一种永磁同步电机内置丝杠驱动双足行走装置的制作方法

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，尤其涉及一种电机内置丝杠驱动双足行走装置。

背景技术：

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，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。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。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，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，采用一种永磁同步电机内置丝杠驱动结构，驱动机器人关节的运动，简化了双足行走装置结构的复杂程度，十分轻便，降低了双足行走装置自身重量，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：

本发明的一种永磁同步电机内置丝杠驱动双足行走装置，它包含髋部结构、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿、左脚、右脚，本发明的一种永磁同步电机内置丝杠驱动双足行走装置为左右对称结构，因此在下面的结构描述中，仅描述左半部分，髋部结构的左驱动大腿转轴与左大腿的左大腿支架销钉连接，左的左驱动小腿转轴与左小腿的左前上支架和后上支架用螺纹连接，左小腿的左驱动脚转轴与左脚的左脚前支架和后支架用螺纹连接，电源及驱动控制器与髋部结构螺纹连接。

作为优选，所述的髋部结构由髋部支座、左大腿驱动永磁同步电机、左大腿滚珠丝杠、左大腿丝杠滑块、左大腿拨叉、左驱动大腿转轴、左大腿转角磁电式角度信号处理板、左大腿转角磁钢、驱动控制器以及电源组成。其中左大腿滚珠丝杠与左大腿驱动永磁同步电机转子焊接，左大腿驱动永磁同步电机与髋部支座螺栓连接，左大腿拨叉与左大腿驱动大腿转轴螺纹连接，左大腿转角磁电式角度信号处理板与髋部支座胶接，左大腿转角磁钢与左驱动大腿转轴胶接，左驱动大腿转轴与髋部支座轴承连接，驱动控制器以及电源与髋部支座螺纹连接。

作为优选，所述的左大腿由左大腿支架、左大腿捆绑夹、左大腿下前支架、左大腿下后支架、左小腿驱动永磁同步电机、左小腿滚珠丝杠、左小腿丝杠滑块、左小腿拨叉、左驱动小腿转轴、左小腿转角磁电式角度信号处理板、左小腿转角磁钢。其中，左大腿捆绑夹与左大腿支架螺纹连接，左大腿支架与左大腿下前支架、左大腿下后支架螺栓连接，左大腿支架与左驱动大腿转轴采用销钉连接，左小腿滚珠丝杠与左小腿驱动永磁同步电机转子焊接，左小腿驱动永磁同步电机与左大腿下前支架、左大腿下后支架螺栓连接，左小腿拨叉与左驱动小腿转轴螺纹连接，左小腿转角磁电式角度信号处理板与左大腿下后支架胶接，左小腿转角磁钢与左驱动小腿转轴胶接，左驱动小腿转轴与左大腿下前支架、左大腿下后支架轴承连接。

作为优选，所述的左小腿由左小腿前支架和后支架、左小腿捆绑夹、左小腿下前支架和下后支架、左脚驱动永磁同步电机、左脚滚珠丝杠、左脚丝杠滑块、左脚拨叉、左驱动脚转轴、左脚转角磁电式角度信号处理板、左脚转角磁钢。其中，左小腿捆绑夹与左小腿前支架和后支架螺纹连接，左小腿前支架与左小腿下前支架螺纹连接，左小腿后支架左小腿下前支架螺纹连接，左小腿前支架与左小腿后支架采用螺栓连接，左小腿前支架和后支架与左驱动小腿转轴用轴承连接，左脚滚珠丝杠与左脚驱动永磁同步电机转子焊接，左脚驱动永磁同步电机与左小腿下前支架和下后支架螺栓连接，左脚拨叉与左驱动脚转轴螺纹连接，左脚转角磁电式角度信号处理板与左小腿下后支架胶接，左脚转角磁钢与左驱动脚转轴胶接，左驱动脚转轴与左小腿下前支架和下后支架轴承连接。

