本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械外骨骼結(jié)構(gòu)，具體涉及的是一種外骨骼關(guān)節(jié)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今外骨骼機(jī)器人是高校實(shí)驗(yàn)室和機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司的熱門研究方向，外骨骼的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要，下肢各關(guān)節(jié)是通過韌帶連接，各關(guān)節(jié)在運(yùn)動過程中不是簡單的純轉(zhuǎn)動，關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需要具有仿生機(jī)理特性。關(guān)節(jié)驅(qū)動器作為外骨骼的動力源機(jī)構(gòu)，需要達(dá)到穩(wěn)定性好、安全性高、能效比大、輸出力和速度可控以及防止對穿戴者造成二次傷害等關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)有的關(guān)節(jié)驅(qū)動有直線驅(qū)動器推動和旋轉(zhuǎn)盤式電機(jī)驅(qū)動兩種形式，直線驅(qū)動器是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過絲杠螺母轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)盤式電機(jī)驅(qū)動是加入諧波減速器直接驅(qū)動關(guān)節(jié)?，F(xiàn)有驅(qū)動器一般都只考慮關(guān)節(jié)輸出力、輸出速度和運(yùn)動范圍，都屬于剛性驅(qū)動。另一類柔順驅(qū)動器有剛度恒定的彈性驅(qū)動器和變剛度驅(qū)動器兩種形式。彈性驅(qū)動器是加入彈性元件，驅(qū)動力突變時，彈性元件吸收一部分能量，避免剛性碰撞，從而避免二次傷害等；變剛度驅(qū)動器是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動過程中驅(qū)動器的剛度是變化，可以通過改變剛度緩沖外部沖擊和存儲部分能量，有力提高驅(qū)動器的輸出效率，人在行走過程中，其下肢肌肉就具有變剛度特性，電機(jī)和減速器輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過螺旋軸帶動彈簧旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為彈簧末端沿軸向的直線運(yùn)動，彈簧末端的滑塊因此沿導(dǎo)軌進(jìn)行上下的直線運(yùn)動，然后通過鋼索，將滑塊的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動。因?yàn)檗D(zhuǎn)盤與關(guān)節(jié)處相連，那么轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動將會帶動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動關(guān)節(jié)的效果，參看圖1可看出此驅(qū)動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因具有同軸性，需要很高的加工精度，增加了加工成本和誤差。選擇了線彈簧，增加兩根導(dǎo)桿，這種形式增加了驅(qū)動器的長度和體積。雖然添加了一根彈簧使驅(qū)動器具有柔性，能吸收剛性碰撞時鋼索的張力，但對彈簧的選型（彈簧的變形量和關(guān)節(jié)的行程必須對應(yīng)）和安裝要求高，鋼索的剛度要求高，因?yàn)殛P(guān)節(jié)需要至少50-60N*m的力矩。驅(qū)動形式復(fù)雜，因此瞬時響應(yīng)速度很小，難以跟蹤人的正常步態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有的外骨骼關(guān)節(jié)驅(qū)動器的都是剛性驅(qū)動，輸出力不可控，容易對穿戴者造成二次傷害，以及現(xiàn)有的柔順驅(qū)動器具有效果不佳、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大等缺點(diǎn)，用在外骨骼機(jī)器人上都不理想而提供的一種外骨骼關(guān)節(jié)驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

為了解決背景技術(shù)中所存在的問題，它包含腿部支架1，該腿部支架1的頂部設(shè)置有與其插接配合的下肢轉(zhuǎn)軸2，所述下肢轉(zhuǎn)軸2內(nèi)安裝有一根關(guān)節(jié)軸3，該關(guān)節(jié)軸3的一端穿過第一軸承4和第一髖部支撐件5與阻抗器連接固定，所述的第一軸承4安裝在第一髖部支撐件5內(nèi)，所述的關(guān)節(jié)軸3的另一端穿過第二軸承7和第二髖部支撐件8以及柔性鋼圈9，所述的第二軸承7安裝在第二髖部支撐件8內(nèi)，所述第二髖部支撐件8的一側(cè)開設(shè)有供柔性鋼圈9和鋼圈套10間隙插入的環(huán)形槽，該鋼圈套10固定安裝在柔性鋼圈9的外側(cè)，所述的柔性鋼圈9套接固定在關(guān)節(jié)軸3的端部，該鋼圈套10的外側(cè)固定安裝有諧波減速器11，所述的諧波減速器11安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)12上。

所述的阻抗器包含一個安裝在第一髖部支撐件5一側(cè)的卷簧套6，所述的卷簧套6內(nèi)固定安裝有數(shù)個可與關(guān)節(jié)軸3套接固定的卷簧13。

