[发明专利]可穿戴式助力外骨骼下肢机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，涉及一种助力机构，尤其涉及一种可穿戴式助力外骨骼下肢机构。

背景技术

军队士兵经常需要背负重物进行长距离行走或作战，过重的负载常会对士兵身体造成一定的伤害，在这种背景下，需要开发一款能在战场环境中增强士兵速度、力量以及耐力的外骨骼装备；在科考、消防营救等领域，科考人员及消防营救人员常常需要长距离行走、背负重物、运送伤员、野外作战、登山探险等，传统的轮式交通工具难以在这些特殊场合发挥作用。除此之外，外骨骼也可以被用于仓库的货物装卸，以减轻搬运工人的劳动强度。外骨骼与人的组合能适应非结构化的环境，拥有极好的灵活性，可以完成一些复杂的装卸的工作，如为战斗机装卸导弹等，这是其他的装卸设备难以比拟的。外骨骼在这些领域的应用将对这些领域起到非常积极的作用。另外，老龄化正在全球蔓延，外骨骼的出现不仅可以帮助一些老年人解决体力较差、行走不变的问题，也可以帮助一些丧失行动能力的人恢复部分的行动能力。助力外骨骼的特点是要求在非结构环境下与穿戴者进行协作，这要求研究人员需要解决非结构性环境下高度协调的人机一体化问题，包括有效、可靠的人机间交互问题，对人体运动意图的快速响应问题，轻便、灵活的仿生结构设计，人机系统的安全性问题等，这些技术问题还处于初级摸索阶段，并不成熟，还需要进行深入的研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可穿戴式助力外骨骼下肢机构。髋关节、膝关节和踝关节的运动协作来完成行走，共有7个自由度，髋关节和踝关节各有3个自由度，分别是屈/伸运动，外展/内收，旋内/旋外运动，膝关节有1个的屈/伸运动的自由度。本发明机构简单、穿戴方便、长度可调性、适合不同身高体重的人穿戴和外骨骼各关节活动自如等特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种可穿戴式助力外骨骼下肢机构，包括：腰部、左腿、右腿、液压伺服驱动系统、实时控制器、电源模块；其中，所述左腿和右腿分别与腰部铰接，并对称设置在腰部两侧；液压伺服驱动系统分别与左腿和右腿相连，并对其进行控制；液压伺服驱动系统与实时控制器相连；电源模块对液压伺服驱动系统供电；

所述腰部包括：倾角传感器、负重板、两个底板、第二连接板、第一多维力传感器、腰部绑带；其中，两个底板分别安装在负重板的两侧；倾角传感器固定联接在负重板上；第二连接板固定联接在负重板上；第一多维力传感器固定连接在第二连接板上；腰部绑带固定连接在第一多维力传感器上；

所述液压伺服驱动系统包括：蓄能器、第一电液伺服阀、第二电液伺服阀、配油盘、伺服阀放大板、液压泵站；其中，蓄能器固定联接在第一连接板上；第一电液伺服阀、第二电液伺服阀均与配油盘固定联接；配油盘与第一连接板固定联接；蓄能器和配油盘的进油口均与液压泵站出油口连接；第一电液伺服阀的进油口、第二电液伺服阀的进油口均与配油盘进油口相连，第一电液伺服阀的出油口与配油盘的第一出油口相连，第二电液伺服阀的出油口与配油盘的第二出油口相连；伺服阀放大板与底板固定连接，一方面用于放大实时控制器输出的控制信号的功率，另一方面将实时控制器的电压信号转化为电流信号。

所述右腿和左腿结构相同，包括：髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节、脚掌、第一连接板；其中，髋关节固定联接在底板上；髋关节与大腿固定联接；大腿和小腿均与膝关节铰接；小腿与踝关节固定联接；踝关节与脚掌通过球铰链连接；液压伺服驱动系统固定联接在第一连接板上，第一连接板固定联接在髋关节上。

所述髋关节包括：第一液压缸、髋关节液压缸连接件、髋关节连接件、髋关节旋转编码器、旋转编码器安装座、伸长杆、方端盖、球窝；其中，第一液压缸一端与底板铰接，另一端与髋关节液压缸连接件铰接；髋关节液压缸连接件与髋关节连接件铰接；髋关节旋转编码器设置在旋转编码器安装座上；旋转编码器安装座与伸长杆通过球窝联接；

所述球窝包括：销钉、轴承、球头；其中，球头设置在销钉上，在球头两侧设置有一对轴承；销钉与伸长杆之间设置有一对轴承，方端盖与伸长杆固定联接，销钉通过一对方端盖对其进行轴向限位；球头固定在旋转编码器安装座中，销钉绕球头旋转，其旋转角度受球窝联接的孔径大小限制；

所述大腿包括：大腿骨、第二液压缸；其中，大腿骨与伸长杆固定连接，第二液压缸的一端与大腿骨铰接，另一端与小腿铰接；第二液压缸与大腿骨铰接；

所述膝关节包括：膝关节旋转编码器；其中，大腿骨与小腿铰接，膝关节旋转编码器设置在大腿骨与小腿铰接处；