本發(fā)明涉及機(jī)器人及其關(guān)節(jié)，尤其涉及外骨骼機(jī)器人及其髖關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

目前，一些幫助人類攜帶更多負(fù)載的機(jī)器人在研制之中，這便是外骨骼機(jī)器人。“外骨骼機(jī)器人”(exoskeletonrobot)是指套在人體外面的機(jī)器人，也稱“可穿戴的機(jī)器人”。外骨骼是指為生物提供保護(hù)和支持的堅(jiān)硬外部,本來(lái)是指昆蟲或甲殼類動(dòng)物身體外表的骨骼，具有支撐和保護(hù)作用。這里的外骨骼機(jī)器人是穿著人身上的一種助力裝備，它融合了傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算，為作為操作者的人提供一種可穿戴的機(jī)械機(jī)構(gòu)的綜合技術(shù)，主要作用是增強(qiáng)人體機(jī)能，使人得負(fù)重能力大大增加。

目前助力型外骨骼機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上多采用的剛性連接設(shè)計(jì)，這樣的結(jié)構(gòu)不夠柔性，不靈活。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種外骨骼機(jī)器人髖關(guān)節(jié)，其具有柔性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種外骨骼機(jī)器人，其具有柔性的髖關(guān)節(jié)。

外骨骼機(jī)器人包括腰部構(gòu)件、大腿構(gòu)件及驅(qū)動(dòng)大腿構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，一種應(yīng)用在該外骨骼機(jī)器人上的髖關(guān)節(jié)包括用于連接腰部構(gòu)件的上連接件、用于連接大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的下連接件以及連接在上連接件和下連接件之間的彈性部件，所述腰部構(gòu)件依次通過(guò)上連接件、彈性部件相對(duì)于下連接件進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。

所述彈性部件的長(zhǎng)度方向的兩端分別對(duì)應(yīng)連接上連接件和下連接件。

所述彈性部件的下端鉸接于下連接件。

所述鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平行于人體的前后方向。

所述彈性部件包括彈簧銷以及套在彈簧銷外側(cè)的彈簧；所述彈簧銷的下端鉸接 于下連接件，所述上連接件滑動(dòng)套裝在所述彈簧銷上并抵頂所述彈簧的上端。

所述彈簧銷的上端安裝有防止所述上連接件脫離于所述彈簧銷的限位件。

所述上連接件為滑套，所述彈簧銷為螺桿，所述彈簧為螺旋彈簧，所述螺桿的上端螺紋處安裝有防止所述滑套脫離于所述螺桿的螺母。

所述彈簧銷的下端連接有u形鉸接件，所述下連接件為片狀連接件，所述片狀連接件插入所述u形鉸接件內(nèi)與u形鉸接件鉸接。

所述彈簧銷的下端開(kāi)設(shè)有通孔，所述u形鉸接件的上端開(kāi)設(shè)有螺栓孔，所述u形鉸接件通過(guò)螺栓安裝在螺栓孔、通孔內(nèi)與彈簧銷固定連接。

所述下連接件包括固定連接的上連接片和下連接片，所述上連接片插入所述u形鉸接件內(nèi)與u形鉸接件鉸接，所述下連接片用于固定連接所述大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)并平行于人體前后方向。

外骨骼機(jī)器人，包括腰部構(gòu)件、大腿構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)大腿構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)、連接在大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)與腰部構(gòu)件之間的髖關(guān)節(jié)，所述髖關(guān)節(jié)為任一項(xiàng)上述的髖關(guān)節(jié)。

所述上連接件與腰部構(gòu)件為一體設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的外骨骼機(jī)器人及其髖關(guān)節(jié)，其中，腰部構(gòu)件依次通過(guò)上連接件、彈性部件相對(duì)于下連接件進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，這樣構(gòu)成柔性的髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，它可以使外骨骼機(jī)器人更貼合人體，不但實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人腰部的動(dòng)作功能，還可以使機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，使腿部關(guān)節(jié)產(chǎn)生的應(yīng)變力達(dá)到最小化。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中外骨骼機(jī)器人的立體圖；

