[发明专利]被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人

说明书

本发明公开一种被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人，被动髋关节自动回中机构包括一个内收外展装置或一个内旋外旋装置或者二者的结合，外骨骼机器人的腰部结构与内旋外旋装置连接，腿部结构与内收外展装置连接，内收外展装置设置有运用弹性元件组成的腿部弹性装置，内旋外旋装置也设置有运用弹性元件组成的腰部弹性装置，利用弹性元件的弹性工作原理，对腿部支撑架和腰部支撑架进行一个自动回中的功能，无需主动方式驱动腿部支撑架和腰部支撑架进行回中，更节约电能，且当人体穿戴的时候，也无需人体给予外骨骼机器人这样的回复力，自动保持人体的平衡，穿戴起来更为舒适，且行动起来更为舒适，自由度和仿真效果更好，更有利于康复运动。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有回中机构的外骨骼机器人的髋关节结构和外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼机器人（Exoskeleton Robot）是指套在人体外的机器人，也可称为“可穿戴的机器人”，外骨骼机器人技术是融合了传感、控制、信息技术、移动计算,以及可穿戴结构的综合技术。

作为人体下肢助力的外骨骼机器人，髋关节的设计是非常重要的一个环节，现在的外骨骼机器人的髋关节设计大多是采用电机直接驱动或者液压缸直接驱动，此种方法为主动驱动方式，会增加外骨骼机器人的体积和重量，还会引起更多不必要的做功，运动范围也受限。现有技术中，也有一些外骨骼机器人采用被动驱动，或者外骨骼机器人的髋关节由一个主动自由度关节（前屈、后伸）和两个被动自由度关节（内收、外展和内旋、外旋）构成。其中现有外骨骼机器人两个被动髋关节都不具有回复力作用，而外骨骼机器人在穿戴行走的过程中，髋部的被动自由度需要提供作用力来帮助人体实现平衡，提供平衡的力主要来自于人体，这样会增加人体体能的消耗，从而增加人体的负担，影响运动能力。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种被动髋关节自动回中机构和外骨骼机器人，当人体穿戴上带有该被动髋关节自动回中机构的外骨骼机器人时，人体随外骨骼机器人运动，其髋关节部分能自动回复到中立位，大大节省了人体施加的力，减轻人体的身体负担，更有利于人体的康复。

为实现上述目的，本发明公开一种被动髋关节自动回中机构，包括一个内收外展装置，所述内收外展装置包括腿部支撑架和腿部弹性装置，所述腿部支撑架与腿部弹性装置接触连接，所述腿部支撑架与腿部结构连接，并与控制腿部运动的电机连接，电机驱动腿部结构向前或向后运动，作用在腿部结构上的人体在运动时左右倾斜，带动腿部支撑架向左或向右挤压腿部弹性件，当人体作用于腿部结构上向左或向右运动的力结束，腿部支撑架的向左或向右运动的力减弱或消失，腿部弹性装置的回复力驱动腿部支撑架回复到中立位置。

其中，所述腿部弹性装置包括第一板簧、第二板簧、连接板和板簧压块，第一板簧和第二板簧并列设置，且上端分别卡接在板簧盖上，并通过连接板压合固定，所述第一板簧和第二板簧的中部通过板簧压块连接支撑，第一板簧与第二板簧分别与腿部支撑架接触连接，腿部结构向前运动，腿部支撑架的下端向左摆动，腿部支撑架的上端与第一板簧接触并压缩第一板簧，当腿部支撑架下端向左运动的力减弱或消失时，第一板簧恢复形变，第一板簧的回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置，腿部结构向后运动，腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架与第二板簧接触并压缩第二板簧，当腿部支撑架下端向右的力减弱或消失时，第二板簧回复形变，回复力作用于腿部支撑架，腿部支撑架回复到中立位置。

其中，所述第一板簧设置有两个，分别位于第二板簧的左右两边，两个第一板簧与第二板簧同时固定在板簧盖上，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架的上端同时挤压左右两端的第一板簧，并将挤压力平均分解到两块第一板簧上。

其中，所述腿部支撑架与第一板簧的接触面上设置有第一垫块，所述腿部支撑架与第二板簧接触面上设置有第二垫块，腿部支撑架下端向左运动，腿部支撑架上端通过第一垫块挤压第一板簧，所述腿部支撑架下端向右运动，腿部支撑架通过第二垫块挤压第二板簧。