外骨骼机器人腿部机构的制作方法

本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种外骨骼机器人腿部机构。

背景技术：

下肢外骨骼机器人是一种穿戴于人体下肢、帮助人体负重并且能够跟随人体运动的人机一体化智能系统。外骨骼穿戴于人体并随人一起运动时，下肢外骨骼机器人腿部的各个关节分别与人腿对应的关节保持同轴线。

技术实现要素：

本发明针对现有技术由于结构缺陷容易对穿戴者的膝关节带来额外的负担，或较难实现外骨骼与穿戴者腿部关节的良好同轴度，且成本较高、使用寿命有限、承载力矩相对较小等诸多缺陷，提出一种外骨骼机器人腿部机构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：髋关节组件、大腿伸缩组件、膝关节组件、小腿伸缩组件和足踝关节组件，其中：大腿伸缩组件两端分别与髋关节组件和膝关节组件转动相连，小腿伸缩组件两端分别与膝关节组件和足踝关节组件转动相连。

所述的髋关节组件包括：腰部连接板、悬挂式轴承、减速电机连轴管、髋关节连接轴套和大腿连接板，其中：腰部连接板一端固定于悬挂式轴承的外圈，悬挂式轴承套设于髋关节连接轴套一端，髋关节连接轴套另一端与减速电机连轴管的一端相连，大腿连接板一端固定于髋关节连接轴套和减速电机连轴管之间，减速电机连轴管的另一端连有髋部直流无刷电机。

所述的膝关节组件包括：l形连接板、膝关节轴承、膝关节电机连轴管、膝关节连接轴套和小腿连接板，其中：l形连接板一端固定于膝关节轴承外圈，膝关节轴承套设于膝关节连接轴套一端，膝关节连接轴套的另一端与膝关节电机连轴管一端相连，小腿连接板一端固定于膝关节连接轴套和膝关节电机连轴管之间，膝关节电机连轴管另一端连有膝部直流无刷电机。

所述的足踝关节组件包括：踝关节转动轴、踝关节安装支座、可调锁紧滑块、l形滑块连接板和一侧设有圆柱的足底，其中：可调锁紧滑块套设于足底一侧的圆柱，l形滑块连接板竖直面与可调锁紧滑块相连，踝关节安装支座设置于l形滑块连接板的水平面，踝关节转动轴固定于踝关节安装支座。

所述的大腿伸缩组件包括：大腿上管和大腿下管，其中：大腿下管一端套设于大腿上管一端，大腿下管另一端固定于l形连接板，大腿上管的另一端与大腿连接板相连。

所述的小腿伸缩组件包括：小腿上管和小腿下管，其中：小腿上管一端套设于小腿下管一端，小腿上管的另一端与小腿连接板，小腿下管另一端固定于踝关节转动轴。

所述的大腿上管与大腿连接板通过大腿髋关节连接件相连，大腿髋关节连接件呈t字形，大腿髋关节连接件的竖直部分穿设于大腿上管内。

所述的小腿上管与小腿连接板通过小腿膝关节连接件相连，小腿膝关节连接件呈t字形，小腿膝关节连接件的竖直部分穿设于小腿上管内。

所述的大腿下管与l形连接板通过膝关节连接件相连，膝关节连接件一端穿设于大腿下管内。

所述的小腿下管通过足踝关节连接件与踝关节转动轴相连，足踝关节连接件一端穿设于小腿下管，另一端套设于踝关节转动轴。

所述的大腿上管和大腿下管的连接处设有大腿快拆坐管夹，小腿上管和小腿下管的连接处设有小腿快拆坐管夹。

所述的踝关节安装支座与足踝关节连接件之间连有两对称设置的拉伸弹簧。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用可拆卸的组合方式，安装拆卸方便，可连续调节长度的大腿伸缩组件和小腿伸缩组件，使得下肢外骨骼机器人可适应不同人群的穿戴，根据高矮不同的人调节机器人腿部的高度，穿戴舒适。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为髋关节组件示意图；

图3为大腿伸缩组件示意图；

图4为膝关节组件示意图；

图5为小腿伸缩组件示意图；

图6为足踝关节组件示意图；

图中：1髋关节组件、2大腿伸缩组件、3膝关节组件、4小腿伸缩组件、5足踝关节组件、101腰部连接板、102悬挂式轴承、103减速电机连轴管、104大腿连接板、105髋关节连接轴套、106大腿板连接螺杆、107腰部连接螺杆、201大腿髋关节连接件、202大腿上部螺杆、203大腿上管、204大腿快拆坐管夹、205大腿下管、206大腿下部螺杆、207膝关节连接件、301l形连接板、302膝关节轴承、303膝关节电机连轴管、304小腿连接板、305膝关节连接轴套、306小腿板连接螺杆、401小腿膝关节连接件、402小腿上部螺杆、403小腿上管、404小腿快拆坐管夹、405小腿下管、406小腿下部螺杆、407足踝关节连接件、501踝关节转动轴、502踝关节安装支座、503足底、504可调锁紧滑块、505l形滑块连接板、506弹簧扣、507拉伸弹簧。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：髋关节组件1、大腿伸缩组件2、膝关节组件3、小腿伸缩组件4和足踝关节组件5，其中：大腿伸缩组件2两端分别与髋关节组件1和膝关节组件3转动相连，小腿伸缩组件4两端分别与膝关节组件3和足踝关节组件5转动相连。

