一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节制造技术

本发明专利技术公开了一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，属于仿人机器人领域。它包括装设于股骨前端的上关节模块、装设于腓骨和胫骨前端的下关节模块、连接上关节模块与下关节模块的关节锁紧带、连接股骨与胫骨的髌韧带，此外还包括同时连接股骨、腓骨和胫骨的腓侧韧带；上关节模块包括上关节本体、上关节软骨和上关节磁轴；下关节模块包括下关节本体、下关节软骨和下关节磁轴；上关节磁轴与下关节磁轴依靠磁性吸附在一起，且可以相对转动。本发明专利技术是一种无固定转动中心、依靠磁性吸附、关节处可微小滑动的可用于机器人的新型膝关节。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节
本专利技术属于仿人机器人领域，特指一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节。
技术介绍
人体的膝关节由股骨、胫骨、前交叉韧带、后交叉韧带等组成，通过肌肉组织的收缩和舒张实现关节运动。膝关节旋转时，其瞬时转动中心随之移动。现有技术的机器人中，膝关节大多为铰链单轴关节，其转动中心固定，缺少柔性，容易受到外界冲击的损害，这样的膝关节与人体膝关节存在很大的区别。因此，设计一种无固定转动中心的仿人膝关节具有重要的价值。
技术实现思路
本专利技术需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种无固定转动中心、依靠磁性吸附、关节处可微小滑动的机器人膝关节。为了解决上述问题，本专利技术提出的解决方案为：一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，它包括装设于股骨前端的上关节模块、装设于腓骨和胫骨前端的下关节模块、连接所述上关节模块与所述下关节模块的关节锁紧带、连接所述股骨与所述胫骨的髌韧带，此外还包括同时连接所述股骨、所述腓骨和所述胫骨的腓侧韧带。所述上关节模块包括与所述股骨直接相连的上关节本体、装设于所述上关节本体底部的上关节软骨和固定装设于所述上关节软化底部的上关节磁轴。所述下关节模块包括与所述腓骨和所述胫骨同时相连的下关节本体、装设于所述下关节本体上部的下关节软骨和固定装设于所述下关节软骨上的下关节磁轴。所述上关节磁轴与所述下关节磁轴依靠磁性吸附在一起，且可以相对转动。进一步的，所述上关节软骨与所述下关节软骨为可发生显著弹性变形的高分子材料。进一步的，所述上关节本体与所述下关节本体为轻质高强度合金材料。进一步的，所述腓侧韧带、所述髌韧带和关节锁紧带为高强度弹性纤维材料。进一步的，所述上关节磁轴与所述下关节磁轴均为圆柱状磁铁，且侧面为可以相互吸引的异性磁极。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)本专利技术的一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，采用上关节磁轴与下关节磁轴磁性吸附、相互滚动的方式实施相对运动，从而实现了股骨与胫骨之间的相对转动，消除了固定转动中心的缺陷；同时由于本专利技术的膝关节设有关节锁紧带、上关节软骨与所述下关节软骨，有效吸收了股骨与胫骨铅垂方向相对运动时的冲击力。由此可知，本专利技术的膝关节无固定转动中心、且能够吸收铅垂方向的冲击力，可应用于机器人中实现机械大腿与机械小腿之间的连接。附图说明图1是本专利技术的一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节的结构原理示意图。图2是本专利技术的一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节的左视图。图中，1—股骨；2—腓骨；3—胫骨；40—上关节本体；41—上关节软骨；42—上关节磁轴；50—下关节本体；51—下关节软骨；52—下关节磁轴；6—腓侧韧带；7—关节锁紧带；8—髌韧带。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术不仅限于这些实施例。