[实用新型]面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种多模式弹性驱动器，特别涉及一种用于助力外骨骼机器人及仿生机器人下肢关节驱动的弹性驱动器，属于机器人领域。

背景技术

目前，下肢助力外骨骼机器人多采用液压及电机对关节进行驱动，无论采用液压还是电机进行驱动，均为主动驱动方式。由于液压油的不可压缩性、电机—齿轮箱机构属于刚性传动，它们在传力过程中缓冲较差，当可穿戴式步行助力外骨骼机器人在进行实际行走时，摆动腿落地时，脚底对地面的碰撞会瞬间产生较大的冲击，由于反作用力的作用，会造成机器人本体机构的振动，从而影响了机器人整体的稳定性。

特别是快速连续行走的时候，连续的冲击力和振动，会导致机体和机载设备的损坏。对于下肢助力外骨骼驱动器，除了传力过程中缓冲较差问题，还存在驱动功能单一问题。

由于技术限制，驱动器都是针对特定的驱动功能而设计，动作能力有限，而我们所希望的助力外骨骼应具有适应各种路况运动的能力，不仅能平地凭走，而且能跳，能爬坡及上下楼梯等，且在运动过程中具有能耗低等优点，这就对驱动器提出了更高的要求，希望驱动器的驱动模式像人体肌肉的驱动一样，人体在进行各种动作时，肌肉驱动骨骼牵引关节产生相应的运动，肌肉能驱动关节产生大的驱动力矩，同时能很快的以低阻尼的被动运动方式放松肌肉，而在遇到外界环境模式变化时，肌肉的粘弹性特征使得肌肉带动关节做出灵活的调整以适应外部环境的变化。

由于下肢助力外骨骼是一种并联与人体下肢外部，在运动过程中对穿戴者进行助力的机器人，故需要其驱动器需具有较低的机械输出阻抗、能适应较大的控制带宽，类似肌肉工作原理一样具有较好的自然柔顺性与缓冲功能。

实用新型内容

针对上述下肢助力外骨骼驱动器存在的不足及下肢助力外骨骼机器人对仿生节能驱动器的需求，本实用新型提供了一种主、被动相结合，能实现多种运动模式的低功耗的弹性驱动器。

本实用新型的技术解决方案是：

一种面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器，包括上基座、驱动电机、导轨、丝杆、刹车轨道、弹簧、下基座和刹车模块，所述上基座与下基座间设有导轨和刹车轨道，刹车模块串在导轨与刹车轨道上，刹车模块包括第一刹车模块、第二刹车模块与第三刹车模块，驱动电机通过刹车模块连接板与第三刹车模块相连，驱动电机通过联轴器与丝杆相连，所述丝杆穿过第二刹车模块的内部，第二刹车模块与第一刹车模块之间连接弹簧。

优选地，所述第一刹车模块、第二刹车模块与第三刹车模块的结构相同。

优选地，所述刹车模块包括齿条轨道、左推杆、右推杆、左刹车片、右刹车片、刹车装置支撑块、刹车电机支撑座一、刹车电机支撑座二、刹车电机、齿条、齿轮；刹车电机与齿轮相连接，齿轮与齿条相啮合，齿条在齿条轨道上滑动，齿条与左推杆、右推杆连接，左推杆与左刹车片相连，右推杆与右刹车片相连。

优选地，齿条轨道固定在刹车装置支撑块上，刹车电机通过刹车电机支撑座一、刹车电机支撑座二固定在刹车装置支撑块上，所述刹车装置支撑块的两侧设有分别设有用于导轨穿过的直线轴承，所述刹车装置支撑块设有用于刹车轨道穿过的通孔，所述刹车装置支撑块的顶部设有用于齿条穿过的圆孔。

优选地，所述第一刹车模块、第二刹车模块与第三刹车模块依次设于上基座与下基座间，第一刹车模块与第二刹车模块之间通过弹簧连接板与弹簧相连接。

优选地，电机通过联轴器带动丝杆及螺母运动，进而压缩弹簧，与刹车模块结合实现不同的工作模式。

优选地，刹车模块与刹车轨道有两种工作方式：当齿轮带动齿条向下运动时，推动推杆向下运动，进而推动刹车片挤压刹车轨道，使刹车模块锁紧在刹车轨道上；而当齿轮带动齿条向上运动时，使刹车轨道放松，进而能实现刹车模块在导轨上的自由移动。

本实用新型本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型通过改变三个刹车模块与刹车轨道间的锁紧与放松关系，能实现不同的工作模式；本实用新型采用主被动相结合的方式，充分利用储能器件在行走阶段储能、释能的功能，主动驱动电机仅在适时阶段实施驱动，具有低功耗的特点。

附图说明

图1是面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器的轴测图；

图2是面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器的俯视图；

图3是面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器的正视图；

图4是面向下肢助力外骨骼机器人的多模式弹性驱动器的内部构件图；

图5是实施例中刹车模块的轴测图；

图6是实施例中刹车模块的构件分解示意图。