一种球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人的制作方法

本发明公开一种下肢康复治疗设备领域，以及节能交通运输设备领域，尤其涉及一种球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人。

背景技术：

在节能交通运输领域，辅助行走机器人能够减少人们由于远距离行走产生的疲劳，提高人们采用更加环保方式出行的几率。在医疗领域，患有下肢疾病的病患存在无法主动行走的问题，导致康复时间长，随着我国社会的发展和人民生活水平的提高，人们越来越注重辅助型治疗，随着机器人技术的发展，采用双足行走装置辅助患有下肢疾病病患行走，用以缩短康复时间是必然的趋势。现有的辅助步行装置第一种是齿式或链式步行装置，第二种是涡轮蜗杆式步行装置。这两种步行装置机械结构笨重，工作效率低，故障率高，并且现有行走装置的运动关节自由度少，不易让病患佩戴。另外现有的电动步行辅助设备没有考虑适应不同身高人群的需求，无法调节腿部长短，适应性低。

技术实现要素：

本发明的目的，采用一种球形关节磁悬浮永磁电机驱动机构，驱动机器人球形关节，提高了各个关节的自由度，消除了机器人关节间的摩擦阻力，提高了双足机器人工作效率，采用腿部长度可调节装置实现腿部长度的调节，便于不同人群穿戴。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

本发明的球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人，它包含髋部结构1、左大腿2、右大腿3、左小腿4、右小腿5、左脚6、右脚7七个部分；本发明的球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人为左右对称结构，因此在下面的结构描述中，仅描述左半部分，其中髋部结构的左半部分包括电源、驱动控制器、左大腿前外框、左大腿后外框、髋部支座、左大腿球状电机前定子、左大腿球状电机后定子、左大腿电机n极永磁体、左大腿电机s极永磁体、左大腿电磁铁a、左大腿电磁铁b、左大腿电磁铁c、左大腿电磁铁d、左大腿电磁铁e、左大腿电磁铁f、左大腿磁电式角位移传感器a、左大腿磁电式角位移传感器b、左大腿磁电式角位移传感器c、左大腿球形转子；其特征在于：所述的髋部结构的一侧，髋部关节与左大腿通过螺栓连接，左小腿通过螺栓安装在左大腿上，左脚通过螺栓安装在左小腿上；在髋部结构的另一侧，髋部关节与右大腿通过螺栓连接，右小腿通过螺栓安装在右大腿上，右脚通过螺栓安装在右小腿上；髋部支座与左大腿前外框、左大腿后外框螺栓连接，左大腿球状电机前定子、左大腿球状电机后定子与左大腿前外框、左大腿后外框螺栓连接，左大腿电磁铁a、左大腿电磁铁b、左大腿电磁铁c、左大腿电磁铁d、左大腿电磁铁e、左大腿电磁铁f与左大腿球状电机前定子、左大腿球状电机后定子螺纹连接，左大腿磁电式角位移传感器a、左大腿磁电式角位移传感器b、左大腿磁电式角位移传感器c与左大腿球状电机前定子、左大腿球状电机后定子胶接，左大腿电机s极永磁体、左大腿电机n极永磁体与左大腿球形转子胶接。

作为优选，所述的左大腿结构由左大腿支架、左大腿捆绑夹、左大腿下支架、左小腿前外框、左小腿后外框、左小腿球状电机前定子、左小腿球状电机后定子、左小腿前外框、左小腿后外框、左小腿电磁铁a、左小腿电磁铁b、左小腿电磁铁c、左小腿电磁铁d、左小腿电磁铁e、左小腿电磁铁f、左小腿磁电式角位移传感器a、左小腿磁电式角位移传感器b、左小腿磁电式角位移传感器c、左小腿电机n极永磁体、左小腿电机s极永磁体、左小腿球形转子组成，其中左小腿球状电机前定子、左小腿球状电机后定子与左小腿前外框、左小腿后外框螺栓连接，左小腿电磁铁与左小腿球状电机前定子、左小腿球状电机后定子螺纹连接，左小腿磁电编码器与左小腿球状电机前定子、左小腿球状电机后定子胶接，左小腿电机永磁体与左小腿球形转子胶接，左小腿球形转子与左小腿上支架螺栓连接。

作为优选，所述的左小腿结构由左小腿支架、左小腿捆绑夹、左小腿下支架、左脚前外框、左脚后外框、左脚球状电机前定子、左脚球状电机后定子、左脚前外框、左脚后外框、左脚电磁铁a、左脚电磁铁b、左脚电磁铁c、左脚电磁铁d、左脚电磁铁e、左脚电磁铁f、左脚磁电式角位移传感器a、左脚磁电式角位移传感器b、左脚磁电式角位移传感器c、左脚电机n极永磁体、左脚电机s极永磁体、左脚球形转子组成，其中左脚球状电机前定子、左脚球状电机后定子与左脚前外框、左脚后外框螺栓连接，左脚电磁铁与左脚球状电机前定子、左脚球状电机后定子螺纹连接，左脚磁电式角位移传感器与左脚球状电机前定子、左脚球状电机后定子胶接，左脚电机永磁体与左脚球形转子胶接，左脚球形转子与左脚结构螺栓连接。