作为优选，所述的左脚由左脚前支架和后支架组成。其中，左脚前支架和后支架采用螺栓连接，左脚前支架和后支架与左驱动脚转轴采用螺纹连接。

本发明的有益效果是：

1.采用永磁同步电机内置丝杠的动力输出方式，简化了双足行走装置的结构，使其轻便，高效。

2.采用可调节腿部长短的机构，便于人们穿戴，提高了本发明的适用性。

3.采用磁电式角位移传感器作为大腿、小腿及脚部的位置反馈，体积小，重量轻，能够精确的反馈当前末端位置。

4.将丝杠内置于永磁同步电机转子内，减小了整个动力输出源的轴向尺寸。

附图说明

附图1：本发明的髋部结构示意图；

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：本发明的右大腿结构示意图；

附图7：本发明的左大腿局部结构示意图；

附图8：本发明的右大腿局部结构示意图；

附图9：本发明的左大腿局部结构示意图；

附图10：本发明的右大腿局部结构示意图；

附图11：本发明的左小腿结构示意图；

附图12：本发明的右小腿结构示意图；

附图13：本发明的左小腿局部结构示意图；

附图14：本发明的右小腿局部结构示意图；

附图15：本发明的左脚结构示意图；

附图16：本发明的右脚结构示意图；

图中，1-1、髋部支座，1-2、右大腿拨叉，1-3、左大腿拨叉，1-4、右大腿滚珠丝杠，1-5、左大腿滚珠丝杠，1-6、左驱动大腿转轴，1-7、右驱动大腿转轴，1-8、驱动控制器，1-9、左大腿驱动永磁同步电机，1-10、右大腿驱动永磁同步电机，1-11、右大腿丝杠滑块，1-12、左大腿丝杠滑块，1-13、左大腿转角磁钢，1-14、左大腿转角磁电式角度信号处理板，1-17、电源，1-20、右大腿转角磁钢，1-21、右大腿转角磁电式角度信号处理板，2-1、左大腿支架，2-2、左小腿驱动永磁同步电机，2-3、左小腿转角磁电式角度信号处理板，2-7、左小腿拨叉，2-8、左小腿丝杠滑块，2-9、左小腿滚珠丝杠，2-10、左驱动小腿转轴，2-13、左小腿转角磁钢，2-1-3、左大腿捆绑夹，2-1-1、左大腿下前支架，2-1-2、左大腿下后支架，4-1-1、左小腿前支架，4-1-2、后支架，4-1-3、左小腿捆绑夹，4-1、左小腿下前支架，4-2、下后支架，4-4、左脚滚珠丝杠，4-5、左脚丝杠滑块，4-6、左脚拨叉，4-7、左脚转角磁电式角度信号处理板，4-8、左脚转角磁钢，4-9、左驱动脚转轴，4-12、左脚驱动永磁同步电机，6-1、左脚前支架，6-2、左脚后支架。

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、图11、图12、图13、图14、图15、图16所示。

本发明的一种永磁同步电机内置丝杠驱动双足行走装置，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；本发明的一种永磁同步电机内置丝杠驱动双足行走装置为左右对称结构，因此在下面的结构描述中，仅描述左半部分，髋部结构1的左驱动大腿转轴1-6与左大腿2的左大腿支架2-1销钉连接，左2的左驱动小腿转轴2-10与左小腿4的左前上支架4-1-1和后上支架4-1-2用螺纹连接，左小腿4的左驱动脚转轴4-9与左脚6的左脚前支架6-1和后支架6-2用螺纹连接，电源1-17及驱动控制器1-8与髋部结构1螺纹连接。

进一步的，所述的髋部结构1由髋部支座1-1、左大腿驱动永磁同步电机1-9、左大腿滚珠丝杠1-25、左大腿丝杠滑块1-12、左大腿拨叉1-3、左驱动大腿转轴1-6、左大腿转角磁电式角度信号处理板1-14、左大腿转角磁钢1-13、驱动控制器1-8以及电源1-17组成。其中左大腿滚珠丝杠1-25与左大腿驱动永磁同步电机1-9转子焊接，左大腿驱动永磁同步电机1-9与髋部支座1-1螺栓连接，左大腿拨叉1-3与左大腿驱动大腿转轴1-6螺纹连接，左大腿转角磁电式角度信号处理板1-14与髋部支座1-1胶接，左大腿转角磁钢1-13与左驱动大腿转轴1-6胶接，左驱动大腿转轴1-6与髋部支座1-1轴承连接，驱动控制器1-8以及电源1-17与髋部支座1-1螺纹连接。

