本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及外骨骼系統(tǒng)及其機(jī)械關(guān)節(jié)，在該機(jī)械關(guān)節(jié)中，驅(qū)動(dòng)單元安裝在第一構(gòu)件上，機(jī)械關(guān)節(jié)還包括絲杠、套裝在絲杠上與該絲杠配合進(jìn)行傳動(dòng)的螺母，絲杠設(shè)置成驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力輸出端，第二構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置有型面孔；螺母位于型面孔中在型面孔中隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)通過(guò)型面孔帶動(dòng)第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，且隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)沿絲杠的軸線方向移動(dòng)以壓緊或釋放第二構(gòu)件；在第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置螺母施加于第二構(gòu)件上的摩擦力足以保持住承受設(shè)定載荷的第二構(gòu)件。由于是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)限位，相對(duì)于電磁制動(dòng)鎖死具有耗能低的特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及外骨骼系統(tǒng)及其機(jī)械關(guān)節(jié)。
技術(shù)介紹
外骨骼作為一種新型的可輔助人類運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)是目前研究的熱門，因其在軍事領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域都具有很強(qiáng)的潛在用途，如搬運(yùn)、助行、負(fù)重。當(dāng)前的外骨骼系統(tǒng)在搬運(yùn)負(fù)載時(shí)只能依靠舵機(jī)或電機(jī)限位，其在搬運(yùn)過(guò)程中暫停或停止時(shí)電機(jī)不能夠斷電，電機(jī)需要靠電磁制動(dòng)鎖死電機(jī)，這樣必然消耗能量。在電池續(xù)航能力有限的情況下，節(jié)能變的尤為重要，并且電磁限位只能作為一種限位方法，并不能預(yù)防電磁失效的情況，其可靠性安全性不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種機(jī)械關(guān)節(jié)，其限位可通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具有耗能低的特點(diǎn)。本技術(shù)的另一目的在于提供一種采用該機(jī)械關(guān)節(jié)的外骨骼系統(tǒng)。一種機(jī)械關(guān)節(jié)包括第一構(gòu)件、第二構(gòu)件以及驅(qū)動(dòng)所述第二構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元安裝在所述第一構(gòu)件上，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括絲杠、套裝在絲杠上與該絲杠配合進(jìn)行傳動(dòng)的螺母，所述絲杠設(shè)置成所述驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力輸出端，所述第二構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置有型面孔；所述螺母位于所述型面孔中在所述型面孔中隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述型面孔帶動(dòng)所述第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，且隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)沿絲杠的軸線方向移動(dòng)以壓緊或釋放所述第二構(gòu)件；在所述第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置所述螺母施加于所述第二構(gòu)件上的摩擦力保持承受設(shè)定載荷的所述第二構(gòu)件。在一實(shí)施例中，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括固定于所述第一構(gòu)件的限位元件，所述第二構(gòu)件被所述限位元件限位的位置為所述第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置。在一實(shí)施例中，所述限位元件為在所述第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)方向上設(shè)置的限位塊，所述限位塊具有用于與所述第二構(gòu)件相貼合的邊。在一實(shí)施例中，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括彈性體，所述彈性體設(shè)置在所述螺母和所述第二構(gòu)件之間，所述螺母通過(guò)所述彈性體來(lái)壓緊或釋放所述第二構(gòu)件。在一實(shí)施例中，所述彈性體為壓縮彈簧。在一實(shí)施例中，所述壓縮彈簧為環(huán)形體，在所述螺母和所述第二構(gòu)件之間設(shè)置有至少一個(gè)所述壓縮彈簧。在一實(shí)施例中，所述螺母上設(shè)置有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)與所述第二構(gòu)件之間形成有容置空間，所述彈性體設(shè)置在容置空間內(nèi)。在一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)單元為減速電機(jī)、液壓動(dòng)力單元或者氣壓動(dòng)力單元。一種外骨骼系統(tǒng)包括任一所述的機(jī)械關(guān)節(jié)。