CN110948469B - 一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼 - Google Patents

一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，属于智能装置技术领域，包括：肩背连接块、肩轴、滚动轴承、合页、连杆一、连杆轴一、连杆二、角度传感器、连杆轴二、连杆三、液压缸、液压缸轴一、液压缸轴二、连杆轴三、连杆四、连杆轴四；肩背连接块与肩轴连接；连杆一通过合页连接于肩背连接块；连杆二通过连杆轴一连接于连杆一，并相对于连杆轴一转动；角度传感器紧固在连杆二上；连杆三通过连杆轴二连接于连杆二；液压缸一端通过液压缸轴一连接于连杆二上；液压缸一端通过液压缸轴二连接于连杆三上；连杆四通过连杆轴三连接于连杆三上，通过连杆轴四连接于连杆一上。解决了现有技术中重量大的问题，达到了减重的效果。

Description

一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼
技术领域
本申请涉及液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，属于智能装置技术领域。
背景技术
上肢助力外骨骼是一种可穿戴的人机一体化智能助力装置，广泛应用于军事、工业和人体康复训练领域。目前，国内外助力外骨骼机器人***的驱动结构主要采用电动、液压和气压三种。电动驱动方式又可分为直驱和绳驱，电动直驱的***设计简单，精度高，但结构庞大不美观，结构平衡性差；电动绳驱运动柔顺，但助力效果差；液压驱动的助力外骨骼机器人负重能力强，刚度大，但***重量大，柔顺能力差；气压驱动的外骨骼机器人装置轻巧，柔顺能力强，但***结构刚度低，运动稳定性低。
发明内容
本申请提供了一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，可以解决现有方案中液压驱动的外骨骼重量大的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，所述外骨骼包括：关节连接块、关节轴、滚动轴承、合页、连杆一、连杆轴一、连杆二、角度传感器、连杆轴二、连杆三、液压缸、液压缸轴一、液压缸轴二、连杆轴三、连杆四、连杆轴四；
关节连接块通过滚动轴承与关节轴连接，通过关节轴与背部进行连接；连杆一通过合页连接于关节连接块；连杆二通过连杆轴一连接于连杆一，并相对于连杆轴一转动；所述角度传感器紧固在连杆二上；连杆三通过连杆轴二连接于连杆二；液压缸的缸筒一端通过液压缸轴一连接于连杆二上；液压缸的缸杆一端通过液压缸轴二连接于连杆三上；连杆四通过连杆轴三连接于连杆三上，通过连杆轴四连接于连杆一上。
可选的，所述外骨骼还包括传感器座，传感器座紧固在连杆二上；角度传感器连接在传感器座上。
可选的，所述传感器座通过螺钉紧固在连杆二上。
可选的，所述角度传感器通过卡槽和螺钉连接在传感器座上。
可选的，所述关节连接块为双耳结构；所述连杆二为双耳结构，有凹槽，所述连杆一、连杆三及连杆四在所述凹槽内运动。
可选的，所述角度传感器为电位计、磁编码器或绝对光电编码器。
可选的，连杆一、连杆轴一、连杆二、连杆轴二、连杆三、连杆轴三、连杆四、连杆轴四整体构成四连杆机构。
可选的，所述外骨骼为肩关节外骨骼、肘关节外骨骼、腕关节外骨骼、髋关节外骨骼、膝关节外骨骼或者踝关节外骨骼。
本申请的有益效果在于：
通过在上述所述的外骨骼中使用四连杆的三自由度设计，也即将四连杆与液压驱动结合起来，变直动为转动，在相同角度运动范围内可以选用尺寸更小的液压缸，间接达到减重的目的。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1本发明所述的液压驱动四连杆的三自由度肩关节外骨骼的结构示意图；
图2本发明所述的液压驱动四连杆的三自由度肩关节外骨骼的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
请参考图1和图2，其示出了本申请一个实施例提供的一种液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，如图1和图2所示，所述外骨骼组成包括：关节连接块1-1、关节轴1-2、滚动轴承1-3、合页1-4、连杆一1-5、连杆轴一1-6、连杆二1-7、传感器座1-8、角度传感器1-9、连杆轴二1-10、连杆三1-11、液压缸1-12、液压缸轴一1-13、液压缸轴二1-14、连杆轴三1-15、连杆四1-16、连杆轴四1-17。
