[发明专利]膝关节弹性驱动装置及外骨骼机器人

说明书

本发明提供一种膝关节弹性驱动装置及外骨骼机器人，其中，所述膝关节弹性驱动装置包括：驱动模块、大腿部、膝关节、小腿部以及弹性杆；所述大腿部下端通过所述膝关节与所述小腿部相连接，所述驱动模块安装于所述大腿部上，所述弹性杆一端与所述驱动模块传动连接，另一端与所述小腿部传动连接，所述驱动模块通过所述弹性杆带动所述小腿部相对大腿部枢转时，所述弹性杆发生形变。本发明提供一种膝关节弹性驱动装置，其采用弹性杆，使得膝关节在屈伸屈曲两个方向均能得到有效助力，进而驱动模块可滞后于人体行动，有利于降低对驱动电机的要求。同时，弹性杆上还可集成传感器，其使得对人体运动意图识别更为准确。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种膝关节弹性驱动装置及具有其的外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼原来指生物学中保护生物内部柔软器官的一种坚硬外部结构，而现在外骨骼机器人是指一类模仿人体运动状态、加强人体运动能力的、集仿生学与人机工效学的机械装置，穿戴于人体肢体外侧，可以提高人们在行走耐久性、负重能力等特定方面的能力。由于外骨骼机器人涉及人机工效学，这就要求其有较强适应性，不仅要适用不同体型穿戴者，同时也要对人体关节进行危险防护，防止穿戴过程中造成人体损伤。

现有技术的外骨骼机器人很多膝关节通过绳索结构驱动，因膝关节行走时角度变化较大，导致膝关节电机在快速行走时需要较高的响应速度，对电机要求较高，并且一旦系统与人体步态不一致便会影响人体膝关节正常活动，容易使人失去平衡造成危险，同时绳索驱动仅能单向助力，双向助力结构较为复杂，使用成本高难以在实际使用中运用；而使用连杆结构的膝关节仅能实现步行这一简单功能，膝关节无法做其他动作。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膝关节弹性驱动装置及具有其的外骨骼机器人，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种膝关节弹性驱动装置，其包括：驱动模块、大腿部、膝关节、小腿部以及弹性杆；

所述大腿部下端通过所述膝关节与所述小腿部相连接，所述驱动模块安装于所述大腿部上，所述弹性杆一端与所述驱动模块传动连接，另一端与所述小腿部传动连接，所述驱动模块通过所述弹性杆带动所述小腿部相对大腿部枢转时，所述弹性杆发生形变。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述驱动模块包括：驱动单元和传动机构；

所述驱动单元为驱动电机，其通过电机架固定于所述大腿部的托架上，且通过所述传动机构与所述弹性杆的一端传动连接。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述传动机构包括：凸轮和连接组件；

所述驱动模块与所述凸轮相连接，并能够带动所述凸轮进行同步枢转运动，所述凸轮通过所述连接组件与所述弹性杆的一端传动连接。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述连接组件包括：连接块、连接头以及连杆；

所述连接块通过T形销及顶丝与所述凸轮相连接，所述连接块由上盖和下盖组成，所述连接块通过所述连接头与所述连杆的一端相连接，所述连杆的另一端与所述弹性杆的一端相连接。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述大腿部上还设置有直线轴承，所述连杆穿过所述直线轴承，并在所述驱动单元的带动下沿所述直线轴承进行运动。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述驱动模块能够带动所述凸轮进行顺时针枢转运动或者逆时针枢转运动。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述弹性杆上还设置有变形槽，所述弹性杆通过其上的变形槽发生形变。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述变形槽为沿所述弹性杆长度方向蛇形延伸设置的槽结构。

作为本发明膝关节弹性驱动装置的改进，所述变形槽中还设置有运动状态感测传感器。