移动副冗余驱动的2-DOF球面并联仿生踝关节

摘要

本实用新型公开了一种移动副冗余驱动的2‑DOF球面并联仿生踝关节。该仿生踝关节主要由支撑中心球面副支链、两条侧摆运动支链和一条俯仰运动支链组成。支撑中心球面副支链包括支撑半球窝、圆柱形直输出杆、脚板、球头和柱型机体支架。两条侧摆运动支链结构相同，分布对称，形成冗余驱动，每条运动支链自柱型机体支架至支撑半球窝依次均由侧摆丝杠、侧摆滑块、侧摆拉杆、半圆弧型叉组成。俯仰运动支链自柱型机体支架至支撑半球窝依次由俯仰丝杠、俯仰滑块、上复合铰链叉架、上俯仰拉杆、下俯仰拉杆、下复合铰链叉架组成。本实用新型结构简单、驱动装置布置方便、承载能力强，肢体的运动更加快速、灵活，从而在结构、运动和功能上最大限度接近人体踝关节的实际状态。

主权项

一种移动副冗余驱动的2‑D0F球面并联仿生踝关节，其特征是：该仿生踝关节主要由支撑中心球面副支链、两条侧摆运动支链和一条俯仰运动支链组成；所述的支撑中心球面副支链包括支撑半球窝、圆柱形直输出杆、脚板、球头和柱型机体支架，其中，支撑半球窝为内凹球面且球心在回转轴线上的回转体，其上端面和下端面均与回转轴线垂直，该支撑半球窝下端面与圆柱形直输出杆上端固联，该直输出杆的轴线穿过支撑半球窝的中心且与支撑半球窝的回转轴重合，该直输出杆的下端与脚板上端面固联，支撑半球窝的内凹球面内设有球头，两者中心重合构成球面副，该球头上部与柱型机体支架下端固联，该柱型机体支架的轴线过球头中心点，该柱型机体支架内开有截面呈矩形的通孔，该矩形通孔底部接有弓型支撑块，其圆弧外表面与半圆弧型叉的圆弧内表面重合，该弓型支撑块的圆弧外表面所在轴线过支撑半球窝球心，在上述柱型机体支架两侧，开有两凹槽，两凹槽对称分布，两侧摆丝杠通过转动副与凹槽上下两端连接，两侧摆丝杠的轴线相互平行且与柱型机体支架的轴线在同一平面内；在上述柱型机体支架上，固定有两支耳，俯仰丝杠两端通过转动副与两支耳相连，俯仰丝杠的轴线与柱型机体支架的轴线平行且与半圆弧型叉的轴线在同一平面内；两条侧摆运动支链结构相同，分布对称，形成冗余驱动，每条侧摆运动支链自柱型机体支架至支撑半球窝依次均由侧摆丝杠、侧摆滑块、侧摆拉杆、半圆弧型叉组成，其中，侧摆丝杠通过螺旋副与侧摆滑块连接，该滑块与侧摆拉杆上端通过转动副连接，该转动副的轴线与半圆弧型叉的轴线相互平行，对称结构的半圆弧型叉穿过柱型机体支架的矩形通孔，其圆弧内表面与弓型支撑块的圆弧外表面重合，且其轴向宽度的中间平面过柱型机体支架的轴线，侧摆拉杆下端通过销轴与半圆弧型叉构成转动副连接，该转动副轴线与半圆弧型叉 轴线平行，半圆弧型叉在下端与支撑半球窝通过两支撑销轴构成转动连接，该两支撑销轴的轴线位于一条直线上并且过支撑半球窝的球心，同时与支撑半球窝的上端面平行；所述的俯仰运动支链自柱型机体支架至支撑半球窝依次由俯仰丝杠、俯仰滑块、上复合铰链叉架、上俯仰拉杆、下俯仰拉杆、下复合铰链叉架组成，其中，俯仰丝杠通过螺旋副与俯仰滑块连接，俯仰滑块与上俯仰拉杆上端通过一个T字形横竖两转动副轴线正交的上复合铰链叉架连接，该上复合铰链叉架的竖向转动副轴线与俯仰丝杠的轴线垂直相交，上俯仰拉杆的下端与下俯仰拉杆的上端通过一转动副连接，该转动副的轴线与上下两拉杆的轴线重合，下俯仰拉杆的下端与支撑半球窝外壁通过一个T字形横竖两转动副轴线正交的下复合铰链叉架连接，该下复合铰链叉架的一个竖向转动副轴线通过支撑半球窝的中心，并与侧摆支链中的半圆弧型叉下端的两个支撑销轴公共轴线相垂直，且与支撑半球窝的上端面平行；另一横向转动副为两端对称与下俯仰拉杆的下端形成转动连接。