所述外骨骼系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述外骨骼系統(tǒng)上肢部分的肩關(guān)節(jié)和/或肘關(guān)節(jié)為所述的機(jī)械關(guān)節(jié)。絲杠輸出驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)螺母進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第二構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的速度存在差別，這樣的轉(zhuǎn)速差導(dǎo)致螺母在絲杠的軸向上存在位移，因此可以直接或間接地施加壓力于第二構(gòu)件上，增加作用于第二構(gòu)件上摩擦力，從而可以保持住或者鎖死承受設(shè)定載荷的第二構(gòu)件，即可以通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)限位，耗能低。在優(yōu)選的實(shí)施例中同時(shí)通過(guò)限位元件來(lái)限位，為第二構(gòu)件提供二次支撐保護(hù)，可靠性高。附圖說(shuō)明本技術(shù)的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中：圖1為本技術(shù)的實(shí)施例中外骨骼系統(tǒng)的上肢部分的手臂的一種角度的示意圖。圖2為本技術(shù)的實(shí)施例中外骨骼系統(tǒng)的上肢部分的手臂的另一種角度的示意圖。圖3為本技術(shù)的實(shí)施例中外骨骼系統(tǒng)的上肢部分的手臂中的關(guān)節(jié)的示意圖。圖4為沿圖1中線A-A的剖視圖。圖5為沿圖1中線B-B的剖視圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本技術(shù)，但是本技術(shù)顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本技術(shù)內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本技術(shù)的保護(hù)范圍。需要注意的是，附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本技術(shù)實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例，外骨骼系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)包括上肢部分和/或下肢部分，例如其上肢部分包括肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，圖1示出了上肢部分的一個(gè)手臂，其包括一個(gè)肘關(guān)節(jié)。外骨骼系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)、能源模塊以及動(dòng)力系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)可以設(shè)置成包括感知層、控制層以及決策層。能源模塊可以是蓄電池，或者是新能源，例如太陽(yáng)能、生物能等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)通過(guò)液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制，氣壓系統(tǒng)以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用電力設(shè)備調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。在后述的實(shí)施例中，主要描述外骨骼系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的一個(gè)關(guān)節(jié)，該關(guān)節(jié)以肘關(guān)節(jié)為例進(jìn)行說(shuō)明，其說(shuō)明也適合于其他的有相似或相同應(yīng)用場(chǎng)合的關(guān)節(jié)。如圖1至圖4所示，大臂11和小臂12通過(guò)機(jī)械關(guān)節(jié)連接，該機(jī)械關(guān)節(jié)包括第一構(gòu)件110、第二構(gòu)件120以及驅(qū)動(dòng)第二構(gòu)件120的電機(jī)(圖中沒(méi)有顯示)和減速器130，第一構(gòu)件110為大臂11的端部，第二構(gòu)件120為小臂12的端部。該機(jī)械關(guān)節(jié)還包括固定于第一構(gòu)件110的限位元件13以及設(shè)置于第一構(gòu)件110上的絲杠螺母機(jī)構(gòu)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)包括固定于第一構(gòu)件110上的絲杠21以及與絲杠21配合的螺母22，第二構(gòu)件120的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置有型面孔122，螺母22位于型面孔122中能在型面孔122中移動(dòng)，型面孔122具有適合于與螺母22之間傳遞力矩的形狀，例如非圓形或者多邊形。優(yōu)選地，螺母22和第二構(gòu)件120之間還設(shè)置有彈性體23，螺母22能通過(guò)型面孔122帶動(dòng)第二構(gòu)件130轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母22還能相應(yīng)于與絲杠21的配合在型面孔122中移動(dòng)，以壓緊或釋放彈性體23。螺母22 上設(shè)置有凸臺(tái)221，凸臺(tái)221與第二構(gòu)件130之間形成有容置空間222，彈性體23設(shè)置在容置空間222內(nèi)。在沒(méi)有彈性體23的實(shí)施例可以直接在第二構(gòu)件130上加壓或者卸壓；在第二構(gòu)件120被限位元件13限位的位置，即圖1和圖2所示的止點(diǎn)位置，相應(yīng)于螺母22在型面孔122中的位移施加于第二構(gòu)件120上的摩擦力足以保持住或者鎖死承受設(shè)定載荷的第二構(gòu)件120，設(shè)定載荷例如是小臂12的遠(yuǎn)端承受的重物重量。