[发明专利]一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有踝关节参数测量的足部装置

摘要

本发明公开了一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有踝关节参数测量的足部装置，上下支座、两根转轴、四个轴承的配合实现了踝关节为平面虎克铰二自由度结构。下支座安装在鞋底上，并在下支座上安装了角位移传感器，使得踝关节的转动角度得以测量，满足了机器人对踝关节角位移的测量要求。将小腿伸缩杆插入上支座中，前后转轴、轴承端盖、轴承固定在上支座的凸耳中，实现脚踝的前后转动自由度，并通过安装到前后转轴上的角位移传感器实现该角度的测量；左右转轴插入下支座中固定，且前后转轴的轴线与左右转轴的轴线保持垂直，实现脚踝的左右摆动自由度；前脚掌和后脚掌与鞋底之间安装有压力传感器，且前脚掌和后脚掌与鞋底固定在一起，鞋底与地面接触，人体行走时，足底压力发生变化，通过压力传感器的检测，可以判断人的行走意图，实现外骨骼辅助支撑机器人的良好控制。

主权项

一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有踝关节参数测量的足部装置，其特征在于：足部装置包括有左足部组件(4)和右足部组件(5)；左足部组件(4)包括有左踝关节(4A)、左上支座(4B)、左下支座(4C)、左前脚掌(4D)、左后脚掌(4E)和左鞋底(4F)；左上支座(4B)上设有CA凸耳(4B1)、CB凸耳(4B2)、销孔(4B6)、CA通孔(4B7)，CA凸耳(4B1)上设有CA轴承孔(4B4)，CB凸耳(4B2)上设有CB轴承孔(4B5)，CA凸耳(4B1)与CB凸耳(4B2)之间是CA凸耳槽(4B3)，所述CA凸耳槽(4B3)内用于放置左踝关节(4A)中的第五转轴(4A4)；销孔(4B6)用于放置左足销钉(4B8)，该左足销钉(4B8)的一端顺次穿过销孔(4B6)、左小腿伸缩杆(2B)的AB通孔(2B1)、与销孔(4B6)对应的另一销孔；左足销钉(4B8)用于实现左足部组件(4)与左小腿(2)的连接；CA通孔(4B7)用于放置左小腿伸缩杆(2B)的下端；CA轴承孔(4B4)用于安装左踝关节(4A)中的E角接触球轴承(4A3)；CB轴承孔(4B5)用于安装左踝关节(4A)中的F角接触球轴承(4A6)；左下支座(4C)上设有CC凸耳(4C1)、CD凸耳(4C2)、连接板(4C6)，CC凸耳(4C1)上设有CC轴承孔(4C4)，CD凸耳(4C2)上设有CD轴承孔(4C5)，CC凸耳(4C1)与CD凸耳(4C2)之间是CB凸耳槽(4C3)，所述CB凸耳槽(4C3)内用于放置左踝关节(4A)中的第六转轴(4A5)；左鞋底(4F)包括鞋接头(4F7)和左脚板(4F8)，鞋接头(4F7)上安装有左下支座(4C)的连接板(4C6)，左脚板(4F8)上安装有左前脚掌(4D)、左后脚掌(4E)；鞋接头(4F7)上设有A沉头盲孔(4F4)，该A沉头盲孔(4F4)用于A压力传感器(4F1)；左脚板(4F8)上设有B沉头盲孔(4F5)、C沉头盲孔(4F6)，B沉头盲孔(4F5)用于B压力传感器(4F2)；C沉头盲孔(4F6)用于C压力传感器(4F3)；左踝关节(4A)包括有C角位移传感器(4A1)、A套筒(4A2)、E角接触球轴承(4A3)、第五转轴(4A4)、第六转轴(4A5)、F角接触球轴承(4A6)、A端盖(4A7)、B端盖(4A8)、G角接触球轴承(4A9)、H角接触球轴承(4A10)和C端盖(4A11)；C角位移传感器(4A1)安装在A套筒(4A2)内，且C角位移传感器(4A1)的敏感端插入第六转轴(4A5)中，A套筒(4A2)固定在左上支座(4B)的CA凸耳(4B1)的外侧板面上；第五转轴(4A4)置于左下支座(4C)的CC凸耳(4C1)与CD凸耳(4C2)之间的CB凸耳槽(4C3)中；第五转轴(4A4)的一端套接有G角接触球轴承(4A9)，第五转轴(4A4)的另一端套接有H角接触球轴承(4A10)；G角接触球轴承(4A9)安装在左下支座(4C)的CC凸耳(4C1)的CC轴承孔(4C4)中，且在CC凸耳(4C1)的外侧安装B端盖(4A8)；H角接触球轴承(4A10