CN109079841A - 一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，包括弧形轨道以及设置在弧形轨道外表面的关节基座，所述关节基座上设置有行走轮，所述行走轮通过扭矩传感器与动力组件连接，所述行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条，所述行走轮与齿条啮合连接，所述关节基座上还设置有限位组件，所述限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动。本发明能够独立做到回转运动，与人体的耦合效果极佳，提高使用体验感受。
Description
技术领域
本发明涉及外骨骼机器人领域，具体涉及一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节。
背景技术
近年来，随着社会快速的发展变化，人口老龄化问题及医疗康复问题日益严重；同时，世界范围内的地质灾害频繁发生，都向辅助类机器人领域提出了新的需求。外骨骼助力机器人是一种供人穿戴的人机一体化机械装置，将人的智力和机器人的“体力”完美地结合在一起，具有广泛的应用前景。
外骨骼机器人通过人与机器人之间的交互配合，人向机器人传达控制指令，机器人则发挥其强大的承受负载能力。因此，机器人需要匹配人体的自然运动。
人体上肢分为肩、大臂、肘、小臂和手，通过机器人的每个关节来实现人体上肢的各种运动，包括伸、屈、外展、内收和回旋。当前，由于回旋运动关节会影响到外骨骼机器人与人体的耦合特性，所以外骨骼机器人的设计难点主要是上肢大臂和小臂的内旋和外旋的回旋关节设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，能够独立做到回转运动，与人体的耦合效果极佳，提高使用体验感受。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，包括弧形轨道以及设置在弧形轨道外表面的关节基座，所述关节基座上设置有行走轮，所述行走轮通过扭矩传感器与动力组件连接，所述行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条，所述行走轮与齿条啮合连接，所述关节基座上还设置有限位组件，所述限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动。
进一步的，所述行走轮位于轴向的两侧边均设置有防护导向板，所述行走轮与齿条啮合时，两个防护导向板位于齿条两侧边。
进一步的，所述动力组件包括依次连接的编码器、刹车器、电机和减速器，所述减速器安装在动力安装板上，所述动力安装板固定在关节基座上，所述减速器的输出端与扭矩传感器连接。
进一步的，所述齿条为带齿皮带，所述带齿皮带贴合弧形轨道外表面设置，并且两端均设置有夹持部，所述夹持部固定设置在弧形轨道上。
进一步的，所述弧形轨道两侧边上均设置有限位组件，限位组件包括至少三个限位轮，至少三个限位轮分布设置在弧形轨道的外表面以及内表面上并抵接。
进一步的，所述关节基座与回转转接臂连接，所述回转转接臂包括两个L型支板，两个L型支板平行设置，并且长端固定在关节基座上、两个短端之间设置有辅助搭持部。
进一步的，所述弧形轨道的内表面上设置有安装连接座，所述安装连接座与穿戴组件支架连接，所述安装连接座上设置有弧形避让部。
进一步的，所述安装连接座对应的弧形轨道上设置有安装槽，所述安装连接座与安装槽的槽壁固定连接。
进一步的，所述弧形轨道上还设置有限位开关，所述关节基座上设置有与限位开关配合的限位触发挡件。
本发明的有益效果：
采用弧形轨道、齿条、行走轮配合，能够实现关节基座沿弧形轨道外周转动，关节基座带动上肢进行转动，当上肢位于关节基座转动中心时，即达到了上肢回转的效果，整体结构简单，运行稳定可靠，并且与人体匹配运动极佳。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的关节基座上部结构示意图；
图3是本发明的关节基座下部结构示意图；
图4是本发明的弧形轨道部分示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1至图4所示，本发明的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节的一实施例，包括弧形轨道1以及设置在弧形轨道外表面的关节基座2，关节基座上设置有行走轮3，行走轮通过扭矩传感器4与动力组件5连接，行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条6，行走轮与齿条啮合连接，关节基座上还设置有限位组件7，限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动。在使用时，动力组件驱动行走轮转动，行走轮转动后能够带动关节基座沿弧形轨道表面移动，即关节基座能够沿圆心做摆动，当上肢位于关节基座摆动的圆心处，且关节基座移动时，关节基座即可带动上肢做回转运动；本关节为弧形组件，因此可以设置在上肢外侧部分，对于人体不会有妨碍，使用体验效果好。
其中扭矩传感器的设置，能够检测回转力度，从而保证动力组件输出动力或者停止输出具有判断。
