一种变刚度张拉整体式髋关节制造技术

本发明专利技术涉及机器人制造技术领域，公开了一种变刚度张拉整体式髋关节，包括：顶板

【技术实现步骤摘要】
一种变刚度张拉整体式髋关节


[0001]本专利技术涉及机器人制造
，特别是涉及一种变刚度张拉整体式髋关节
。

技术介绍

[0002]人体的肌肉
‑
骨骼系统常被描述为一种刚柔混合系统，而髋关节作为人体最大的负重关节，具有支撑时高刚性
、
运动时高柔性的特点，但目前对髋关节的仿生研究大多仅考虑其承载能力，对结构柔性则关注较少，这使其稳定性
、
适应性得不到好的保证
。
张拉整体结构是一类由连续索和不连续杆组成的空间结构体系，表现出自适应
、
自平衡
、
抗冲击能力强和材料利用率高的结构优势
。
由于张拉整体结构刚度特性随预应力可调，可以有效实现刚柔切换，同人体关节特性相一致，可将其应用于仿生髋关节设计
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种变刚度张拉整体式髋关节，以解决上述现有技术存在的问题
。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种变刚度张拉整体式髋关节，包括：
[0005]顶板，所述顶板下方平行设置有底板；
[0006]驱动组件，包括若干驱动件，若干所述驱动件沿周向等间距设置在所述顶板顶端，且与所述底板传动连接，所述驱动件用于模拟肌肉驱动以实现关节变形；
[0007]髋关节组件，包括刚性单元和柔性单元，所述刚性单元包括第一髋关节模块和第二髋关节模块，所述第一髋关节模块设置在所述顶板上，用于模拟髋臼作用机理，所述第二髋关节模块设置在所述底板上，用于模拟股骨作用机理，所述柔性单元包括第一柔性件和第二柔性件，所述第一髋关节模块与所述第二髋关节模块之间
、
所述顶板与所述底板之间分别通过所述第一柔性件和所述第二柔性件连接，所述柔性件用于缓冲吸能；
[0008]刚性件，设置在所述第一髋关节模块上，所述刚性件与所述第一柔性件协同实现刚柔切换
。
[0009]优选的，所述第一髋关节模块包括与所述顶板平行设置的第一内板和第二内板，所述第一内板通过若干第一连接板与所述顶板底端固定连接，所述第二内板过若干第二连接板与所述顶板底端固定连接，且所述第一内板与所述第一连接板形成的框体位于所述第二内板和所述第二连接板形成的框体内，所述第一内板和所述第二内板均为中空结构，所述第一内板通过所述第一柔性件与所述第二髋关节模块连接
。
[0010]优选的，所述第二髋关节模块包括一端固定连接在所述底板顶端中部的连接杆，所述连接杆另一端铰接有连接板，所述连接板位于所述第一内板的中空结构内且通过所述第一柔性件与所述第一内板连接
。
[0011]优选的，所述第一柔性件包括若干第一弹簧，若干所述第一弹簧沿周向等间距分布在所述第一内板和所述连接板之间，所述第一弹簧两端分别与所述第一内板内侧被和所
述连接板外侧壁固定连接
。
[0012]优选的，所述第二柔性件包括若干第二弹簧，若干所述第二弹簧沿周向等间距分布在所述顶板和所述底板之间，所述第二弹簧两端分别与所述顶板底端和所述底板顶端固定连接
。
[0013]优选的，所述驱动件包括固定连接在所述顶板顶端的收线器和导轮，所述收线器上绳线的一端依次穿过所述导轮和所述顶板，且与所述底板顶端固定连接，所述绳线位于相邻两所述第二弹簧之间
。
[0014]优选的，所述刚性件包括若干刚性填充板，若干所述刚性填充板一端沿周向等间距固定连接在所述第一内板内侧壁上，所述刚性填充板另一端与所述连接板外侧壁之间设置有间隙，若干所述刚性填充板与若干所述第一弹簧交错设置
。
[0015]优选的，所述第一内板和第二内板之间沿周向等间距设置有若干第三弹簧，所述第三弹簧两端分别与所述第一内板和所述第二内板固定连接
。
[0016]优选的，所述连接杆和所述连接板之间为球形铰接
。
[0017]优选的，所述顶板
、
所述底板
、
所述第一内板
、
所述第二内板
、
所述第一连接板和所述第二连接板均为
3D
打印树脂
、
高性能塑料中的一种
