[发明专利]关节助力调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及关节助力调节装置，用于降低关节驱动的峰值力矩，属于机构设计、机器 人技术领域和和人体康复机构，可应用于步行机器人和智能假肢膝关节。

背景技术

目前，低功耗步行机构设计是研究人类步行机理和开发合理步行机构的基础，其中步 行机器人膝关节的设计是关键。

现有技术中，机器人膝关节的驱动主要是直接利用电机等驱动设备进行主动驱动，即： 在机器人行走过程中，膝关节的角度完全由电机等驱动设备控制，而在膝关节的一个步行 周期内，膝关节的旋转力矩存在峰值和谷值，而选用驱动电机时，显然是根据峰值来确定， 因此，这种驱动方法存在的问题是选择驱动电机偏于保守，而电机的重量是步行机构重量 的主要组成部分之一，间接地造成机构运行耗能大，不适宜当前步行机构的研究以及应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供关节助力调节装置，以调节关节驱动的力矩，使得 峰值降低，而谷值提高，从而可以选择功率和最大扭矩更小的电机，减轻关节机构自重， 节省能耗，或者使得假肢佩戴者驱动力矩减小，更加省力。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种关节助力调节装置，涉及肢体一和肢体二，且肢体一和肢体二通过关节旋转轴铰 接，包括用于降低关节旋转力矩峰值的力矩调节装置，该力矩调节装置的两端分别固定连 接在肢体一和肢体二上。

所述力矩调节装置包括凸轮、弹性部件以及刚性部件，所述凸轮固定安装在肢体一上， 刚性部件的两端分别与肢体一和弹性部件固定连接，而弹性部件的另一端则与肢体二固定 连接，且刚性部件的部分表体绕在凸轮轮廓面上。

所述弹性部件和第二固定部件之间还连接有刚性连接件。

力矩调节装置还包括有安装定位架，该安装定位架由相互铰接的第一固定部件和第二 固定部件组成，所述凸轮通过第一固定部件安装在肢体一上，而弹性部件则通过第二固定 部件安装在肢体二上，刚性部件则通过第一固定部件安装在肢体一上。

所述弹性部件和第二固定部件之间还连接有刚性连接件。

所述刚性部件呈绳状或者片状。

刚性部件为钢丝绳。

所述弹性部件为拉簧。

所述第一固定部件和第二固定部件都为钣金架。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1.本发明在组成关节的肢体一和肢体二上连接一力矩调节装置，该力矩调节装置可以 对关节旋转力矩峰值降低，同时还提高关节旋转力矩谷值，从而可以选择功率和最大扭矩 较小的电机，减轻关节机构自重，节省能耗，或者使得假肢佩戴者驱动力矩减小，更加省 力；

2.本发明所述的力矩调节装置包括凸轮、弹性部件以及刚性部件，凸轮固定在肢体一 上，而弹性部件与刚性部件连接后，两端分别与肢体一和肢体而固定连接，且刚性部件的 部分表体绕在凸轮的轮廓面上，当关节旋转，即肢体二绕肢体一旋转时，弹性部件与刚性 部件连成的直线将沿凸轮轮廓面滚动，使得弹性力的力臂发生变化，同时该弹力的力值也 会产生变化，即该力矩调节装置对关节旋转提供一期望的辅助力矩，可以降低关节旋转的 力矩峰值，由此可选择功率和最大扭矩较小的电机，节约能耗；

3.力矩调节装置还包括安装定位架，其包括相互铰接的第一固定部件和第二固定部 件，且凸轮通过第一固定部件固定安装在肢体一上，而弹性部件则通过第二固定部件安装 在肢体二上，刚性部件则通过第一固定部件安装在肢体一上，因此，这种方式更方便该力 矩调节装置在肢体上的安装，易于推广实行；

所述凸轮有效轮廓面曲线的设计方法，主要步骤是：首先设定弹性部件的弹力初值， 以求出一组凸轮包络线，然后用过凸轮中心的一组射线来扫描凸轮包络线，从而得到一系 列待验证凸轮轮廓曲线点坐标值，接着求出这些待验证凸轮轮廓曲线点坐标值所对应的弹 性部件弹性形变量，即可求得各待验证的凸轮轮廓曲线点坐标值所对应的弹性部件弹力， 最后检验所求弹性部件弹力是否满足迭代条件：若满足则将本次迭代所求出的待验证凸轮 轮廓曲线点坐标值作为实际的凸轮轮廓曲线点坐标值；若不满足则用本次迭代所求得的一 组弹性部件弹力作为弹力初值，以求出一组新的凸轮包络线，如此循环迭代下去，直到满 足迭代条件为止。