一种用于外骨骼的动力关节装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动力关节装置，包括关节主体、动力装置和测量装置，测量装置包括第一角度测量装置，第一角度测量装置包括第一磁体和第一磁场感应电路，第一磁体连接电机输出轴的一端，并靠近第一电机盖板；第一磁场感应电路设置于第一电机盖板的内侧，并靠近第一磁体；电机旋转带动电机输出轴旋转，进而带动第一磁体旋转，第一磁场感应电路通过感应第一磁体的转动角度从而可以测量电机的旋转角度。本发明专利技术通过非接触耦合方式的第一磁体和第一磁场感应电路实现了电机转动角度的测量，不会造成机械摩损、简单、轻薄、成本低，比现有集成式编码器方案，大大简化了机械结构设计复杂度，且磁体产生的磁场是静态磁场，不易受环境干扰影响，可靠性高。

A dynamic joint device for exoskeleton

The invention relates to a power joint device, including joint body, power device and measuring device. The measuring device includes a first angle measuring device. The first angle measuring device includes a first magnet and a first magnetic field induction circuit. The first magnet is connected to one end of the output shaft of the motor, and is close to the first motor cover plate; the first magnetic field is in the first magnetic field. The induction circuit is arranged on the inside of the first motor cover plate and near the first magnet; the motor rotates to drive the motor output axis to rotate, and then drives the first magnet to rotate. The first magnetic field induction circuit can measure the rotation angle of the motor by induction of the rotation angle of the first magnet. The invention realizes the measurement of the rotation angle of the motor by the first magnet and the first magnetic field induction circuit of the non-contact coupling mode. It will not cause mechanical friction, simple, light and low cost. Compared with the existing integrated encoder scheme, the complexity of the mechanical structure design is greatly simplified, and the magnetic field produced by the magnet is a static magnetic field. It is not easily affected by environmental interference and high in reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于外骨骼的动力关节装置
本专利技术涉及动力关节装置，特别是涉及一种用于外骨骼机器人领域的动力关节装置。
技术介绍
机器人领域广泛地需要应用动力关节，用于人体可穿戴的外骨骼机器人一般带有多个动力关节，这些动力关节一方面需要承载人体穿戴使用时施加的多个方向的压力及扭力，另一方面还需要集成力传感器、角度传感器以及电机旋转编码器；与此同时，还需要动力关节体积小、重量轻，成本低。现有技术中，一般电机选用扁平的盘式电机，减速机采用谐波减速机，这样可以使得动力关节轴向尺寸较小。上臂和下臂的连接结构方面，一些方案为了简化设计，把上臂及下臂分别与谐波减速机的柔轮及钢轮固定在一起，如哈尔滨工业大学2011年硕士论文《外骨骼下肢助力机器人技术研究》中披露这种方案，该方法会导致上下臂不在一个平面上，关节承力时会产生很大的侧向扭矩，容易损坏关节；论文《MechanicalDesignoftheHanyangExoskeletonAssistiveRobot(HEXAR)》ICCAS2014中也披露类似方案；为减少上述方案中侧向扭矩的影响，可以采用交叉滚子轴承，但成本代价较高，且不能从根本上解决问题。