本發(fā)明涉及的是一種機器人領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種外骨骼機器人腿部機構(gòu)。

背景技術(shù)：

下肢外骨骼機器人是一種穿戴于人體下肢、幫助人體負重并且能夠跟隨人體運動的人機一體化智能系統(tǒng)。外骨骼穿戴于人體并隨人一起運動時，下肢外骨骼機器人腿部的各個關(guān)節(jié)分別與人腿對應的關(guān)節(jié)保持同軸線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)由于結(jié)構(gòu)缺陷容易對穿戴者的膝關(guān)節(jié)帶來額外的負擔，或較難實現(xiàn)外骨骼與穿戴者腿部關(guān)節(jié)的良好同軸度，且成本較高、使用壽命有限、承載力矩相對較小等諸多缺陷，提出一種外骨骼機器人腿部機構(gòu)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：髖關(guān)節(jié)組件、大腿伸縮組件、膝關(guān)節(jié)組件、小腿伸縮組件和足踝關(guān)節(jié)組件，其中：大腿伸縮組件兩端分別與髖關(guān)節(jié)組件和膝關(guān)節(jié)組件轉(zhuǎn)動相連，小腿伸縮組件兩端分別與膝關(guān)節(jié)組件和足踝關(guān)節(jié)組件轉(zhuǎn)動相連。

所述的髖關(guān)節(jié)組件包括：腰部連接板、懸掛式軸承、減速電機連軸管、髖關(guān)節(jié)連接軸套和大腿連接板，其中：腰部連接板一端固定于懸掛式軸承的外圈，懸掛式軸承套設(shè)于髖關(guān)節(jié)連接軸套一端，髖關(guān)節(jié)連接軸套另一端與減速電機連軸管的一端相連，大腿連接板一端固定于髖關(guān)節(jié)連接軸套和減速電機連軸管之間，減速電機連軸管的另一端連有髖部直流無刷電機。

所述的膝關(guān)節(jié)組件包括：l形連接板、膝關(guān)節(jié)軸承、膝關(guān)節(jié)電機連軸管、膝關(guān)節(jié)連接軸套和小腿連接板，其中：l形連接板一端固定于膝關(guān)節(jié)軸承外圈，膝關(guān)節(jié)軸承套設(shè)于膝關(guān)節(jié)連接軸套一端，膝關(guān)節(jié)連接軸套的另一端與膝關(guān)節(jié)電機連軸管一端相連，小腿連接板一端固定于膝關(guān)節(jié)連接軸套和膝關(guān)節(jié)電機連軸管之間，膝關(guān)節(jié)電機連軸管另一端連有膝部直流無刷電機。

所述的足踝關(guān)節(jié)組件包括：踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、踝關(guān)節(jié)安裝支座、可調(diào)鎖緊滑塊、l形滑塊連接板和一側(cè)設(shè)有圓柱的足底，其中：可調(diào)鎖緊滑塊套設(shè)于足底一側(cè)的圓柱，l形滑塊連接板豎直面與可調(diào)鎖緊滑塊相連，踝關(guān)節(jié)安裝支座設(shè)置于l形滑塊連接板的水平面，踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸固定于踝關(guān)節(jié)安裝支座。

所述的大腿伸縮組件包括：大腿上管和大腿下管，其中：大腿下管一端套設(shè)于大腿上管一端，大腿下管另一端固定于l形連接板，大腿上管的另一端與大腿連接板相連。

所述的小腿伸縮組件包括：小腿上管和小腿下管，其中：小腿上管一端套設(shè)于小腿下管一端，小腿上管的另一端與小腿連接板，小腿下管另一端固定于踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸。

所述的大腿上管與大腿連接板通過大腿髖關(guān)節(jié)連接件相連，大腿髖關(guān)節(jié)連接件呈t字形，大腿髖關(guān)節(jié)連接件的豎直部分穿設(shè)于大腿上管內(nèi)。

所述的小腿上管與小腿連接板通過小腿膝關(guān)節(jié)連接件相連，小腿膝關(guān)節(jié)連接件呈t字形，小腿膝關(guān)節(jié)連接件的豎直部分穿設(shè)于小腿上管內(nèi)。

所述的大腿下管與l形連接板通過膝關(guān)節(jié)連接件相連，膝關(guān)節(jié)連接件一端穿設(shè)于大腿下管內(nèi)。

所述的小腿下管通過足踝關(guān)節(jié)連接件與踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸相連，足踝關(guān)節(jié)連接件一端穿設(shè)于小腿下管，另一端套設(shè)于踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸。

