[发明专利]一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构及机器人

权利要求书

1.一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，其包括关节基座、关节转臂、卷簧部、棘轮部和棘爪锁定部；

所述关节基座和所述关节转臂之间具有一个自由度，该自由度所在的轴线与人体关节同轴，使得关节基座和关节转臂所连接的外骨骼下肢的大小腿之间的符合人体运动学的关节转动；

所述卷簧部设置于所述关节基座和所述关节转臂之间，用于在所述自由度的轴线方向上固定所述关节基座和所述关节转臂；所述卷簧部至少部分嵌设于所述关节基座内与之转动连接；

所述棘轮部设置于所述关节基座的外部，并且与所述卷簧部位于所述关节基座内部的侧面固定连接，用于带动卷簧部转动调整预紧力；

所述棘爪锁定部设置于所述关节基座的上方，用于将卷簧部具有预紧力传递至关节基座并转化为转矩力，使得关节基座和关节转臂之间形成反关节扭矩力。

2.根据权利要求1所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述关节基座至少设置有一个，并且位于所述关节转臂至少一侧；

和/或，所述关节基座设置有一个，所述关节基座位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；

和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并位于所述关节转臂远离人体关节内侧的一侧；

和/或，所述关节基座设置有两个，两个所述关节基座按所述自由度的轴线分布并对称布置于所述关节转臂的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述关节基座至少一侧面上形成有凹槽，优选的，所述关节基座两侧均设有凹槽，所述凹槽呈圆形，两个所述凹槽在所述自由度上同轴线但直径大小不同；大直径所述的凹槽用于安装所述卷簧部并且与之转动连接，小直径所述的凹槽用于安装所述棘轮部，使得卷簧部与所述棘轮部连接为一体；

所述关节转臂中心形成有一加强部，所述加强部与所述凹槽内转动连接的卷簧部固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述加强部为铝合金、铁、碳钢材质的多边形，优选的，所述加强部的形状为正方形或者圆形或者六边形或者三角形。

5.根据权利要求3所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述卷簧部包括与所述自由度在同轴线上的关节端盖、卷簧旋转轴、卷簧及卷簧座，所述卷簧座用于包裹式卡接卷簧的外圈端部,并且可转动的安装于大直径的所述凹槽内，所述卷簧的中心圈端部与所述卷簧旋转轴卡接，所述关节端盖用于套接式径向固定所述卷簧旋转轴并且与所述关节基座的侧面固定连接，所述卷簧旋转轴伸出至所述关节端盖外部的一端与所述加强部中心固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述卷簧旋转轴上形成有一阶梯段，该阶梯段的直径大于所述卷簧旋转轴的直径，使得卷簧旋转轴与所述关节端盖和所述卷簧座之间的定位卡接；优选的，在所述卷簧旋转轴上套接有位于所述阶梯段两侧的自润滑轴承套，该自润滑轴承套分别用于承接所述关节端盖和所述卷簧座。

7.根据权利要求5所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述卷簧旋转轴与所述加强部连接处形成有一多边嵌塞部，该多边嵌塞部包括设置于所述卷簧旋转轴端部的多边轴和贯穿在所述加强部中心与所述多边轴相适配的多边孔。

8.根据权利要求3所述的一种无源外骨骼下肢可调节助力大小的关节结构，其特征在于，所述棘轮部包括与所述自由度的轴线同轴的固定盘、棘轮和棘轮转盘，所述固定盘通过嵌塞式可转动地安装于小直径所述的凹槽中，用于固定连接所述卷簧部，所述固定盘侧面上设有中心对称的多个卡槽，所述卡槽贯穿至所述固定盘的外轮廓线，所述棘轮盘中部套接整个所述固定盘与之卡接，所述棘轮内部设有与所述卡槽相适配的凸出部，所述棘轮转盘固定连接在所述棘轮的一侧；

所述固定盘与所述卷簧部之间、所述棘轮与所述固定盘之间、及所述固定盘与所述棘轮转盘之间分别通过螺钉固定连接。