[发明专利]一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有髋关节参数测量的腰部装置

说明书

技术领域

本发明设计属于服务机器人领域，涉及下肢外骨骼机器人对于人体下肢的辅助支撑和康复训练。

背景技术

人类的双腿提供了负重和运输平台，尤其在不适合轮式运输的环境下，双足显示出很强的机动性。负重是人类生活所要面对的最普遍的问题之一。

对于士兵，消防员和救灾队员来说，有效载荷占其总体重的一大部分，而承担这些载荷既无法避免又是他们的职责所在。携带过重的负担不仅仅让人感到疲劳，同时也存在潜在的精神上和肉体上的伤害。为了减轻这种负担，下肢辅助支撑外骨骼机械设备应运而生。

在军事上，众多先进装备提升了士兵对战场的感知能力和打击精度，但是携带如此多的装备往往令士兵疲惫不堪，很难坚持长时间独立作战。

在民用上，我国森林、山路、阶梯路面、海岸线及沟壑之路面颇多，这种路面车辆难以正常运行，许多急需的物资只能靠人力运输，而人类的体力却无法与车辆的承载能力相比，我国512大地震就发生在四川这个地形复杂的区域，当时很多重灾区地处险境，救灾物资的运输只能通过人力解决，若采用下肢辅助支撑外骨骼机械设备，则可通过提高人的承载能力，提升救灾物资运抵及灾后的重建的速度。

我国正在步入老龄化，患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，且因交通事故而造成神经性损伤或者肢体损伤的人数也越来越多，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。而下肢辅助支撑外骨骼机械设备也可成为下肢失调者的训练器及辅助行走装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有髋关节参数测量的腰部装置，在确保腰部、腿部、踝部和足部等部位运行的灵活，使人穿戴外骨骼辅助支撑机器人时运动不受阻碍，同时提供了腰部、腿部、足部运动时的运动参数，以利于对外骨骼辅助支撑机器人的有效控制；本发明设计的外骨骼辅助支撑机器人为模拟人体结构特点，适合人体穿戴，与人体结合良好，运动灵活、结构简单，能够帮助使用者支撑负载重量，是一种使用可靠、结构新颖的辅助支撑设备。

对于腰部结构，在确保人穿戴后，外骨骼辅助支撑机器人的腰部与髋关节运行的灵活，使人穿戴时腰部与髋关节不受阻碍，同时适应不同人体对外骨骼辅助支撑机器人的要求，即需要腰部宽度可以调节，大腿的长度可以调节，还能进行测量髋关节角位移。

对于腿部结构，在确保人穿戴后，膝关节与人同步运动，膝关节采用液压驱动，减小了膝关节驱动元件尺寸，有利于机器人整体性能的提高。

对于足部结构，确保踝关节和足部运行的灵活，使人穿戴后不受阻碍，同时能够测量踝关节角位移和足底的压力。

本发明是一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有髋关节参数测量的腰部装置，所述腰部装置为左右对称结构，根据左右两个调块上设置的3组小孔的不同组合，实现对腰部腰围 宽度的调节，通过两对夹板、两根转轴，实现调节块与腰部弯曲板的连接，实现腰部的左右摆动自由度，弯曲板通过髋关节的连接实现大腿的前后摆动，通过角位移传感器实现大腿摆动幅度的测量。屈伸杆与大腿伸缩杆的连接为球铰结构，使大腿任意方向的摆动更加灵活，适合人体穿戴，保持运动灵活、结构简单。装配有本发明腰部装置的外骨骼辅助支撑机器人能够帮助使用者支撑负载重量。

本发明外骨骼辅助支撑机器人的优点在于：

①本发明外骨骼辅助支撑机器人为模拟人体结构特点的左右对称结构，适合人体穿戴，与人体结合良好，运动灵活、结构简单，能够帮助使用者支撑负载重量，是一种使用可靠、结构新颖的辅助支撑设备。

②腰部的宽度调节，由于人的个体差异，有胖瘦、高矮之分，每个人的腰围都不同，在外骨骼机器人设计时，设计了宽度调整装置很好实现了人体腰部宽度的调节。

③腰部的高度调节，伸缩杆的设计，用于对大腿长度进行调节，由于每个人大腿长度一定，因此该伸缩杆长度调节后，采用固连的方法，将大腿长度固定。

④腰部设计的弯板和大腿的转动副结构，模拟人体髋关节的前后摆动，通过角位移传感器可以实时测量大腿的前后摆动角度，大腿设置了球关节结构，用于模拟人体髋关节的全方向摆动。

⑤膝关节采用液压缸驱动，以控制膝关节的运动，实现对人体膝关节运动的跟随，通过足底压力的检测，实现人体运动意图的描述，以利于对外骨骼机器人的预测控制。由于膝关节采用液压缸驱动，提高了机器人的承载能力，为外骨骼机器人的研究奠定基础。