进一步的，所述的左大腿2由左大腿支架2-1、左大腿捆绑夹2-1-3、左大腿下前支架2-1-1、左大腿下后支架2-1-2、左小腿驱动永磁同步电机2-2、左小腿滚珠丝杠2-9、左小腿丝杠滑块2-8、左小腿拨叉2-7、左驱动小腿转轴2-10、左小腿转角磁电式角度信号处理板2-3、左小腿转角磁钢2-13。其中，左大腿捆绑夹2-1-3与左大腿支架2-1螺纹连接，左大腿支架2-1与左大腿下前支架2-1-1、左大腿下后支架2-1-2螺栓连接，左大腿支架2-1与左驱动大腿转轴1-6采用销钉连接，左小腿滚珠丝杠2-9与左小腿驱动永磁同步电机2-2转子焊接，左小腿驱动永磁同步电机2-2与左大腿下前支架2-1-1、左大腿下后支架2-1-2螺栓连接，左小腿拨叉2-7与左驱动小腿转轴2-10螺纹连接，左小腿转角磁电式角度信号处理板2-3与左大腿下后支架2-1-2胶接，左小腿转角磁钢2-13与左驱动小腿转轴2-10胶接，左驱动小腿转轴2-10与左大腿下前支架2-1-1、左大腿下后支架2-1-2轴承连接。

进一步的，所述的左小腿4由左小腿前支架4-1-1和后支架4-1-2、左小腿捆绑夹4-1-3、左小腿下前支架4-1和下后支架4-2、左脚驱动永磁同步电机4-12、左脚滚珠丝杠4-4、左脚丝杠滑块4-5、左脚拨叉4-6、左驱动脚转轴4-9、左脚转角磁电式角度信号处理板4-7、左脚转角磁钢4-8。其中，左小腿捆绑夹4-1-3与左小腿前支架4-1-1和后支架4-1-2螺纹连接，左小腿前支架4-1-1与左小腿下前支架4-1螺纹连接，左小腿后支架4-1-2左小腿下前支架4-2螺纹连接，左小腿前支架4-1-1与左小腿后支架4-1-2采用螺栓连接，左小腿前支架4-1-1和后支架4-1-2与左驱动小腿转轴用轴承连接，左脚滚珠丝杠4-4与左脚驱动永磁同步电机4-12转子焊接，左脚驱动永磁同步电机4-12与左小腿下前支架4-1和下后支架4-2螺栓连接，左脚拨叉4-6与左驱动脚转轴4-9螺纹连接，左脚转角磁电式角度信号处理板4-7与左小腿下后支架4-2胶接，左脚转角磁钢4-8与左驱动脚转轴4-9胶接，左驱动脚转轴4-9与左小腿下前支架4-1和下后支架4-2轴承连接。

进一步的，所述的左脚6由左脚前支架6-1和后支架6-2组成。其中，左脚前支架6-1和后支架6-2采用螺栓连接，左脚前支架6-1和后支架6-2与左驱动脚转轴4-9采用螺纹连接。

本具体实施方式的工作原理为：调节左大腿支架2-1与左大腿下前支架2-1-1、左大腿下后支架2-1-2相互距离，合适佩戴者后，用螺纹连接紧固，调节左小腿前支架4-1-1和后支架4-1-2、左小腿下前支架4-1和下后支架4-2的距离，合适佩戴者后，用螺纹连接紧固，右大腿驱动永磁同步电机1-10顺时针旋转，驱动右大腿滚珠丝杠1-24旋转，进而右大腿丝杠滑块1-11进行直线向前运动，推动右大腿拨叉1-2旋转，进而带动右驱动大腿转轴1-7旋转，进而带动右大腿3向前运动。右小腿驱动永磁同步电机1-10顺时针旋转，驱动右小腿滚珠丝杠1-24旋转，进而右小腿丝杠滑块1-11进行直线向前运动，推动右小腿拨叉1-2旋转，进而带动右驱动小腿转轴1-22旋转，进而带动右小腿5向前运动。右脚驱动永磁同步电机3-2旋转，驱动右脚滚珠丝杠5-4旋转，进而右脚丝杠滑块5-5进行直线向前运动，推动右脚拨叉5-6旋转，进而带动右驱动脚转轴5-9旋转，进而带动右脚7向上运动。当右脚7着地，右大腿驱动永磁同步电机1-10逆时针旋转，驱动右大腿滚珠丝杠1-24旋转，进而右大腿丝杠滑块1-11进行直线向后运动，推动右大腿拨叉1-2旋转，进而带动右驱动大腿转轴1-7旋转，带动右大腿3向后运动。与此同时，左大腿驱动永磁同步电机1-9顺时针旋转，驱动左大腿滚珠丝杠1-25旋转，进而左大腿丝杠滑块1-12进行直线向前运动，推动左大腿拨叉1-3旋转，进而带动左驱动大腿转轴1-6旋转，进而带动左大腿2向前运动。左小腿驱动永磁同步电机2-2顺时针旋转，驱动左小腿滚珠丝杠3-9旋转，进而左小腿丝杠滑块3-8进行直线向前运动，推动左小腿拨叉3-7旋转，进而带动左驱动小腿转轴3-10旋转，进而带动左小腿4向前运动。左脚驱动永磁同步电机4-12顺时针旋转，驱动左脚滚珠丝杠4-4旋转，进而左脚丝杠滑块4-5进行直线向前运动，推动左脚拨叉4-6旋转，进而带动左驱动脚6转轴旋转，进而带动左脚6向上运动。重复上述运动实现左、右腿的循环摆动，实现行走功能。