所述的大腿上管和大腿下管的連接處設(shè)有大腿快拆坐管夾，小腿上管和小腿下管的連接處設(shè)有小腿快拆坐管夾。

所述的踝關(guān)節(jié)安裝支座與足踝關(guān)節(jié)連接件之間連有兩對稱設(shè)置的拉伸彈簧。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用可拆卸的組合方式，安裝拆卸方便，可連續(xù)調(diào)節(jié)長度的大腿伸縮組件和小腿伸縮組件，使得下肢外骨骼機器人可適應不同人群的穿戴，根據(jù)高矮不同的人調(diào)節(jié)機器人腿部的高度，穿戴舒適。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為髖關(guān)節(jié)組件示意圖；

圖3為大腿伸縮組件示意圖；

圖4為膝關(guān)節(jié)組件示意圖；

圖5為小腿伸縮組件示意圖；

圖6為足踝關(guān)節(jié)組件示意圖；

圖中：1髖關(guān)節(jié)組件、2大腿伸縮組件、3膝關(guān)節(jié)組件、4小腿伸縮組件、5足踝關(guān)節(jié)組件、101腰部連接板、102懸掛式軸承、103減速電機連軸管、104大腿連接板、105髖關(guān)節(jié)連接軸套、106大腿板連接螺桿、107腰部連接螺桿、201大腿髖關(guān)節(jié)連接件、202大腿上部螺桿、203大腿上管、204大腿快拆坐管夾、205大腿下管、206大腿下部螺桿、207膝關(guān)節(jié)連接件、301l形連接板、302膝關(guān)節(jié)軸承、303膝關(guān)節(jié)電機連軸管、304小腿連接板、305膝關(guān)節(jié)連接軸套、306小腿板連接螺桿、401小腿膝關(guān)節(jié)連接件、402小腿上部螺桿、403小腿上管、404小腿快拆坐管夾、405小腿下管、406小腿下部螺桿、407足踝關(guān)節(jié)連接件、501踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、502踝關(guān)節(jié)安裝支座、503足底、504可調(diào)鎖緊滑塊、505l形滑塊連接板、506彈簧扣、507拉伸彈簧。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例包括：髖關(guān)節(jié)組件1、大腿伸縮組件2、膝關(guān)節(jié)組件3、小腿伸縮組件4和足踝關(guān)節(jié)組件5，其中：大腿伸縮組件2兩端分別與髖關(guān)節(jié)組件1和膝關(guān)節(jié)組件3轉(zhuǎn)動相連，小腿伸縮組件4兩端分別與膝關(guān)節(jié)組件3和足踝關(guān)節(jié)組件5轉(zhuǎn)動相連。

如圖2所示，所述的髖關(guān)節(jié)組件1包括：腰部連接板101、懸掛式軸承102、減速電機連軸管103、大腿連接板104、髖關(guān)節(jié)連接軸套105、大腿板連接螺桿106和腰部連接螺桿107，其中：腰部連接板101一端固定于懸掛式軸承102的軸承座，由腰部連接螺桿107固定，懸掛式軸承102采用過盈配合套設(shè)于髖關(guān)節(jié)連接軸套105，髖關(guān)節(jié)連接軸套105與大腿連接板104的一側(cè)連接，大腿連接板104的另一側(cè)連接減速電機連軸管103，減速電機連軸管103一端連有髖部直流無刷電機，大腿連接板104一端與髖關(guān)節(jié)連接軸套105和減速電機連軸管103由大腿板連接螺桿106連接。腰部連接板101的另一端可與外骨骼機器人的腰部支撐機構(gòu)相連。減速電機連軸管103在電機的帶動下，實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)的屈伸運動。

如圖3所示，所述的大腿伸縮組件2包括：大腿上管203和大腿下管205，其中：大腿下管205一端套設(shè)于大腿上管203一端，大腿上管203的另一端與大腿連接板104相連。所述的大腿上管203與大腿連接板104通過大腿髖關(guān)節(jié)連接件201相連，大腿髖關(guān)節(jié)連接件201呈t字形，大腿髖關(guān)節(jié)連接件201的豎直部分穿設(shè)于大腿上管203內(nèi)且通過大腿上部螺桿202固定。大腿上管203和大腿下管205的連接處通過大腿快拆坐管夾204固定。當打開大腿快拆坐管夾204時，可調(diào)節(jié)大腿上管203和大腿下管205的相對位置，實現(xiàn)大腿伸縮組件2的長度調(diào)節(jié)。大腿下管205的另一端設(shè)有膝關(guān)節(jié)連接件207，膝關(guān)節(jié)連接件207由管體和平板組成，平板焊接于管體一端，管體另一端穿設(shè)于大腿下管205的下端口并由大腿下部螺桿206固定。