本发明的有益效果是：

1.采用球形永磁同步电机作为动力输出方式，提高了机器人双足的自由度，简化了双足行走装置的结构，使其轻便，高效。

2.机器人关节中的电磁铁在电流的激励下产生磁场，令球形转子悬浮，减小了摩擦阻力，提高了机器人的工作效率。

3.通过调节大腿、小腿的紧定螺栓可以调节腿部长度，便于人们穿戴，提高了本发明的适用性。

4.分别采用三个磁电式角位移传感器作为大腿、小腿及脚部的位置反馈，测量大腿、小腿及脚部的空间x、y、z坐标，体积小，重量轻，能够精确的反馈当前末端位置。

附图说明

附图1：本发明的整体结构示意图；

附图2：本发明的髋部局部结构示意图；

附图3：本发明的髋部局部结构示意图；

附图4：本发明的髋部局部结构示意图；

附图5：本发明的左大腿结构示意图；

附图6：本发明的左大腿局部结构示意图；

附图7：本发明的左大腿局部结构示意图；

附图8：本发明的左小腿结构示意图；

附图9：本发明的左小腿局部结构示意图；

附图10：本发明的左小腿局部结构示意图；

图中，1-1、电源，1-2、驱动控制器，1-3、左大腿前外框，1-4、左大腿后外框，1-5、髋部支座，1-6、左大腿球状电机前定子，1-7、左大腿球状电机后定子，1-8、左大腿电磁铁a，1-9、左大腿电磁铁b，1-10、左大腿磁电式角位移传感器a，1-11、左大腿电磁铁c，1-12、左大腿电磁铁d，1-13、左大腿磁电式角位移传感器b，1-14、左大腿磁电式角位移传感器c，1-15、左大腿电磁铁e，1-16、左大腿电磁铁f，1-17、左大腿电机n极永磁体，1-18、左大腿电机s极永磁体，1-19、左大腿球形转子，2-1、左大腿支架，2-2、左大腿捆绑夹，2-3、左大腿下支架，2-4、左小腿前外框，2-5、左小腿后外框，2-6、左小腿球状电机前定子，2-7、左小腿球状电机后定子，2-8、左小腿电磁铁a，2-9、左小腿电磁铁b，2-10、左小腿磁电式角位移传感器a，2-11、左小腿电磁铁c，2-12、左小腿电磁铁d，2-13、左小腿磁电式角位移传感器b，2-14、左小腿磁电式角位移传感器c，2-15、左小腿电磁铁e，2-16、左小腿电磁铁f，2-17、左小腿电机n极永磁体，2-18、左小腿电机s极永磁体，2-19、左小腿球形转子，4-1、左小腿支架，4-2、左小腿捆绑夹，4-3、左小腿下支架，4-4、左脚前外框，4-5、左脚后外框，4-6、左脚球状电机前定子，4-7、左脚球状电机后定子，4-8、左脚电磁铁a，4-9、左脚电磁铁b，4-10、左脚磁电式角位移传感器a，4-11、左脚电磁铁c，4-12、左脚电磁铁d，4-13、左脚磁电式角位移传感器b，4-14、左脚磁电式角位移传感器c，4-15、左脚电磁铁e，4-16、左脚电磁铁f，4-17、左脚电机n极永磁体，4-18、左脚电机s极永磁体，4-19、左脚球形转子。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的结构组成如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10。

本发明的球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人，它包含髋部结构1、左大腿2、右大腿3、左小腿4、右小腿5、左脚6、右脚7七个部分；本发明的球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人为左右对称结构，因此在下面的结构描述中，仅描述左半部分，其中髋部结构1的左半部分包括电源1-1、驱动控制器1-2、左大腿前外框1-3、左大腿后外框1-4、髋部支座1-5、左大腿球状电机前定子1-6、左大腿球状电机后定子1-7、左大腿电机n极永磁体1-17、左大腿电机s极永磁体1-18、左大腿电磁铁a1-8、左大腿电磁铁b1-9、左大腿电磁铁c1-11、左大腿电磁铁d1-12、左大腿电磁铁e1-15、左大腿电磁铁f1-16、左大腿磁电式角位移传感器a1-10、左大腿磁电式角位移传感器b1-13、左大腿磁电式角位移传感器c1-15、左大腿球形转子1-19；其特征在于：所述的髋部结构的一侧，髋部关节1与左大腿2通过螺栓连接，左小腿4通过螺栓安装在左大腿2上，左脚6通过螺栓安装在左小腿4上；在髋部结构的另一侧，髋部关节1与右大腿3通过螺栓连接，右小腿5通过螺栓安装在右大腿3上，右脚7通过螺栓安装在右小腿5上；髋部支座1-5与左大腿前外框1-3、左大腿后外框1-4螺栓连接，左大腿球状电机前定子1-6、左大腿球状电机后定子1-7与左大腿前外框1-6、左大腿后外框1-4螺栓连接，左大腿电磁铁a1-8、左大腿电磁铁b1-9、左大腿电磁铁c1-11、左大腿电磁铁d1-12、左大腿电磁铁e1-15、左大腿电磁铁f1-16与左大腿球状电机前定子1-6、左大腿球状电机后定子1-7螺纹连接，左大腿磁电式角位移传感器a1-10、左大腿磁电式角位移传感器b1-13、左大腿磁电式角位移传感器c1-14与左大腿球状电机前定子1-6、左大腿球状电机后定子1-7胶接，左大腿电机s极永磁体1-18、左大腿电机n极永磁体1-17与左大腿球形转子1-19胶接。