圖2為圖1中髖關(guān)節(jié)的局部分解視圖；

圖3為圖1中髖關(guān)節(jié)的主視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更 多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本發(fā)明實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。

圖1所示的外骨骼機(jī)器人可以是一個(gè)完整的外骨骼機(jī)器人的全部或者部分，其根據(jù)需要可以增加上肢部件，以輔助人體實(shí)現(xiàn)上肢動(dòng)作。在圖1中僅僅示出了機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電池組、電機(jī)及減速器、傳感器等可以根據(jù)已有的設(shè)計(jì)來(lái)布置，圖1所示的外骨骼機(jī)器人可以幫助人行走、起立、坐下等。其作為動(dòng)力輔助機(jī)器可以有廣泛的應(yīng)用，例如軍事領(lǐng)域或者生活領(lǐng)域，例如可以設(shè)置成裝置的助力大小由控制系統(tǒng)設(shè)定，針對(duì)下肢癱瘓的顧客進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的外骨骼機(jī)器人包括腰部構(gòu)件1、大腿構(gòu)件3、小腿構(gòu)件4以及腳部構(gòu)件5，在圖1中的結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。腰部構(gòu)件1與大腿構(gòu)件3之間通過(guò)髖關(guān)節(jié)2、大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)6連接，大腿構(gòu)件3與小腿構(gòu)件4通過(guò)小腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)7連接、小腿構(gòu)件4與腳部構(gòu)件5通過(guò)腳部驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)8連接。

髖關(guān)節(jié)2包括上連接件、下連接件和彈性部件。如圖2所示，上連接件為滑套22，下連接件包括上連接片26和下連接片27。彈性部件包括彈簧銷24以及套在彈簧銷外側(cè)的彈簧23。在圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中，彈性部件的長(zhǎng)度方向的兩端分別對(duì)應(yīng)連接上連接件和下連接件。在另一實(shí)施例中，不限于彈性部件的長(zhǎng)度方向，只要有彈性部件來(lái)實(shí)現(xiàn)腰部構(gòu)件可彈性地相對(duì)于上連接件進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)即可。彈簧銷24的上端與固定在腰部構(gòu)件1的滑套22滑動(dòng)配合，其頂部連接有螺母21，用于防止彈簧銷24與滑套22脫落?；?2可以與腰部構(gòu)件1做成一體。

繼續(xù)參照?qǐng)D2，彈簧銷24的下端與上連接片26鉸接，其鉸接的軸線平行于y軸，y軸通常在行業(yè)內(nèi)被定義為人體的前后方向，該鉸接有利于實(shí)現(xiàn)大腿構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。上連接片26進(jìn)一步固定連接在下連接片27上，下連接片27固定在大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)6上，平行于人體的前后方向，以利于大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)6驅(qū)動(dòng)大腿構(gòu)件3運(yùn)動(dòng)。下連接片27、上連接片26以及彈簧銷24的下端可以做成一體，從制造的角度而言，將其分體制造，制造工藝更為簡(jiǎn)單。下連接片27、上連接片26也可以視為大腿驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)6上的固定部件。

彈簧銷24可以是螺桿，其頂端與螺母21連接，螺桿下側(cè)末端再焊接或者過(guò)盈配合或者其他剛性連接方式連接著第三連接件25，第三連接件25通常呈u形，銷251貫穿第三連接件25以及插入到第三連接件25中的上連接片26，從而形成鉸接。在優(yōu)選的實(shí)施例中，彈簧銷24的下端開(kāi)設(shè)有通孔，第三連接件25的上端開(kāi)設(shè)有螺栓孔，第三連接件25通過(guò)螺栓安裝在第三連接件25的螺栓孔、彈簧銷24的通孔內(nèi)與彈簧銷24固定連接，以方便拆卸。

