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的制作方法

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。

技术实现要素：

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后视图；

图4是本发明的膝关节与大腿E和小腿F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。