[实用新型]一种下肢外骨骼机器人

说明书

本实用新型为一种下肢外骨骼机器人。该机器人所述股部支撑部分与胫部支撑部分连接；所述胫部支撑部分与足部支撑部连接；所述动力室固定于胫部支撑部分的侧部；所述股部支持部分包括股前侧支撑板、股后侧支撑板、股部框架、股部陀螺仪和加速度传感器，以及四个股部连杆、四个股部压力传感器；所述动力室由动力室底板、动力室壳体、控制舱、能量释放装置、电机驱动装置和膝关节从动体构成。本实用新型的机器人能对穿戴者行走过程中的能量进行回收，并传递给能量释放装置，后者与电机驱动装置一起为穿戴者的行走提供辅助，从而达到节约能源的目的。

技术领域

本实用新型涉及辅助机器人技术领域，具体涉及一种可穿戴助行下肢外骨骼及其控制方法。

背景技术

进入21世纪，中国人口老龄化逐渐加剧，据预测，到2050年，中国老龄人口将达到总人口的三分之一。膝关节炎症则是老年人关节疾病中最主要的一种情况，据统计，60岁以上的老年人中10％的男性和13％的女性都患有关节炎的症状。关节炎带来的膝关节疼痛严重影响患者的行走能力，给老年人的自由出行带来了很多困难。为分担膝关节承受的重量并对行走过程进行助力，下肢外骨骼是一种很有应用前景的解决办法。

下肢外骨骼一般分为有动力和无动力两种形式，它与穿戴者进行协同动作，感知穿戴者运动意图，并为其特定关节提供辅助力矩，从而对穿戴者的运动能力进行增强。动力外骨骼一般需要额外的能量源为其作动器提供能量输入，而无动力外骨骼往往采用能量回收的方式，将人体运动过程中的能量通过机构弹性或特制的储能元件进行储存，并按需求进行释放。

用于老年人等行动能力较弱者的下肢助行外骨骼一般采用蓄电池方案，如日本Cyberdine公司的HAL，以及Honda公司发布的名为体重支撑系统的外骨骼等。受限于电池的能量密度和电机的能量转化效率，这类外骨骼一般需要配备比较大的关节驱动电机和笨重的蓄电池，整机重量往往会大于10kg。进一步提高下肢外骨骼的实用性能，需要对动力模块进行优化，降低其能量消耗，通过轻量化设计方法提高整机效率。目前已问世的下肢外骨骼受限于驱动器效率、机构重量以及成本等因素，往往无法兼顾助力效果与结构上的轻便，额外的负重会给使用者造成负担，难以适应老年人等行动能力较弱者的日常行动需求。

考虑结合动力外骨骼和无动力外骨骼的特点，以能量回收和重复利用的装置对驱动电机进行辅助的峰值输出，可以减小进行膝关节助力对电机功率的要求，使电机输出曲线更加平滑，进而可以选择更小的驱动电机，从驱动器和电源角度减小外骨骼整机重量。

实用新型内容

本实用新型的目的为针对当前技术中存在的助行下肢外骨骼技术中存在的能量利用效率低、机构重量大的问题，提供一种可穿戴下肢外骨骼机器人及其控制方法。所述的机器人通过在外骨骼足部安装有能量收集装置、胫部安装有能量释放装置和电机驱动装置，将能量释放装置和电机驱动系统的输出用于外骨骼目标关节的驱动，构成双驱动系统。

本实用新型的技术方案为：

一种下肢外骨骼机器人，包括股部支撑部分、胫部支撑部分、足部支撑部分和动力室；

所述股部支撑部分与胫部支撑部分连接；所述胫部支撑部分与足部支撑部连接；所述动力室固定于胫部支撑部分的侧部；

所述股部支持部分包括股前侧支撑板、股后侧支撑板、股部框架、股部陀螺仪和加速度传感器，以及四个股部连杆、四个股部压力传感器。