[发明专利]一种轻型化主被动结合的下肢助力外骨骼机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种下肢助力外骨骼机器人，具体涉及一种轻型化主被动结合的下肢助力外骨骼机器人。

背景技术

目前，对于下肢助力外骨骼机器人来讲，膝关节和髋关节是至关重要的设计环节，而且这两个关节对机器人助力效果影响最大。现有的外骨骼机器人在膝关节和髋关节设计上都采用主动驱动，采用电机直接驱动，对电机出力和速度要求高，导致电机体积重量做的很大；采用液压缸驱动，整体体积大，还需要考虑液压泵站，油源泄露，环境污染，效率低下，而且运动范围受限制；还有的外骨骼只在膝关节采用主动驱动，采用电机直接驱动或者液压缸驱动，髋关节完全采用被动驱动，由穿戴者直接带动控制，这种设计方式，对膝关节的要求特别高，导致膝关节电机或者液压缸的尺寸、重量进一步加大，增加外骨骼整体重量，髋关节没有任何助力装置，完全由人体带动，会消耗人体很多体能，限制人体的正常运动范围。

发明内容

本发明为解决现有下肢助力外骨骼机器人，体积大、重量大、运动范围受限、消耗人体体能或者其他能源较大，能量利用率低的问题，而提出一种轻型化主被动结合式的下肢助力外骨骼机器人。

本发明的一种轻型化主被动结合的下肢助力外骨骼机器人，所述机器人包括背部、腰部、弹簧调节板、两个髋关节、两个膝关节、两个大腿、两个小腿、两个足部关节轴承、两个足部、两个腿髋连接轴、两个膝关节连接轴和两个绑腿塑料板；

每个髋关节包括髋关节转轴座、上滑轮轴、下滑轮轴、上滑轮、下滑轮、钢丝、导向滑轮、钢丝固定件、导向滑轮座、弹簧下压板、一组平衡弹簧和弹簧上压板，髋关节转轴座包括髋关节转轴和两个连接板，每个连接板的上方设有两个滑轮轴孔，每个连接板的下方设有一个腿髋连接轴孔，两个连接板平行设置，两个连接板对称设置在髋关节转轴的两侧，且两个连接板与髋关节转轴制成一体，上滑轮轴与下滑轮轴上下平行设置在两个连接板之间，上滑轮轴和下滑轮轴分别固装在相应的滑轮轴孔中，上滑轮通过轴承安装在上滑轮轴上，下滑轮通过轴承安装在下滑轮轴上，钢丝的下端先绕过下滑轮再绕过上滑轮后与钢丝固定件连接，钢丝的上端绕过导向滑轮后与弹簧下压板连接，一组平衡弹簧的下端与弹簧下压板连接，一组平衡弹簧的上端与弹簧上压板连接，导向滑轮固装在导向滑轮座中；

每个膝关节包括连杆轴、膝关节支撑壳体、电机编码器、电机、减速器、联轴器、丝杠、螺母传动部件、两个轴承座、两个导轨和两个弹性连杆，螺母传动部件包括丝杠螺母、滑块连接件、两个动力传动连接件和两个滑块，滑块连接件与丝杠螺母平行且同轴设置，两个动力传动连接件设置在丝杠螺母与滑块连接件之间，两个动力传动连接件以丝杠的轴线为基准对称设置，每个动力传动连接件的外侧设有连杆销，两个滑块对称设置在动力传动连接件的两侧；

电机与电机编码器连接，减速器与电机连接，丝杠的输入端通过联轴器与减速器连接，丝杠的两端分别支撑在相应的轴承座中，螺母传动部件套装在丝杠上，且丝杠螺母与丝杠螺纹连接，两个导轨与两个滑块一一对应，且滑块与导轨滑动连接，两个弹性连杆与两个连杆销一一对应，弹性连杆的一端与连杆销铰接，弹性连杆的另一端通过连杆轴与膝关节支撑壳体中部铰接；

背部与腰部上下设置，且腰部上的腰部捆绑连接件与背部上的背部支撑件连接，两个髋关节与腰部上的两个腰髋连接件一一对应，髋关节上的髋关节转轴与腰部上的腰髋连接件铰接，髋关节上的弹簧上压板与弹簧调节板连接，弹簧调节板位于背部支撑件的上端，弹簧调节板与背部支撑件连接，导向滑轮座与腰部上的腰部固定板固连；

两个大腿与两个髋关节一一对应，大腿的上端通过腿髋连接轴与髋关节上的连接板铰接，髋关节上的钢丝固定件固装在大腿的外壁上，两个膝关节与两个大腿一一对应，大腿的下端通过膝关节连接轴与膝关节支撑壳体的上端铰接，膝关节中的电机编码器、电机、减速器、联轴器和丝杠由上至下依次设置在大腿内部，两个小腿与两个膝关节一一对应，两个足部与两个小腿一一对应，小腿的上端与膝关节支撑壳体连接，小腿的下端通过足部关节轴承与足部铰接，两个绑腿塑料板与两个大腿一一对应，绑腿塑料板与大腿连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：