外骨骼可以为肩关节外骨骼、肘关节外骨骼、腕关节外骨骼、髋关节外骨骼、膝关节外骨骼或者踝关节外骨骼，本实施例以外骨骼为肩关节外骨骼来举例说明，并且，对于外骨骼为肩关节外骨骼的情况，关节连接块1-1可以为肩背连接块，关节轴为肩轴。
其中：肩背连接块1-1通过滚动轴承1-3与肩轴1-2连接，通过肩轴1-2与背部进行连接；连杆一1-5通过合页1-4连接于肩背连接块1-1；连杆二1-7通过连杆轴一1-6连接于连杆一1-5，并相对于连杆轴一1-6转动。
传感器座1-8通过螺钉紧固在连杆二1-2上；角度传感器1-9通过卡槽和螺钉连接在传感器座1-8上。本实施例仅以外骨骼包括传感器1-8来举例说明，实际实现时，角度传感器1-9还可以直接固定在连杆二1-2上，在此不做限定。另外，低于传感器座1-8与连杆二1-2的连接方式，以及角度传感器1-9与传感器座1-8的连接方式并不做限定，实际实现时还可以通过其他紧固方式来连接，比如，通过螺栓等等。其中，角度传感器1-9为电位计、磁编码器或绝对光电编码器等能够测量角位移的传感器。
连杆三1-11通过连杆轴二1-10连接于连杆二1-7；液压缸1-12的缸筒一端通过液压缸轴一1-13连接于连杆二1-7上；液压缸1-12的缸杆一端通过液压缸轴二1-14连接于连杆三1-11上；连杆四1-16通过连杆轴三1-15连接于连杆三1-11上，通过连杆轴四1-17连接于连杆一1-5上。
各个部分的特征和作用为：肩背连接块1-1为双耳结构；连杆二1-7为双耳结构，有凹槽，保证连杆一1-5、连杆三1-11及连杆四1-16的运动在其凹槽内完成，保证结构的紧凑性。连杆一1-5、连杆轴一1-6、连杆二1-7、连杆轴二1-10、连杆三1-11、连杆轴三1-15、连杆四1-16、连杆轴四1-17整体构成四连杆机构，利用四连杆机构的角度放大作用，完成任务所需的运动可以选用尺寸更小的液压缸1-12，解决了现有技术中液驱动的外骨骼重量大的问题，达到了可以减重的效果。
从图2中可以看出，由连杆一1-5、连杆轴一1-6、连杆二1-7、连杆轴二1-10、连杆三1-11、连杆轴三1-15、连杆四1-16、连杆轴四1-17整体构成的四连杆机构通过各连杆的结构设计达到机械限位的目的，满足安全性的要求，不需要额外的机械限位设计。
另外，由于上述所述的液压驱动四连杆的肩关节外骨骼具有三个自由度，也即肩背连接块1-1通过滚动轴承1-3与肩轴1-2的连接，实现肩关节的屈伸，连杆一1-5通过合页1-4连接于肩背连接块1-1；连杆二1-7通过连杆轴一1-6连接于连杆一1-5，并相对于连杆轴一1-6转动实现了肩关节的内外翻和内外旋，可以满足搬运托举不同类型、不同尺寸的货物等。
本发明提供的液压驱动四连杆的三自由度外骨骼，具有大输出角度、结构紧凑、重量轻、高刚度、负重能力强等优点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种液压驱动四连杆的三自由度肩关节外骨骼，其特征在于，所述肩关节外骨骼包括：肩关节连接块、肩关节轴、滚动轴承、合页、连杆一、连杆轴一、连杆二、角度传感器、连杆轴二、连杆三、液压缸、液压缸轴一、液压缸轴二、连杆轴三、连杆四、连杆轴四；
肩关节连接块通过滚动轴承与肩关节轴连接，通过肩关节轴与背部进行连接；连杆一通过合页连接于肩关节连接块；连杆二通过连杆轴一连接于连杆一，并相对于连杆轴一转动；所述角度传感器紧固在连杆二上；连杆三通过连杆轴二连接于连杆二；液压缸的缸筒一端通过液压缸轴一连接于连杆二上；液压缸的缸杆一端通过液压缸轴二连接于连杆三上；连杆四通过连杆轴三连接于连杆三上，通过连杆轴四连接于连杆一上；其中，所述连杆二为双耳结构，有凹槽，所述连杆一、连杆三及连杆四在所述凹槽内运动，所述连杆二的底部设置有安装槽，所述液压缸设置在所述安装槽中，所述液压缸的缸杆一端顶推所述连杆三。
2.根据权利要求1所述的肩关节外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括传感器座，传感器座紧固在连杆二上；角度传感器连接在传感器座上。
3.根据权利要求2所述的肩关节外骨骼，其特征在于，所述传感器座通过螺钉紧固在连杆二上。
4.根据权利要求2所述的肩关节外骨骼，其特征在于，所述角度传感器通过卡槽和螺钉连接在传感器座上。
5.根据权利要求1至4任一所述的肩关节外骨骼，其特征在于，所述肩关节连接块为双耳结构。
6.根据权利要求1至4任一所述的肩关节外骨骼，其特征在于，所述角度传感器为电位计、磁编码器或绝对光电编码器。
7.根据权利要求1至4任一所述的肩关节外骨骼，其特征在于，连杆一、连杆轴一、连杆二、连杆轴二、连杆三、连杆轴三、连杆四、连杆轴四整体构成四连杆机构。
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