[发明专利]基于套索人工肌肉驱动的可穿戴下肢外骨骼

权利要求书

1.一种基于套索人工肌肉驱动的可穿戴下肢外骨骼，其特征在于：利用套和索的相对运动传递动力的方式，按Hill型肌肉模型增加新的传动单元，构建人工肌肉，通过套索人工肌肉和绳索的夹紧和松开，在电机断电时解除对关节自由摆动的限制，利用套索人工肌肉和圆盘关节的组合将驱动电机置于康复外骨骼腰部上；所述可穿戴下肢外骨骼包括轴对称设置的两组外骨骼机构，所述两组外骨骼机构通过设于中间的调节板组件连接，所述每组外骨骼机构均包括髋关节机构、连接于所述髋关节机构下端的膝关节机构、连接于所述膝关节机构下端的踝关节机构，设于所述髋关节机构上部的髋关节电机组件和膝关节电机组件，以及设于调节板组件上的背包组件机构，所述背包组件机构包括连接于调节板组件上的背包，以及设于背包上的电池、电路板以及驱动器；所述膝关节绕着髋关节轴心转动，而髋关节轴心和膝关节电机输出端圆盘距离不变；所述髋关节电机组件和膝关节电机组件分别通过与其传动连接的索套驱动髋关节机构和膝关节机构摆动，所述索套连接有若干套索人工肌肉和预紧机构，所述髋关节机构还设有外摆内收组件；所述套索人工肌肉包括用于髋关节屈曲和伸展主动自由度的髋关节套索人工肌肉组件，所述套索人工肌肉的并联弹簧连接于下髋套管支撑块，穿设于所述上髋套管支撑块和下髋套管支撑块之间的套索连接于套索人工肌肉，髋关节屈曲和伸展主动自由度通过髋关节机构的髋电机带动套索运动，所述套索进而带动套索人工肌肉再经其下端套索对关节执行末端传递动力；所述套索人工肌肉包括用于膝关节前伸后屈主动自由度的膝关节套索人工肌肉组件，所述髋关节机构通过大腿杆连接于膝关节机构的膝大腿连接件，所述膝关节套索人工肌肉组件包括套索人工肌肉以及设于大腿杆上的上膝套管支撑块和下膝套管支撑块，所述套索人工肌肉的并联弹簧自由端连接于下膝套管支撑块，穿设于所述上膝套管支撑块和下膝套管支撑块之间的套索连接于套索人工肌肉，所述膝关节前伸后屈主动自由度通过膝关节机构的膝电机带动套索运动，所述套索进而带动套索人工肌肉再经其下端套索对关节执行末端传递动力；所述髋关节机构设有外摆内收支撑板，所述外摆内收支撑板与调节板组件侧壁下端通过外摆内收组件铰接，所述调节板组件侧壁下端设有轴承支座，所述外摆内收支撑板设有外摆内收轴，所述外摆内收轴铰接于轴承支座，所述外摆内收支撑板设有抵靠于调节板组件侧壁下端的外摆内收固定块，限制髋关节机构绕外摆内收轴向外侧摆动，所述外摆内收支撑板与调节板组件侧壁之间还连接有板簧；所述预紧机构设于套索穿入上髋套管支撑块处和上膝套管支撑块处，所述套索可拆卸安装于髋关节电机组件和膝关节电机组件，所述预紧机构包括螺柱螺母机构，所述髋电机输出端和膝电机输出端均连接有电机输出端圆盘，所述螺柱螺母机构包括设于套索穿入上膝套管支撑块处的开口圆柱头螺栓以及开口螺母，所述套索下端绕于膝执行轮；髋关节电机组件中，左髋电机一端固定左髋电机编码器，另一端通过左髋电机支架圆盘固定于左髋谐波减速器上，右髋电机一端固定右髋电机编码器，另一端通过右髋电机支架圆盘固定于髋套管支撑架上；膝关节电机组件中，左膝电机和右膝电机一端固定膝电机编码器，另一端通过膝电机支架圆盘固定于膝谐波减速器上；所述髋关节机构的外侧轴承端盖表面设有套管导向块，所述膝关节电机组件的套索向下穿过套管导向块再绕于膝执行轮，髋关节机构的髋执行轮和膝电机的电机输出端圆盘距离不变，膝关节机构绕髋关节机构的髋执行轮转动过程中，套索穿过套管导向块使得套索在该外骨骼机构步态行走过程中路径曲线平滑。