一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构制造技术

本发明专利技术提供一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构包括冠状面自由度模块、连杆模块、水平面自由度模块和矢状面自由度模块；冠状面自由度模块包括髋关节基体零件和背部构件，髋关节基体零件和背部构件铰接以形成一个冠状面内的转动自由度；水平面自由度模块包括弧形导轨和滑块模组，弧形导轨固定设置在髋关节基体零件上，滑块模组滑动设置在弧形导轨上以形成一个水平面内的转动自由度；连杆模块包括长连杆和短连杆，长连杆的一端和短连杆的一端铰接，长连杆的另一端与滑块模组铰接，短连杆的另一端与髋关节基体零件铰接；矢状面自由度模块与滑块模组固定连接。本髋关节机械结构能使外骨骼机体髋关节运动与人体髋关节运动高度契合。契合。契合。

【技术实现步骤摘要】
一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构


[0001]本专利技术涉及外骨骼机器人领域，特别涉及一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构。

技术介绍

[0002]外骨骼机器人可以广泛应用于军事及民用领域，尤其作为未来高科技武器装备的重要发展方向，对未来战场的格局有举足轻重的作用，因此当前外骨骼机器人是各发达国家及众多发展中国家的重点机器人研究领域，国内各科研院所及高校也对其做了大量的研究，各相关外骨骼产品及样机层出不穷，在相关技术取得不断进步的同时，外骨骼先进机械结构设计技术仍是制约外骨骼样机各项性能的关键技术，而其中外骨骼髋关节的结构设计是整机结构设计的重要组成部分。
[0003]目前国内的各种外骨骼样机机体普遍无法做到与人体运动的高度贴合，其原因大多为样机机体自由度位置与人体相应自由度位置不一致，特别是髋关节自由度位置不一致，由于人体单边髋关节具有三个转动自由度，其旋转中心交于一点，而通常要使样机髋关节三个转动自由度的旋转中心交于一点并与人体髋关节自由度交点一致十分困难。因此，设计开发一种能较好解决上述问题的新型下肢外骨骼机器人髋关节模块化机械结构是十分有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构，本髋关节机械结构能使外骨骼机器人的髋关节自由度与人体髋关节自由度位置高度一致，使外骨骼机体髋关节运动与人体髋关节运动高度契合。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构包括冠状面自由度模块、连杆模块、水平面自由度模块和矢状面自由度模块；所述冠状面自由度模块包括髋关节基体零件和背部构件，所述髋关节基体零件和所述背部构件铰接以形成一个冠状面内的转动自由度；所述水平面自由度模块包括弧形导轨和滑块模组，所述弧形导轨固定设置在所述髋关节基体零件上，所述滑块模组滑动设置在所述弧形导轨上以形成一个水平面内的转动自由度；所述连杆模块包括长连杆和短连杆，所述长连杆的一端和所述短连杆的一端铰接，所述长连杆的另一端与所述滑块模组铰接，所述短连杆的另一端与所述髋关节基体零件铰接；所述矢状面自由度模块与所述滑块模组固定连接，所述矢状面自由度模块中的电机模块具有矢状面内的转动自由度。
[0007]进一步地，所述冠状面自由度模块还包括转动轴、第一磁环、第一载体零件、带座轴承模块、第一霍尔传感器探头和第二载体零件；所述髋关节基体零件包括水平弧形件和竖直连接件，所述水平弧形件的一端与所述竖直连接件垂直固定连接，所述弧形导轨固定设置在所述水平弧形件上，所述短连杆的另一端与所述竖直连接件铰接；所述带座轴承模
