[发明专利]一种主被动结合的变瞬心柔性绳驱下肢外骨骼机器人及控制方法

权利要求书

1.一种主被动结合的变瞬心绳驱下肢外骨骼机器人，其特征在于，以上至下依次包括：控制盒（Ⅰ）、腰部结构（Ⅱ）、膝关节机构（Ⅲ）、小腿部分（Ⅳ）以及踝关节机构（Ⅴ）；

所述的腰部结构（Ⅱ）包括：导轨（9）、背板（10）、电池（11）、驱动部分（12）、腰部导轨（13）、腰托主体（14）、髋部交接缓冲部分（15）、腰部转动副（16）、髋关节转动副（17）、编码器（18）、大腿连接件（19），另外背部和腰部柔性连接部分图中未给出，这部分包括背带和腰带两部分，分别固定于背板（10）和腰托主体（14）上；

其中驱动部分（12）包括：驱动器（20）、电机轴（21）、离合器（22）、电机壳（23）、大绕线盘（24）、小绕线盘（25）、电机固定盘（26）；驱动器（20）包括了电机和谐波减速器，集合成一个整体，通过电机轴依次连接着离合器（22）、大绕线盘（24）以及小绕线盘（25）；其中离合器（22）连接控制盒（Ⅰ），外接开关以实现绕线盘和驱动器（20）的连接和断开，实现整个外骨骼系统的主动和被动转换；在实现主动控制时，驱动器（20）正转带动大绕线盘（24）的正转和小绕线盘（25）反转，实现膝关节机构（Ⅲ）的张开，进而带动人体膝关节进行内屈运动；驱动器（20）反转带动大绕线盘（24）的反转和小绕线盘（25）正转，实现膝关节机构（Ⅲ）的闭合，进而带动人体膝关节进行外展运动；通过膝关节机构（Ⅲ）上力传感器以及固定于人体脚背上的IMU的运动检测，结合控制系统的算法控制，实现膝关节机构（Ⅲ）的贴合人体意愿的屈伸运动，进而产生助力效果；在实现被动机构时，驱动器（20）以及控制盒（Ⅰ）部分实际上和外骨骼机器人分离，其他部分组成刚性支架，对人体起支撑作用，绕线盘可以跟随人体运动时钢丝绳的变化而转动，人体运动更加自由灵活，能够实现在主动控制时不能或者较困难实现的动作，线长弥补机构（39）的弹簧实现一定的运动缓冲作用；电机壳（23）和电机固定盘（26）通过螺钉连接把驱动器（20）、离合器（22）、绕线轮固定在背板（10）上；

髋部交接缓冲部分（15）和髋关节转动副（17）部分包括了导轨部分和被动转动关节部分；导轨限位机构（30）和髋板（31）通过铰链连接，实现髋关节的外展自由度，滑块（27）和上面两个结构连接；导轨（28）通过螺钉固定在腰部过渡板（29）上，它和滑块（27）的配合关系实现结构的上下滑动，整体上符合运动的实际效果，并实现人在运动时的缓冲；髋板（31）、髋关节零件固定（32）以及大腿过度连接（34）组成简单的转动副，包括了轴以及轴承等零件；线鞘髋部固定件通过螺钉连接固定于髋关节零件固定（32）上；编码器（18）安装于髋关节零件固定（32），实现对髋部的运动监测，保证人机交互的可靠性和安全性。

2.根据权利要求1所述的一种主被动结合的变瞬心绳驱下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的控制盒（Ⅰ）包括：控制盒盖板（1）、控制盒主体（2）、航空接头（3）、Elmo驱动器（4）、WiFi模块（5）、开关（6）、隔板（7）、控制板（8）；整个控制盒分成上下两层，底层安装有Elmo驱动器（4）和WiFi模块（5）等；上面一层为隔板（7），安装有控制板（8），隔板（7）可以在控制盒主体（2）上滑动，实现上下两层的便捷接线；控制盒主体（2）的侧面上有航空接头（3）和开关（6），航空接头（3）主要针对外部接线，方便快捷，开关（6）控制电路的通断，也可以实现紧急停止。