现有技术中，控制电机需要采用旋转编码器，现有方案均采用光电式旋转编码器，体积大、成本高，造成动力关节设计复杂；论文《MechanicalDesignoftheHanyangExoskeletonAssistiveRobot(HEXAR)》ICCAS2014、论文《Designofanelectricallyactuatedlowerextremityexoskeleton》(AdvancedRobotics,Vol.20,No.9,pp.967–988(2006))以及中国专利201620267410.7中均披露相同的方案。现有技术中，测量电机的输出扭矩有些采用扭矩传感器，如论文《MechanicalDesignoftheHanyangExoskeletonAssistiveRobot(HEXAR)》ICCAS2014披露了此类方案，此方案的成本代价、体积大且重量大；有些采用压力传感器来测量电机输出扭矩，论文《Designofanelectricallyactuatedlowerextremityexoskeleton》(AdvancedRobotics,Vol.20,No.9,pp.967–988(2006))中披露了此类方案，此方案结构较为复杂、对于安装精度要求很严格，且成本比较高。现有技术中，动力关节中不包含专门测量上臂和下臂相对角度的方案，一般用电机编码器来估算上下臂的相对角度，此方案的问题是每次上电需要校准，精度难以保证；论文《MechanicalDesignoftheHanyangExoskeletonAssistiveRobot(HEXAR)》ICCAS2014以及论文《Designofanelectricallyactuatedlowerextremityexoskeleton》(AdvancedRobotics,Vol.20,No.9,pp.967–988(2006))均未披露专门测量上下臂相对角度的方案。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种动力关节装置，通过在动力关节装置中同时集成第一角度测量装置、力传感器和第二角度测量装置，能够同时对电机转动角度、上下臂相对转动角度和上臂受力情况进行测量，有助于外骨骼控制形态性能的提升，且成本低、可靠性高。本专利技术一方面提供了一种动力关节装置，包括关节主体和动力装置，所述关节主体包括上臂和下臂，所述下臂的上部为两侧开口的空腔，所述空腔的两侧外壁上分别套接有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承外分别套接有第一轴承套和第二轴承套，所述第一轴承套和第二轴承套具有柄部，且均通过各自的柄部与上臂连接；所述动力装置包括电机、减速机以及驱动输出臂，所述电机连接于位于下臂空腔一侧的电机连接板上，下臂空腔的另一侧连接第一电机盖板，所述第一电机盖板和电机连接板将所述空腔的两侧开口封闭形成封闭腔，所述电机位于封闭腔内，电机的输出轴的一端靠近第一电机盖板，另一端穿过所述电机连接板并与减速机的动力输入端相连；所述驱动输出臂的中下部与减速机的动力输出端相连，所述驱动输出臂的上部与上臂或第二轴承套相连，其特征在于，所述动力关节装置还包括测量装置，所述测量装置包括第一角度测量装置，所述第一角度测量装置包括第一磁体和第一磁场感应电路，所述第一磁体连接电机输出轴的一端，并靠近第一电机盖板；所述第一磁场感应电路设置于第一电机盖板的内侧，并靠近所述第一磁体；所述电机旋转带动电机输出轴旋转，进而带动第一磁体旋转，所述第一磁场感应电路通过感应第一磁体的转动角度从而可以测量电机相对下臂的旋转角度。本专利技术的有益效果是：所述第一轴承和第二轴承分别位于所述下臂的空腔两侧，可以承载的侧向扭矩大，结构强度高；所述减速机位于所述下臂的封闭腔外，选型适应性范围宽；在所述第一电机盖板和电机输出轴之间设置第一磁体和第一磁场感应电路，所述第一磁体和第一磁场感应电路采用非接触耦合方式实现了电机转动角度的测量，简单、轻薄、成本低，比现有集成式编码器方案，大大简化了机械结构设计复杂度；磁体和磁场感应电路之间没有接触，不会有磨擦，不会造成机械摩损，耐用性好；磁体产生的磁场是静态磁场，不易受环境干扰影响，可靠性高。进一步的，所述测量装置还包括力传感器，所述力传感器的一端与驱动输出臂连接，另一端与上臂或第二轴承套连接；所述电机转动带动减速机的动力输出端转动，进而带动驱动输出臂转动，驱动输出臂转动使得力传感器推动与其连接的上臂转动；通过所述力传感器测量上臂和驱动输出臂之间的相互作用力从而可以计算出电机的输出扭矩。采用上述进一步方案的有益效果是：通过在所述驱动输出臂和所述上臂之间安装力传感器可以测量两者相互作用力，进而可以计算出相互作用扭矩；本专利技术所述关节机构对于力传感器要求不高，不需采用昂贵而大质量的扭力传感器，采用普通轻便的应变梁传感器即可，成本重量代价均低；所述力传感器还可以安装在驱动输出臂和第二轴承套之间，安装方式更加灵活、方便。