[發明專利]一種下肢助力外骨骼裝置及其動力關節裝置

有效

• 申請號: 201611189733.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108214452B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 余運波
• 申請（專利權）人: 深圳市肯綮科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

本發明涉及一種動力關節裝置，包括關節主體、動力裝置和測量裝置，測量裝置包括第一角度測量裝置，第一角度測量裝置包括第一磁體和第一磁場感應電路，第一磁體連接電機輸出軸的一端，并靠近第一電機蓋板；第一磁場感應電路設置于第一電機蓋板的內側，并靠近第一磁體；電機旋轉帶動電機輸出軸旋轉，進而帶動第一磁體旋轉，第一磁場感應電路通過感應第一磁體的轉動角度從而可以測量電機的旋轉角度。本發明通過非接觸耦合方式的第一磁體和第一磁場感應電路實現了電機轉動角度的測量，不會造成機械摩損、簡單、輕薄、成本低，比現有集成式編碼器方案，大大簡化了機械結構設計復雜度，且磁體產生的磁場是靜態磁場，不易受環境干擾影響，可靠性高。

技術領域

本發明涉及動力關節裝置，特別是涉及一種用于外骨骼機器人領域的動力關節裝置。

背景技術

機器人領域廣泛地需要應用動力關節，用于人體可穿戴的外骨骼機器人一般帶有多個動力關節，這些動力關節一方面需要承載人體穿戴使用時施加的多個方向的壓力及扭力，另一方面還需要集成力傳感器、角度傳感器以及電機旋轉編碼器；與此同時，還需要動力關節體積小、重量輕，成本低。

現有技術中，一般電機選用扁平的盤式電機，減速機采用諧波減速機，這樣可以使得動力關節軸向尺寸較小。上臂和下臂的連接結構方面，一些方案為了簡化設計，把上臂及下臂分別與諧波減速機的柔輪及鋼輪固定在一起，如哈爾濱工業大學2011年碩士論文《外骨骼下肢助力機器人技術研究》中披露這種方案，該方法會導致上下臂不在一個平面上，關節承力時會產生很大的側向扭矩，容易損壞關節；論文《Mechanical Design of theHanyang Exoskeleton Assistive Robot(HEXAR)》ICCAS2014中也披露類似方案；為減少上述方案中側向扭矩的影響，可以采用交叉滾子軸承，但成本代價較高，且不能從根本上解決問題。

現有技術中，控制電機需要采用旋轉編碼器，現有方案均采用光電式旋轉編碼器，體積大、成本高，造成動力關節設計復雜；論文《Mechanical Design of the HanyangExoskeleton Assistive Robot(HEXAR)》ICCAS2014、論文《Design of an electricallyactuated lower extremity exoskeleton》（Advanced Robotics, Vol. 20, No. 9, pp.967–988 (2006)）以及中國專利201620267410.7中均披露相同的方案。

現有技術中，測量電機的輸出扭矩有些采用扭矩傳感器，如論文《MechanicalDesign of the Hanyang Exoskeleton Assistive Robot(HEXAR)》ICCAS2014披露了此類方案，此方案的成本代價、體積大且重量大；有些采用壓力傳感器來測量電機輸出扭矩，論文《Design of an electrically actuated lower extremity exoskeleton》（AdvancedRobotics, Vol. 20, No. 9, pp. 967–988 (2006)）中披露了此類方案，此方案結構較為復雜、對于安裝精度要求很嚴格，且成本比較高。

現有技術中，動力關節中不包含專門測量上臂和下臂相對角度的方案，一般用電機編碼器來估算上下臂的相對角度，此方案的問題是每次上電需要校準，精度難以保證；論文《Mechanical Design of the Hanyang Exoskeleton Assistive Robot(HEXAR)》ICCAS2014以及論文《Design of an electrically actuated lower extremityexoskeleton》（Advanced Robotics, Vol. 20, No. 9, pp. 967–988 (2006)）均未披露專門測量上下臂相對角度的方案。

發明內容