如圖3所示，彈簧23由滑套22或者腰部構(gòu)件1壓縮，其彈性變形的行程具有一定限制，圖3所示的結(jié)構(gòu)包含四個(gè)自由度，兩側(cè)的彈簧銷24、彈簧23形成的兩個(gè)滑動(dòng)自由度，以及銷251鉸接上連接件26、第三連接件25形成的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。髖關(guān)節(jié)的連接組件由彈簧銷24和彈簧23實(shí)現(xiàn)了柔性連接，但是可以理解到該關(guān)節(jié)不僅實(shí)現(xiàn)了柔性連接，同時(shí)即便該柔性連接可以有兩個(gè)自由度而不會(huì)使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。這種設(shè)計(jì)，使外骨骼機(jī)器人更貼近人體的骨骼結(jié)構(gòu)，通過(guò)彈簧銷24下部與大腿構(gòu)件3豎直方向的鉸接，實(shí)現(xiàn)大腿構(gòu)件3的轉(zhuǎn)動(dòng)，另外在彈簧銷24處加入彈簧23，可實(shí)現(xiàn)大腿構(gòu)件3與腰部構(gòu)件1的柔性連接，該設(shè)計(jì)很好的避免了機(jī)器人在動(dòng)作過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)冗余問(wèn)題，使機(jī)器人各關(guān)節(jié)受力更加均勻，穩(wěn)定性更好；由于在彈性部件的長(zhǎng)度方向的兩端分別對(duì)應(yīng)連接上連接件和下連接件，彈性部件在彈性部件的長(zhǎng)度方向具有彈性，且彈性部件的下端鉸接于下連接件，這樣構(gòu)成柔性的髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，它可以使外骨骼機(jī)器人更貼合人體，不但實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人腰部的動(dòng)作功能，還可以使機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，使腿部關(guān)節(jié)產(chǎn)生的應(yīng)變力達(dá)到最小化。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，彈簧銷24的頂端的螺母在一些場(chǎng)合可以取消，例如彈簧銷24足夠長(zhǎng)，或者螺母可以替換為鉚接件或者其他限位結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，彈簧銷24和彈簧23可以替換為其他的彈性部件，該彈性部件僅在長(zhǎng)度方向具有彈性。

可以理解的是，除非另有定義，否則本文中所使用的所有技術(shù)術(shù)語(yǔ)具有與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。本申請(qǐng)案中描述了特定作用、裝置，但與本文中所述的作用和裝置類似或等價(jià)的任何機(jī)構(gòu)可在本技術(shù)的實(shí)踐中使用。盡管已相當(dāng)詳細(xì)地且通過(guò)說(shuō)明來(lái)描述技術(shù)的實(shí)施方式，但所述說(shuō)明僅用于清楚地理解，且并非意在限制。已在描述中使用各種術(shù)語(yǔ)來(lái)傳達(dá)對(duì)本 技術(shù)的理解，應(yīng)理解，所述各種術(shù)語(yǔ)的含義延伸到各種術(shù)語(yǔ)的常見(jiàn)語(yǔ)言或語(yǔ)法變化或形式。也應(yīng)理解，當(dāng)術(shù)語(yǔ)是指裝置或設(shè)備時(shí)，所述術(shù)語(yǔ)或名稱作為當(dāng)代的實(shí)例而提供，且本技術(shù)步驟不受所述文字范圍的限制。已使用的術(shù)語(yǔ)將被理解為已由現(xiàn)今當(dāng)代術(shù)語(yǔ)描述，這些術(shù)語(yǔ)可合理地理解為當(dāng)代術(shù)語(yǔ)或當(dāng)代術(shù)語(yǔ)所包含的體系子集命名的衍生物。進(jìn)一步地，盡管為促成提供對(duì)技術(shù)的理解，例如關(guān)于外骨骼機(jī)器人的研究，已提出一些理論思考，但修正權(quán)利要求書不受所述理論的限制。此外，在不脫離所公開(kāi)技術(shù)的范圍的情況下，技術(shù)的任何實(shí)施方式的任何一個(gè)或多個(gè)特征可與技術(shù)的任一實(shí)施方式的任何一個(gè)或多個(gè)其他特征組合。更進(jìn)一步地，應(yīng)理解，本技術(shù)不限于已為了例證而闡述的實(shí)施方式，但本技術(shù)僅由對(duì)本專利申請(qǐng)案所附權(quán)利要求書的公平解讀來(lái)定義，包括將本技術(shù)的每一元件有權(quán)享有的整個(gè)范圍的同等效力。