进一步的，所述力传感器与上臂通过触碰方式连接，所述上臂具有能够容纳力传感器一端的容纳腔，所述驱动输出臂的转动带动力传感器碰触上臂容纳腔的内壁，从而带动所述上臂摆动。采用上述进一步方案的有益效果是：力传感器和所述上臂之间留有缝隙，避免了安装公差产生安装应力，进而影响测量精度，所述进一步方案使得安装容易，测量精度高。进一步的，所述力传感器与驱动输出臂之间、所述力传感器与上臂或第二轴承套之间设置有绝缘垫。采用上述进一步方案的有益效果是：采用绝缘垫可以较好地屏蔽电机工作时对于力传感器的电磁干扰，提高力传感器的测量精度和可靠性。进一步的，所述测量装置还包括第二角度测量装置，所述第二角度测量装置包括第二磁体和第二磁场感应电路，所述第一电机盖板的外侧设置有固定于第一轴承套上的第二电机盖板，所述第二磁体设置于第二电机盖板的内侧；所述第二磁场感应电路设置于第一电机盖板的外侧，即靠近第二电机盖板的一侧；所述上臂和下臂的相对转动带动第二磁体与第二磁场感应电路相对转动，所述第二磁场感应电路通过感应其与第二磁体的相对磁场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力关节装置，包括关节主体和动力装置，所述关节主体包括上臂和下臂，所述下臂的上部为两侧开口的空腔，所述空腔的两侧外壁上分别套接有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承外分别套接有第一轴承套和第二轴承套，所述第一轴承套和第二轴承套具有柄部，且均通过各自的柄部与上臂连接；所述动力装置包括电机、减速机以及驱动输出臂，所述电机连接于位于下臂空腔一侧的电机连接板上，下臂空腔的另一侧连接第一电机盖板，所述第一电机盖板和电机连接板将所述空腔的两侧开口封闭形成封闭腔，所述电机位于封闭腔内，电机的输出轴的一端靠近第一电机盖板，另一端穿过所述电机连接板并与减速机的动力输入端相连；所述驱动输出臂的中下部与减速机的动力输出端相连，所述驱动输出臂的上部与上臂或第二轴承套相连，其特征在于，所述动力关节装置还包括测量装置，所述测量装置包括第一角度测量装置，所述第一角度测量装置包括第一磁体和第一磁场感应电路，所述第一磁体连接电机输出轴的一端，并靠近第一电机盖板；所述第一磁场感应电路设置于第一电机盖板的内侧，并靠近所述第一磁体；所述电机旋转带动电机输出轴旋转，进而带动第一磁体旋转，所述第一磁场感应电路通过感应第一磁体的转动角度从而可以测量电机相对下臂的旋转角度。...

【技术特征摘要】
1.一种动力关节装置，包括关节主体和动力装置，所述关节主体包括上臂和下臂，所述下臂的上部为两侧开口的空腔，所述空腔的两侧外壁上分别套接有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承外分别套接有第一轴承套和第二轴承套，所述第一轴承套和第二轴承套具有柄部，且均通过各自的柄部与上臂连接；所述动力装置包括电机、减速机以及驱动输出臂，所述电机连接于位于下臂空腔一侧的电机连接板上，下臂空腔的另一侧连接第一电机盖板，所述第一电机盖板和电机连接板将所述空腔的两侧开口封闭形成封闭腔，所述电机位于封闭腔内，电机的输出轴的一端靠近第一电机盖板，另一端穿过所述电机连接板并与减速机的动力输入端相连；所述驱动输出臂的中下部与减速机的动力输出端相连，所述驱动输出臂的上部与上臂或第二轴承套相连，其特征在于，所述动力关节装置还包括测量装置，所述测量装置包括第一角度测量装置，所述第一角度测量装置包括第一磁体和第一磁场感应电路，所述第一磁体连接电机输出轴的一端，并靠近第一电机盖板；所述第一磁场感应电路设置于第一电机盖板的内侧，并靠近所述第一磁体；所述电机旋转带动电机输出轴旋转，进而带动第一磁体旋转，所述第一磁场感应电路通过感应第一磁体的转动角度从而可以测量电机相对下臂的旋转角度。2.根据权利要求1所述的动力关节装置，其特征在于，所述测量装置还包括力传感器，所述力传感器的一端与驱动输出臂连接，另一端与上臂或第二轴承套连接；所述电机转动带动减速机的动力输出端转动，进而带动驱动输出臂转动，驱动输出臂转动使得力传感器推动与其连接的上臂转动；通过所述力传感器测量上臂和驱动输出臂之间的相互作用力从而可以计算出电机的输出扭矩。3.根据权利要求2所述的动力关节装置，其特征在于，所述力传感器与上臂通过触碰方式连接，所述上臂具有能够容纳力传感器一端的容纳腔，所述驱动输出臂的转动带动力传感器碰触上臂容纳腔的内壁，从而带动所述上臂摆动。4.根据权利要求3所述的动力关节装置，其特征在于：所述力传感器与驱动输出臂之间、所述力传感器与上臂或第二轴承套之间设置有绝缘垫。5.根据权利要求1所述的动力关节装置，其特征在于，所述测量装置还包括第二角度测量装置，所述第二角度测量装置包括第二磁体和第二磁场感应电路，所述第一电机盖板的外侧设置有固定于第一轴承套上的第二电机盖板，所述第二磁体设置于第二电机盖板的内侧；所述第二磁场感...

【专利技术属性】
技术研发人员：余运波，
申请(专利权)人：深圳市肯綮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44