[发明专利]一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人

权利要求书

1.一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、两个膝关节驱动模块、两个大腿部、两个小腿部、两个踝关节、两个足底装置和控制模块：

所述背部支撑装置下端连接于髋关节，所述髋关节驱动模块驱动连接于髋关节；所述大腿部上端连接于髋关节驱动模块，其内设置有膝关节内侧装置；所述小腿部下端依次连接于踝关节和足底装置，其内设置有膝关节外侧装置；所述膝关节内侧装置连接于膝关节外侧装置构成膝关节；所述膝关节驱动模块设置在大腿部上，可调节连接于小腿部；

所述控制模块分别连接于髋关节驱动模块和膝关节驱动模块，通过控制膝关节驱动模块调节小腿部，实现行走助力；

其中，所述背部支撑装置包括支撑模块、一体式背带、一体化腰垫和髋连接件；所述支撑模块沿竖直方向布置，其底部经第一连接部连接于髋连接件；所述一体式背带固连于支撑模块，所述一体化腰垫固连于髋连接件，并且一体式背带和一体化腰垫同侧布置；

所述支撑模块包括内支撑杆、外支撑杆、第一尺寸调节模块和背包支架；所述内支撑杆插设于外支撑杆中，所述第一尺寸调节模块固连外支撑杆和内支撑杆，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆和内支撑杆的固定位置调节支撑模块沿竖直方向的长度；所述背包支架对应固连于所述一体式背带；

定义人体的前后左右方向为所述下肢负重助力外骨骼机器人的前后左右方向；

所述髋关节连接于髋连接件，包括对称设置在髋连接件左右侧的两根腰杆、两个腰深调节单元、两个第二连接部和若干第二尺寸调节模块；

所述腰杆靠近髋连接件的端部插设于髋连接件，所述髋连接件与两根腰杆连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与髋连接件固定的相对位置，进而调节腰杆与髋连接件围成的腰部宽度；

所述腰深调节单元包括腰深调节块和旋转块；所述腰深调节块一端插设于腰杆远离髋连接件的端部，另一端经圆柱销连接于所述旋转块；所述旋转块底部经第二连接部连接于髋关节驱动模块；所述两根腰杆上与腰深调节块的连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与腰深调节块固定的相对位置，进而调节腰杆与腰深调节块围成的腰部深度；

所述髋关节驱动模块包括自内向外依次连接的电机内壳、第一电机架和电机架外罩，以及连接设置在所述第一电机架和电机架外罩之间的第一驱动电机，所述第一驱动电机靠近电机内壳的一侧转动连接于第二连接部；

所述两个大腿部沿左右方向对称设置，均还包括大腿外壳、大腿内壳、大腿杆、大腿绑缚板和两个第三尺寸调节模块；所述大腿杆竖向设置，其上端插接于第一电机架、下端铰接于膝关节内侧装置，并且大腿杆与第一电机架的连接处设置有一第三尺寸调节模块，该第三尺寸调节模块用于调节大腿杆与第一电机架固定的相对位置，进而调节大腿部沿竖直方向的长度；所述大腿绑缚板设置在大腿杆靠近人体侧，用于与人体的大腿部绑缚连接；

所述大腿内壳固接于大腿杆，大腿外壳扣合连接于大腿内壳，并且大腿内壳与大腿外壳之间形成一安装腔室；所述膝关节驱动模块设置在所述安装腔室内；

所述两个小腿部沿左右方向对称设置，均还包括小腿插槽、小腿杆、小腿上外壳、小腿上内壳、小腿下外壳、小腿下内壳、小腿绑缚板和两个第四尺寸调节模块；所述小腿插槽上端铰接于膝关节外侧装置，所述小腿杆自小腿插槽底端插接于小腿插槽，并且小腿杆与小腿插槽的连接处设置有一第四尺寸调节模块，该第四尺寸调节模块用于调节小腿杆与小腿插槽固定的相对位置，进而调节小腿部沿竖直方向的长度；所述小腿绑缚板设置在膝关节外侧装置及小腿插槽靠近人体侧，用于与人体的小腿部绑缚连接；

所述小腿上外壳、小腿上内壳扣合设置在所述膝关节外侧装置外侧，并分别连接于所述膝关节外侧装置；所述小腿下外壳分别固连于小腿杆和小腿下内壳，并且小腿下外壳与小腿下内壳连接后罩设在所述小腿杆外侧；

所述膝关节内侧装置靠近小腿部的下端设置为弧形过渡结构，所述弧形过渡结构沿左右方向设置有第一贯通孔，并且第一贯通孔内设置有深沟球轴承；所述膝关节外侧装置远离小腿插槽的上端设置有安装卡槽，所述安装卡槽适配于同侧设置的膝关节内侧装置下端的弧形过渡结构，并且安装卡槽沿左右方向的两侧壁设置有位置对应于第一贯通孔的第二贯通孔；所述第二贯通孔和第一贯通孔经铰接销连接；

所述安装卡槽底部设置有一膝关节限位块，所述膝关节限位块用于限制膝关节外侧装置和膝关节内侧装置的相对转动角度；

所述膝关节驱动模块包含第二电机架、第二驱动电机、电机驱动单元、塞打螺丝、滑轮、弹性元件和绳索；

所述第二电机架固连于大腿杆，所述第二驱动电机安装在第二电机架上，所述电机驱动单元驱动连接于第二驱动电机；所述塞打螺丝一端固连于所述第二驱动电机的输出端、另一端插接于滑轮，塞打螺丝在所述第二驱动电机的输出端偏心设置；所述弹性元件一端连接于滑轮、另一端连接于绳索，并且绳索远离弹性元件的端部连接于膝关节外侧装置；

当第二驱动电机不工作，所述膝关节弯曲时，膝关节内侧装置远离膝关节外侧装置，绳索拉伸弹性元件；所述膝关节复位时，弹性元件带动绳索实现被动助力；

当第二驱动电机工作，其单方向旋转一周完成一个步态周期的助力，并且使得所述滑轮在第二驱动电机的输出面存在一最高点及最低点；所述膝关节由弯曲状态向直立状态变换时，第二驱动电机单向旋转使得滑轮由最低点向最高点移动；所述膝关节直立时，滑轮位于最高点，绳索拉伸弹性元件实现主动助力；所述膝关节由直立状态向弯曲状态变换时，第二驱动电机单向旋转使得滑轮由最高点向最低点移动；所述膝关节弯曲时，滑轮位于最低点，绳索放松弹性元件实现主动助力。