块固定设置在所述背部构件上，所述转动轴穿过所述带座轴承模块和所述竖直连接件的一端以将所述髋关节基体零件和所述背部构件铰接，从而形成所述冠状面内的转动自由度；所述第一磁环固定设置在所述第一载体零件上，所述第一载体零件固定设置在所述转动轴上，且所述第一磁环和所述第一载体零件均位于所述带座轴承模块和所述竖直连接件之间；所述第一霍尔传感器探头固定设置在所述第二载体零件上，所述第二载体零件固定设置在所述背部构件上，且所述第一霍尔传感器探头靠近所述第一磁环的径向外缘；优选地，所述第一霍尔传感器探头与所述第一磁环的径向外缘的距离为1.5mm
‑
2.5mm；优选地，所述第一霍尔传感器探头与所述第一磁环的径向外缘的距离为2mm。
[0008]进一步地，所述连杆模块还包括第一铰接片、第二铰接片、第二磁环、第三载体零件、第二霍尔传感器探头和第四载体零件；所述第一铰接片固定设置在所述滑块模组上，所述长连杆的另一端与所述第一铰接片铰接，所述第二铰接片固定设置在所述竖直连接件上，所述短连杆的另一端通过铰接轴与所述第二铰接片铰接；所述第二磁环固定设置在所述第三载体零件上，所述第三载体零件固定设置在所述铰接轴上，所述第二霍尔传感器探头固定设置在所述第四载体零件上，所述第四载体零件固定设置在所述第二铰接片上，且所述第二霍尔传感器探头靠近所述第二磁环的径向外缘；优选地，所述第二霍尔传感器探头与所述第二磁环的径向外缘的距离为1.5mm
‑
2.5mm；优选地，所述第二霍尔传感器探头与所述第二磁环的径向外缘的距离为2mm。
[0009]进一步地，所述水平面自由度模块还包括限位阻尼器；所述滑块模组包括滑动设置在所述弧形导轨上的滑动块，所述限位阻尼器固定设置在所述水平弧形件上，且所述弧形导轨的两端分别设置有所述限位阻尼器。
[0010]进一步地，所述弧形导轨包括上层弧形导轨和下层弧形导轨，所述滑动块包括两个第一滑动块和两个第二滑动块；所述上层弧形导轨固定设置在所述水平弧形件的上侧面上，所述下层弧形导轨固定设置在所述水平弧形件的下侧面上；两个所述第一滑动块滑动设置在所述上层弧形导轨上，两个所述第二滑动块滑动设置在所述下层弧形导轨上；所述上层弧形导轨的两端和所述下层弧形导轨的两端分别设置有所述限位阻尼器。
[0011]进一步地，所述滑块模组还包括上端盖和下端盖，所述上端盖和所述下端盖固定连接，所述上端盖和所述下端盖之间形成空腔，两个所述第一滑动块和两个所述第二滑动块均设置在所述空腔中。
[0012]进一步地，所述矢状面自由度模块还包括固定端、转动输出端、第三霍尔传感器探头、第五载体零件、第三磁环和第六载体零件；所述第一铰接片固定设置在所述固定端上，所述固定端的一端固定设置在所述滑块模组上，所述电机模块的两端分别与所述固定端的另一端和所述转动输出端的一端固定连接；所述第三磁环固定设置在所述第六载体零件上，所述第六载体零件固定设置在所述转动输出端上，且所述第三磁环的中心位于所述电机模块的转动中心；所述第三霍尔传感器探头固定设置在所述第五载体零件上，所述第五载体零件固定设置在所述固定端上，且所述第三霍尔传感器探头靠近所述第三磁环的径向外缘；优选地，所述第三霍尔传感器探头与所述第三磁环的径向外缘的距离为1.5mm
‑
2.5mm；优选地，所述第三霍尔传感器探头与所述第三磁环的径向外缘的距离为2mm。
[0013]进一步地，所述电机模块包括固定连接端和动力输出端；所述动力输出端与所述转动输出端的一端固定连接，所述固定连接端与所述固定端的另一端固定连接；所述第三
磁环为一径向磁化的金属环体，所述第三磁环通过胶水固定设置在所述第六载体零件上。
[0014]进一步地，所述铰接轴上设置有第一键槽，且所述第一键槽为不贯通结构，所述第三载体零件为设置有第一键槽孔的圆盘形结构；所述第一键槽孔与所述第一键槽配合安装以使所述第三载体零件固定设置在所述铰接轴上。