)安装在左下支座(4C)的CD凸耳(4C2)的CD轴承孔(4C5)中，且在CD凸耳(4C2)的外侧安装C端盖(4A11)；第六转轴(4A5)置于左上支座(4B)的CA凸耳(4B1)与CB凸耳(4B2)之间的CA凸耳槽(4B3)中；第六转轴(4A5)的一端套接有E角接触球轴承(4A3)，第六转轴(4A5)的另一端套接有F角接触球轴承(4A6)；E角接触球轴承(4A3)安装在左上支座(4B)的CA凸耳(4B1)的CA轴承孔(4B4)中；F角接触球轴承(4A6)安装在左上支座(4B)的CB凸耳(4B2)的CB轴承孔(4B5)中，且在CB凸耳(4B2)的外侧安装A端盖(4A7)；右足部组件(5)包括有右踝关节(5A)、右上支座(5B)、右下支座(5C)、右前脚掌(5D)、右后脚掌(5E)和右鞋底(5F)；右上支座(5B)上设有DA凸耳(5B1)、DB凸耳(5B2)、销孔(5B6)、DA通孔(5B7)，DA凸耳(5B1)上设有DA轴承孔(5B4)，DB凸耳(5B2)上设有DB轴承孔(5B5)，DA凸耳(5B1)与DB凸耳(5B2)之间是DA凸耳槽(5B3)，所述DA凸耳槽(5B3)内用于放置右踝关节(5A)中的第七转轴(5A4)；销孔(5B6)用于放置右足销钉(5B8)，该右足销钉(5B8)的一端顺次穿过销孔(5B6)、右小腿伸缩杆(3B)的BB通孔(3B1)、与销孔(5B6)对应的另一销孔；右足销钉(5B8)用于实现右足部组件(5)与右小腿(3)的连接；DA通孔(5B7)用于放置右小腿伸缩杆(3B)的下端；DA轴承孔(5B4)用于安装右踝关节(5A)中的J角接触球轴承(5A6)；DB轴承孔(5B5)用于安装右踝关节(5A)中的I角接触球轴承(5A3)；右下支座(5C)上设有DC凸耳(5C1)、DD凸耳(5C2)、连接板(5C6)，DC凸耳(5C1)上设有DC轴承孔(5C4)，DD凸耳(5C2)上设有DD轴承孔(5C5)，DC凸耳(5C1)与DD凸耳(5C2)之间是DB凸耳槽(5C3)，所述DB凸耳槽(5C3)内用于放置右踝关节(5A)中的第八转轴(5A5)；右鞋底(5F)包括鞋接头(5F7)和右脚板(5F8)，鞋接头(5F7)上安装有右下支座(5C)的连接板(5C6)，右脚板(5F8)上安装有右前脚掌(5D)、右后脚掌(5E)；鞋接头(5F7)上设有D沉头盲孔(5F4)，该D沉头盲孔(5F4)用于D压力传感器(5F1)；右脚板(5F8)上设有E沉头盲孔(5F5)、F沉头盲孔(5F6)，E沉头盲孔(5F5)用于E压力传感器(5F2)；F沉头盲孔(5F6)用于F压力传感器(5F3)；右踝关节(5A)包括有D角位移传感器(5A1)、B套筒(5A2)、I角接触球轴承(5A3)、第七转轴(5A4)、第八转轴(5A5)、J角接触球轴承(5A6)、D端盖(5A7)、E端盖(5A8)、K角接触球轴承(5A9)、L角接触球轴承(5A10)和F端盖(5A11)；D角位移传感器(5A1)安装在B套筒(5A2)内，且D角位移传感器(5A1)的敏感端插入第八转轴(5A5)中，B套筒(5A2)固定在右上支座(5B)的DA凸耳(5B1)的外侧板面上；第七转轴(5A4)置于右下支座(5C)的DC凸耳(5C1)与DD凸耳(5C2)之间的DB凸耳槽(5C3)中；第七转轴(5A4)的一端套接有K角接触球轴承(5A9)，第七转轴(5A4)的另一端套接有L角接触球轴承(5A10)；K角接触球轴承(5A9)安装在右下支座(5C)的DC凸耳(5C1)的DC轴承孔(5C4)中，且在DC凸耳(5C1)的外侧安装E端盖(5A8)；L角接触球轴承(5A10)安装在右下支座(5C)的DD凸耳(5C2)的DD轴承孔(5C5)中，且在DD凸耳(5C2)的外侧安装F端盖(5A11)；第八转轴(5A5)置于右上支座(5B)的DA凸耳(5B1)与DB凸耳(5B2)之间的DA凸耳槽(5B3)中；第八转轴(5A5)的一端套接有I角接触球轴承(5A3)，第八转轴(5A5)的另一端套接有J角接触球轴承(5A6)；I角接触球轴承(5A3)安装在右上支座(5B)的DA凸耳(5B1)的DA轴承孔(5B4)中；J角接触球轴承(5A6)安装在右上支座(5B)的DB凸耳(5B2)的DB轴承孔(5B5)中，且在DB凸耳(5B2)的外侧安装E端盖(5A7)。