CN205598173U - 外骨骼机器人及其髋关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了外骨骼机器人及其髋关节，其中的髋关节包括用于连接腰部构件的上连接件、用于连接大腿驱动关节的下连接件以及连接在上连接件和下连接件之间的弹性部件，所述腰部构件依次通过上连接件、弹性部件相对于下连接件进行上下运动。其腰部构件依次通过上连接件、弹性部件相对于下连接件进行上下运动，这样构成柔性的髋关节设计，它可以使外骨骼机器人更贴合人体，不但实现了机器人腰部的动作功能，还可以使机器人的结构设计更加合理，使腿部关节产生的应变力达到最小化。

Description

外骨骼机器人及其髋关节

技术领域

本实用新型涉及机器人及其关节，尤其涉及外骨骼机器人及其髋关节。

背景技术

目前，一些帮助人类携带更多负载的机器人在研制之中，这便是外骨骼机器人。“外骨骼机器人”(Exoskeleton Robot)是指套在人体外面的机器人，也称“可穿戴的机器人”。外骨骼是指为生物提供保护和支持的坚硬外部,本来是指昆虫或甲壳类动物身体外表的骨骼，具有支撑和保护作用。这里的外骨骼机器人是穿着人身上的一种助力装备，它融合了传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术，主要作用是增强人体机能，使人得负重能力大大增加。

目前助力型外骨骼机器人在结构上多采用的刚性连接设计，这样的结构不够柔性，不灵活。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种外骨骼机器人髋关节，其具有柔性。

本实用新型的另一目的在于提供一种外骨骼机器人，其具有柔性的髋关节。

外骨骼机器人包括腰部构件、大腿构件及驱动大腿构件运动的大腿驱动关节，一种应用在该外骨骼机器人上的髋关节包括用于连接腰部构件的上连接件、用于连接大腿驱动关节的下连接件以及连接在上连接件和下连接件之间的弹性部件，所述腰部构件依次通过上连接件、弹性部件相对于下连接件进行上下运动。

所述弹性部件的长度方向的两端分别对应连接上连接件和下连接件。

所述弹性部件的下端铰接于下连接件。

所述铰接的转动轴线平行于人体的前后方向。

所述弹性部件包括弹簧销以及套在弹簧销外侧的弹簧；所述弹簧销的下端铰接于下连接件，所述上连接件滑动套装在所述弹簧销上并抵顶所述弹簧的上端。

所述弹簧销的上端安装有防止所述上连接件脱离于所述弹簧销的限位件。

所述上连接件为滑套，所述弹簧销为螺杆，所述弹簧为螺旋弹簧，所述螺杆的上端螺纹处安装有防止所述滑套脱离于所述螺杆的螺母。

所述弹簧销的下端连接有U形铰接件，所述下连接件为片状连接件，所述片状连接件插入所述U形铰接件内与U形铰接件铰接。

所述弹簧销的下端开设有通孔，所述U形铰接件的上端开设有螺栓孔，所述U形铰接件通过螺栓安装在螺栓孔、通孔内与弹簧销固定连接。

所述下连接件包括固定连接的上连接片和下连接片，所述上连接片插入所述U形铰接件内与U形铰接件铰接，所述下连接片用于固定连接所述大腿驱动关节并平行于人体前后方向。

外骨骼机器人，包括腰部构件、大腿构件、驱动大腿构件运动的大腿驱动关节、连接在大腿驱动关节与腰部构件之间的髋关节，所述髋关节为任一项上述的髋关节。

所述上连接件与腰部构件为一体设置。

根据本实用新型的外骨骼机器人及其髋关节，其中，腰部构件依次通过上连接件、弹性部件相对于下连接件进行上下运动，这样构成柔性的髋关节设计，它可以使外骨骼机器人更贴合人体，不但实现了机器人腰部的动作功能，还可以使机器人的结构设计更加合理，使腿部关节产生的应变力达到最小化。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为根据本实用新型的一实施例中外骨骼机器人的立体图；