[0015]进一步地，所述转动轴上设置有第二键槽，所述第一载体零件为设置有第二键槽孔的圆盘形结构，所述竖直连接件的一端设置有第三键槽孔；所述第二键槽孔和所述第三键槽孔分别与所述第二键槽配合安装以使所述第一载体零件和所述髋关节基体零件均固定设置在所述转动轴上。
[0016]分析可知，本专利技术公开的一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下肢外骨骼机器人髋关节机械结构，其特征在于，包括冠状面自由度模块、连杆模块、水平面自由度模块和矢状面自由度模块；所述冠状面自由度模块包括髋关节基体零件和背部构件，所述髋关节基体零件和所述背部构件铰接以形成一个冠状面内的转动自由度；所述水平面自由度模块包括弧形导轨和滑块模组，所述弧形导轨固定设置在所述髋关节基体零件上，所述滑块模组滑动设置在所述弧形导轨上以形成一个水平面内的转动自由度；所述连杆模块包括长连杆和短连杆，所述长连杆的一端和所述短连杆的一端铰接，所述长连杆的另一端与所述滑块模组铰接，所述短连杆的另一端与所述髋关节基体零件铰接；所述矢状面自由度模块与所述滑块模组固定连接，所述矢状面自由度模块中的电机模块具有矢状面内的转动自由度。2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人髋关节机械结构，其特征在于，所述冠状面自由度模块还包括转动轴、第一磁环、第一载体零件、带座轴承模块、第一霍尔传感器探头和第二载体零件；所述髋关节基体零件包括水平弧形件和竖直连接件，所述水平弧形件的一端与所述竖直连接件垂直固定连接，所述弧形导轨固定设置在所述水平弧形件上，所述短连杆的另一端与所述竖直连接件铰接；所述带座轴承模块固定设置在所述背部构件上，所述转动轴穿过所述带座轴承模块和所述竖直连接件的一端以将所述髋关节基体零件和所述背部构件铰接，从而形成所述冠状面内的转动自由度；所述第一磁环固定设置在所述第一载体零件上，所述第一载体零件固定设置在所述转动轴上，且所述第一磁环和所述第一载体零件均位于所述带座轴承模块和所述竖直连接件之间；所述第一霍尔传感器探头固定设置在所述第二载体零件上，所述第二载体零件固定设置在所述背部构件上，且所述第一霍尔传感器探头靠近所述第一磁环的径向外缘；优选地，所述第一霍尔传感器探头与所述第一磁环的径向外缘的距离为1.5mm
‑
2.5mm；优选地，所述第一霍尔传感器探头与所述第一磁环的径向外缘的距离为2mm。3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人髋关节机械结构，其特征在于，所述连杆模块还包括第一铰接片、第二铰接片、第二磁环、第三载体零件、第二霍尔传感器探头和第四载体零件；所述第一铰接片固定设置在所述滑块模组上，所述长连杆的另一端与所述第一铰接片铰接，所述第二铰接片固定设置在所述竖直连接件上，所述短连杆的另一端通过铰接轴与所述第二铰接片铰接；所述第二磁环固定设置在所述第三载体零件上，所述第三载体零件固定设置在所述铰接轴上，所述第二霍尔传感器探头固定设置在所述第四载体零件上，所述第四载体零件固定设置在所述第二铰接片上，且所述第二霍尔传感器探头靠近所述第二磁环的径向外缘；优选地，所述第二霍尔传感器探头与所述第二磁环的径向外缘的距离为1.5mm
‑
2.5mm；优选地，所述第二霍尔传感器探头与所述第二磁环的径向外缘的距离为2mm。
4.根据权利要求3所述的下肢外骨骼机器人髋关节机械结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震宇，王春雷，李昀佶，高哲，杨亚，范春辉，
申请(专利权)人：上海微电机研究所中国电子科技集团公司第二十一研究所，
类型：发明
国别省市：