本發(fā)明涉及一種仿生機(jī)器人領(lǐng)域,尤其涉及一種模擬人行走的下肢機(jī)器人。
背景技術(shù):
下肢機(jī)器人是仿人類(lèi)領(lǐng)域里的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,而且下肢機(jī)器人在人類(lèi)的日常應(yīng)用中也非常廣泛,可以作為腦癱、腦梗塞以及其他疾病或外傷引起的下肢運(yùn)動(dòng)能力喪失,需要進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練的輔助工具,也可以代替真人的步態(tài)開(kāi)展與人類(lèi)行走相關(guān)的實(shí)驗(yàn),例如對(duì)跑步機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試,對(duì)跑步運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行步態(tài)優(yōu)化等等,其用途將非常廣泛,因此研究一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便操作的下肢機(jī)器人具有很重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了解決現(xiàn)有的問(wèn)題,本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便操作的下肢機(jī)器人。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種下肢機(jī)器人,包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)軸、左傳動(dòng)桿、右傳動(dòng)桿、左股骨、右股骨、左脛骨、右脛骨、左連接桿和右連接桿,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在機(jī)架上,所述傳動(dòng)軸通過(guò)軸承安裝在機(jī)架上,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述傳動(dòng)軸之間通過(guò)齒輪減速傳動(dòng),在所述傳動(dòng)軸的左右兩端分別固定安裝左傳動(dòng)桿和右傳動(dòng)桿。
對(duì)左下肢而言,所述左傳動(dòng)桿上與所述傳動(dòng)軸固接的相對(duì)端與所述左連接桿的上端樞接在一起,所述左連接桿的下端與所述左脛骨的下端樞接在一起,所述左脛骨的上端與所述左股骨的下端通過(guò)左膝關(guān)節(jié)裝置連接在一起,所述左股骨的上端與所述機(jī)架樞接在一起,所述左連接桿的中部開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)槽,在所述長(zhǎng)槽內(nèi)安裝有固定在機(jī)架上,并可相對(duì)所述長(zhǎng)槽滑動(dòng)的左銷(xiāo)釘。
對(duì)右下肢而言,所述右傳動(dòng)桿上與所述傳動(dòng)軸固接的相對(duì)端與所述右連接桿的上端樞接在一起,所述右連接桿的下端與所述右脛骨的下端樞接在一起,所述右脛骨的上端與所述右股骨的下端通過(guò)右膝關(guān)節(jié)裝置連接在一起,所述右股骨的上端與所述機(jī)架樞接在一起,所述右連接桿的中部開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)槽,在所述長(zhǎng)槽內(nèi)安裝有固定在機(jī)架上,并可相對(duì)所述長(zhǎng)槽滑動(dòng)的右銷(xiāo)釘。
在具體實(shí)施例中,所述左連接桿包括左上連接桿和左下連接桿,所述左上連接桿的上端與所述左傳動(dòng)桿樞接,所述左上連接桿的下端與所述左下連接桿的上端通過(guò)可拆卸螺釘連接,所述左下連接桿的下端與所述左脛骨下端樞接。
所述右連接桿包括右上連接桿和右下連接桿,所述右上連接桿的上端與所述右傳動(dòng)桿樞接,所述右上連接桿的下端與所述右下連接桿的上端通過(guò)可拆卸螺釘連接,所述右下連接桿的下端與所述右脛骨下端樞接。
在具體實(shí)施例中,所述左傳動(dòng)桿和所述右傳動(dòng)桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)相位差為108°。
在具體實(shí)施例中,所述左膝關(guān)節(jié)裝置和所述右膝關(guān)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)相同,包括上關(guān)節(jié)軸承、連接螺栓、彈簧、下關(guān)節(jié)軸承,所述上關(guān)節(jié)軸承的外圈與所述左股骨或右股骨的下端連接,所述下關(guān)節(jié)軸承的外圈與所述左脛骨或右脛骨的上端連接,所述上關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈和所述下關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈通過(guò)所述連接螺栓連接,在所述上關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈和所述下關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈之間還安裝有所述彈簧。
在具體實(shí)施例中,所述左股骨和右股骨的長(zhǎng)度范圍為320mm~360mm,所述左脛骨和右脛骨的長(zhǎng)度范圍為340mm~380mm。
在具體實(shí)施例中,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述傳動(dòng)軸之間的齒輪減速傳動(dòng)比為2:1。
在具體實(shí)施例中,驅(qū)動(dòng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電壓為12V,轉(zhuǎn)速為100r/s的直流電動(dòng)機(jī)。
在具體實(shí)施例中,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變壓器開(kāi)關(guān)裝置電連接,所述變壓器開(kāi)關(guān)裝置安裝在所述機(jī)架上。
在具體實(shí)施例中,所述變壓器開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)安裝220V轉(zhuǎn)12V的變壓器。
本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過(guò)將一個(gè)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)了對(duì)人類(lèi)下肢運(yùn)動(dòng)的模擬,連接桿與脛骨之間的關(guān)節(jié)采用關(guān)節(jié)軸承連接,股骨與脛骨之間采用膝關(guān)節(jié)裝置連接,確保模擬過(guò)程中膝關(guān)節(jié)的多自由度,本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作也非常方便。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的正視圖。