图2为图1中髋关节的局部分解视图；

图3为图1中髋关节的主视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

图1所示的外骨骼机器人可以是一个完整的外骨骼机器人的全部或者部分，其根据需要可以增加上肢部件，以辅助人体实现上肢动作。在图1中仅仅示出了机器人的执行机构，其中的网络系统、电池组、电机及减速器、传感器等可以根据已有的设计来布置，图1所示的外骨骼机器人可以帮助人行走、起立、坐下等。其作为动力辅助机器可以有广泛的应用，例如军事领域或者生活领域，例如可以设置成装置的助力大小由控制系统设定，针对下肢瘫痪的顾客进行产品开发。

如图1所示，根据本实用新型的实施例中的外骨骼机器人包括腰部构件1、大腿构件3、小腿构件4以及脚部构件5，在图1中的结构左右两侧对称设置。腰部构件1与大腿构件3之间通过髋关节2、大腿驱动关节6连接，大腿构件3与小腿构件4通过小腿驱动关节7连接、小腿构件4与脚部构件5通过脚部驱动关节8连接。

髋关节2包括上连接件、下连接件和弹性部件。如图2所示，上连接件为滑套22，下连接件包括上连接片26和下连接片27。弹性部件包括弹簧销24以及套在弹簧销外侧的弹簧23。在图2所示的优选实施例中，弹性部件的长度方向的两端分别对应连接上连接件和下连接件。在另一实施例中，不限于弹性部件的长度方向，只要有弹性部件来实现腰部构件可弹性地相对于上连接件进行上下运动即可。弹簧销24的上端与固定在腰部构件1的滑套22滑动配合，其顶部连接有螺母21，用于防止弹簧销24与滑套22脱落。滑套22可以与腰部构件1做成一体。

继续参照图2，弹簧销24的下端与上连接片26铰接，其铰接的轴线平行于Y轴，Y轴通常在行业内被定义为人体的前后方向，该铰接有利于实现大腿构件的转动自由度。上连接片26进一步固定连接在下连接片27上，下连接片27固定在大腿驱动关节6上，平行于人体的前后方向，以利于大腿驱动关节6驱动大腿构件3运动。下连接片27、上连接片26以及弹簧销24的下端可以做成一体，从制造的角度而言，将其分体制造，制造工艺更为简单。下连接片27、上连接片26也可以视为大腿驱动关节6上的固定部件。

弹簧销24可以是螺杆，其顶端与螺母21连接，螺杆下侧末端再焊接或者过盈配合或者其他刚性连接方式连接着第三连接件25，第三连接件25通常呈U形，销251贯穿第三连接件25以及插入到第三连接件25中的上连接片26，从而形成铰接。在优选的实施例中，弹簧销24的下端开设有通孔，第三连接件25的上端开设有螺栓孔，第三连接件25通过螺栓安装在第三连接件25的螺栓孔、弹簧销24的通孔内与弹簧销24固定连接，以方便拆卸。

如图3所示，弹簧23由滑套22或者腰部构件1压缩，其弹性变形的行程具有一定限制，图3所示的结构包含四个自由度，两侧的弹簧销24、弹簧23形成的两个滑动自由度，以及销251铰接上连接件26、第三连接件25形成的两个转动自由度。髋关节的连接组件由弹簧销24和弹簧23实现了柔性连接，但是可以理解到该关节不仅实现了柔性连接，同时即便该柔性连接可以有两个自由度而不会使结构不稳定。这种设计，使外骨骼机器人更贴近人体的骨骼结构，通过弹簧销24下部与大腿构件3竖直方向的铰接，实现大腿构件3的转动，另外在弹簧销24处加入弹簧23，可实现大腿构件3与腰部构件1的柔性连接，该设计很好的避免了机器人在动作过程中的驱动冗余问题，使机器人各关节受力更加均匀，稳定性更好；由于在弹性部件的长度方向的两端分别对应连接上连接件和下连接件，弹性部件在弹性部件的长度方向具有弹性，且弹性部件的下端铰接于下连接件，这样构成柔性的髋关节设计，它可以使外骨骼机器人更贴合人体，不但实现了机器人腰部的动作功能，还可以使机器人的结构设计更加合理，使腿部关节产生的应变力达到最小化。

