[发明专利]一种串并联弹性驱动的直线运动单元

说明书

一种串并联弹性驱动的直线运动单元，它涉及一种直线运动单元，以解决现有基于并联结构的伸缩机构在大负载的要求下动作十分缓慢，且抗冲击效果差，出力不稳定的问题，它包括电动直线执行器、气弹簧、气弹簧伸出轴连接件、执行器伸出轴连接件、轴、滑动套、上端细弹簧、下端细弹簧、下端粗弹簧和下端弹簧固定件；所述电动直线执行器的缸体顶端转动安装有所述气弹簧，所述气弹簧的气弹簧伸出轴与所述电动直线执行器的执行器伸出轴平行布置，所述滑动套滑动套装在所述轴上，所述执行器伸出轴连接件固装在所述电动直线执行器的执行器伸出轴上，所述滑动套与所述执行器伸出轴连接件连接。本发明用于下肢助力外骨骼机器人。

技术领域

本发明涉及一种直线运动单元，具体涉及一种串并联弹性驱动的直线运动单元。

背景技术

对于基于并联结构的下肢外骨骼机器人来讲，并联结构中伸缩机构的设计是至关重要的一环。目前大多的并联结构的伸缩机构都是用电动缸或者液压缸直接驱动的，这些机构在大负载的情况下会使得电机或液压缸的负担很大，在大负载的要求下动作十分缓慢，且不具有缓冲作用，抗冲击效果差，出力不稳定。

发明内容

本发明是为解决现有基于并联结构的伸缩机构在大负载的要求下动作十分缓慢，且抗冲击效果差，出力不稳定的问题，进而提供一种串并联弹性驱动的直线运动单元。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种串并联弹性驱动的直线运动单元，它包括电动直线执行器、气弹簧、气弹簧伸出轴连接件、执行器伸出轴连接件、轴、滑动套、上端细弹簧、下端细弹簧、下端粗弹簧和下端弹簧固定件；

所述电动直线执行器的缸体顶端转动安装有所述气弹簧，所述气弹簧的气弹簧伸出轴与所述电动直线执行器的执行器伸出轴平行布置，所述电动直线执行器的执行器伸出轴为中空腔，所述轴的上段插装在所述中空腔内，所述滑动套滑动套装在所述轴上，所述执行器伸出轴连接件固装在所述电动直线执行器的执行器伸出轴上，所述滑动套与所述执行器伸出轴连接件连接，所述执行器伸出轴连接件与所述气弹簧伸出轴连接件固接；所述轴的上段上套装有上端细弹簧，上端细弹簧的两端分别与所述轴的上段的端部和所述执行器伸出轴连接件连接，所述轴的下段和所述滑动套上套装有所述下端细弹簧和所述下端粗弹簧，所述轴的下段的端部固装有下端弹簧固定件，所述下端细弹簧的两端和下端粗弹簧的两端分别与所述执行器伸出轴连接件和所述下端弹簧固定件连接。

本发明的有益效果是：一、并联弹性结构，利用气弹簧被动提供一部分支撑力，增加了直线运动单元的支撑能力；二、串联弹性结构，利用粗细两种弹簧在不同情况起作用，细弹簧使负载可以超过直线运动单元速度运动，粗弹簧使得能量循环利用，起到缓冲作用，提高了抗冲击能力，并且使电机出力更稳定。三、由于人在行走时人腿都是在支撑状态时才会需要很大的力，气弹簧与电动直线执行器并联共同作用起到支撑作用，增加了整个直线运动单元的负载能力，用于布置在滑动套上的轴的两端各有一个细弹簧，在平衡位置处起作用，当压缩到一定程度后下端的粗弹簧才起作用。这是考虑到用于基于并联结构的下肢助力外骨骼时，当人的腿部处于摆动相时，只有两个细弹簧起作用，此时如果人在某些运动的瞬间的速度过快，电机速度跟不上，靠两个细弹簧的压缩量使得人体运动速度可以超过机构速度。当人的小腿处于支撑相时，依靠粗弹簧和下端细弹簧的共同压缩产生一定的缓冲，以及人腿在摆动相与支撑相切换时弹簧的压缩与伸长来节省能源。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为电动直线执行器的结构示意图；

图3为气弹簧和电动直线执行器的连接结构示意图；

图4为气弹簧伸出轴连接件、执行器伸出轴连接件、轴、滑动套、执行器伸出轴相互连接关系示意图；

图5为下弹簧固定套筒、下弹簧刚度调节垫圈、下端细弹簧、下端细弹簧、下端粗弹簧和下端弹簧固定件连接关系示意图；