本發(fā)明涉及到一種外骨骼機器人膝關節(jié)，尤其涉及一種可調(diào)增力比的外骨骼機器人膝關節(jié)。

背景技術(shù)：

膝關節(jié)作為人體下肢重要的關節(jié)之一，需要承載整個軀干的重量，它的健康狀況直接影響到人體下肢的正常運動。所以，外骨骼機器人膝關節(jié)的設計是外骨骼機器人實現(xiàn)人體行為增強的關鍵之一。

目前，外骨骼助力機器人膝關節(jié)大多數(shù)采用半擬人化的結(jié)構(gòu)設計，例如針對人體的膝關節(jié)運動采用簡化的定軸轉(zhuǎn)動副，外骨骼的大腿，小腿和液壓缸組成一個三鉸點連桿機構(gòu)。這種機構(gòu)雖然布局比較簡單，但是需要較大的行程才能滿足穿戴者關節(jié)的活動角度，所以其體積大、質(zhì)量大，需要液壓缸輸入的壓力大，并且增力比（助力比）不能根據(jù)工況改變，導致功耗大。再者，市面上的外骨骼機器人的膝關節(jié)沒有充分地考慮穿戴者的適用性和安全性，有時候只顧及其中一方面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)增力比的外骨骼機器人膝關節(jié)，通過改變平面四桿增力機構(gòu)中搖桿的長度，來改變外骨骼機器人膝關節(jié)的增力比，降低外骨骼機器人的功耗，同時其結(jié)構(gòu)配合簡單，同時考慮了穿戴者的適用性和安全性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括大腿桿、液壓缸、第一連接件、第二連接件、小腿伸長桿和小腿套筒桿；大腿桿下部與第一連接件的一端鉸接，第一連接件的另一端與第二連接件的一端鉸接，第二連接件的另一端與小腿伸長桿上部側(cè)面板孔鉸接，大腿桿下端與小腿伸長桿上端鉸接，構(gòu)成平面四桿增力機構(gòu)；液壓缸底部與位于第一連接件上面的大腿桿鉸接，液壓缸伸出桿與第一連接件中部鉸接；小腿伸長桿下部插入小腿套筒桿孔中，并與小腿套筒桿構(gòu)成滑動副，在小腿伸長桿與小腿套筒桿相配合部分分別裝有靜光柵與動光柵，靜光柵與動光柵構(gòu)成光柵式位移傳感器；小腿伸長桿在小腿套筒桿孔內(nèi)軸向移動，調(diào)整小腿長度后固定，小腿伸長桿上裝有顯示屏。

所述大腿桿下端與小腿伸長桿上端鉸接處的小腿伸長桿上端側(cè)面，焊有能限制膝關節(jié)在極限位置的運動的限位塊。

所述第一連接件為弧形連接件。

所述小腿伸長桿上部側(cè)面板上開有多個孔，第二連接件的另一端能與側(cè)面板上任意一個孔鉸接。

所述限位塊為直角三角形限位塊。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)本發(fā)明通過在不同工況下，第二連接件與小腿伸長桿的不同孔鉸接，相當于改變平面四桿增力機構(gòu)中搖桿的長度，來改變外骨骼機器人膝關節(jié)的增力比，從而減少外骨骼機器人的功耗。

2)小腿伸長桿上的限位塊，能限制在小腿極限位置的運動，避免外骨骼對穿戴者造成損傷。

3)本發(fā)明通過調(diào)整小腿伸長桿與小腿套筒桿的長度，并通過伸長桿上的顯示屏告知穿戴者，提高了穿戴者的適用性。

4)本發(fā)明的平面四桿機構(gòu)、限位塊和鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，配合簡單，體積小、重量輕，便于外骨骼機器人控制系統(tǒng)的控制，滿足穿戴者的基本使用需求，適合用于醫(yī)療康復、單兵作戰(zhàn)、搶險救災等領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是小腿伸長桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是膝關節(jié)極限位置示意圖。