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0019]本专利技术提供的一种变刚度张拉整体式髋关节，该髋关节可根据需求实现主被动复合驱动，通过设置的驱动件进行驱动时，模拟肌肉驱动方式，实现髋关节组件的主动运动；当有外载时，结构发生平衡态间的转变，产生被动运动
。
此外，通过设置的第二髋关节模块和第一髋关节模块模拟股骨作用机理，产生多个方向转动及移动
(
骨骼间隙
)
自由度，刚性单元
、
柔性单元和刚性件实现刚柔切换特性
。
本专利技术从几何构型到运动形式，均较好复现了人体髋关节内
、
外在特征，且结构简单
、
质量轻
、
抗冲击性能好
、
材料利用率高
。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
[0021]图1为本专利技术整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术第一髋关节模块结构示意图；
[0023]图3为本专利技术第二髋关节模块结构示意图；
[0024]图4为本专利技术运动状态示意图；
[0025]其中，
1、
顶板；
2、
底板；
3、
第一内板；
4、
第二内板；
5、
第一连接板；
6、
第二连接板；
7、
连接杆；
8、
连接板；
9、
第一弹簧；
10、
第二弹簧；
11、
收线器；
12、
导轮；
13、
刚性填充板；
14、
第三弹簧
。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围
。
[0027]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种变刚度张拉整体式髋关节，其特征在于，包括：顶板
(1)
，所述顶板
(1)
下方平行设置有底板
(2)
；驱动组件，包括若干驱动件，若干所述驱动件沿周向等间距设置在所述顶板
(1)
顶端，且与所述底板
(2)
传动连接，所述驱动件用于模拟肌肉驱动以实现关节变形；髋关节组件，包括刚性单元和柔性单元，所述刚性单元包括第一髋关节模块和第二髋关节模块，所述第一髋关节模块设置在所述顶板
(1)
上，用于模拟髋臼作用机理，所述第二髋关节模块设置在所述底板
(2)
上，用于模拟股骨作用机理，所述柔性单元包括第一柔性件和第二柔性件，所述第一髋关节模块与所述第二髋关节模块之间
、
所述顶板
(1)
与所述底板
(2)
之间分别通过所述第一柔性件和所述第二柔性件连接，所述柔性件用于缓冲吸能；刚性件，设置在所述第一髋关节模块上，所述刚性件与所述第一柔性件协同实现刚柔切换
。2.
根据权利要求1所述的一种变刚度张拉整体式髋关节，其特征在于：所述第一髋关节模块包括与所述顶板
(1)
平行设置的第一内板
(3)
和第二内板
(4)
，所述第一内板
(3)
通过若干第一连接板
(5)
与所述顶板
(1)
底端固定连接，所述第二内板
(4)
过若干第二连接板
(6)
与所述顶板
(1)
底端固定连接，且所述第一内板
(3)
与所述第一连接板
(5)
形成的框体位于所述第二内板
(4)
和所述第二连接板
(6)
形成的框体内，所述第一内板
(3)
和所述第二内板
(4)
均为中空结构，所述第一内板
(3)
通过所述第一柔性件与所述第二髋关节模块连接
。3.
根据权利要求2所述的一种变刚度张拉整体式髋关节，其特征在于：所述第二髋关节模块包括一端固定连接在所述底板
(2)
顶端中部的连接杆
(7)
，所述连接杆
(7)
另一端铰接有连接板
(8)
，所述连接板
(8)
位于所述第一内板
(3)
的中空结构内且通过所述第一柔性件与所述第一内板
(3)
连接
。4.
根据权利要求3所述的一种变刚度张拉整体式髋关节，其特征在于：所述第一柔性件包括若干第一弹簧
(9)
，若干所述第一弹簧
(9)
沿周向等间距分布在所述第一内板
(3)
和所述连接板
(8)
之间，所述第一弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立元，岳晓辉，孙紫燕，李澳，李海泉，徐光魁，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：