本發(fā)明涉及一種膝關(guān)節(jié)，具體涉及一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的彈性驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)于下肢助力外骨骼機(jī)器人來講，膝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前已有的膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)大多是以電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)或者液壓缸驅(qū)動(dòng)，這些結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度差，在保證大出力的情況下電機(jī)或者液壓缸的負(fù)擔(dān)大，導(dǎo)致電機(jī)或者液壓缸的體積大、重量大，且不具有緩沖功能，出力不穩(wěn)定。而現(xiàn)有的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)，多為與電機(jī)減速器輸出端直接相連，不僅體積大，效果也不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有外骨骼機(jī)器人膝關(guān)節(jié)出力小、體積大、質(zhì)量重、精度差、抗沖擊效果差等問題，而提出一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)。

本發(fā)明的一種用于下肢助力外骨骼機(jī)器人上的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)，所述膝關(guān)節(jié)包括連桿軸、膝關(guān)節(jié)支撐殼體、電機(jī)編碼器、電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、絲杠、螺母?jìng)鲃?dòng)部件、兩個(gè)軸承座、兩個(gè)導(dǎo)軌和兩個(gè)彈性連桿；

動(dòng)力傳動(dòng)部件包括絲杠螺母、滑塊連接件、兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件和兩個(gè)滑塊，滑塊連接件與絲杠螺母平行且同軸設(shè)置，兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件設(shè)置在絲杠螺母與滑塊連接件之間，兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件以絲杠的軸線為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)置，每個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件的外側(cè)設(shè)有連桿銷，兩個(gè)滑塊對(duì)稱設(shè)置在動(dòng)力傳動(dòng)連接件的兩側(cè)，電機(jī)與電機(jī)編碼器連接，減速器與電機(jī)連接，絲杠的輸入端通過聯(lián)軸器與減速器連接，絲杠的兩端分別支撐在相應(yīng)的軸承座中，螺母?jìng)鲃?dòng)部件套裝在絲杠上，且絲杠螺母與絲杠螺紋連接，兩個(gè)導(dǎo)軌與兩個(gè)滑塊一一對(duì)應(yīng)，且滑塊與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，兩個(gè)彈性連桿與兩個(gè)連桿銷一一對(duì)應(yīng)，彈性連桿的一端與連桿銷鉸接，彈性連桿的另一端通過連桿軸與膝關(guān)節(jié)支撐殼體中部鉸接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明的膝關(guān)節(jié)為主動(dòng)關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)采用電機(jī)絲杠配合提供動(dòng)力的方式，相對(duì)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)而言，增大了相同電機(jī)輸出扭矩時(shí)的末端出力，提高了使用效率，減小了電機(jī)體積和重量，增加了結(jié)構(gòu)緊湊性，對(duì)電機(jī)要求低，且具有一定的緩沖作用。采用絲杠螺母和曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)，再到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，在較小的空間小實(shí)現(xiàn)大出力，從而實(shí)現(xiàn)輕型化重負(fù)載的助力效果。利用彈性連桿，使末端出力在保證負(fù)載要求的情況下，具有穩(wěn)定的輸出力、較低的輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)精確的力和力矩控制，并且具有緩沖外部沖擊的能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是動(dòng)力傳動(dòng)部件D7的立體圖；

圖3是下肢助力外骨骼機(jī)器人的后視圖；

圖4是本發(fā)明的膝關(guān)節(jié)與大腿E和小腿F連接的位置關(guān)系示意圖。

圖中：背部A、腰部B、膝關(guān)節(jié)D、大腿E、小腿F、足部關(guān)節(jié)軸承G、足部H、膝關(guān)節(jié)連接軸K、綁腿塑料板L。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括連桿軸D0、膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1、電機(jī)編碼器D2、電機(jī)D3、減速器D4、聯(lián)軸器D5、絲杠D6、螺母?jìng)鲃?dòng)部件D7、兩個(gè)軸承座D8、兩個(gè)導(dǎo)軌D9和兩個(gè)彈性連桿D10，

動(dòng)力傳動(dòng)部件D7包括絲杠螺母D71、滑塊連接件D72、兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73和兩個(gè)滑塊D74，滑塊連接件D72與絲杠螺母D71平行且同軸設(shè)置，兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73設(shè)置在絲杠螺母D71與滑塊連接件D72之間，兩個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73以絲杠D6的軸線為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)置，每個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73的外側(cè)設(shè)有連桿銷D731，絲杠螺母D71與動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73通過連接元件連接，滑塊連接件D72與動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73通過連接元件連接，兩個(gè)滑塊D74對(duì)稱設(shè)置在動(dòng)力傳動(dòng)連接件D73的兩側(cè)，動(dòng)力傳動(dòng)部件D7由絲杠D6提供動(dòng)力，由滑塊D73進(jìn)行導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)直線動(dòng)力傳遞作用；

電機(jī)D3與電機(jī)編碼器D2連接，減速器D4與電機(jī)D3連接，絲杠D6的輸入端通過聯(lián)軸器D5與減速器D4連接，絲杠D6的兩端分別支撐在相應(yīng)的軸承座D8中，螺母?jìng)鲃?dòng)部件D7套裝在絲杠D6上，且絲杠螺母D71與絲杠D6螺紋連接，兩個(gè)導(dǎo)軌D9與兩個(gè)滑塊D74一一對(duì)應(yīng)，且滑塊D74與導(dǎo)軌D9滑動(dòng)連接，兩個(gè)彈性連桿D10與兩個(gè)連桿銷D731一一對(duì)應(yīng)，彈性連桿D10的一端與連桿銷D731鉸接，彈性連桿D10的另一端通過連桿軸D0與膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1中部鉸接。

使用時(shí)，見圖3和圖4，本發(fā)明的膝關(guān)節(jié)D需要兩個(gè)，兩個(gè)膝關(guān)節(jié)D與兩個(gè)大腿E和兩個(gè)小腿F一一對(duì)應(yīng)，大腿E的下端通過膝關(guān)節(jié)連接軸K與膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1的上端鉸接，膝關(guān)節(jié)D中的電機(jī)編碼器D2、電機(jī)D3、減速器D4、聯(lián)軸器D5和絲杠D6由上至下依次設(shè)置在大腿E內(nèi)部，且軸承座D8與大腿E的內(nèi)壁固定連接，導(dǎo)軌D9與大腿E的內(nèi)壁固定連接，小腿F的上端與膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1通過連接元件連接。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1上沿豎向設(shè)有多個(gè)連接孔D1-1。這樣設(shè)計(jì)用以調(diào)節(jié)小腿F與膝關(guān)節(jié)支撐殼體D1的連接位置，來改變小腿F的長度以適應(yīng)不同的人群。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。