一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置。包括足底板和安装在足底板上的球铰外圈部件、球铰内圈部件和固定台部件，固定台部件安装在足底板上，关节轴穿过球铰内圈部件后支撑铰接在固定台部件上的球铰配合孔中，球铰外圈部件下部套装在球铰内圈部件外；球铰外圈部件对称的两侧均设有限位凸台，限位凸台用于接触连接固定台部件上两侧的支撑台面，对跖屈与背屈方向运动进行角度限位。本实用新型专利技术仅通过极为简单的结构与配合实现了踝关节在同一中心的跖屈、背屈、内翻、外翻、内旋与外旋运动，并对内旋与外旋运动进行了角度补充，对跖屈与背屈运动进行角度限位。

【技术实现步骤摘要】
一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置
本技术属于外骨骼设备领域，具体涉及到一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置。
技术介绍
外骨骼机器人是一种可以进行穿戴的助力型机器人。其在结构上通过对人体的仿生，并加以特定的控制，以达到同人体随动、负重的目的。其在救灾、负重、行军、医疗等领域都具有广泛的应用前景。鉴于人体运动的实际情况，外骨骼机器人在踝关节需要三个自由度，以保证紧密、准确的人机跟随。现有的多自由度踝关节设计大多面向康复型外骨骼机器人，据调研，能实现三自由度运动的机器人大多是康复型机器人，结构设计复杂、用途比较固定，无法拓展使用到需要在复杂环境工作的外骨骼机器人，增大了机器人的携带与维护压力。
技术实现思路
针对背景中研究和技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置，适用性广泛、结构简单可靠，通过球铰为主体，通过对各个自由度运动的限制于增强，使机器人踝关节帮助外骨骼机器人踝关节在面对复杂的工作环境与各种工作需求时可以可靠的使用。本技术采用的技术方案是：本技术包括足底板和安装在足底板上的球铰外圈部件、球铰内圈部件和固定台部件，固定台部件安装在足底板上，关节轴穿过球铰内圈部件后支撑铰接在固定台部件上的球铰配合孔中，球铰外圈部件下部套装在球铰内圈部件外；球铰外圈部件对称的两侧均设有限位凸台，限位凸台用于接触连接固定台部件上两侧的支撑台面，对跖屈与背屈方向运动进行角度限位。使外骨骼踝关节设计运动角度与人体踝关节运动范围相同，也起到保护踝关节免受拉伤的作用。所述的固定台部件通过旋转轴铰接地安装在足底板上，旋转轴一端装配到固定台部件底部的旋转轴安装孔中，旋转轴另一端装配到足底板根部开设的孔中。固定台部件底部采用旋转轴与足底板连接，增大内旋与外旋运动的角度范围，弥补球铰连接造成的机构内旋与外旋运动角度范围的不足，使其符合人体需要。所述的球铰内圈部件和球铰外圈部件之间通过球铰连接。所述的球铰外圈部件上部为轴结构。本技术通过一个踝关节上部的球铰外圈杆件，以球铰的方式与踝关节下部件的固定台部件相连接，实现了踝关节在同一中心的跖屈、背屈、内翻、外翻、内旋与外旋三自由度的运动，使外骨骼机器人可以有效跟随人体运动。踝关节下部件通过一根旋转轴与机器人足底部件连接，形成整个踝关节机构。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术以简单可靠的结构实现了外骨骼踝关节三自由度的运动，具有很好的通用性，适合在复杂环境下工作并承担复杂作业任务的外骨骼机器人设备。易于替换与维修，提高外骨骼机器人的工作可靠性、灵活性。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的结构爆炸图。图3是踝关节上部球铰外圈部件结构示意图。图4是踝关节下部固定台部件剖视图。图5是跖屈与背屈限位示意图。图中：1、球铰外圈部件，2、球铰内圈部件，3、固定台部件，4、足底板，5、旋转轴，6、限位凸台，7、球铰配合孔，8、旋转轴安装孔。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术包括足底板4和安装在足底板4上的球铰外圈部件1、球铰内圈部件2和固定台部件3，固定台部件3安装在足底板4上，固定台部件3上开设球铰配合孔7和旋转轴安装孔8，如图4所示。关节轴穿过球铰内圈部件2后支撑铰接在固定台部件3上的球铰配合孔7中，球铰外圈部件1下部以球铰方式套装在球铰内圈部件2外。如图3所示，球铰外圈部件1对称的两侧均设有限位凸台6，限位凸台6用于接触连接固定台部件3上两侧的支撑台面，对跖屈与背屈方向运动进行角度限位。如图5所示，可以从图中看出跖屈与背屈的两个极限位置，使外骨骼踝关节设计运动角度与人体踝关节运动范围相同，也起到保护踝关节免受拉伤的作用。如图2所示，固定台部件3通过旋转轴5铰接地安装在足底板4上，旋转轴5一端装配到固定台部件3底部的旋转轴安装孔8中，旋转轴5另一端装配到足底板4根部开设的孔中，由此弥补球铰连接可能造成的机构内旋与外旋运动角度范围的不足，使其符合人体运动需要，同时简便的结构设计，提高了装置的可靠性，降低了修复配合难度。由此，本技术以球铰外圈部件1作为踝关节上部件，以固定台部件3作为踝关节下部件，通过球铰内圈部件2和球铰外圈部件1之间的球铰以及球铰内圈部件2和固定台部件3之间的旋转铰带动踝关节上部件和踝关节下部件之间的三自由度关节运动，从而可以实现踝关节在同一中心的跖屈、背屈、内翻、外翻、内旋与外旋运动，并对内旋与外旋运动进行了角度补充，对跖屈与背屈运动进行角度限位。本技术凭借着简洁的结构设计，帮助外骨骼机器人踝关节在面对复杂的工作环境与各种工作需求时都可以可靠的使用，大大降低了日常维护难度。上述具体实施方式用来解释说明本专利技术，不是对本专利技术进行限制，在本专利技术的精神和权利要求的保护范围内，对本专利技术作出的任何修改和改变，都落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置，其特征在于：包括足底板(4)和安装在足底板(4)上的球铰外圈部件(1)、球铰内圈部件(2)和固定台部件(3)，固定台部件(3)安装在足底板(4)上，关节轴穿过球铰内圈部件(2)后支撑铰接在固定台部件(3)上的球铰配合孔(7)中，球铰外圈部件(1)下部套装在球铰内圈部件(2)外；球铰外圈部件(1)对称的两侧均设有限位凸台(6)，限位凸台(6)用于接触连接固定台部件(3)上两侧的支撑台面，对跖屈与背屈方向运动进行角度限位。

【技术特征摘要】
1.一种用于外骨骼机器人的三自由度踝关节装置，其特征在于：包括足底板(4)和安装在足底板(4)上的球铰外圈部件(1)、球铰内圈部件(2)和固定台部件(3)，固定台部件(3)安装在足底板(4)上，关节轴穿过球铰内圈部件(2)后支撑铰接在固定台部件(3)上的球铰配合孔(7)中，球铰外圈部件(1)下部套装在球铰内圈部件(2)外；球铰外圈部件(1)对称的两侧均设有限位凸台(6)，限位凸台(6)用于接触连接固定台部件(3)上两侧的支撑台面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳小平，黄梓亮，方晨昊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33