[发明专利]一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人

说明书

一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，包括腰部‑髋关节装置、大小腿调节装置和踝关节‑足部装置，腰部‑髋关节装置两侧下方分别设置有大小腿调节装置，大小腿调节装置下方设置有踝关节‑足部装置。本发明具有依次连接的腰部‑髋关节装置、大小腿连续调节装置、踝关节‑足部装置三个部分，能够提高运动的灵活性、稳定性和穿戴的舒适性，具有穿戴舒适、灵活性高、可靠性高、适应能力强、寿命长、成本低的特点。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼机器人是穿戴在人体外部的一种典型的人机一体化系统，综合了机械设计、控制、信息融合等机器人技术，将人的智力和机器人的“体力”结合在一起，提供动力以辅助人的运动。近20年来，外骨骼机器人作为一款辅助人体的装备得到了广泛的应用。

现有的下肢外骨骼康复机器人髋关节结构只包括一个前后屈伸自由度，没有严格按照仿生学的设计原理，满足实现人体髋关节前后屈伸、内外收展、内外旋转三个自由度的设计要求，自由度单一则不能提高运动的灵活性和穿戴的舒适性，更无法实现人体运动步态的多样性和康复训练策略的全面性，在面对未知的运动环境下，外骨骼康复机器人的适用程度将会进一步降低。

现有的外骨骼机器人腿部调节伸缩机构采用手动间隔调节的方式，即采用螺栓间隔固定以及联合手动调节的方式，这种手动间隔调节设计方式导致人体和外骨骼机器人之间的匹配度较差，降低人体穿戴的舒适性和运动的灵活性，而且在一定程度上还损失了电机的使用效率、减少外骨骼机器人的使用寿命。

现有的外骨骼康复机器人踝关节-足部结构多采用一体化钢板刚性结构，缺少对踝关节旋转结构和足部缓冲原理的仿生设计，极大地降低了运动的灵活性和穿戴的舒适性，而且无法适应其他未知的非结构化环境地面，一体化钢板结构设计降低传感器的集成程度，减少人机耦合的可能性，并且减少了接触面积和接触程度，降低运动过程中的稳定性和可靠性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，能够提高运动的灵活性、稳定性和穿戴的舒适性，具有穿戴舒适、灵活性高、可靠性高、适应能力强、寿命长、成本低的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种步进电机驱动和涡轮蜗杆传动的下肢外骨骼机器人，包括腰部-髋关节装置1、大小腿调节装置2和踝关节-足部装置3，腰部-髋关节装置1两侧下方分别设置有大小腿调节装置2，大小腿调节装置2下方设置有踝关节-足部装置3。

所述的腰部-髋关节装置1包括腰部结构和髋关节结构两个部分，腰部结构包括腰连接件4，腰连接件4的两端分别通过内六角螺丝与两个呈L型的腰弯板件5固定连接；

所述腰连接件4和腰弯板件5上面均设有按照线性阵列方式布置的安装孔，二者通过安装孔配合连接。

所述的腰部-髋关节装置1包括中腰部结构下端和中腰部结构上端，中腰部结构下端包括髋关节电机连接板14为圆弧状结构，所述的髋关节电机连接板14顶端圆弧状左右内侧分别有用于安装髋关节下端轴承12的轴承孔，髋关节下端轴承12和轴承孔过盈连接，髋关节下端轴承12与髋关节旋转连接件10内侧设置有轴承孔相连，所述的髋关节旋转连接件10和髋关节电机连接板14的轴承孔置于同一中心线上，髋关节旋转轴13沿着中心线进行安装；

所述的中腰部结构上端包括髋关节固定件6，髋关节固定件6底部设置有与髋关节上端轴承9过盈连接的轴承孔，髋关节固定件6上端内部分别设计有不同直径的梯形孔，这些梯形孔自下向上分别安装髋关节上端轴承9(过盈连接)、微型平面推力球轴承8(间隙连接)、髋关节轴承端盖7，髋关节固定件6与腰弯板件5，且通过螺栓固定连接。