如圖5所示，彈性體23可以是兩疊置的壓縮彈簧，該壓縮彈簧為環(huán)形體，其具有與第二構(gòu)件120接觸的端面以及沿整個(gè)外周側(cè)具有在徑向上向外擴(kuò)張的開(kāi)口，螺母22向第二構(gòu)件120靠近的方向移動(dòng)時(shí)，施加在彈性體23上的壓力增加，彈性體23施加在第二構(gòu)件120上的壓力也相應(yīng)地增加，因此彈性體23和第二構(gòu)件120之間的摩擦力就增加，限制了第二構(gòu)件120的轉(zhuǎn)動(dòng)，直至保持住第二構(gòu)件120，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)，即便在電機(jī)失電的情況下，第二構(gòu)件120在承受設(shè)定或者額定負(fù)載的情況下也能被保持住。這樣使得其在搬運(yùn)過(guò)程中暫停或停止時(shí)電機(jī)能夠斷電，無(wú)需電機(jī)通過(guò)電磁制動(dòng)鎖死，不會(huì)消耗能量。在電池續(xù)航能力有限的情況下，這尤為重要，并且并在機(jī)械結(jié)構(gòu)不損壞的情況下不會(huì)發(fā)生失效的情況，其可靠性安全性較高。在本技術(shù)的其他實(shí)施例中，大臂11和小臂12可以是其他連桿，連桿是機(jī)器人學(xué)意義上的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，其可以是肩部，髖部或者其他外骨骼系統(tǒng)的構(gòu)件。在如圖1至圖4所示的實(shí)施例中，電機(jī)和減速器130固定設(shè)置于第一構(gòu)件110上。絲杠21設(shè)置成減速器130的動(dòng)力輸出端，將轉(zhuǎn)動(dòng)輸出到螺母22，螺母22進(jìn)一步將轉(zhuǎn)動(dòng)輸出到第二構(gòu)件120，螺母22會(huì)將絲杠21傳遞的一部分轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成軸向移動(dòng)，這樣可以在第二構(gòu)件120上加壓或卸壓。在本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
機(jī)械關(guān)節(jié)，包括第一構(gòu)件、第二構(gòu)件以及驅(qū)動(dòng)所述第二構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元安裝在所述第一構(gòu)件上，其特征在于，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括絲杠、套裝在絲杠上與該絲杠配合進(jìn)行傳動(dòng)的螺母，所述絲杠設(shè)置成所述驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力輸出端，所述第二構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置有型面孔；所述螺母位于所述型面孔中在所述型面孔中隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述型面孔帶動(dòng)所述第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，且隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)沿絲杠的軸線方向移動(dòng)以壓緊或釋放所述第二構(gòu)件；在所述第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置所述螺母施加于所述第二構(gòu)件上的摩擦力保持承受設(shè)定載荷的所述第二構(gòu)件。
【技術(shù)特征摘要】
1.機(jī)械關(guān)節(jié)，包括第一構(gòu)件、第二構(gòu)件以及驅(qū)動(dòng)所述第二構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元安裝在所述第一構(gòu)件上，其特征在于，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括絲杠、套裝在絲杠上與該絲杠配合進(jìn)行傳動(dòng)的螺母，所述絲杠設(shè)置成所述驅(qū)動(dòng)單元的動(dòng)力輸出端，所述第二構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)置有型面孔；所述螺母位于所述型面孔中在所述型面孔中隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述型面孔帶動(dòng)所述第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，且隨著絲杠的旋轉(zhuǎn)沿絲杠的軸線方向移動(dòng)以壓緊或釋放所述第二構(gòu)件；在所述第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置所述螺母施加于所述第二構(gòu)件上的摩擦力保持承受設(shè)定載荷的所述第二構(gòu)件。2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機(jī)械關(guān)節(jié)還包括固定于所述第一構(gòu)件的限位元件，所述第二構(gòu)件被所述限位元件限位的位置為所述第二構(gòu)件設(shè)定的止點(diǎn)位置。3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械關(guān)節(jié)，其特征在于，所述限位元件為在所述第二構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)方向上設(shè)置的限位塊，所述限位塊具有用于與所述第二構(gòu)件相...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳光啟合眾科技有限公司，
類型：新型
國(guó)別省市：廣東;44
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。