CN210307799U - 一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，该装置由组成平行四边形结构的四个连杆、平行四边形四个连接点的球铰接和垂直于四边形各边中点方向上的转动、滑动连接组成，该装置的特征在于实现其在三维空间内的转动的同时，又可以实现对其转动幅度的控制。本实用新型可以实现机器人或外骨骼关节处的扭动，同时可以约束关节的转动幅度，实现稳定可靠的连接，达到减振和隔振的效果。

Description

一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置

技术领域

本发明涉及机械结构的设计，尤其涉及一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置。

背景技术

当前助力外骨骼装置中，重点集中在下肢的承载机构和控制方面的设计，对机械结构以及运动灵活性方面设计不完善，比如对髋部结构以及大腿的扭转自由度的考虑有所欠失。助力外骨骼装置给人提供助力前行时或机器人按指示行走时，产生的速度和加速度会造成振动和冲击现象，对机械装置产生不利的影响，因此做好减振和隔振工作变得越来越重要。目前存在的助力外骨骼装置和机器人，一些只考虑到助力功能和行走功能，对减振、隔振欠考虑；一些将助力功能和行走功能，减震、隔振分开设计，使得装置复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是发明一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，既可以实现髋部的助力要求，又可以起到减振和隔振的效果，同时可以实现大腿的扭动自由度，约束髋部与大腿的转动范围，实现稳定可靠的连接。

发明目的是通过以下方式实现的：一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，机器人或机械外骨骼的背架与髋部连块相连，髋部第一连杆同时与髋部连块和髋部平行四边形结构相连，髋部平行四边形结构再连到髋部；机器人或机械外骨骼的大腿第一连板和大腿第二连板之间用腿部平行四边形结构联接，同时大腿侧板与腿部平行四边形结构固定相连，大腿连块与腿部平行四边形结构联接。

本发明适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，髋部连块转动带动髋部第一连杆以髋部连块中心为轴心转动，同时带动髋部平行四边形结构以髋部销为轴心扭动，从而实现髋部的扭动，同时可以控制髋部的转动范围；腿部平行四边形结构根据大腿侧板给的力可以实现内外侧扭动，同时带动大腿第一连板和大腿第二连板扭动，实现腿部转动自由同时可以控制大腿的转动范围。髋部平行四边形结构连接髋部和背架，同时将髋部和背架隔开，起到隔振的效果；由于平行四边形连杆装置本身的结构特点，自带减振功能，所以在助力行走中对髋部和大腿又起到减振的功能。

附图说明

图1为本发明装置在机器人或外骨骼髋部结构处使用案例的整体结构斜视45度立体图；

图2为本发明装置在机器人或外骨骼胯部连接大腿关节处使用案例的整体结构斜视45度立体图；

图3为本发明装置在机器人或外骨骼髋部使用案例中的正视图；

图4为本发明装置在机器人或外骨骼髋部结构处使用案例的整体结构俯视图；

图5为本发明装置在机器人或外骨骼胯部连接大腿关节处使用案例中的正视图；

图6为本发明装置在机器人或外骨骼胯部连接大腿关节处使用案例的整体结构俯视图；

图7为本发明发明装置在机器人或外骨骼髋部使用案例中背架、电机与传动装置互相关系位置的结构示意图；

图8为本发明发明装置在机器人或外骨骼髋部使用案例中背架、电机与传动装置链接与传动的结构原理图。

上述图中标号名称: 100、背架;101、髋部连块; 102、髋部第一连杆; 103、髋部平行四边形结构; 104、髋部; 105、髋部直角球头关节轴承; 106、髋部销; 107、髋部第二连杆; 200、外骨骼的大腿第一连板; 201、大腿第二连板; 202、腿部平行四边形结构; 203、大腿侧板; 204、大腿连块; 205、腿部直角球头关节轴承; 206、大腿侧杆; 300、电机;301、传动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法做进一步的详述。

结合图1和图2可以看到，机器人或机械外骨骼的背架与髋部连块相连，髋部第一连杆同时与髋部连块和髋部平行四边形结构相连，髋部平行四边形结构再连到髋部；髋部连块转动带动髋部第一连杆以髋部连块中心为轴心转动，同时带动髋部平行四边形结构以髋部销为轴心扭动，从而实现髋部的扭动，同时可以控制髋部的转动范围。外骨骼的大腿第一连板和大腿第二连板之间用腿部平行四边形结构联接，同时大腿侧板与腿部平行四边形结构固定相连，大腿连块与腿部平行四边形结构联接；腿部平行四边形结构根据大腿侧板给的力可以实现内外侧扭动，同时带动大腿第一连板和大腿第二连板扭动，实现腿部转动自由同时可以控制大腿的转动范围。髋部平行四边形结构连接髋部和背架，同时将髋部和背架隔开，起到隔振的效果；由于平行四边形连杆装置本身的结构特点，自带减振功能，所以在助力行走中对髋部和大腿又起到减振的功能。