圖2是本發(fā)明的右視圖。
圖3是本發(fā)明的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例,以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
如圖1和圖2所示,一種下肢機(jī)器人,包括機(jī)架1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、傳動(dòng)軸3、左傳動(dòng)桿41、右傳動(dòng)桿42、左股骨51、右股骨52、左脛骨61、右脛骨62、左連接桿71和右連接桿72,驅(qū)動(dòng)電機(jī)2固定在機(jī)架1上,傳動(dòng)軸3通過(guò)軸承8安裝在機(jī)架1上,驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸與傳動(dòng)軸3之間通過(guò)齒輪減速傳動(dòng),在傳動(dòng)軸3的左右兩端分別固定安裝左傳動(dòng)桿41和右傳動(dòng)桿42,
對(duì)左下肢而言,左傳動(dòng)桿41上與傳動(dòng)軸3固接的相對(duì)端與左連接桿71的上端樞接在一起,左連接桿71的下端與左脛骨61的下端樞接在一起,左脛骨61的上端與左股骨51的下端通過(guò)左膝關(guān)節(jié)裝置101連接在一起,左股骨51的上端與機(jī)架1樞接在一起,左連接桿71的中部開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)槽,在長(zhǎng)槽內(nèi)安裝有固定在機(jī)架上,并可相對(duì)長(zhǎng)槽滑動(dòng)的左銷(xiāo)釘91。左傳動(dòng)桿41、左連接桿71、左連接桿71中部的長(zhǎng)槽、左銷(xiāo)釘91和機(jī)架1組成了一個(gè)曲柄搖塊機(jī)構(gòu);而左連接桿71、左脛骨61、左股骨51和機(jī)架1組成了一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。
對(duì)右下肢而言,右傳動(dòng)桿42上與傳動(dòng)軸3固接的相對(duì)端與右連接桿72的上端樞接在一起,右連接桿72的下端與右脛骨62的下端樞接在一起,右脛骨62的上端與右股骨52的下端通過(guò)右膝關(guān)節(jié)裝置102連接在一起,右股骨52的上端與機(jī)架1樞接在一起,右連接桿72的中部開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)槽,在長(zhǎng)槽內(nèi)安裝有固定在機(jī)架1上,并可相對(duì)長(zhǎng)槽滑動(dòng)的右銷(xiāo)釘92。同左下肢一樣,右傳動(dòng)桿42、右連接桿72、右連接桿72中部的長(zhǎng)槽、右銷(xiāo)釘92和機(jī)架1組成了一個(gè)曲柄搖塊機(jī)構(gòu);而右連接桿72、右脛骨62、右股骨51和機(jī)架1組成了一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。
左連接桿71包括左上連接桿711和左下連接桿712,左上連接桿711的上端與左傳動(dòng)桿41樞接,左上連接桿711的下端與左下連接桿712的上端通過(guò)可拆卸螺釘連接,左下連接桿712的下端與左脛骨61下端樞接,通過(guò)將左連接桿71分成左上連接桿711和左下連接桿712兩個(gè)構(gòu)件,方便了運(yùn)輸;
右連接桿72包括右上連接桿721和右下連接桿722,右上連接桿721的上端與右傳動(dòng)桿42樞接,右上連接桿721的下端與右下連接桿722的上端通過(guò)可拆卸螺釘連接,右下連接桿722的下端與右脛骨62下端樞接,通過(guò)將右連接桿72分成右上連接桿721和右下連接桿722兩個(gè)構(gòu)件,方便了運(yùn)輸。
左傳動(dòng)桿41和右傳動(dòng)桿42之間的轉(zhuǎn)動(dòng)相位差為108°,這一相位角使下肢機(jī)器人的步態(tài)與真人的步態(tài)更加符合。
左膝關(guān)節(jié)裝置101和右膝關(guān)節(jié)裝置102的結(jié)構(gòu)相同,如圖3所示,包括上關(guān)節(jié)軸承103、連接螺栓105、彈簧106、下關(guān)節(jié)軸承104,上關(guān)節(jié)軸承103的外圈與左股骨51(或右股骨52)的下端連接,下關(guān)節(jié)軸承104的外圈與左脛骨61(或右脛骨62)的上端連接,上關(guān)節(jié)軸承103的內(nèi)圈和下關(guān)節(jié)軸承104的內(nèi)圈通過(guò)連接螺栓105連接,在上關(guān)節(jié)軸承103的內(nèi)圈和下關(guān)節(jié)軸承104的內(nèi)圈之間還安裝有彈簧106。
通過(guò)膝關(guān)節(jié)裝置的連接股骨和脛骨,保證了下肢機(jī)器人在模擬正常走路的過(guò)程中膝關(guān)節(jié)的多自由度活動(dòng)范圍。
左股骨51和右股骨52的長(zhǎng)度范圍為320mm~360mm,左脛骨61和右脛骨62的長(zhǎng)度范圍為340mm~380mm。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸與傳動(dòng)軸3之間的齒輪減速傳動(dòng)比為2:1。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)2為驅(qū)動(dòng)電壓為12V,轉(zhuǎn)速為100r/s的直流電動(dòng)機(jī)。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)2與變壓器開(kāi)關(guān)裝置11電連接,變壓器開(kāi)關(guān)裝置11安裝在所述機(jī)架1上,在變壓器開(kāi)關(guān)裝置11內(nèi)安裝220V轉(zhuǎn)12V的變壓器。變壓器安裝在變壓開(kāi)關(guān)裝置內(nèi),并固定于機(jī)架上(具體參見(jiàn)圖1)。
本發(fā)明通過(guò)將一個(gè)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)了對(duì)人類(lèi)下肢運(yùn)動(dòng)的模擬,連接桿與脛骨之間的關(guān)節(jié)采用關(guān)節(jié)軸承連接,股骨與脛骨之間采用膝關(guān)節(jié)裝置連接,確保模擬過(guò)程中膝關(guān)節(jié)的多自由度。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制,上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn),這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi),本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。