[发明专利]一种基于切比雪夫的体重支撑机构

说明书

本发明公开了一种基于切比雪夫的体重支撑机构，每个行走结构包括曲柄、连杆和摇杆，曲柄一端可转动安装在座椅一端，连杆一端与曲柄另一端可转动连接，摇杆一端可转动安装在座椅远离曲柄的一端，连杆中部与摇杆另一端可转动连接，连杆下端设有支撑部；驱动电机安装在座椅上，驱动电机的输出轴与曲柄连接用于驱动曲柄围绕第一转轴转动。座椅下方设置多个行走机构，每个行走机构的曲柄、连杆和摇杆与座椅一起构成切比雪夫连杆机构，通过驱动电机驱动曲柄旋转，从而带动连杆和摇杆反复摆动，一方面实现与人体行走同步的行走动作，使得座椅随与人体重心起伏，保证对人体支撑可靠性，减轻腿部肌肉负担；另一方面，驱动电机单向旋转驱动，避免了驱动电机换向产生的冲击及能量损失。

技术领域

本发明涉及下肢外骨骼机器人领域，尤其涉及一种基于切比雪夫的体重支撑机构。

背景技术

下肢关节退化不仅会造成疼痛，影响患者生活，严重者还会造成残疾。若使用拐杖等辅助行走，人体重心往往会偏向健肢，正常行走步态被破坏，加重健侧关节的负重。经常使用轮椅的患者，下肢长时间不锻炼，容易导致腿部肌肉萎缩，血液循环不畅。患者急切需要一种装置既可减轻下肢关节负重，又可实现正常行走。因此，使用机器人手段来减轻下肢负重，有效增强其肢体运动功能，是一个极具挑战性的问题。

目前，针对减重步行助力装置的研究还不成熟，传统的下肢助力外骨骼主要侧重于对各个关节的助力，以期实现人体的正常行走，并没有侧重于体重的支撑。发明申请号为201810737256.9和201910155694.9的文献公开理论一种体重支撑装置，利用驱动电机齿轮与座椅上的弧形齿配合，实现座椅跟随人体重心移动，同时驱动电机也需要机械传动带动膝关节的运动。座椅上的弧形齿加工精度高，同时机械传动结构比较复杂，加工制造、装配和维修较难。申请号201710334755.9的文献公开了一种基于步态相位自解锁的被动式体重支撑外骨骼装置，装置通过人体小腿与机构的绑缚，带动机构的运动，结构简单但需要与人体进行绑缚，不能与人体形成良好的耦合。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于切比雪夫的体重支撑机构。

本发明提出的一种基于切比雪夫的体重支撑机构，包括：座椅、多个行走机构、驱动电机；

每个行走结构包括曲柄、连杆和摇杆，曲柄一端设有水平设置的第一转轴且其通过第一转轴可转动安装在座椅一端，曲柄远离座椅一端设有平行于第一转轴设置的第二转轴，连杆一端通过所述第二转轴与曲柄可转动连接，摇杆一端设有平行于第一转轴的第三转轴且通过所述第三转轴可转动安装在座椅远离曲柄的一端，摇杆远离座椅一端设有平行于第一转轴设置的第四转轴，连杆中部通过所述第四转轴与摇杆可转动连接，连杆下端设有支撑部；

驱动电机安装在座椅上，驱动电机的输出轴与曲柄连接用于驱动曲柄围绕第一转轴转动。

优选地，连杆具有伸缩结构；和/或，摇杆具有伸缩结构。

优选地，所述支撑部包括从连杆下端向下伸出的支撑杆。

优选地，所述支撑部还包括足体，支撑杆远离连杆一端设有平行于所述第一转轴设置的第五转轴，足体通过所述第五转轴与支撑杆可转动连接。

优选地，支撑杆和连杆构成L型结构，支撑杆位于所述第四转轴远离摇杆一侧。

优选地，所述支撑部下端设有压力传感器；

和/或，座椅上设有惯性测量单元。

优选地，连杆和/或摇杆根据压力传感器和惯性测量单元的信号伸缩。

优选地，多个行走机构的第一转轴、第二转轴、第三转轴和第四转轴分别同轴设置。

优选地，驱动电机的输出轴上设有谐波减速器。

优选地，所述第一转轴位于座椅前端，所述第四转轴位于座椅后端。