[发明专利]一种无源助力的外骨骼负重机器人

说明书

本发明公开了一种无源助力的外骨骼负重机器人，包括腰部、髋部储能机构、大腿、小腿、足底；髋关节储能机构设置有涡旋弹簧，通过调节涡旋弹簧的弹力来支撑挂在腰部的负重的重力，涡旋弹簧相对于外骨骼前后摆动范围具有较大的行程，在外骨骼前后摆动过程中，涡旋弹簧力矩变化很小，行走过程中涡旋弹簧做功很小；负重重力依次经过腰部、髋关节储能装置、大腿、小腿和足底进而卸载到地面，而机器人在弹力协助向前迈腿行之。

技术领域

本发明属于外骨骼机器人技术领域，更为具体地讲，涉及一种无源助力的外骨骼负重机器人。

背景技术

人体外骨骼作为现代化穿戴式装备，主要用于增强人体负重和机动能力，同时为穿戴者提供保护。近年来，伴随社会进步和老龄化发展加快，人体外骨骼得到了迅速的发展，传统外骨骼与人体同构，运动过程中与人体保持同步。

目前，对外骨骼系统的设计与研究已初具形态，但在技术和用户体验上仍拥有很大提升空间。由于人体结构复杂，很难通过机械结构模拟实现，通常将人体步行时单条腿运动分为摆动相与支撑相，摆动相为足底与地面无接触阶段，支撑相为足部与地面接触阶段。

各类同构外骨骼在支撑相条件下要求外骨骼膝关节保持很大刚度，而在摆动相条件下要求能实现自由弯曲，这就要求同构外骨骼需要十分复杂的传感系统、动力系统、控制系统以及十分高效的人体运动意图预测算法和控制策略来实现人体步态的灵活转换，否则会严重削弱外骨骼综合效能。与此同时，传感系统、动力系统和控制系统的存在必然会带来布线复杂、续航能力受限、环境适应性和工作可靠性下降等问题,还会显著增加外骨骼自重。

例如：专利号为CN201120010944.9专利名称为一种有四只外骨骼下肢的人体外骨骼助行装置的发明，其使用了电源、控制装置、传感器和驱动裝置，使得其结构布线复杂、续航能力受限。又如：专利CN201721139616.2下肢外骨骼机器人及康复机器人作为康复医疗结构，同样包含了驱动系统及控制系统，且如现有大部分外骨骼，该结构膝关选用单转轴结构完成下肢小腿伴随人体运动,该设计方法不利于上身重力传递至地面，且外骨骼下肢弯曲后，需要人与电机共同作用使其恢复伸直状态，对穿戴者的舒适度产生影响。又如：西北工业大学韩冰、张力、刘更、杨柳、王喆、李汉、张通、袁建平等所发明的一种实现人体能量迁移的无源下肢外骨骼装置(专利号：CN201810622484.1)，其尺寸过大，占用空间过大。而专利CN201910859622.2一种新型无源人体负重外骨骼，由于髋关节为存被动铰接轴，在重力作用下负责会压倒人体背部，影响传递舒适性及负重能力。近年来，随着通信容量的快速增大、通信业务的日益丰富、通信应用需求的灵活多样，传统的城域网与接入网独立通信模式已经不能适应当前飞速发展的通信网络现状，也已经不能满足人们对不断膨胀的网络信息的巨大需求，因而寻求一种能够解决上述问题的新型网络体系结构已成为未来城域网与接入技术领域所面临的重大挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无源助力的外骨骼负重机器人，将负重重力依次经过腰部、髋关节储能装置、大腿、小腿和足底进而卸载到地面，而机器人在弹力协助下向前迈腿，减少负重行走肌肉能力消耗，具有结构简单、尺寸小、质量轻且外接能源等特点。

为实现上述发明目的，本发明提供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；