[发明专利]一种无源助力的外骨骼负重机器人

权利要求书

1.一种无源助力的外骨骼负重机器人，其特征在于，包括：负重、腰部、髋关节储能装置、大腿、小腿和足底；

所述腰部包括：腰部支撑板、左腰部伸缩板、右腰部伸缩板和腰带扣；其中，在左腰部伸缩板上设置有左腰部伸缩板长条孔，右腰部伸缩板上设置有右腰部伸缩板长条孔；

先将加载的负重固定在腰部支撑板上，再将左腰部伸缩板和右腰部伸缩板通过左腰部伸缩板长条孔和右腰部伸缩板长条孔固定到腰部支撑板上，使得腰部能够左右伸缩适应不同体型的人穿戴，穿戴完成后，通过将腰部伸缩板处的腰带扣系上，从而将整个装置固定在穿戴者的身体上；

所述髋关节储能装置分别设置绕X、Y、Z旋转的外展内收、屈伸、旋内旋外的旋转自由度，具体包括：屈曲关节转盘、涡旋弹簧、隔板、棘爪扭簧、棘爪、棘轮、凸轮、涡簧旋钮、棘爪旋钮、定位螺钉、大腿连接杆、外展内收关节杆、腰部连接块、第一滑动轴承、第二滑动轴承和屈曲关节转盘固定块；其中，棘爪上设置有棘爪转轴孔、棘爪长悬臂和棘爪短悬臂；腰部连接块又包括第一腰部连接块凸台、第二腰部连接块凸台和涡簧内钩卡槽；涡旋弹簧又包括涡簧内钩和涡簧外钩；涡簧旋钮又包括涡簧外钩卡槽、棘爪固定凸台、隔板固定凸台、扭簧限位凸台和凸轮限位槽；

整个髋关节储能装置通过腰部连接块与腰部的左腰部伸缩板或右腰部伸缩板连接，通过大腿连接杆与大腿连接；

在髋关节储能装置内部，屈曲关节转盘通过第一滑动轴承套在腰部连接块的第一腰部连接块凸台上，屈曲关节转盘通过第二滑动轴承套在第二腰部连接块凸台上，屈曲关节转盘固定块与屈曲关节转盘通过螺钉固连，使得屈曲关节转盘只能绕腰部连接块转动；

涡旋弹簧的涡簧内钩卡在涡簧内钩卡槽内，涡旋弹簧的涡簧外钩卡在涡簧外钩卡槽内；棘轮通过螺钉固定到屈曲关节转盘上，棘爪通过棘爪转轴孔套在棘爪固定凸台上，棘爪扭簧的中心套在隔板固定凸台，其一端顶住棘爪，另一端由扭簧限位凸台进行限位；隔板固定到隔板固定凸台上，限制棘爪扭簧的轴向移动；凸轮与棘爪旋钮布置在涡簧旋钮的两侧，并通过螺钉固定，使凸轮在旋拧棘爪旋钮时，一并在凸轮限位槽内转动，由于凸轮的凸轮面与棘爪长悬臂接触，则通过转动棘爪旋钮使得棘爪短悬臂与棘轮脱开或接触；涡簧旋钮套在屈曲关节转盘上，可绕屈曲关节转盘转动，通过定位螺钉限制轴向移动；

所述大腿和小腿的膝关节结合部设置有绕Y轴旋转的屈伸自由度，用于支持机器人行走；

所述足底用于站立机器人，在足底的踝关节处设置绕Y轴旋转的屈伸自由度，从而使机器人迈步行走；

机器人在无负重时，涡旋弹簧扭力为0，当机器人加载负重时，髋关节储能装置产生扭矩，扭矩的大小通过旋拧涡簧旋钮调节，产生的扭矩用于抵消负重重力，抵消的具体传输路径为：负重重力依次经过腰部、髋关节储能装置、大腿、小腿、足底传递到地面；

当髋关节储能装置产生的扭矩小于负重重力时，在重力的作用下，向身体前方旋拧涡簧旋钮，通过涡簧旋钮带动涡旋弹簧的涡簧外钩旋转，从而使涡旋弹簧形变储存扭力；涡簧外钩的扭力通过涡簧旋钮传递到棘爪，进而传递到棘轮，再通过屈曲关节转盘、外展内收关节杆、大腿连接杆，最终传递到腿部实现迈腿；涡簧内钩的扭力通过腰部连接块传递到腰部的腰部支撑板，抵抗负重重力产生的扭矩，避免负重重力直接卸载到穿戴者腰部；当负重重力改变时，则减小涡旋弹簧扭力，通过旋拧棘爪旋钮，带动凸轮旋转，使得棘爪克服棘爪扭簧的扭矩而旋转，棘爪与棘轮脱开，此时涡簧旋钮可逆向旋转；调整到合适的扭矩后，松开棘爪旋钮，棘爪在棘爪扭簧的扭矩作用下回位与棘轮重新接触。

2.根据权利要求1所述的一种无源助力的外骨骼负重机器人，其特征在于，所述髋关节储能装置分别设置绕X、Y、Z旋转的外展内收、屈伸、旋内旋外的旋转自由度具体为：腰部连接块与髋关节储能装置的其他部分构成Y1轴屈伸自由度，外展内收关节杆固定到屈曲关节转盘上，与大腿连接杆的铰接轴构成X轴外展内收自由度，大腿连接杆与大腿的铰接轴构成Z轴的旋内旋外自由度。