[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

说明书

本发明提供的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，涉及机器人领域，包括背部支撑装置、连接于背部支撑装置下端的髋关节、连接于髋关节的髋关节驱动模块、上端连接于髋关节驱动模块的大腿部、小腿部、在小腿部下端依次连接的踝关节和足底装置、设置在大腿部上、可调节连接于小腿部的膝关节驱动模块，以及控制模块；其中，大腿部设置有膝关节内侧装置，小腿部设置有膝关节外侧装置，膝关节内侧装置连接于膝关节外侧装置构成膝关节；控制模块通过控制膝关节驱动模块助力下肢，通过弹性元件的形变在提供有效的支撑及助力下不影响膝关节活动，实现行走助力。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为操作者提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本发明涉及一种可穿戴的下肢负重助力外骨骼，当人体负重行走时提供支持和助力，类似结构在US13139933专利里也有所提及。

当人体处于背负重物状态，尤其是在背负重物长时间行走时，其身体肌肉和骨骼容易疲劳和损伤。长期处于这样的状态下容易引肌肉骨骼疾病。

US15349602专利描述了一种用于支撑人体的无动力负重外骨骼结构，该结构由仿生脊柱、腰部、腿部和足部组成，无外部驱动或弹储能装置。仿生脊柱通过机械结构与绑缚与人体的固定，仿生脊柱背负重物，腰部用于连接仿生脊柱和腿部，腿部结构通过绑缚固定在大腿上，当身体背负重物时，有外骨骼承担负载重量，减轻重物对人体造成的伤害。然而该外骨骼并未安装驱动结构，故无法在行走中提供有效的助力及支撑。

US15339293和US13639984专利中也描述了类似的结构，但两者同样无法在行走中提供有效的助力及支撑。

US14634403专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其通过安放在背部的电机带动钢绳来驱动三铰链结构的膝关节，实现膝关节、髋关节的屈伸和屈曲运动。但因膝关节结构较为主被动混合式，无法在背负重物时提供有效助力。

US15604891专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其中膝关有多个片状结构铰链组成，并由电机驱动，同样的该膝关节结构较为复杂，在背负重物时膝关节容易出现铰链无法闭合情况，无法提供有效助力。

CN201811252375.1公开了一种膝关节主动助力的负重外骨骼，通过背部驱动电机驱动绳索，在人体膝关节伸时提供主动助力，为人体提供额外的扭矩，辅助人体行走。但该外骨骼无法将有效将重量传递至地面。

CN201920639613.8公开了一种髋关节、膝关节助力外骨骼，通过电机驱动滚珠丝结构实现髋关节、膝关节助力，辅助人体行走。同时该外骨骼会影响膝关节自由运动，容易使人体失去平衡。

发明内容

本发明目的在于提供一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，以精简轻便的结构，可贴合地穿戴于不同体形用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力，并能够在提供有效的支撑及助力等情况下不影响膝关节。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，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；