[发明专利]一种基于正压摩擦原理的变刚度外骨骼结构

说明书

本发明公开一种基于正压摩擦原理的变刚度外骨骼结构，包括C型管，套装在C型管外的套筒，该套筒与C型管间隙配合，与C型管能实现相对转动；该C型管内放置有一个弹性管，该弹性管一端开口连接气嘴，通过气嘴充气膨胀处于工作状态后，该弹性管使得C型管与套筒之间的压力增大、摩擦力增大，从而实现关节的变刚度或锁紧。本发明能使可穿戴外骨骼设备产生明显的变刚度效果，并且易于控制其实现缓冲效果或者锁紧的功能，为刚性机器人系统或者可穿戴外骨骼系统提供原理简单的关节变刚度方案，并且具有结构简单、体积小、重量轻以及容易控制的优点。

技术领域

本发明涉及外骨骼结构技术领域，特别是涉及一种基于正压摩擦原理的变刚度外骨骼结构。

背景技术

外骨骼是一种穿戴设备，具备辅助人体运动减少人体消耗，或者往复提供特定的运动形式帮助病人康复，又或者能够增强人的能力等，在物流行业、康复产业、抢险救灾等场景下具有广泛的应用前景。

传统的可穿戴变刚度外骨骼一般采用刚性材料设计，并且从采用电动控制电动机实现变刚度。其存在的不足之处就是：体积大、重量大，变刚度的结构设计比较复杂，可推广性和实用性不高，实用价值不是很大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的缺陷，而提供一种应用新的变刚度原理和结构设计方法，设计一种结构简单且容易控制的变刚度外骨骼，能够大大降低可穿戴变刚度外骨骼的体积和重量，具有很高的实用推广价值，为现有的可穿戴变刚度外骨骼设备及变刚度机器人的结构设计提供更加优秀的方案。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于正压摩擦原理的变刚度外骨骼结构，包括C型管，套装在C型管外的套筒，该套筒与C型管间隙配合，与C型管能实现相对转动；该C型管内放置有一个弹性管，该弹性管一端开口连接气嘴，通过气嘴充气膨胀处于工作状态后，该弹性管使得C型管与套筒之间的压力增大、摩擦力增大，从而实现关节的变刚度或锁紧。

其中，所述套筒外安装有固定环，固定环为两个，间隔布置在近两端的位置，固定环上有螺纹通孔，与套筒上的螺纹孔对准后用连接杆或者螺钉实现与套管内相连接。

其中，所述套筒通过C型管上安装的挡圈实现轴向固定，所述挡圈安装在对应的所述固定环的外侧，并与所述固定环相接触。

其中，所述气嘴自所述C型管的一端伸出于外部。

其中，所述C型管的管壁上形成螺纹孔，用于螺纹连接将多个变刚度外骨骼结构串接起来的连接杆，该连接杆的另一端螺纹连接在固定环上有螺纹通孔内，并进入到套筒上对应的螺纹孔中。

其中，所述气嘴通过导气管接口、导气管与二位三通电磁阀连接，二位三通电磁阀能够切换弹性管的工作状态和常压状态。

本发明能使可穿戴外骨骼设备产生明显的变刚度效果，并且易于控制其实现缓冲效果或者锁紧的功能，为刚性机器人系统或者可穿戴外骨骼系统提供原理简单的关节变刚度方案，并且具有结构简单、体积小、重量轻以及容易控制的优点。

附图说明

图1为基于正压摩擦原理的变刚度外骨骼结构单元的原理图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的向视图；

图4为变刚度外骨骼结构单元串联图；

图5为变刚度外骨骼结构单元的气压控制原理图；

图6为串联变刚度外骨骼的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。