如图2所示，所述的髋关节组件1包括：腰部连接板101、悬挂式轴承102、减速电机连轴管103、大腿连接板104、髋关节连接轴套105、大腿板连接螺杆106和腰部连接螺杆107，其中：腰部连接板101一端固定于悬挂式轴承102的轴承座，由腰部连接螺杆107固定，悬挂式轴承102采用过盈配合套设于髋关节连接轴套105，髋关节连接轴套105与大腿连接板104的一侧连接，大腿连接板104的另一侧连接减速电机连轴管103，减速电机连轴管103一端连有髋部直流无刷电机，大腿连接板104一端与髋关节连接轴套105和减速电机连轴管103由大腿板连接螺杆106连接。腰部连接板101的另一端可与外骨骼机器人的腰部支撑机构相连。减速电机连轴管103在电机的带动下，实现髋关节的屈伸运动。

如图3所示，所述的大腿伸缩组件2包括：大腿上管203和大腿下管205，其中：大腿下管205一端套设于大腿上管203一端，大腿上管203的另一端与大腿连接板104相连。所述的大腿上管203与大腿连接板104通过大腿髋关节连接件201相连，大腿髋关节连接件201呈t字形，大腿髋关节连接件201的竖直部分穿设于大腿上管203内且通过大腿上部螺杆202固定。大腿上管203和大腿下管205的连接处通过大腿快拆坐管夹204固定。当打开大腿快拆坐管夹204时，可调节大腿上管203和大腿下管205的相对位置，实现大腿伸缩组件2的长度调节。大腿下管205的另一端设有膝关节连接件207，膝关节连接件207由管体和平板组成，平板焊接于管体一端，管体另一端穿设于大腿下管205的下端口并由大腿下部螺杆206固定。

如图4所示，所述的膝关节组件3包括：l形连接板301、膝关节轴承302、膝关节电机连轴管303、小腿连接板304、膝关节连接轴套305和小腿板连接螺杆306，其中：l形连接板301一端固定于膝关节轴承302的轴承座，由连接螺杆固定，膝关节轴承302采用过盈配合套设于膝关节连接轴套305一端，膝关节连接轴套305另一端与小腿连接板304的一侧连接，小腿连接板304的另一侧与膝关节电机连轴管303一端，膝关节电机连轴管303另一端连有膝部直流无刷电机，小腿连接板304一端设置于膝关节连接轴套305和减速电机连轴管303之间，由小腿板连接螺杆306连接。l形连接板301的另一端平面与膝关节连接件207的平板部分相连。在膝关节直流无刷电机的驱动下，实现膝关节组件3的屈伸。

如图5所示，所述的小腿伸缩组件4包括：小腿上管403和小腿下管405，其中：小腿上管403一端套设于小腿下管405一端，小腿上管403的另一端与小腿连接板304，小腿下管405另一端固定于踝关节转动轴501。所述的小腿上管403与小腿连接板304通过小腿膝关节连接件401相连，小腿膝关节连接件401呈t字形，小腿膝关节连接件401的竖直部分穿设于小腿上管403内且通过小腿上部螺杆402固定。小腿上管403和小腿下管405连接处设有小腿快拆坐管夹404，打开小腿快拆坐管夹404后，可调节小腿伸缩组件4的长度。小腿下管405通过足踝关节连接件407与踝关节转动轴501相连，足踝关节连接件407一端穿设于小腿下管405且通过小腿下部螺杆406固定，另一端套设于踝关节转动轴501。

如图6所示，所述的足踝关节组件5包括：踝关节转动轴501、踝关节安装支座502、足底503、可调锁紧滑块504、l形滑块连接板505、弹簧扣506和两拉伸弹簧507，其中：可调锁紧滑块504套设于足底503一侧的圆柱上，l形滑块连接板505的竖直面与可调锁紧滑块504的安装面相连，l形滑块连接板505的水平面与踝关节安装支座502连接。踝关节转动轴501设置于踝关节安装支座502。拉伸弹簧507一端通过弹簧扣506固定于踝关节安装支座502，拉伸弹簧507的另一端安装于足踝关节连接件407的侧面，两拉伸弹簧507对称设置。松开可调锁紧滑块504的调整螺钉，可调锁紧滑块504可沿足底503的圆形立柱上下移动从而调节踝关节至足底的距离。踝关节安装支座502的两侧分别配置的拉伸弹簧507构成对拉弹簧副，可以有效地减少地面对外骨骼机器腿本体的冲击能量，从而增加穿戴者的舒适性和安全性。足踝关节连接件407和踝关节转动轴501相配合实现足踝关节组件5的被动屈伸运动。

与现有技术相比，本发明所设计的可连续调节长度的大腿伸缩组件、小腿伸缩组件及采用可调锁紧滑块的踝关节组件，可分别对髋关节和膝关节之间的距离、膝关节和踝关节之间的距离以及踝关节和足底之间的距离进行连续调节，充分考虑了身高兼容性，使得下肢外骨骼机器人可快速适应不同人群的穿戴，在较大范围内具有良好的适应性以保障穿戴者的舒适性。踝关节对拉弹簧副，可以有效地减少地面的对外骨骼机器腿本体的冲击能量。组成腿部的各个零件之间采用内管、外管、快拆坐管夹、可调滑块和螺杆等可拆卸的组合方式，安装拆卸方便。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。