[发明专利]一种面向外骨骼助行机器人的重心调节装置

说明书

技术领域

本发明属于外骨骼机器人技术领域，具体涉及一种面向外骨骼助行机器人的重心调节装置。

背景技术

外骨骼机器人是指套在人体外面的机器人，也称可穿戴的机器人，外骨骼是指为生物提供保护和支持的坚硬外部，具有支撑和保护作用，外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。它将人的智能与外部机械动力装置的机械能量结合在一起，可以给人提供额外的动力和能力，增强人体机能，近年来外骨骼机器人的研究开发已经成为一个新的热点，并在军事、科研、工业生产和日常生活中逐步得到了广泛的应用。

目前，在外骨骼机器人或双足机器人的研究中，为简化机器人结构，通常将下肢的关节自由度进行简化，简化后的机器人具有矢状面内的运动自由度，但冠状面内的自由度通常被忽略，导致机器人很难实现重心切换和转弯等动作，同时降低了机器人的稳定性。

为了解决上述问题，现有机器人需要在冠状面内进行重心调节，但目前重心调节通常由增加髋关节、踝关节在冠状面的自由度来实现，这种方法使得机器人关节结构复杂，不易控制。

鉴于以上问题，有必要提出一种重心调节装置，能使机器人在关节结构简化的情况下仍具有冠状面内的运动自由度，并可以进行重心调整，增强机器人稳定性与灵活性，同时具有结构简单、控制容易等优点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向外骨骼助行机器人的重心调节装置，通过将该装置设置于机器人的足底，随重心的偏移调整机器人足底的左右摆角，使得机器人在关节结构简化的情况下仍具有冠状面内的运动自由度，并可以进行重心调整，增强机器人的稳定性与灵活性，同时具有结构简单、控制容易等优点。

根据本发明的目的提出的一种面向外骨骼助行机器人的重心调节装置，所述重心调节装置包括固定设置的支撑板，设置于所述支撑板上方的承重板，所述支撑板与所述承重板间设置有铰链调节机构，机器人足底与所述承重板固定连接，通过铰链调节机构的运转带动承重板在冠状面内的摆动，实现机器人足底的左右摆动，调节重心平衡。

优选的，所述铰链调节机构包括左右设置的驱动铰链机构与辅助铰链机构；所述驱动铰链机构至少包括一组铰链杆与驱动机构，每组包括两根铰链杆，两根铰链杆的一端相互铰连接，驱动机构连接于两铰链杆的铰接处，一铰链杆的另一端与支撑板铰连接，另一铰链杆的另一端与承重板铰连接，驱动机构带动两根铰链杆移动调节两根铰链杆间的夹角，继而调整承重板的摆角；

所述辅助铰链机构包括两根固定杆，一固定杆一端固定连接承重板，另一固定杆一端固定连接支撑板，且两根固定杆间相互铰连接。

优选的，所述驱动铰链机构还包括连杆，所述连杆一端与驱动机构铰连接，另一端连接于两根铰链杆的铰接处。

优选的，所述驱动机构固定于所述承重板的底部，随承重板同步摆动，且驱动机构的运动方向与承重板相平行。

优选的，所述驱动机构包括驱动电机、传动带、丝杠螺母机构以及与螺母固定连接的滑块，所述滑块与连杆铰连接。

优选的，所述驱动铰链机构与辅助铰链机构为前后对称设置的两组。

优选的，所述驱动铰链机构包括对称设置的两组铰链杆、一根连杆与一组驱动机构，所述连杆的两端分别与两组铰链杆的铰接处铰接；所述驱动机构铰接于所述连杆的中间位置处。

优选的，所述承重板在冠状面内的左右偏转角度为-20°＜α＜20°。

与现有技术相比，本发明公开的面向外骨骼助行机器人的重心调节装置的优点是：

通过将该装置设置于机器人的足底，通过铰链调节机构的运转带动承重板在冠状面内的摆动，随重心的偏移调整机器人足底的左右摆角，调节重心平衡。使得机器人在关节结构简化的情况下仍具有冠状面内的运动自由度，并可以进行重心调整，增强机器人稳定性与灵活性，同时具有结构简单、控制容易等优点。

通过丝杠螺母机构来控制铰链调节结构的动作，运动范围较精确且机构稳定性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为冠状面的机器人受力简图。

图2机器人倾斜时的受力简图。

图3为足底偏转角度与重心偏移量之间的关系图。

图4为冠状面内重心调节装置的原理图。