[发明专利]一种腰部助力外骨骼机器人

权利要求书

1.一种腰部助力外骨骼机器人，其特征在于包括：腰部关节组件(1)、大腿组件(2)、腰部连接组件(3)、背部连接组件(4)、背部绑缚结构(25)和腰部绑缚结构(26)；

背部连接组件(4)与腰部连接组件(3)固连；腰部连接组件(3)通过腰部关节组件(1)与大腿组件(2)连接；

背部绑缚结构(25)将背部连接组件(4)穿戴于人体背部；

腰部绑缚结构(26)将腰部连接组件(3)穿戴于人体腰部；

人体穿戴好外骨骼机器人后，背部连接组件(4)始终与人体背部贴合，腰部连接组件(3)始终与人体腰部贴合；在弯腰搬抬物体过程中，大腿组件(2)与人体大腿保持贴合，大腿组件(2)与背部连接组件(4)能够检测人体腿部与背部姿态变化，反馈给腰部关节组件(1)，由腰部关节组件(1)驱动腰部连接组件(3)并带动背部连接组件(4)运动，在人体弯腰过程中提供支撑力，实现弯腰助力；在行走搬运物体过程中，腰部关节组件(1)驱动大腿组件(2)相对腰部连接组件(3)运动，不干扰人体正常行走，同时大腿组件(2)能够为物体提供支撑力，在大腿组件(2)支撑作用下减少人体手臂的力；

腰部关节组件(1)，包括无框电机(5)、电机壳体(6)、电机轴(7)、定子压环(8)、谐波减速器(9)、固定端法兰(10)、输出法兰(11)、增量式位置传感器(12)；

无框电机(5)安装在电机壳体(6)内，并与电机壳体(6)胶结，定子压环(8)将无框电机(5)压紧在电机壳体(6)内；无框电机的转子与电机轴(7)胶结，实现无框电机的转子带动电机轴(7)的旋转运动；

固定端法兰(10)的一端与谐波减速器(9)固连，固定端法兰(10)的另一端与腰部连接组件(3)固连，实现腰部连接组件(3)绕腰部关节组件(1)的旋转运动；

输出法兰(11)的一端与谐波减速器(9)固连，输出法兰(11)的另一端与大腿组件(2)固连，实现大腿组件(2)绕腰部关节组件(1)的旋转运动；

谐波减速器(9)安装在电机壳体(6)上；

无框电机(5)通电后，无框电机(5)的转子转动，带动电机轴(7)转动，电机轴(7)的输出经过谐波减速器(9)减速增力距后，带动输出法兰(11)相对固定端法兰(10)转动；

增量式位置传感器(12)，能够检测电机轴(7)的转动位置；

增量式位置传感器(12)，包括定子和转子，增量式位置传感器(12)的转子与电机轴(7)固连，增量式位置传感器(12)的定子与电机壳体(6)固连，从而实现其正常运转；

定子压环(8)，为圆环状，对无框电机(5)进行限位后，定子压环(8)与电机壳体(6)螺接；

大腿组件(2)的抬起角度应控制在50°～70°之间，角度过低会与人体大腿的运动产生干涉，而角度过高会影响弯腰搬抬动作且不利于平稳地放置物体，影响控制任务的稳定性；

外骨骼机器人穿戴在人体后，背部连接组件(4)始终与人体背部贴合，腰部连接组件(3)始终与人体腰部贴合；在弯腰搬抬物体过程中，大腿组件(2)与人体大腿保持贴合，大腿组件(2)与背部连接组件(4)能够检测人体腿部与背部姿态变化，识别到人体运动趋势，并由腰部关节组件(1)和大腿组件(2)形成控制信号，反馈给腰部关节组件(1)；腰部关节组件(1)根据控制信号输出力矩，驱动腰部连接组件(3)和背部连接组件(4)运动，在人体弯腰过程中提供支撑力，实现弯腰助力；

大腿组件(2)，包括：力传感器(13)、陀螺仪(14)、大腿支撑件(15)、大腿连接件(16)及托板(27)；

力传感器(13)的一端与输出法兰(11)固连，力传感器(13)的另一端与大腿连接件(16)固连；

大腿支撑件(15)安装在大腿连接件(16)上，且大腿支撑件(15)能够调整在大腿连接件(16)上的位置与转动角度，与人体大腿贴合，实现人体在蹲起动作时大腿外展和内收动作的随动；

陀螺仪(14)固定在输出法兰(11)上，用于检测输出法兰(11)的位姿；

力传感器(13)用来检测大腿支撑件(15)与大腿之间的接触力；

托板(27)安装在力传感器(13)上。

2.根据权利要求1所述的一种腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：背部绑缚结构(25)为编制材料，内部填充人体工程学记忆海绵，背部绑缚结构(25)上设置肩带，肩带长度可调节。