[发明专利]基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节

说明书

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节。一种基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节，包括小腿连接件、交叉滚子轴承、线圈组件、大腿连接件和离合定位组件；小腿连接件和大腿连接件通过交叉滚子轴承连接，使膝关节能灵活地旋转，线圈组件固定设置在大腿连接件中，离合定位组件包括转轴滑台，转轴滑台穿过交叉滚子轴承、线圈组件、大腿连接件后与所述小腿连接件固定连接，通过对线圈组件通断电来使线圈组件与离合定位组件的齿圈啮合与分离，最终实现小腿连接件和大腿连接件锁紧和解锁。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节。

背景技术

人的能力有限，有必要研发辅助人的设备来提高人的生理机能。外骨骼机器人是一种人机一体化装置，可用于扩充或增强人的生理机能，如提高人在行走时的耐久性、负重能力等特定的能力。外骨骼机器人用于军事或者体力劳动中，让穿戴者得到更好保护，且具有比正常人更强的体能。近年外骨骼机器人来越来越受重视，对机器人的要求也越来越高且越来越接近实际生活，要求机器人结构紧凑、质量和惯性尽可能小、控制方便等。以电机作为关节会导致外骨骼机器人结构体积大、重量重的结果，而膝关节是人体负重较大的关节之一，如何提高膝关节的工作性能是一个亟需解决的难题。

发明内容

本发明提出一种基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节，具有结构简单、控制方便、能耗低、具备锁紧、支撑功能等特点，将该膝关节应用于外骨骼机器人上，通过对其膝关节的励磁线圈通过较小的电流，可在任意时刻及姿态(如下蹲)或动态下锁紧支撑相膝关节，起到支撑作用，减轻负载，减少穿戴者的能量损耗。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于电磁离合的外骨骼机器人膝关节，其特殊之处在于，

包括小腿连接件、交叉滚子轴承、线圈组件、大腿连接件和离合定位组件；

小腿连接件和大腿连接件通过交叉滚子轴承连接，使膝关节能高精度地旋转运动，线圈组件固定设置在大腿连接件中，离合定位组件包括转轴滑台，转轴滑台穿过交叉滚子轴承、线圈组件、大腿连接件后与所述小腿连接件固定连接，通过对线圈组件通断电来使线圈组件与离合定位组件的齿圈啮合与分离，最终实现小腿连接件和大腿连接件锁紧和解锁。

进一步地，上述小腿连接件上设有用于与外骨骼机器人的小腿进行固定的第一螺纹孔、用于与离合定位组件固定连接的第二沉头孔、用于与交叉滚子轴承固定的第一沉头孔。

进一步地，上述交叉滚子轴承，分别与小腿连接件和大腿连接件通过螺栓固定连接，使得小腿连接件和大腿连接件能高精度地旋转运动。交叉滚子轴承也保证其和小腿连接件、线圈组件、大腿连接件和离合定位组件同轴，进而保证在励磁线圈通电后齿圈Ⅰ和齿圈Ⅱ的完全啮合。

进一步地，上述线圈组件包括线圈安装槽、励磁线圈和齿圈Ⅰ；线圈安装槽为柱状体，柱状体的中心设有第一圆槽，其一端设有U型槽，柱状体的端面设有第一通孔，第一通孔内依次装入滚珠、弹簧、顶丝；励磁线圈固定设置在U型槽内，固定设置在齿圈Ⅰ内；励磁线圈通电时，衔铁与线圈安装槽吸合，压紧滚珠，弹簧压缩；断电瞬间，弹簧复原推动滚珠，滚珠顶紧衔铁并带动齿圈Ⅱ沿轴向复位。齿圈Ⅰ的一个端面设有第一矩形导向齿，另一个端面设有第一细牙梯形齿。

进一步地，上述线圈安装槽侧面设有第二通孔，齿圈Ⅰ的侧面设有第三通孔，第二通孔与第三通孔通过销轴固定连接。

进一步地，上述大腿连接件上设有用于与交叉滚子轴承固定的第二螺纹孔，用于嵌入第一矩形导向齿的凹槽，用于与外骨骼机器人的大腿固定的第三螺纹孔，用于装电线的第二过线孔。大腿连接件通孔与交叉滚子轴承通过螺栓连接，用于实现大腿连接件的转动。

进一步地，上述大腿连接件上设有大凹槽，用于嵌入线圈组件；大腿连接件其侧面设有第四通孔，用于通过销轴固定线圈组件。

进一步地，上述离合定位组件包括衔铁、齿圈Ⅱ、和转轴滑台。