[发明专利]一种曲线槽驱动的机器人关节装置

说明书

本发明公开一种曲线槽驱动的机器人关节装置，该装置结构紧凑、外形规则，与传统的电机驱动方式、绳轮驱动方式、摆动缸和旋转缸驱动方式相比，外形规则，且显著减小了关节的径向尺寸。该机器人关节装置包括：驱动单元和旋转单元；驱动单元和旋转单元均为筒形结构，同轴相连；驱动单元包括中液压缸体的液压杆伸出端具有与液压缸体同轴的直线槽，液压杆的前端连接有滚轮杆，滚轮杆的两相对侧对称安装有直线槽滚轮和曲线槽滚轮；所述直线槽滚轮与直线槽筒上的直线槽滚动配合；旋转单元中曲线槽筒同轴套装在直线槽筒外部，使曲线槽滚轮位于曲线槽筒的曲线槽内，通过所述液压杆的伸出和收回带动曲线槽筒沿两个相反的方向转动。

技术领域

本发明涉及一种机器人关节驱动装置，具体涉及一种曲线槽驱动的机器人关节装置，属于机器人技术领域。

背景技术

外骨骼机器人是用于辅助人体完成一些人体正常情况下较难或无法完成的任务(比如搬移或操作大重量的负载)，以大幅度增强人体能力，可用于军事，医疗、科考等诸多领域。

由于外骨骼机器人是人——机一体装置，要求外骨骼结构紧凑并且与人体紧密贴合，以具备良好的操作性和穿戴舒适性，同时需要关节具有较大的关节力矩和较快关节响应速度。

目前，机器人领域绕肢体轴向转动自由度的驱动方式主要有电机驱动和液压驱动等几种，其中电机驱动方式是将电机输出轴与减速器相联再与被驱动部件安装，液压驱动方式采用一对或多对液压缸同时驱动一个绳轮进而驱动关节运动，或通过摆动液压缸、旋转液压缸等直接驱动关节运动。

电机驱动方式所使用的电机体积较大，且大减速比减速器体积大、成本高。摆动缸或旋转缸驱动方式为了提高输出力矩，需增大摆动缸的径向尺寸，也使整个关节所占的空间变大。绳轮驱动方式采用一对或多对液压缸同时驱动一个绳轮，径向尺寸较大，整个关节所占的空间较大，而且整体外形不规则，存在凸起，易引起剐蹭，无法与人体紧密贴合，甚至影响机器人关节活动范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种曲线槽驱动的机器人关节装置，采用曲线槽驱动关节转动，能够在具备较大且可调整的关节力矩以及较快的关节响应速度前提下，有效减小关节径向和轴向尺寸；并且外形规则，可使外骨骼与人体紧密贴合，提高人体穿戴舒适性的操作灵活性。

本发明的技术方案是：一种曲线槽驱动的机器人关节装置，包括：驱动单元和旋转单元；

所述驱动单元包括：液压缸体、液压杆、滚轮杆、直线槽筒和滚轮组件；所述液压缸体的液压杆伸出端具有与液压缸体同轴的直线槽，所述直线槽筒为沿轴向加工有直线槽的筒形结构；所述液压杆的前端位于所述直线槽筒内；

所述液压杆的前端连接有滚轮杆，所述滚轮杆的两相对侧对称安装有滚轮组件，所述滚轮组件包括：直线槽滚轮、套筒和曲线槽滚轮；所述直线槽滚轮与所述直线槽筒上的直线槽滚动配合；所述套筒用于隔开所述直线槽滚轮和曲线槽滚轮；

所述旋转单元包括：曲线槽筒；所述曲线槽筒为筒壁上加工有曲线槽的筒形结构；所述曲线槽筒同轴套装在所述直线槽筒外部，使所述曲线槽滚轮位于所述曲线槽筒的曲线槽内，所述曲线槽筒相对直线槽筒具有绕其自身轴线转动的自由度，通过所述液压杆的伸出和收回带动所述曲线槽筒沿两个相反的方向转动。

作为本发明的一种优选方式，所述旋转单元还包括：端盖；所述曲线槽筒一端与所述液压缸体对接，另一端通过端盖封闭。

作为本发明的一种优选方式，所述旋转单元还包括：同轴套装在所述曲线槽筒外部的外套筒。

作为本发明的一种优选方式，所述曲线槽筒通过轴承同轴套装在所述直线槽筒外部。

作为本发明的一种优选方式，通过限位机构限制所述曲线槽筒的转动角度。

作为本发明的一种优选方式，所述直线槽筒上加工有长度方向两端是圆弧的直线槽，由此限制所述曲线槽筒的转动角度。