进一步的，所述的左大腿2结构由左大腿支架2-1、左大腿捆绑夹2-2、左大腿下支架2-3、左小腿前外框2-4、左小腿后外框2-5、左小腿球状电机前定子2-6、左小腿球状电机后定子2-7、左小腿电磁铁a2-8、左小腿电磁铁b2-9、左小腿电磁铁c2-11、左小腿电磁铁d2-12、左小腿电磁铁e2-15、左小腿电磁铁f2-16、左小腿磁电式角位移传感器a2-10、左小腿磁电式角位移传感器b2-13、左小腿磁电式角位移传感器c2-14、左小腿电机n极永磁体2-17、左小腿电机s极永磁体2-18、左小腿球形转子2-19组成，其中左小腿球状电机前定子2-6、左小腿球状电机后定子2-7与左小腿前外框2-4、左小腿后外框2-5螺栓连接，左小腿电磁铁a2-8、左小腿电磁铁b2-9、左小腿电磁铁c2-11、左小腿电磁铁d2-12、左小腿电磁铁e2-15与左小腿球状电机前定子2-6、左小腿球状电机后定子2-7螺纹连接，左小腿磁电式角位移传感器a2-10、左小腿磁电式角位移传感器b2-13、左小腿磁电式角位移传感器c2-14与左小腿球状电机前定子2-6、左小腿球状电机后定子2-7胶接，左小腿电机n极永磁体2-17、左小腿电机s极永磁体2-18与左小腿球形转子2-19胶接，左小腿球形转子2-19与左小腿支架4-1螺栓连接。

进一步的，所述的左小腿结构4由左小腿支架4-1、左小腿捆绑夹4-2、左小腿下支架4-3、左脚前外框4-4、左脚后外框4-5、左脚球状电机前定子4-6、左脚球状电机后定子4-7、左脚前外框4-4、左脚后外框4-5、左脚电磁铁a4-8、左脚电磁铁b4-9、左脚电磁铁c4-11、左脚电磁铁d4-12、左脚电磁铁e4-15、左脚电磁铁f4-16、左脚磁电式角位移传感器a4-10、左脚磁电式角位移传感器b4-13、左脚磁电式角位移传感器c4-14、左脚电机n极永磁体4-17、左脚电机s极永磁体4-18、左脚球形转子4-19组成，其中左脚球状电机前定子4-6、左脚球状电机后定子4-7与左脚前外框4-4、左脚后外框4-5螺栓连接，左脚电磁铁a4-8、左脚电磁铁b4-9、左脚电磁铁c4-11、左脚电磁铁d4-12、左脚电磁铁e4-15、左脚电磁铁f4-16与左脚球状电机前定子4-6、左脚球状电机后定子4-7螺纹连接，左脚磁电式角位移传感器a4-10、左脚磁电式角位移传感器b4-13、左脚磁电式角位移传感器c4-14与左脚球状电机前定子4-6、左脚球状电机后定子4-7胶接，左脚电机n极永磁体4-17、左脚电机s极永磁体4-18与左脚球形转子4-19胶接，左脚球形转子4-19与左脚6结构螺栓连接。

其工作原理：本发明为左右对称结构，以左大腿2、左小腿4、左脚6为例说明本发明的工作原理，左大腿电磁铁a1-8、左大腿电磁铁b1-9、左大腿电磁铁c1-11、左大腿电磁铁d1-12、左大腿电磁铁e1-15、左大腿电磁铁f1-16在电流的激励下产生磁场，令左大腿球形转子1-19悬浮，采用左大腿磁电式角位移传感器a1-10、左大腿磁电式角位移传感器b1-13、左大腿磁电式角位移传感器c1-14分别采集左大腿球形转子1-19在空间x、y、z的位置，在左大腿球状电机前定子1-6、左大腿球状电机后定子1-7的驱动下令左大腿球形转子1-19旋转，带动左小腿4运动，采用相同的工作原理，在左小腿球状电机前定子2-6、左小腿球状电机后定子2-7的驱动下令左小腿球形转子2-19旋转，带动左脚6运动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。