结合图3和图4可以看到，髋部连杆通过髋部直角球头关节轴承与髋部相连，髋部第二连杆与髋部销用螺丝固定相连，同时髋部销与背架过余相连；实现髋部销以及髋部第二连杆以中心为轴的旋转自由度，同时限制了髋部第二连杆空间移动自由；在髋部直角球头关节轴承的作用下，髋部第二连杆旋转带动髋部扭动；由于髋部平行四边形结构各个边长度的固定以及髋部第一连杆转动范围的限制，从而控制髋部在特定范围内扭动。

结合图5和图6可以看到，大腿第一连板通过腿部直角球头关节轴承与大腿侧杆固定相连，大腿侧板固定在大腿侧杆上，同时大腿连块与大腿侧杆之间也通过腿部直角球头关节轴承固定相连；大腿中间连杆穿过大腿连块与大腿第一连板和大腿第二连板过余连接；实现大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板以大腿中间连杆为轴的旋转自由度，同时限制了大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板的空间移动自由；在腿部直角球头关节轴承的作用下，大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板旋转带动大腿侧杆和大腿侧板扭动；由于腿部平行四边形结构各个边长度的固定，从而控制腿部框架在特定范围内扭动。

结合图7和图8可以看到，背架内的电机经过传动结构带动髋部连块以髋部连块中心为轴转动，由于髋部连块上的直角球头关节轴承的位置偏离髋部连块中心，所以当髋部连块转动时，髋部连块上的直角球头关节轴承以距髋部连块轴心的长度为半径做圆周运动。

Claims (4)

1.一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，其特征在于，包括组成平行四边形结构的四个连杆、平行四边形四个连接点的球铰接；机器人或机械外骨骼的背架（100）与髋部连块（101）相连，髋部第一连杆（102）同时与髋部连块（101）和髋部平行四边形结构（103）相连，髋部平行四边形结构（103）再连到髋部（104）；机器人或机械外骨骼的大腿第一连板（200）和大腿第二连板（201）之间用腿部平行四边形结构（202）联接，同时大腿侧板（203）与腿部平行四边形结构（202）固定相连。

2.根据权利要求1所述的一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，其特征在于，所述髋部平行四边形结构包括髋部直角球头关节轴承、髋部销、髋部第二连杆；其中，髋部连杆通过髋部直角球头关节轴承与髋部相连，髋部第二连杆与髋部销用螺丝固定相连，同时髋部销与背架过余相连；实现髋部销以及髋部第二连杆以中心为轴的旋转自由度，同时限制了髋部第二连杆空间移动自由；在髋部直角球头关节轴承的作用下，髋部第二连杆旋转带动髋部扭动；由于髋部平行四边形结构各个边长度的固定以及髋部第一连杆转动范围的限制，从而控制髋部在特定范围内扭动，即实现髋关节的沿横切面方向转动，实现机器的向前抬腿或向后踏步，同时限制其转动的角度。

3.根据权利要求1所述的一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，其特征在于，所述腿部平行四边形结构包括腿部直角球头关节轴承、大腿侧杆、大腿中间连杆、大腿连块；其中，大腿第一连板通过腿部直角球头关节轴承与大腿侧杆固定相连，大腿侧板固定在大腿侧杆上，同时大腿连块与大腿侧杆之间也通过腿部直角球头关节轴承固定相连；大腿中间连杆穿过大腿连块与大腿第一连板和大腿第二连板过余连接；实现大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板以大腿中间连杆为轴的旋转自由度，同时限制了大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板的空间移动自由；在腿部直角球头关节轴承的作用下，大腿连块、大腿第一连板和大腿第二连板旋转带动大腿侧杆和大腿侧板扭动；由于腿部平行四边形结构各个边长度的固定，从而控制腿部框架在特定范围内扭动，即实现大腿沿纵切面Z轴方向的转动，大腿可向机体外侧或内侧转动，但同时控制其外侧或内侧运动的角度。

4.根据权利要求1所述的一种适用于类人机器人关节自由度控制与限制的连杆装置，其特征在于，背架内的电机经过传动结构带动髋部连块以髋部连块中心为轴转动，由于髋部连块上的直角球头关节轴承的位置偏离髋部连块中心，所以当髋部连块转动时，髋部连块上的直角球头关节轴承以距髋部连块轴心的长度为半径做圆周运动，从而带动髋部连块上的直角球头关节轴承所连接的髋部第一连杆做平面移动；髋部第一连杆另一头也通过直角球头关节轴承与髋部第二上连杆连接，同时，髋部第二连杆被中心的髋部销限制了横向平移的自由度，所以，髋部第一连杆做平面移动直接带动髋部第二上连杆以中心的髋部销为轴转动，从而带动髋部平行四边形结构以髋部销为轴心扭动，实现髋部的运动。

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