[发明专利]一种机械限位外骨骼机器人关节

说明书

一种机械限位外骨骼机器人关节，包括驱动机构、减速机构、执行机构和反馈机构，可以驱动外骨骼机器人关节的一个自由度转动。驱动机构由电机座、电机、转轴、后端盖、轴承、定子挡圈和转子挡圈组成。减速机构由减速器、输出法兰和前端盖组成。执行机构由上连接板和下连接板组成。反馈机构由绝对值编码器和相对值编码器组成。本发明前端盖中间开有‑6°～120°的扇形槽，输出法兰设计凸台，装配后输出法兰凸台位于前端盖扇形槽内部，可沿扇形槽内移动，因而将上连接板和下连接板之间的相对转动关系转换到了前端盖和输出法兰之间的相对转动，实现了机械限位，本发明通过机械结构实现关节转动角度的硬限位，提高机器人工作的安全性和可靠性。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种具有转动机械限位的外骨骼机器人关节。

背景技术

下肢外骨骼机器人为穿戴式辅助机器人，对于偏瘫患者或单侧下肢肌肉无力者，它与患者实现人机结合，不仅实现对患者的支撑，更能以正确的助力方式辅助患者完成行走、起立、蹲下等行动，满足他们的基本动作需求，以协助患者迅速康复。下肢外骨骼机器人的运动关节是该机器人运动的动力来源，需要具备与人体腿部关节一致的运动范围，保证机器人的安全性，而对关节转动角度进行机械限位能提高其可靠性。机器人在运动过程中还要符合人体的运动规律，通过对多个关节的运动的组合控制达到所需的运动步态，使穿戴者能顺利的行进。在现有的穿戴机器人关节中，因为未对关节转动角度进行机械限位，完全依靠对电机设置软限位的操作实现关节转动角度的限位，所以穿戴机器人的安全性和可靠性不高。

公开号为CN201610346270.7，发明了一种可穿戴式外骨骼机器人的髋关节结构，主要是针对机器人髋关节的结构，采用丝杠的方式传动，具有体积小和轻便可靠的优点，但是采用该传动方式效率低下，并且关节角的运动范围小，关节转动未进行机械限位设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种机械限位外骨骼机器人关节。

本发明解决技术的方案是：

一种机械限位外骨骼机器人关节，包括驱动机构、减速机构、执行机构和反馈机构，所述驱动机构经过减速机构减速后，驱动执行机构运动，并通过反馈机构记录运动的绝对值与相对值。

驱动机构包括电机座、电机、转轴、后端盖、第一轴承、第二轴承、转子挡圈和定子挡圈；所述电机座为回转体结构，端面设计有减重孔，中心处开有电机安装孔；所述电机的定子穿入电机安装孔中，与电机安装孔通过过盈配合安装，定子挡圈通过螺钉固定在所述电机座上，对电机的定子进行轴向定位；转轴插入电机的转子安装孔，与转子安装孔通过过盈配合安装，转子挡圈通过螺钉固定在转轴上，对转轴进行轴向定位，保证转轴与电机转子的固定；后端盖通过螺钉固定电机座后端面上；所述转轴一端通过第二轴承安装在电机座上，另一端通过第一轴承安装在后端盖上。

减速机构包括减速器、输出法兰、前端盖、第三轴承和平键，所述减速器采用谐波减速器，转轴的输出端加工有键槽，平键安装在所述键槽中，转轴输出端插入减速器波发生器的孔中，通过平键保证工作中转轴和减速器的波发生器相对无转动，转轴输出端和减速器波发生器通过螺钉和垫片进行轴向固定；减速器的柔轮通过螺钉固定在输出法兰上；减速器的刚轮和前端盖依次安装在电机座前端面上；所述前端盖与输出法兰通过第三轴承连接保证之间可实现相对转动。

执行机构由上连接板和下连接板组成，所述上连接板通过螺钉固定在输出法兰上，所述下连接板通过螺钉固定在前端盖上。

前端盖上开有扇形槽，所述扇形槽的下边界与X轴正半轴的夹角为-6°，上边界与X轴正半轴的夹角为120°；输出法兰设计凸台，装配后输出法兰凸台位于前端盖扇形槽内部，并可沿扇形槽内移动；

在前端盖平面内，以前端盖的中心为原点，过原点与水平面平行的线为X轴，背离前端盖与下连接板之间螺钉孔的一侧作为X轴正半轴。