左大腿驱动永磁同步电机1-9、右大腿驱动永磁同步电机1-10顺时针同步旋转，驱动左大腿滚珠丝杠1-25、右大腿滚珠丝杠1-24同步旋转，进而左大腿丝杠滑块1-12、右大腿丝杠滑块1-11进行直线向前同步运动，推动左大腿拨叉1-3、右大腿拨叉1-2旋转，进而带动左驱动大腿转轴1-6、右驱动大腿转轴1-7旋转，进而带动左大腿2、右大腿3向前同步运动。与此同时，左小腿驱动永磁同步电机2-2、右小腿驱动永磁同步电机3-2逆时针旋转，驱动左小腿滚珠丝杠2-9、右小腿滚珠丝杠3-9旋转，进而左小腿2-8、右小腿丝杠滑块3-8进行直线向后运动，推动左小腿2-7、右小腿拨叉3-7旋转，进而带动左驱动小腿转轴2-10、右驱动小腿转轴3-10旋转，进而带动左小腿4、右小腿5向后同步运动。与此同时，左脚驱动永磁同步电机4-12、右脚驱动永磁同步电机5-12顺时针旋转，驱动左脚滚珠丝杠4-4、右脚滚珠丝杠5-4旋转，进而左脚丝杠滑块4-5、右脚丝杠滑块5-5进行直线向前运动，推动左脚拨叉4-6、右脚拨叉5-6旋转，进而带动左驱动脚转轴4-9、右驱动脚转轴5-9旋转，进而带动左脚6、右脚7向上运动，实现双足行走装置下蹲运动。

左大腿驱动永磁同步电机1-9、右大腿驱动永磁同步电机1-10逆时针同步旋转，驱动左大腿滚珠丝杠1-25、右大腿滚珠丝杠1-24同步旋转，进而左大腿丝杠滑块1-12、右大腿丝杠滑块1-11进行直线向后同步运动，推动左大腿拨叉1-3、右大腿拨叉1-2旋转，进而带动左驱动大腿转轴1-6、右驱动大腿转轴1-7旋转，进而带动左大腿2、右大腿3向后同步运动。与此同时，左小腿驱动永磁同步电机2-2、右小腿驱动永磁同步电机3-2顺时针旋转，驱动左小腿滚珠丝杠2-9、右小腿滚珠丝杠3-9旋转，进而左小腿丝杠滑块2-8、右小腿丝杠滑块3-8进行直线向前运动，推动左小腿拨叉2-7、右小腿拨叉3-7旋转，进而带动左驱动小腿转轴2-10、右驱动小腿转轴3-10旋转，进而带动左小腿4、右小腿5向前同步运动。与此同时，左脚驱动永磁同步电机4-12、右脚驱动永磁同步电机5-12逆时针旋转，驱动左脚滚珠丝杠4-4、右脚滚珠丝杠5-4旋转，进而左丝杠滑块4-5、右脚丝杠滑块5-5进行直线向后运动，推动左脚4-6、右脚拨叉5-6旋转，进而带动左驱动脚转轴4-9、右驱动脚转轴5-9旋转，进而带动左脚6、右脚7向下运动，实现双足行走装置站起运动。

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。