圖中：1、大腿桿，2、液壓缸，3、第一連接件，4、第二連接件，5、小腿伸長桿，6、小腿套筒桿，501、限位塊，502、圓孔，503、顯示屏，504、長度限位塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括包括大腿桿1、液壓缸2、第一連接件3、第二連接件4、小腿伸長桿5和小腿套筒桿6；

大腿桿1下部與第一連接件3的一端鉸接，第一連接件3的另一端與第二連接件4的一端鉸接，第二連接件4的另一端與小腿伸長桿5上部側(cè)面板孔鉸接，大腿桿1下端與小腿伸長桿5上端鉸接，構(gòu)成平面四桿增力機構(gòu)；液壓缸2底部與位于第一連接件3上面的大腿桿1鉸接，液壓缸2伸出桿與第一連接件3中部鉸接；小腿伸長桿5下部插入小腿套筒桿6孔中，并與小腿套筒桿6構(gòu)成滑動副，在小腿伸長桿5與小腿套筒桿6相配合部分分別裝有靜光柵與動光柵，靜光柵與動光柵構(gòu)成光柵式位移傳感器；小腿伸長桿5在小腿套筒桿6孔內(nèi)軸向移動，調(diào)整小腿長度，適用于不同腿長的穿戴者；小腿伸長桿5上裝有顯示屏503；通過小腿伸長桿5上的長度限位塊504限制小腿伸長桿5插入小腿套筒桿6長度過大，防止破壞顯示屏503；通過擰緊小腿套筒桿6上部側(cè)面板上的兩顆螺栓鎖定小腿伸長桿5和小腿套筒桿6。

如圖3所示，所述大腿桿1下端與小腿伸長桿5上端鉸接處的小腿伸長桿5上端側(cè)面，焊有能限制膝關節(jié)在極限位置的運動的限位塊501。

如圖3所示，所述第一連接件3為弧形連接件，避免在極限位置處與大腿桿1和小腿伸長桿5發(fā)生干涉。

如圖1和圖2所示，所述小腿伸長桿5上部側(cè)面板上，沿軸向排列開有多個圓孔502，第二連接件4的另一端根據(jù)所需的工況，能與側(cè)面板上任意一個孔鉸接，相當于改變四桿機構(gòu)中搖桿長度，從而改變增力比，達到增力比與工況的匹配，從而降低功耗。

如圖3所示，所述限位塊501為直角三角形限位塊或根據(jù)設計要求設定任意角度的三角形限位塊。在膝關節(jié)處于極限位置（大腿桿1與小腿伸長桿5成90°角）時，限位塊501與大腿桿1接觸，避免外骨骼機器人的過度屈曲對穿戴者造成損傷，提高了外骨骼機器人的安全性。

如圖2所示，小腿伸長桿5安裝有顯示屏503，將光柵式位移傳感器采集到的長度值記錄并告知外骨骼機器人穿戴者，避免在下次穿戴使用時重復調(diào)試長度，提高了穿戴者的適用性。

上述具體實施方式用來解釋說明本發(fā)明，不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種可調(diào)增力比的外骨骼機器人膝關節(jié)，包括大腿桿、液壓缸、第一連接件、第二連接件、小腿伸長桿和小腿套筒桿。大腿桿、第一連接件、第二連接件和小腿伸長桿通過鉸接，構(gòu)成平面四桿增力機構(gòu)；其中第二連接件根據(jù)所需的工況，與小腿伸長桿上不同的孔連接，相當于改變四桿機構(gòu)中搖桿長度，從而改變增力比。小腿伸長桿插入小腿套筒桿孔中形成滑動副，并裝有光柵式位移傳感器，能伸縮調(diào)整長度并通過伸長桿上的顯示屏告知穿戴者；通過擰緊小腿套筒桿上的螺栓鎖緊伸長桿與套筒桿。小腿伸長桿上的限位塊，能限制在極限位置的運動，避免外骨骼對穿戴者造成損傷。本發(fā)明通過簡單的機構(gòu)和配合，實現(xiàn)大助力比和提高穿戴者的適用性和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：歐陽小平;黃梓亮;陳鴻
受保護的技術(shù)使用者：浙江大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.01
技術(shù)公布日：2017.10.13