[发明专利]一种机器人关节结构

说明书

本发明提供了一种机器人关节结构，包括安装架、弹性支架、驱动机构、第一支臂、调节臂、第二支臂和调节机构。该机器人关节结构能够使刚性驱动转化为柔性驱动，从而减小了在使用该机器人关节结构过程中的风险，提高了人机交互的适应性。此外，通过设计调节机构，可适应性改变可调间距L的长度，以及初始夹角α的角度，这样一来，穿戴者根据自身习惯的站姿，以及自身膝盖伸直角度，就可适应性地调整第一支臂与第二支臂的初始夹角α，如此，使得该机器人关节机构能够适应不同穿戴人群的膝关节伸直度，并使其具有更广泛的适用范围。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人关节结构。

背景技术

主动动力关节作为助力外骨骼重要的一部分，主要为外穿戴者的主动关节运动提供动力，传统的外骨骼动力关节主要考虑人腿部的蜷伸运动的自由度，采用电机和减速器串联后与执行部分直接连接的方案，普遍体积较大，安装费时费力，造价昂贵。同时，人形机器人关节驱动器多为刚性直驱，结构可调性差，柔顺性差。

膝关节是人体内最大、最复杂的关节，由股骨、胫骨、髌骨相互组合的股胫关节和股髌关节以及半月板、韧带、滑膜囊和滑膜裂构成。大部分人群都有不同程度的膝盖超伸，膝盖超伸是指腿伸直时膝盖的伸展角度超出了正常的屈伸范围，胫骨的顶端相对于股骨向后滑动使得膝关节向后过度打开。正常人群的膝关节伸直角度为0°，而膝关节超伸的人群膝盖伸直角度可能为-5°或-10°。因此，每个人站立时，膝盖的位置是不尽相同的，通俗来讲，就是胫骨与股骨之间的夹角角度不同。

对于上述问题，现有机器人关节无法适用于不同人群在站立时的膝关节伸直角度，即现有机器人关节的大、小腿骨骼的初始夹角角度都是恒定，在穿戴后，使用者的膝关节并不能根据自己膝关节的姿势进行有效调节，因此，存在适应性不高的问题，也就造成了机器人关节无法适用于不同需求，从而大大降低了机器人关节的适用范围。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人关节结构，以便于穿戴者能够根据自身膝关节伸直度进行调节，从而提高机器人关节的适用范围。

为了实现上述目的，本发明提供一种机器人关节结构，包括安装架；弹性支架，其可移动地设置在所述安装架上；驱动机构，其用于驱动所述弹性支架做直线运动；第一支臂，其与所述弹性支架铰接，所述第一支臂与所述弹性支架铰接处的轴线记为第一轴线；调节臂，其与所述安装架铰接，所述调节臂与所述安装架铰接处的轴线记为第二轴线；第二支臂，其分别与所述第一支臂和所述调节臂铰接，所述第二支臂与所述第一支臂铰接处的轴线记为第三轴线，所述第三轴线可绕所述第一轴线旋转，所述第二支臂与所述调节臂铰接处的轴线记为第四轴线，所述第四轴线可绕所述第二轴线旋转，所述第三轴线与所述第二轴线之间的间距记为可调间距L，所述第二支臂与所述第一支臂具有初始夹角α；调节机构，其设置在所述安装架上，所述调节机构用于调节所述第四轴线的位置，以实现对所述可调间距L的长度，以及对所述初始夹角α的角度调节。

优选地，所述调节机构包括棘轮和锁止组件，所述棘轮转动设置在所述安装架上，所述调节臂设置在所述棘轮上，所述棘轮的转动轴线与所述第二轴线重合，所述锁止组件设置在所述安装架上并用于限制所述棘轮的转向。

优选地，所述安装架上设置有壳体，所述棘轮伸入所述壳体内；所述锁止组件包括第一棘爪、第一弹性件、第二棘爪和第二弹性件，所述第一棘爪和所述第二棘爪均转动设置在所述壳体内，并分别与所述棘轮啮合，所述第一棘爪与所述第二棘爪的止转方向相反；所述第一弹性件用于对所述第一棘爪施加阻止其脱离所述棘轮的作用力，所述第二弹性件用于对所述第二棘爪施加阻止其脱离所述棘轮的作用力。

优选地，所述第一棘爪与所述第二棘爪对称布置在所述棘轮的两侧，所述第一棘爪上设置有第一间歇齿轮，所述第一间歇齿轮的转动轴线与所述第一棘爪的转动轴线重合；所述第二棘爪上设置有与所述第一间歇齿轮啮合的第二间歇齿轮，所述第二间歇齿轮的转动轴线与所述第二棘爪的转动轴线重合，所述第二棘爪上设置有拨块，所述拨块伸出所述壳体外。