参见图1和图2所示，本专利技术的一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，包括装设于股骨1前端的上关节模块、装设于腓骨2和胫骨3前端的下关节模块、连接上关节模块与下关节模块的关节锁紧带7、连接股骨1与胫骨3的髌韧带8，此外还包括同时连接股骨1、腓骨2和胫骨3的腓侧韧带6。上关节模块包括与股骨1直接相连的上关节本体4、装设于上关节本体4底部的上关节软骨41和固定装设于上关节软化41底部的上关节磁轴42。下关节模块包括与腓骨2和胫骨3同时相连的下关节本体50、装设于下关节本体50上部的下关节软骨51和固定装设于下关节软骨51上的下关节磁轴52。上关节磁轴42与下关节磁轴52依靠磁性吸附在一起，且可以相对转动。上关节软骨41与下关节软骨51为可发生显著弹性变形的高分子材料；优选的，上关节软骨41与下关节软骨51可选用合成橡胶，例如丙烯酸酯橡胶和聚氨酯橡胶。上关节本体4与下关节本体50为轻质高强度合金材料；优选的，上关节本体4与下关节本体50选用镁铝合金。腓侧韧带6、髌韧带8和关节锁紧带7为高强度弹性纤维材料；优选的，关节锁紧带7选用金属螺旋弹簧，腓侧韧带6和髌韧带8选用硅胶。上关节磁轴42与下关节磁轴52均为圆柱状磁铁，且侧面为可以相互吸引的异性磁极；优选的，上关节磁轴42与下关节磁轴52为高分子磁性材料。工作原理：当股骨1在外部驱动机构的带动下发生转动时，由于上关节本体40与上关节软骨41以及上关节磁轴42固定成一体，且下关节本体50与下关节软骨51以及下关节磁轴52固定成一体，此时股骨1驱动上关节磁轴42绕下关节磁轴52滚动，从而实现股骨1相对于胫骨3和腓骨2的转动，于此同时，髌韧带8与腓侧韧带6发生一定的伸缩性，从而增加股骨1与胫骨3之间的稳定性；当股骨1抬起时，由于关节锁紧带7能承受抗拉力，发生微小的伸缩变形，带动胫骨3和腓骨2向上运动，之后关节锁紧带7发生收缩，上关节磁轴42与下关节磁轴52在磁性作用下吸引在一起，恢复到膝关节的初始状态。应当明确的是，本专利技术不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本专利技术的揭示，对于本专利技术做出的显而易见的改进和修饰都应该在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，包括装设于股骨(1)前端的上关节模块、装设于腓骨(2)和胫骨(3)前端的下关节模块、连接所述上关节模块与所述下关节模块的关节锁紧带(7)、连接所述股骨(1)与所述胫骨(3)的髌韧带(8)，此外还包括同时连接所述股骨(1)、所述腓骨(2)和所述胫骨(3)的腓侧韧带(6)，其特征在于：所述上关节模块包括与所述股骨(1)直接相连的上关节本体(4)、装设于所述上关节本体(4)底部的上关节软骨(41)和固定装设于所述上关节软化(41)底部的上关节磁轴(42)；所述下关节模块包括与所述腓骨(2)和所述胫骨(3)同时相连的下关节本体(50)、装设于所述下关节本体(50)上部的下关节软骨(51)和固定装设于所述下关节软骨(51)上的下关节磁轴(52)；所述上关节磁轴(42)与所述下关节磁轴(52)依靠磁性吸附在一起，且可以相对转动。

【技术特征摘要】
1.一种基于线接触磁性吸附的机器人膝关节，包括装设于股骨(1)前端的上关节模块、装设于腓骨(2)和胫骨(3)前端的下关节模块、连接所述上关节模块与所述下关节模块的关节锁紧带(7)、连接所述股骨(1)与所述胫骨(3)的髌韧带(8)，此外还包括同时连接所述股骨(1)、所述腓骨(2)和所述胫骨(3)的腓侧韧带(6)，其特征在于：所述上关节模块包括与所述股骨(1)直接相连的上关节本体(4)、装设于所述上关节本体(4)底部的上关节软骨(41)和固定装设于所述上关节软化(41)底部的上关节磁轴(42)；所述下关节模块包括与所述腓骨(2)和所述胫骨(3)同时相连的下关节本体(50)、装设于所述下关节本体(50)上部的下关节软骨(51)和固定装设于所述下关节软骨(51)上的下关节磁轴(52)；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：班书昊，李晓艳，谭邹卿，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32