如圖4所示，所述的膝關(guān)節(jié)組件3包括：l形連接板301、膝關(guān)節(jié)軸承302、膝關(guān)節(jié)電機連軸管303、小腿連接板304、膝關(guān)節(jié)連接軸套305和小腿板連接螺桿306，其中：l形連接板301一端固定于膝關(guān)節(jié)軸承302的軸承座，由連接螺桿固定，膝關(guān)節(jié)軸承302采用過盈配合套設(shè)于膝關(guān)節(jié)連接軸套305一端，膝關(guān)節(jié)連接軸套305另一端與小腿連接板304的一側(cè)連接，小腿連接板304的另一側(cè)與膝關(guān)節(jié)電機連軸管303一端，膝關(guān)節(jié)電機連軸管303另一端連有膝部直流無刷電機，小腿連接板304一端設(shè)置于膝關(guān)節(jié)連接軸套305和減速電機連軸管303之間，由小腿板連接螺桿306連接。l形連接板301的另一端平面與膝關(guān)節(jié)連接件207的平板部分相連。在膝關(guān)節(jié)直流無刷電機的驅(qū)動下，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)組件3的屈伸。

如圖5所示，所述的小腿伸縮組件4包括：小腿上管403和小腿下管405，其中：小腿上管403一端套設(shè)于小腿下管405一端，小腿上管403的另一端與小腿連接板304，小腿下管405另一端固定于踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501。所述的小腿上管403與小腿連接板304通過小腿膝關(guān)節(jié)連接件401相連，小腿膝關(guān)節(jié)連接件401呈t字形，小腿膝關(guān)節(jié)連接件401的豎直部分穿設(shè)于小腿上管403內(nèi)且通過小腿上部螺桿402固定。小腿上管403和小腿下管405連接處設(shè)有小腿快拆坐管夾404，打開小腿快拆坐管夾404后，可調(diào)節(jié)小腿伸縮組件4的長度。小腿下管405通過足踝關(guān)節(jié)連接件407與踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501相連，足踝關(guān)節(jié)連接件407一端穿設(shè)于小腿下管405且通過小腿下部螺桿406固定，另一端套設(shè)于踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501。

如圖6所示，所述的足踝關(guān)節(jié)組件5包括：踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501、踝關(guān)節(jié)安裝支座502、足底503、可調(diào)鎖緊滑塊504、l形滑塊連接板505、彈簧扣506和兩拉伸彈簧507，其中：可調(diào)鎖緊滑塊504套設(shè)于足底503一側(cè)的圓柱上，l形滑塊連接板505的豎直面與可調(diào)鎖緊滑塊504的安裝面相連，l形滑塊連接板505的水平面與踝關(guān)節(jié)安裝支座502連接。踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501設(shè)置于踝關(guān)節(jié)安裝支座502。拉伸彈簧507一端通過彈簧扣506固定于踝關(guān)節(jié)安裝支座502，拉伸彈簧507的另一端安裝于足踝關(guān)節(jié)連接件407的側(cè)面，兩拉伸彈簧507對稱設(shè)置。松開可調(diào)鎖緊滑塊504的調(diào)整螺釘，可調(diào)鎖緊滑塊504可沿足底503的圓形立柱上下移動從而調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)至足底的距離。踝關(guān)節(jié)安裝支座502的兩側(cè)分別配置的拉伸彈簧507構(gòu)成對拉彈簧副，可以有效地減少地面對外骨骼機器腿本體的沖擊能量，從而增加穿戴者的舒適性和安全性。足踝關(guān)節(jié)連接件407和踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸501相配合實現(xiàn)足踝關(guān)節(jié)組件5的被動屈伸運動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所設(shè)計的可連續(xù)調(diào)節(jié)長度的大腿伸縮組件、小腿伸縮組件及采用可調(diào)鎖緊滑塊的踝關(guān)節(jié)組件，可分別對髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)之間的距離、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)之間的距離以及踝關(guān)節(jié)和足底之間的距離進行連續(xù)調(diào)節(jié)，充分考慮了身高兼容性，使得下肢外骨骼機器人可快速適應不同人群的穿戴，在較大范圍內(nèi)具有良好的適應性以保障穿戴者的舒適性。踝關(guān)節(jié)對拉彈簧副，可以有效地減少地面的對外骨骼機器腿本體的沖擊能量。組成腿部的各個零件之間采用內(nèi)管、外管、快拆坐管夾、可調(diào)滑塊和螺桿等可拆卸的組合方式，安裝拆卸方便。

上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。