一种球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人，用于辅助人类行走，减小长时间行走过程对人类的体力消耗，也可用于下肢康复训练。本发明专利技术包括大腿驱动球形机构、小腿驱动球形机构、脚部驱动球形机构、髋部结构、电源和驱动控制器。本发明专利技术通过磁电式角位移传感器检测大腿、小腿、脚之间的空间摆动夹角，利用电磁铁推动永磁电机转子，使球形转子悬浮，通过球状定子驱动永磁转子旋转，通过调节大腿、小腿的紧定螺栓可以调节腿部长度，进而适应不同的人群，本发明专利技术可用于下肢康复训练，以及减小人类行走体能消耗。

A spherical joint magnetic suspension permanent magnet double foot walking robot

The invention discloses a spherical joint magnetic suspension permanent magnet motor biped walking robot, which is used for assisting human walking, reducing physical consumption for human in long time walking process, and also for lower limb rehabilitation training. The invention includes a thigh driven spherical mechanism, a small leg driven spherical mechanism, a foot driven spherical mechanism, a hip structure, a power supply and a driving controller. The swing angle between the space through the magnetoelectric angular displacement sensor to detect the thigh, calf, foot, the electromagnet push for permanent magnet motor rotor, the spherical rotor suspended by spherical stator drive permanent magnet rotor, by adjusting the thigh, the locking bolt can be adjusted leg length, and adapt to different people, the the invention can be used for lower limb rehabilitation training, and reduce the energy consumption of human walking.

【技术实现步骤摘要】
一种球形关节磁悬浮永磁电机双足行走机器人
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的，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。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：本专利技术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；本专利技术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。本专利技术的有益效果是：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，提高了本专利技术的适用性。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：本专利技术的整体结构示意图；附图2：本专利技术的髋部局部结构示意图；附图3：本专利技术的髋部局部结构示意图；附图4：本专利技术的髋部局部结构示意图；附图5：本专利技术的左大腿结构示意图；附图6：本专利技术的左大腿局部结构示意图；附图7：本专利技术的左大腿局部结构示意图；附图8：本专利技术的左小腿结构示意图；附图9：本专利技术的左小腿局部结构示意图；附图10：本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术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；本专利技术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a（1‑8）、左大腿电磁铁b（1‑9）、左大腿电磁铁c（1‑11）、左大腿电磁铁d（1‑12）、左大腿电磁铁e（1‑15）、左大腿电磁铁f（1‑16）、左大腿磁电式角位移传感器a（1‑10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1‑13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1‑15）、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a（1‑8）、左大腿电磁铁b（1‑9）、左大腿电磁铁c（1‑11）、左大腿电磁铁d（1‑12）、左大腿电磁铁e（1‑15）、左大腿电磁铁f（1‑16）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a（1‑10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1‑13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1‑14）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）胶接本专利技术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；本专利技术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a（1‑8）、左大腿电磁铁b（1‑9）、左大腿电磁铁c（1‑11）、左大腿电磁铁d（1‑12）、左大腿电磁铁e（1‑15）、左大腿电磁铁f（1‑16）、左大腿磁电式角位移传感器a（1‑10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1‑13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1‑15）、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a（1‑8）、左大腿电磁铁b（1‑9）、左大腿电磁铁c（1‑11）、左大腿电磁铁d（1‑12）、左大腿电磁铁e（1‑15）、左大腿电磁铁f（1‑16）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a（1‑10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1‑13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1‑14）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。...

【技术特征摘要】
1.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a（1-8）、左大腿电磁铁b（1-9）、左大腿电磁铁c（1-11）、左大腿电磁铁d（1-12）、左大腿电磁铁e（1-15）、左大腿电磁铁f（1-16）、左大腿磁电式角位移传感器a（1-10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1-13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1-15）、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a（1-8）、左大腿电磁铁b（1-9）、左大腿电磁铁c（1-11）、左大腿电磁铁d（1-12）、左大腿电磁铁e（1-15）、左大腿电磁铁f（1-16）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a（1-10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1-13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1-14）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a（1-8）、左大腿电磁铁b（1-9）、左大腿电磁铁c（1-11）、左大腿电磁铁d（1-12）、左大腿电磁铁e（1-15）、左大腿电磁铁f（1-16）、左大腿磁电式角位移传感器a（1-10）、左大腿磁电式角位移传感器b（1-13）、左大腿磁电式角位移传感器c（1-15）、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，任齐民，韩继超，韩英帅，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23