在本实用新型的其他实施例中，弹簧销24的顶端的螺母在一些场合可以取消，例如弹簧销24足够长，或者螺母可以替换为铆接件或者其他限位结构。

在本实用新型的其他实施例中，弹簧销24和弹簧23可以替换为其他的弹性部件，该弹性部件仅在长度方向具有弹性。

可以理解的是，除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术术语具有与本领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本申请案中描述了特定作用、装置，但与本文中所述的作用和装置类似或等价的任何机构可在本技术的实践中使用。尽管已相当详细地且通过说明来描述技术的实施方式，但所述说明仅用于清楚地理解，且并非意在限制。已在描述中使用各种术语来传达对本技术的理解，应理解，所述各种术语的含义延伸到各种术语的常见语言或语法变化或形式。也应理解，当术语是指装置或设备时，所述术语或名称作为当代的实例而提供，且本技术步骤不受所述文字范围的限制。已使用的术语将被理解为已由现今当代术语描述，这些术语可合理地理解为当代术语或当代术语所包含的体系子集命名的衍生物。进一步地，尽管为促成提供对技术的理解，例如关于外骨骼机器人的研究，已提出一些理论思考，但修正权利要求书不受所述理论的限制。此外，在不脱离所公开技术的范围的情况下，技术的任何实施方式的任何一个或多个特征可与技术的任一实施方式的任何一个或多个其他特征组合。更进一步地，应理解，本技术不限于已为了例证而阐述的实施方式，但本技术仅由对本专利申请案所附权利要求书的公平解读来定义，包括将本技术的每一元件有权享有的整个范围的同等效力。

Claims (12)

1.一种应用在外骨骼机器人上的髋关节，所述外骨骼机器人包括腰部构件、大腿构件及驱动大腿构件运动的大腿驱动关节，其特征在于，所述髋关节包括用于连接腰部构件的上连接件、用于连接大腿驱动关节的下连接件以及连接在上连接件和下连接件之间的弹性部件，所述腰部构件依次通过上连接件、弹性部件相对于下连接件进行上下运动。

2.如权利要求1所述的髋关节，其特征在于，所述弹性部件的长度方向的两端分别对应连接上连接件和下连接件。

3.如权利要求1所述的髋关节，其特征在于，所述弹性部件的下端铰接于下连接件。

4.如权利要求3所述的髋关节，其特征在于，所述铰接的转动轴线平行于人体的前后方向。

5.如权利要求1所述的髋关节，其特征在于，所述弹性部件包括弹簧销以及套在弹簧销外侧的弹簧；所述弹簧销的下端铰接于下连接件，所述上连接件滑动套装在所述弹簧销上并抵顶所述弹簧的上端。

6.如权利要求5所述的髋关节，其特征在于，所述弹簧销的上端安装有防止所述上连接件脱离于所述弹簧销的限位件。

7.如权利要求5所述的髋关节，其特征在于，所述上连接件为滑套，所述弹簧销为螺杆，所述弹簧为螺旋弹簧，所述螺杆的上端螺纹处安装有防止所述滑套脱离于所述螺杆的螺母。

8.如权利要求5所述的髋关节，其特征在于，所述弹簧销的下端连接有U形铰接件，所述下连接件为片状连接件，所述片状连接件插入所述U形铰接件内与U形铰接件铰接。

9.如权利要求8所述的髋关节，其特征在于，所述弹簧销的下端开设有通孔，所述U形铰接件的上端开设有螺栓孔，所述U形铰接件通过螺栓安装在螺栓孔、通孔内与弹簧销固定连接。

10.如权利要求8所述的髋关节，其特征在于，所述下连接件包括固定连接的上连接片和下连接片，所述上连接片插入所述U形铰接件内与U形铰接件铰接，所述下连接片用于固定连接所述大腿驱动关节并平行于人体前后方向。

11.外骨骼机器人，包括腰部构件、大腿构件、驱动大腿构件运动的大腿驱动关节、连接在大腿驱动关节与腰部构件之间的髋关节，其特征在于，所述髋关节为如权利要求1-10任一项所述的髋关节。

12.如权利要求11所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述上连接件与腰部构件为一体设置。