、粘接等方式实现组配；基于第三避让口610，第一隔套600能够避免对第一卡接部310产生干涉；在上述该仿生关节机构包括第二卡接部400和配合部500的实施方式中，第一隔套600需要开设有对应的第四避让口620和第五避让口630，以确保第一隔套600不会对第二卡接部400和配合部500产生干涉。

结合前述，本实施例未限制第一关节100和第二关节200的具体材质，本实施例同样未限制第一隔套600和第二隔套700的具体材质。在可选的方案中，本实施例的第一关节100和第二关节200均可以为碳纤维材料件，第一隔套600和第二隔套700均可以为尼龙材料件。具体而言，碳纤维材质的第一关节100和第二关节200能够使得该仿生关节机构具备高强度、轻质化的优点，而尼龙材料具备较低的摩擦系数，基于第一隔套600和第二隔套700对第一关节100和第二关节200的支撑作用，无疑可有效降低该仿生关节机构内部的磨损，并起到静音效果，相较于其他材质，尼龙材质的第一隔套600和第二隔套700还可以使得第一关节100和第二关节200之间具有较优的相对移动能力。

当然，本实施例未限制第一隔套600和第二隔套700的具体材质，其也可以有诸如橡胶等耐磨材料制成。

基于前述的仿生关节机构，本实施例还公开一种外骨骼机器人，该外骨骼机器人包括前述的仿生关节机构。本实施例未限制外骨骼机器人的具体类型，其可以为医疗辅助外骨骼机器人、运动辅助外骨骼机器人或工业辅助外骨骼机器人等。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括仿生关节机构，所述的仿生关节机构，包括第一关节(100)、第二关节(200)和锁止组件(300)，所述第一关节(100)为管状结构件，并可移动地套设于所述第二关节(200)，所述第二关节(200)设置有多个第一限位部(210)，所述多个第一限位部(210)沿所述第二关节(200)的轴向布设；

所述锁止组件(300)设置于所述第一关节(100)上，且所述锁止组件(300)具有第一状态和第二状态；其中，在所述第一状态时，所述锁止组件(300)将所述第一关节(100)部分压紧固定在所述第二关节(200)上；在所述第二状态时，所述锁止组件(300)释放所述第一关节(100)；

所述锁止组件(300)具有第一卡接部(310)，所述第一关节(100)开设有与所述第一卡接部(310)相匹配的第一避让口(110)；在所述锁止组件(300)处于所述第一状态时，所述第一卡接部(310)通过所述第一避让口(110)伸入所述第一关节(100)内，而卡接配合于其中一个所述第一限位部(210)；在所述锁止组件(300)处于所述第二状态时，所述第一卡接部(310)通过所述第一避让口(110)退出所述第一关节(100)；

所述锁止组件(300)包括控制件(320)、连接件(330)和抱箍(340)，所述抱箍(340)套设于所述第一关节(100)的一端，所述抱箍(340)的一端为控制端，并可移动地设置于所述连接件(330)上，所述抱箍(340)的另一端为限位端，并与所述连接件(330)限位配合；所述控制件(320)设置于所述连接件(330)上，并可驱动所述抱箍(340)的控制端在所述连接件(330)上移动，以改变所述抱箍(340)的束紧程度，而使所述锁止组件(300)在所述第一状态和所述第二状态之间切换；

所述控制件(320)设置有所述第一卡接部(310)，所述抱箍(340)开设有与所述第一卡接部(310)相匹配的第二避让口(341)；在所述锁止组件(300)处于所述第一状态时，所述第一卡接部(310)通过所述第一避让口(110)和所述第二避让口(341)伸入所述第一关节(100)内；在所述锁止组件(300)处于所述第二状态时，所述第一卡接部(310)通过所述第一避让口(110)和所述第二避让口(341)退出所述第一关节(100)；

所述控制件(320)为凸轮手柄，所述凸轮手柄包括凸轮部(321)以及自所述凸轮部(321)延伸形成的手柄部(322)，所述凸轮手柄通过所述凸轮部(321)与所述连接件(330)相铰接，且所述凸轮部(321)与所述抱箍(340)的控制端相抵接；

所述手柄部(322)开设有导向空间(323)，所述第一卡接部(310)包括弹性元件(311)和限位元件(312)，所述限位元件(312)和所述弹性元件(311)均设置于所述导向空间(323)中，所述弹性元件(311)的两端分别与所述导向空间(323)的内壁和所述限位元件(312)相连，在所述弹性元件(311)的回弹作用下，所述限位元件(312)可部分伸出至所述导向空间(323)之外；

在所述第一关节(100)和所述锁止组件(300)中，其中一者设置有第二卡接部(400)，所述第二卡接部(400)至少部分伸入所述第一关节(100)内，所述第二关节(200)上设置有多个第二限位部(220)，所述多个第二限位部(220)沿所述第二关节(200)的轴向布设；在所述第一关节(100)与所述第二关节(200)相对移动时，所述第二卡接部(400)可卡接配合于其中一个所述第二限位部(220)；

所述第二卡接部(400)为设置于所述锁止组件(300)上的球头柱塞，所述球头柱塞穿设于所述第一关节(100)，且所述球头柱塞的球头端与所述第二关节(200)的外周面滑动配合；

在所述第一关节(100)和所述锁止组件(300)中，其中一者设置有配合部(500)，所述配合部(500)至少部分伸入所述第一关节(100)内，所述第二关节(200)上设置有导向部(230)，所述导向部(230)沿所述第二关节(200)的轴向延伸设置，所述配合部(500)可滑动配合于所述导向部(230)；

所述第一关节(100)的内壁设置有第一隔套(600)，所述第二关节(200)的外周面设置有第二隔套(700)，所述第一关节(100)通过所述第一隔套(600)与所述第二关节(200)相抵接，所述第二关节(200)通过所述第二隔套(700)与所述第一关节(100)相抵接。

2.根据权利要求1所述的仿生关节机构，其特征在于，所述第一关节(100)和第二关节(200)均为碳纤维材料件，所述第一隔套(600)和所述第二隔套(700)均为尼龙材料件。

Images