在一实施例中，可以根据扭矩传感器实时检测使用者上肢的动作，当使用者上肢回转运动时，扭矩传感器能够检测到扭转力以及扭转方向，通过对扭转力以及扭转方向的判别控制动力组件输出同向转动动力，辅助运动；从而使得本关节为一个主动回转的机构，提高使用体验感以及关节的智能化水平。
在行走轮位于轴向的两侧边均设置有防护导向板8，行走轮与齿条啮合时，两个防护导向板位于齿条两侧边，起到限位的效果，有效保证齿条和行走轮的相对位置。齿条可以为带齿皮带，带齿皮带贴合弧形轨道外表面设置，并且两端均设置有夹持部14，夹持部固定设置在弧形轨道上，夹持部具有降带齿皮带拉紧的作用，稳定回转。带齿皮带与行走轮配合运动，具有转动稳定的效果，通过带齿皮带自身柔性，降低运行时的振动等问题，提高运行舒适度。
动力组件包括依次连接的编码器9、刹车器10、电机11和减速器12，减速器安装在动力安装板13上，动力安装板固定在关节基座上，减速器的输出端与扭矩传感器连接。电机转动带动减速器输出，其中刹车器保证输出停止的稳定性，编码器进行编程控制，以满足控制需求，形成独立运行***。
上述的限位组件为2，分别设置在弧形轨道两侧边上，限位组件包括至少三个限位轮15，至少三个限位轮分布设置在弧形轨道的外表面以及内表面上并抵接，可以设置为4个，有效保证运行时的稳定性和顺畅度，减少摩擦。外表面以及内表面的分布使得限位轮能够限制关节基座的移动，关节基座只能够沿弧形轨道的弧形方向运动；其中限位轮中部设置有凸环结构，凸环结构对应的弧形轨道表面设置有限位凹部，配合后实现轴向方向的限位。
在使用时，可以再关节基座上安装回转转接臂，回转转接臂用于与上肢连接，用于传递回转动力；回转转接臂包括两个L型支板16，两个L型支板平行设置，并且长端固定在关节基座上、两个短端之间设置有辅助搭持部17，L型支板具有转折连接的效果，适合在上肢外侧传递回转动力至上肢内侧，辅助搭持部可以用于手持，或者便于上肢摆放的手持支架连接；关节基座在移动时，能够通过回转转接臂带动手持支架沿圆周移动，上肢搭设在手持支架上，此时上肢为手持支架的转动圆心，因此有效形成回转效果。
上述弧形轨道的内表面上设置有安装连接座171，安装连接座与穿戴组件支架连接，安装连接座上设置有弧形避让部18，便于上肢伸入。穿戴组件支架为相对固定的结构，因此在关节基座移动时，弧形轨道保持不动。安装连接座对应的弧形轨道上设置有安装槽19，安装连接座与安装槽的槽壁固定连接，保证连接稳定性，以及组装的便捷性。
为了提高运行稳定性，在弧形轨道上还设置有限位开关，关节基座上设置有与限位开关配合的限位触发挡件20，当回转运动到最大位置时，限位触发挡件触发限位开关，保证使用稳定性。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，包括弧形轨道以及设置在弧形轨道外表面的关节基座，所述关节基座上设置有行走轮，所述行走轮通过扭矩传感器与动力组件连接，所述行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条，所述行走轮与齿条啮合连接，所述关节基座上还设置有限位组件，所述限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动。
2.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述行走轮位于轴向的两侧边均设置有防护导向板，所述行走轮与齿条啮合时，两个防护导向板位于齿条两侧边。
3.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述动力组件包括依次连接的编码器、刹车器、电机和减速器，所述减速器安装在动力安装板上，所述动力安装板固定在关节基座上，所述减速器的输出端与扭矩传感器连接。
4.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述齿条为带齿皮带，所述带齿皮带贴合弧形轨道外表面设置，并且两端均设置有夹持部，所述夹持部固定设置在弧形轨道上。
5.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述弧形轨道两侧边上均设置有限位组件，限位组件包括至少三个限位轮，至少三个限位轮分布设置在弧形轨道的外表面以及内表面上并抵接。
6.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述关节基座与回转转接臂连接，所述回转转接臂包括两个L型支板，两个L型支板平行设置，并且长端固定在关节基座上、两个短端之间设置有辅助搭持部。
7.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述弧形轨道的内表面上设置有安装连接座，所述安装连接座与穿戴组件支架连接，所述安装连接座上设置有弧形避让部。
8.如权利要求7所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述安装连接座对应的弧形轨道上设置有安装槽，所述安装连接座与安装槽的槽壁固定连接。
9.如权利要求1所述的用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节，其特征在于，所述弧形轨道上还设置有限位开关，所述关节基座上设置有与限位开关配合的限位触发挡件。
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