[实用新型]一种外骨骼模块化锁定‑放松关节

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人应用技术领域，尤其涉及一种外骨骼模块化锁定-放松关节。

背景技术

外骨骼是模仿昆虫外部骨骼的一种人体穿戴设备，可以给人提供额外的能力，增强人体机能，外骨骼的应用可分为三个主要领域：军事、民用以及医疗，在军事领域主要突破人体力量、速度等方面的身体极限，民用领域面向工程施工、紧急救助、生产制造、搬运运输、危险工作等，医疗领域主要用作于康复治疗，辅助残疾人、老年人以及上肢、下肢无力患者、瘫痪病人等自主行走。

当前，国内外针对外骨骼机器人的研究不断深化，但研究领域主要集中于各关节电机主动驱动，主动驱动外骨骼各关节运动所需电机功率大，能耗高，因此电机的尺寸、重量、电池连续使用时间极大地限制了下肢外骨骼的发展，尤其在功能方面，还没有一种外骨骼关节能够实现人体需要运动时该关节跟随人体运动而不需要外部能源驱动、人体需要保持某一姿势时该关节锁定进而为人体提供支撑的功能。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种外骨骼模块化锁定 -放松关节，其可以跟随人体被动运动，不需要外部能源驱动，在使用者需要保持某一姿态时由电机驱动关节锁定后关节自锁，电机功率小、能耗低，实现对人体提供支撑的功能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种外骨骼模块化锁定-放松关节，包括肢体一、肢体二、关节随动机构和关节锁紧机构，随动机构将肢体一和肢体二连接起来，肢体一与肢体二与人体连接，跟随人体运动而绕随动机构的轴线被动运动，锁紧机构固定在肢体二上。

关节随动机构包括行星齿轮系、轴承套杯、轴承、轴承端盖，肢体一位于行星齿轮系与轴承套杯之间，肢体一固定在行星齿轮系的外壳上，行星齿轮系的外壳与行星齿轮系的行星架固定在一起，行星齿轮系的太阳轮与其中心轴连接在一起，轴承套杯与行星齿轮系的内齿轮连接在一起，轴承端盖将轴承压紧在轴承套杯内，肢体二固定在轴承套杯上，当人体运动时带动肢体一绕轴转动，进而行星齿轮系外壳及固定在其上的行星架绕轴转动，从而带动行星轮绕太阳轮转动的同时自转，并与行星齿轮系的内齿轮啮合转动，实现肢体一与肢体二的被动运动，关节随动机构还包括大齿轮，大齿轮与行星齿轮系的中心轴连接，轴端挡圈通过紧固件固定在轴端，限制大齿轮的轴向移动。

本实用新型的优选方案中，随动机构的轴承为一对面对面布置的角接触球轴承。

本实用新型的优选方案中，行星齿轮系系的增速比为1:4。

关节锁紧机构包括小齿轮、制动盘及制动器，小齿轮与随动机构的大齿轮相互啮合并各自绕其中心轴转动，小齿轮固定在制动盘上，小齿轮与制动盘共同绕轴转动，制动器包括制动臂、制动块及抱闸装置，制动臂位于制动盘两侧，制动臂的一端连接在肢体二上，制动臂可以绕连接点转动，制动臂另一端连接有弹簧机构，两制动臂间通过弹簧机构分离，制动块固定在制动臂上，抱闸装置带动制动臂活动端向内旋转，两制动臂带动两制动块压紧制动盘，使制动盘不再绕轴转动，此时小齿轮与大齿轮均无法转动，因此，行星齿轮系也不能再转动，肢体一与肢体二被固定，实现关节锁定。

本实用新型的优选方案中，大齿轮与小齿轮的增速比为1:2。

本实用新型的优选方案中，所述弹簧机构包括固定在制动臂上的弹簧支柱一，固定在肢体二上的弹簧支柱二，以及连接弹簧支柱一与弹簧支柱二的拉力弹簧，拉力弹簧拉动制动臂远离制动盘。

本实用新型的优选方案中，所述抱闸装置包括电机、减速器、传动系统、丝杆、楔形架、导向轴、滑轨及楔形滑块，电机与减速器相连，减速器固定在电机固定板一端，电机固定板另一端固定在楔形架上，减速器输出轴上装有带轮一，带轮一通过皮带与带轮二构成传动系统，带轮二下方连接有丝杆，丝杆的一端与带轮二固定，丝杆另一端通过安装在楔形架内的轴承穿过楔形架，而后继续穿过滑轨，丝杆可与楔形架相对转动，丝杆螺母固定在滑轨上，丝杆与螺母构成丝杆螺母副，当带轮二带动丝杆转动，丝杆相对螺母转动的同时还相对螺母上下运动，从而实现楔形架整体的上下运动，丝杆两侧至少设置有一个导向轴，导向轴另一端固定在滑轨上面，滑轨为中空柱体，滑轨两端分别设置一楔形滑块，滑块的楔形端与楔形架相配合并与制动臂的活动端连接，滑块与制动臂可绕连接点相对转动。

本实用新型的优选方案中，所述制动块的制动部分横截面呈等腰梯形，制动盘侧面也有相应的梯形槽。

本实用新型的优选方案中，所述丝杆轴承为角接触球轴承。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：