[实用新型]一种柔性外骨骼助力机器人鲍登线预紧机构

说明书

本实用新型提供一种柔性外骨骼助力机器人鲍登线预紧机构，该预紧机构由导套、滑块、上盖和压簧组成，鲍登线预紧机构的预紧力由压缩压簧产生，预紧力使鲍登线处于绷紧状态。在轮子两侧对称安装鲍登线预紧机构，当电机顺时针转时，左侧鲍登线拉紧，预紧机构压簧收缩，吸收能量，当电机逆时针转时左侧鲍登线松弛。压缩的压簧释放能量而伸长给予左侧松弛鲍登线一个预紧力，这样左侧松弛下来鲍登线就不会积累在轮子上，从而不会飞出卡入轮子与外壳间隙。同理右侧鲍登线预紧原理也同左侧。在电机正反转交替时，左右预紧机构交替工作，完成左右侧鲍登线预紧。

技术领域

本实用新型涉及机动工具领域，具体是一种柔性外骨骼助力机器人鲍登线预紧机构。该预紧机构是给鲍登线一个预紧力，防止在电机反转时使松弛的鲍登线卡入卷轴与卷轴外壳的缝隙中。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，武器装备水平越来越成为现代战争胜利的重要保证。作战部队规模小、作战消耗高成为现代战争的基本特征。同时，反恐战争等新形式的武装打击对单兵装备要求越来越高，单兵负荷也随之增大，但过重的单兵负荷又是影响执行任务成败的重要因素。能够提升单兵携行能力又不妨碍动作敏捷性的外骨骼系统受到广泛的关注。外骨骼系统是一种穿戴在单兵身体上的伴随式智能装备，通过人机协调同步运动，为单兵提供承重及运动助力，提升其搬移托举能力、承载携行能力及快速机动能力。目前国内外对硬质外骨骼研究最多，硬质结构外骨骼机器人还普遍存在重量大、动作灵活性差、反应速度慢、舒适性差、穿脱不方便、携带不方便等方面的问题，无法满足单兵实战需求，制约了其应用普及。

近年，柔性外骨骼系统因其能够克服硬质外骨骼系统的上述瓶颈问题而受到更多青睐。哈佛大学Ye Ding等人研制的主动式离线式下肢助力柔性外骨骼包括踝关节、膝关节、髋关节驱动，其力传递采用绳索，外骨骼最大可以为踝关节、膝关节、髋关节提供124.6Nm、40Nm、104Nm的力矩，正常人穿戴该外骨骼，行走时可以减少22.83±3.17％代谢消耗。这种外置实验平台的设计只能进行实验研究，不能商业化和实际运用。哈佛AlanT.Asbeck等人报告一种可穿戴的多关节辅助软外套，帮助踝关节伸展和髋关节伸展，行走速度可达1.79m/s(4.0mph)。外套在踝关节负荷路径上施加力最大值为300N，在髋关节伸展处施加力最大值为150N。多关节辅助软外套使用一种利用关节协同作用的新的驱动方法，其中一台电机驱动双腿上踝关节伸展，一台电机驱动双腿上的髋关节伸展，以便减少总系统重量。申请人前期设计开发的一种柔性外骨骼助力机器人支撑相也是通过一台电机驱动双腿上的髋关节伸展助力。以上这种设计当电机转速过快鲍登线均容易从轮子飞出卡入轮子与外壳间隙，这一问题增加了机构不稳定性，且限制了外骨骼机器人助力速度。这是使用鲍登线作为末端执行机构所必须面临的常见问题，这也是鲍登线控制的缺点。

实用新型内容

为解决现有技术鲍登线易松弛卡死的问题，本实用新型提供一种柔性外骨骼助力机器人鲍登线预紧机构，可实现快速机动条件下助力需求。鲍登线在外骨骼机器人上的运用已经彰显了他的力传递灵活优势，为了克服这种优势带来的负面问题，加装助力机器人鲍登线预紧机构，可提高穿戴者高负荷快速机动能力，提高系统结构稳定性。预紧机构还能够在运动过程中吸收大腿运动受到的冲击，并利用其自身压簧弹性吸收人机控制的不协调性，从而确保穿戴的舒适性。处于持续张紧状态下鲍登线能通过同步“跟随”人体运动，有效提升穿戴者的快速机动能力。使助力机器人适用于士兵的日常负荷和作战环境中频繁进行的蹲、爬、匍匐、奔跑等动作，能够防止并减轻肌肉与骨骼损伤。

本实用新型所采用的技术方案是：设计一种柔性外骨骼助力机器人鲍登线预紧机构，其特征在于，该预紧机构包括导管、滑柱、上盖、U型片和压簧。

所述导管为一端全开口、另一端端面中部设置有通孔的中空条状结构，其内部为光滑圆孔，该光滑圆孔的孔径大于其一端端面中部的通孔孔径，上盖安装在全开口端的端面上，滑柱安装在另一端的端面内侧，压簧设置在滑柱与上盖之间，U型片套装在上盖的外侧；