所述的柔性鋼圈9整體為一個圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有一個定位環(huán)14，該定位環(huán)14與柔性鋼圈9之間設(shè)置有彈簧片15，該彈簧片15呈螺旋狀布置，所述定位環(huán)14的內(nèi)側(cè)環(huán)形陣列有數(shù)個定位卡頭16。

所述關(guān)節(jié)軸3的外圓面處開設(shè)有數(shù)個與定位卡頭16插接配合的定位卡槽17。

由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：可以使關(guān)節(jié)驅(qū)動器運(yùn)動更柔順，避免轉(zhuǎn)動力矩的突變，能量的吸收和釋放能增大驅(qū)動器的能效輸出比，其阻抗力的測量可以作為關(guān)節(jié)阻抗控制的一個反饋參數(shù)，提高運(yùn)動控制精度。并且結(jié)構(gòu)簡單，加工零件少，功能實(shí)現(xiàn)容易。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中柔性鋼圈部分的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

參看圖1，本具體實(shí)施方式是采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，它包含腿部支架1，該腿部支架1的頂部設(shè)置有與其插接配合的下肢轉(zhuǎn)軸2，所述下肢轉(zhuǎn)軸2內(nèi)安裝有一根關(guān)節(jié)軸3，該關(guān)節(jié)軸3的一端穿過第一軸承4和第一髖部支撐件5與阻抗器連接固定，所述的第一軸承4安裝在第一髖部支撐件5內(nèi)，所述的關(guān)節(jié)軸3的另一端穿過第二軸承7和第二髖部支撐件8以及柔性鋼圈9，所述的第二軸承7安裝在第二髖部支撐件8內(nèi)，所述第二髖部支撐件8的一側(cè)開設(shè)有供柔性鋼圈9和鋼圈套10間隙插入的環(huán)形槽，該鋼圈套10固定安裝在柔性鋼圈9的外側(cè)，所述的柔性鋼圈9套接固定在關(guān)節(jié)軸3的端部，該鋼圈套10的外側(cè)固定安裝有諧波減速器11，所述的諧波減速器11安裝在旋轉(zhuǎn)電機(jī)12上。

所述的阻抗器包含一個安裝在第一髖部支撐件5一側(cè)的卷簧套6，所述的卷簧套6內(nèi)固定安裝有數(shù)個可與關(guān)節(jié)軸3套接固定的卷簧13。

參看圖2，所述的柔性鋼圈9整體為一個圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置有一個定位環(huán)14，該定位環(huán)14與柔性鋼圈9之間設(shè)置有彈簧片15，該彈簧片15呈螺旋狀布置，所述定位環(huán)14的內(nèi)側(cè)環(huán)形陣列有數(shù)個定位卡頭16。

所述關(guān)節(jié)軸3的外圓面處開設(shè)有數(shù)個與定位卡頭16插接配合的定位卡槽17。

下面結(jié)合附圖對本具體實(shí)施方式中技術(shù)方案部分的使用方法及其原理作進(jìn)一步的闡述：

旋轉(zhuǎn)電機(jī)12通過諧波減速器11減速，增加輸出力矩，然后結(jié)合阻抗器的阻抗力或輔助力輸出在外骨骼關(guān)節(jié)軸3上。阻抗器可以通過卷簧13的變形量吸收相應(yīng)能量，因此阻抗器可以防止驅(qū)動器碰撞時剛性輸出，下肢離地時關(guān)節(jié)力矩會突變下降，阻抗器可以防止下肢運(yùn)動發(fā)生抖動，使下肢運(yùn)動更柔順。將下肢直立狀態(tài)設(shè)置為阻抗為零，抬腿時阻抗器吸收能量，在收腿時釋放能量輔助驅(qū)動器收腿，此時可以減少驅(qū)動器的力輸出，因此整個過程可以提高驅(qū)動器的能效輸出比。

由于阻抗器是由卷簧13和卷簧套6組成，卷簧13外端與固定的卷簧套6連接，內(nèi)部與關(guān)節(jié)軸3套接連接，多個卷簧13的插入可以改變阻抗器的剛度，這樣能適用不同體型的穿戴者。關(guān)節(jié)軸3在運(yùn)動過程中會使卷簧13發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，該阻抗結(jié)構(gòu)可以使關(guān)節(jié)驅(qū)動器運(yùn)動更柔順，避免轉(zhuǎn)動力矩的突變，能量的吸收和釋放能增大驅(qū)動器的能效輸出比，其阻抗力的測量可以作為關(guān)節(jié)阻抗控制的一個反饋參數(shù)，提高運(yùn)動控制精度。并且結(jié)構(gòu)簡單，加工零件少，功能實(shí)現(xiàn)容易。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。