[发明专利]一种下肢助力的外骨骼机器人

说明书

本发明公开了一种下肢助力的外骨骼机器人，包括大腿板、小腿板、离合装置、第一弹性元件和第二弹性元件，大腿板和小腿板通过离合装置转动连接；第一弹性元件的一端和大腿板的游离端铰接，另一端和离合装置的上连接件铰接；第二弹性元件的一端和小腿板的游离端铰接，另一端和离合装置的下连接件铰接；离合装置工作时，上连接件和下连接件之间的夹角小于大腿板和小腿板之间的夹角；离合装置未工作时，上连接件和下连接件之间的夹角等于大腿板和小腿板之间的夹角。本发明其既可以在站立阶段提供助力又不阻碍摆动阶段的摆动的助力外骨骼机器人，以解决现有的跑步助力外骨骼机器人大都阻碍人体大腿摆动，增加代谢消耗的问题。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人领域，具体涉及一种下肢助力的外骨骼机器人。

背景技术

人体在跑步过程中可分为站立阶段和摆动阶段，已有研究表明，可以用弹簧质量模型区近似估计人体跑步过程中站立阶段的腿的力学特性。根据这一原理，已有几款外骨骼应用于人体跑步过程中的助力，然而大多数应用于跑步助力的外骨骼机器人，虽然能在人体站立阶段提供助力，减轻关节和肌肉负荷，然而在人体下肢摆动阶段却起到了阻碍作用，这无疑增大了人体跑步过程中的能量消耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种下肢助力的外骨骼机器人，其既可以在站立阶段提供助力又不阻碍摆动阶段的摆动的助力外骨骼机器人，以解决现有的跑步助力外骨骼机器人大都阻碍人体大腿摆动，增加代谢消耗的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种下肢助力的外骨骼机器人，包括大腿板、小腿板、离合装置、第一弹性元件和第二弹性元件，所述大腿板和所述小腿板通过所述离合装置转动连接；所述第一弹性元件的一端和所述大腿板的游离端铰接，另一端和所述离合装置的上连接件铰接；所述第二弹性元件的一端和所述小腿板的游离端铰接，另一端和所述离合装置的下连接件铰接；所述离合装置工作时，所述上连接件和所述下连接件之间的夹角小于所述大腿板和所述小腿板之间的夹角；所述离合装置未工作时，所述上连接件和所述下连接件之间的夹角等于所述大腿板和所述小腿板之间的夹角。

进一步的，所述离合装置包括第一轮齿、第二轮齿和电磁离合器，所述电磁离合器能够控制所述第一轮齿和所述第二轮齿啮合或分离。

进一步的，所述离合装置还包括齿轮圈、中心齿轮和若干行星齿轮，所述行星齿轮环绕所述中心齿轮设置，并与所述中心齿轮外啮合；所述齿轮圈套设在所述行星齿轮的外部，并与所述行星齿轮内啮合；所述齿轮圈和所述下连接件连接，所述行星齿轮连接有输出端，所述输出端和所述上连接件连接。

进一步的，所述电磁离合器能够由位于膝关节处的光电编码器控制。

进一步的，膝关节处设置有加速度传感器，所述加速度传感器和所述光电编码器电性连接。

进一步的，所述大腿板和所述小腿板的材料均包括纤维材料。

进一步的，所述第一弹性元件通过第一旋转轴和所述大腿板铰接，所述第一旋转轴和插设在所述中心齿轮上的固定轴平行。

进一步的，所述第二弹性元件通过第二旋转轴和所述小腿板铰接，所述第二旋转轴和插设在所述中心齿轮上的固定轴平行。

进一步的，所述大腿板和所述小腿板上均设置有绑带。

本发明的有益效果：

利用离合装置控制设置在大腿板上的第一弹性元件，以及设置在小腿板上的第二弹性元件能够在站立阶段锁定离合装置，使得第一弹性元件和第二弹性元件被压缩从而储备弹性势能；在摆动阶段离合装置解锁，第一弹性元件和第二弹性元件未被压缩，大腿板和小腿板可以自由转动，从而不影响人体腿部的运动，上述设计符合人体在跑步和跳跃过程中能量存储主要在站立阶段，使得本设计符合人体工程学原理，增加了人机耦合的程度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；