[发明专利]多足助力康复机器人的弯曲关节

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其是一种助力康复机器人的弯曲关节。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，机器人的应用不单单只局限于工业领域，而是逐步应用于农业、医疗以及服务等领域。机器人的应用对象逐渐变得更加多样化和复杂化。本发明是一款可穿戴的六足仿生机械腿，它的主要功能是扩展人体下肢运动功能，应用对象是老年人和下肢残疾者，最终目标是实现应用对象恢复正常行走能力。这就要求六足机器人要像人腿一样灵活和安全。而传统的二足外骨骼机器人存在平衡性难度高、步态规划难以完美契合人腿运动以至于容易发生干涉造成损伤等等结构上的固有缺点，这些缺点使得二足的外骨骼机器人暂时不能较好地满足当今社会需求。

目前，国内外科研机构已经研制出多种助力机器人，其中以二足外骨骼助力机器人为主，而多足助力康复机器人方面是个空白。

外骨骼助力机器人的研究始于20世纪60年代的美国，最早的研究成果是美国通用公司研发的Hardiman外骨骼系统，其主要采用电机驱动控制，可以轻易举起重物。关于下肢外骨骼机器人，2004年，美国加州大学伯克利分校研制出的下肢外骨骼机器人(Berkeley lower extremity exoskeleton，BLEEX)，是美国国防部高级研究项目局(DARPA)EHPA项目研制的第一台能够负重且带移动电源的外骨骼机器人。BLEEX外骨骼机器人由动力设备、背包式支架、2条仿生机械动力腿组成，采用液压驱动，其液压泵能源来源于其背包式支架中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪。但这款外骨骼机器人存在续航时间短，发电装置影响到行走步态，平衡性弱等问题。

外骨骼技术在我国尚处于基础研究阶段，我国国家自然科学基金和科技支撑计划也逐渐关注、开展外骨骼机器人的研究。2016年10月15日由荷福人工智能集团联合上海交通大学共同研发的六足并联步行机器人在上海浦东正式亮相，并进行了载人绕桩行走演示。该机器人六足协同行走可实现搬运、避障、上下爬梯等高难度动作，但其采用液压驱动，受压液体容易泄露，工作噪声较大，能源使用效率低，传动速度低，不适用于针对老年人和下肢残疾者的助力康复。

发明内容

为了克服已有外骨骼机器人的平衡性较差、能源使用效率较低、无法适用于老年人和下肢残疾者的助力康复的不足，本发明提供一种平衡性较好、能源使用效率较高、有效适用于老年人和下肢残疾者的助力康复的多足助力康复机器人的弯曲关节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多足助力康复机器人的弯曲关节，所述弯曲关节包括电动推杆驱动器、一个连接电动推杆驱动器与上部腿骨的转动副、一个连接电动推杆驱动器与下部腿骨的转动副和一个连接上部腿骨的下端与下部腿骨之间的转动副；所述电动推杆驱动器包括滑块、导轨、步进电机、丝杠、丝杠套筒和杆端关节轴承，所述步进电机安装电机固定夹片上，所述电机固定夹片上开有固定圆孔，固定销轴穿过所述固定圆孔构成铰链连接在下部腿骨上，所述步进电机的输出轴与丝杠的一端连接，所述丝杠与丝杠套筒连接，所述杆端关节轴承的一端通过端口螺母与丝杠套筒间隙配合，所述杆端关节轴承的另一端设有端部圆孔，所述端部圆孔与端部销轴构成铰链连接在上部腿骨上；所述丝杠套筒与滑块的圆孔过盈配合，所述滑块可滑动地套装在导轨上，所述导轨与所述电机固定夹片固定连接。

本发明的技术构思为：多足助力康复机器人以多足昆虫(例如蜘蛛)为原型，从结构和功能上进行模仿，具有6条仿生机械腿以及多个自由度，通过驱动器帮助人体连续进行类似走路、爬坡、上楼梯等动作。运用本发明设备，可以帮助年老体弱者和下肢残疾者像健康的年轻人一样快速地行动。作为一款可穿戴式新型轻量机器人。它不仅能帮助残疾人恢复行走能力，还有望避免患者因长时间坐在轮椅上而生压疮，同时还可以改善心脏健康状况、锻炼肌肉强度、缓解抑郁症等。穿上它的人可以实现轻松自如地行走，完全避免摇摇晃晃、边走边停的情况。同时，它的实现将会减轻老龄化和部分伤残造成的家庭和社会压力。