[发明专利]基于柔顺驱动的变瞬心仿生下肢外骨骼机器人

说明书

本发明公开了一种基于柔顺驱动的变瞬心仿生下肢外骨骼机器人，髋关节结构、膝关节结构内的驱动器为串联弹性驱动器，所述串联弹性驱动器包括机架，所述机架包括电机安装架和外壳，电机安装架和外壳之间固定连接，所述电机安装架内设无框直流伺服电机，无框直流伺服电机内设传动轴，传动轴的输出端头连接谐波减速器，所述谐波减速器设于外壳内，谐波减速器的输出端固定连接输出连接盘，输出连接盘上设弹性元件，所述弹性元件用于与下级机构连接，用以输出平缓的力矩。本发明提出了采用柔顺直驱的方式进行驱动，为提高人机交互性，对于部分受力不大的结构和下肢外骨骼机器人的人机结合部分的机构进行了系统的改善。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体是涉及一种基于柔顺驱动的变瞬心仿生下肢外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼来源于生物学，它指的是一层强大的生物骨骼，可以保护和支撑身体的结构，外骨骼系统的特点是它与支撑、保护、运动三个功能紧密结合。外骨骼机器人是一种集成电力系统、传感系统和控制系统的人机一体化设备。它在结构上类似于双足步行机器人，不同的是它可以在身体外面穿，以改善人体的运动功能，并能通过人体的操作，来完成某些功能和任务。在军事行动领域，外骨骼机器人可以帮助士兵长途跋涉，装载大量的物资或武器，大大提高了个人作战能力和后勤的效率。在民事援助领域，外骨骼机器人可以帮助残疾人正常行走，同时也提高了该行业工人的处理能力。在医疗康复领域，康复外骨骼机器人能够有效地帮助偏瘫患者进行上肢或下肢康复训练，提高康复训练的效率，同时也能减轻医务人员的工作量。

我国是人口大国而且目前处于老龄化阶段，病人数量将会大幅度上升；另一方面，我国作为制造大国，虽然越来越多的劳动由自动化机械代替，但是复杂精细的劳动依然需要人力来实现，如建筑业、汽车制造业等，大量的搬运工作会导致许多关节疾病的产生，如关节炎、骨刺、腰痛、背痛等。因此医疗器械与我国民生密切相关，其中外骨骼机器人对关节疾病的治疗、防治和助力有着非常显著地效果。

目前，大部分的下肢柔性康复外骨骼采用的是绳驱方式，这样做的好处是减小了关节质量和惯量，但是这种结构设计缺少机械支撑，且绳驱输出上限由连接的绳子决定，输出上限不高，因为其关节摩擦大，在输出的过程中存在一定的能量耗损。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于柔顺驱动的变瞬心仿生下肢外骨骼机器人。

为实现上述目的，本发明的采用以下技术方案：

一种基于柔顺驱动的变瞬心仿生下肢外骨骼机器人，包括依次连接的髋关节结构、膝关节结构和踝关节结构，髋关节结构、膝关节结构内的驱动器为串联弹性驱动器，所述串联弹性驱动器包括机架，所述机架包括电机安装架和外壳，电机安装架和外壳之间固定连接，所述电机安装架内设无框直流伺服电机，无框直流伺服电机内设传动轴，传动轴的输出端头连接谐波减速器，所述谐波减速器设于外壳内，谐波减速器的输出端固定连接输出连接盘，输出连接盘上设弹性元件，所述弹性元件用于与下级机构连接，用以输出平缓的力矩。

优选地，所述弹性元件包括固定盘和环型外圈，固定盘和环形外圈之间均匀设有三条S形扭力梁，相邻扭力梁之间夹角为120°，所述固定盘与输出连接盘之间固定连接，所述环形外圈上设有螺纹孔，用以和下级机构连接。

优选地，所述弹性元件为弹簧钢材料且一体加工成型。

优选地，所述传动轴分别和无框直流伺服电机的定子、转子通过第一轴承连接，传动轴上固定设有输入连接盘，所述输入连接盘与无框直流伺服电机的转子固定连接。

优选地，电机安装架的端面设内圈口，所述外壳套设于内圈口上，外壳的内端口设有第一轴承板，第一轴承板和内圈口的端面固定连接，外壳的外端口设第二轴承板，输出连接盘的外端面设连接柱，传动轴上设轴肩，连接柱和第二轴承板之间、轴肩和第一轴承板之间分别通过第二轴承连接。