[发明专利]一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人。

背景技术

目前，外骨骼机器人以其独有的人机结合方式受到了广大的研究者的青睐，其驱动方式有两种：一种是以转动执行机构驱动，另一种是以直线型执行机构来实现运动。目前的已有的直线性执行机构中，液压缸占据主要地位。但是目前的驱动连接方式，都是选择与驱动进行直接连接，而且液压缸是倾斜布置在大腿与小腿之间，见图10，这种方式在运动过程中，液压缸会随着执行机构运动，这样首先会影响整体的紧凑性，并且其构成的力矩曲线的峰值设置不到更大的角度上去，从而导致外骨骼攀爬越野的能力降低。

发明内容

本发明为解决现有外骨骼机器人利用液压缸驱动时，不够紧凑，在转动到达角度时力矩低的问题，而提出一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人。

本发明的一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人，所述机器人包括后背板、连接轴、两个髋关节、两个大腿、两个小腿和两个足部件；

每个大腿包括髋关节液压驱动部件和膝关节液压驱动部件；

髋关节液压驱动部件包括髋关节输出连接杆、髋关节液压缸连接关节、髋关节液压活塞杆、髋关节液压缸支撑罩、髋关节液压缸体和髋关节拉压力传感器，髋关节液压活塞杆的下端设置在髋关节液压缸体中，髋关节液压活塞杆的上端与髋关节拉压力传感器连接，髋关节拉压力传感器的上端与髋关节液压缸连接关节的下端连接，髋关节液压缸连接关节的上端与髋关节输出连接杆的下端通过轴承铰接，髋关节输出连接杆的上端与第三内外旋关节杆通过轴承铰接，髋关节液压缸支撑罩罩在髋关节液压活塞杆上，且髋关节液压缸支撑罩的下端与髋关节液压缸体连接，髋关节液压缸体的下端与小腿固接；

膝关节液压驱动部件包括膝关节输出连接杆、膝关节液压缸连接关节、膝关节液压活塞杆、膝关节液压缸支撑罩、膝关节液压缸体和髋关节拉压力传感器，膝关节液压活塞杆的上端设置在膝关节液压缸体中，膝关节液压活塞杆的下端与髋关节拉压力传感器连接，髋关节拉压力传感器的下端与膝关节液压缸连接关节的上端连接，膝关节液压缸连接关节的下端与膝关节输出连接杆的上端通过轴承铰接，膝关节输出连接杆的下端与小腿通过轴承铰接，膝关节液压缸支撑罩罩在膝关节液压活塞杆上，且膝关节液压缸支撑罩的上端与膝关节液压缸体连接，膝关节液压缸体的上端与第三内外旋关节杆固接；

两个髋关节对称设置在后背板的两侧，且两个髋关节上的外展内收关节杆通过连接轴与腰部捆绑板铰接，两个髋关节、两个大腿、两个小腿和两个足部件由上至下一一对应，髋关节上的屈伸关节与髋关节液压驱动部件上的髋关节液压缸支撑罩通过连接元件连接，髋关节液压缸体的下端与小腿固接，膝关节液压缸体的上端与髋关节上的第三内外旋关节杆固接，膝关节液压缸支撑罩与小腿上的膝关节转动连接件通过连接元件连接，小腿上的膝关节外壳与足部件连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明的髋关节液压缸体是竖直布置的，这样的结构可以实现把液压缸的直线推力通过髋关节输出连接杆直接传递到第三内外旋关节杆上，使得第三内外旋关节杆实现转动运动(见图5和图9)，与传统的布置方式相比较(见图10)，本发明的液压缸不会随着驱动端的运动而移动，并且可以设置在大腿3的内部，这样大大增加了结构的紧凑型，并且这种布置方式，可以使得关节在达到大角度的时候还具有相当的扭矩，见图11，在同样的空间布置下，这种布置可以明显将扭矩的峰值向后移动。

本发明的膝关节液压缸体是竖直布置的，这样的结构可以实现把液压缸的直线推力通过膝关节输出连接杆直接传递到小腿上，使得小腿实现运动(见图5)，与传统的布置方式相比较(见图10)，本发明的液压缸不会随着驱动端的运动而移动，并且可以设置在大腿3的内部，这样大大增加了结构的紧凑型，并且这种布置方式，可以使得关节在达到大角度的时候还具有相当的扭矩，见图10，在同样的空间布置下，这种布置可以明显将扭矩的峰值向后移动。

因此，本发明通过对液压缸驱动方式的改善，调整了髋关节液压驱动部件和膝关节液压驱动部件的结构，使得液压缸可以不随着驱动端移动，并且可设置在大腿中，这样使得结构的紧凑性大大增加。

二、髋关节输出连接杆和膝关节输出连接杆的设置，具有可以将力矩最大值向大角度方向移动的效果，这样为攀登、越野等需要角度弯曲的情况，提供了更大的力矩，可以提升在这些状况下的负载能力。