[发明专利]一种拮抗式气动肌肉下肢动力外骨骼

说明书

本发明公开了一种拮抗式气动肌肉下肢动力外骨骼，包括两个呈左右对称设置的背髋连接板，所述背髋连接板上均依次设有髋关节总成、膝关节总成和足底总成；为髋关节提供必要的辅助力矩，减轻人体肌肉负担；为膝关节提供必要的辅助力矩，减轻人体肌肉负担；为踝关节提供必要的辅助力矩，减轻人体肌肉负担；各个关节产生力矩所需要的人工肌肉气压以及转动角度都通过控制器内部的运动学与动力学控制算法实现。

技术领域

本发明涉及助力机器人技术领域，尤其是涉及一种拮抗式气动肌肉下肢动力外骨骼。

背景技术

肌肉外骨骼是一种可穿戴式机器人，采用人体仿生结构，可以辅助人体承担较重的载荷，能够为人体提供保护、支撑与增强的功能。

外骨骼可以通过对应人体关节，由人穿戴在身上进行工作，根据关节驱动力的方式，主要有电动伺服驱动外骨骼、液压伺服外骨骼、气动伺服外骨骼以及混合动力伺服外骨骼。在以上驱动方式中，电动伺服的优点是易于安装与控制，但其功率/质量比较低，所以驱动关节的电机性能指标较高，价格也更昂贵；液压伺服驱动具有大的功率/质量比，但是由于易泄露且系统辅助元件较多，成本也较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增加实用性，简化结构、降低造价，适合于大规模应用于工农业生产、医疗等环境的拮抗式气动肌肉下肢动力外骨骼。

为解决上述技术问题，本发明包括一种拮抗式气动肌肉下肢动力外骨骼，包括两个呈左右对称设置的背髋连接板，所述背髋连接板上均依次设有髋关节总成、膝关节总成和足底总成；所述髋关节总成包括包括髋背活动连接板，髋背活动连接板上安装有用于驱动髋关节动作的髋关人工肌肉组件；所述膝关节总成通过腿杆铰接板安装在髋背活动连接板上，所述膝关节总成包括竖直设置的大腿杆，所述大腿杆上安装有用于驱动膝关节动作的大腿人工肌肉组件；所述足底总成通过小腿连接板安装在大腿杆上，所述足底总成包括竖直设置的小腿杆，所述小腿杆上安装有用于驱动踝关节动作的足底人工肌肉组件；两个所述背髋连接板通过背板组件相连接。

所述髋关人工肌肉组件包括铰接在髋背活动连接板上的髋关节一号肌肉铰接件和髋关节二号肌肉铰接件；所述髋关节一号肌肉铰接件和髋关节二号肌肉铰接件上分别铰接有髋关节一号气动肌肉和髋关节二号气动肌肉；所述髋背活动连接板上与腿杆铰接板对应位置处设有髋关节拮抗同步轮，所述髋关节拮抗同步轮与髋背活动连接板之间转动连接，且所述髋关节拮抗同步轮上安装有与之配套的髋关节拮抗同步带，所述髋关节拮抗同步带的两端分别与髋关节一号气动肌肉和髋关节二号气动肌肉的下端固接。

进一步的:所述腿杆铰接板包括呈左右对称设在髋背活动连接板两侧的髋关节一号腿杆铰接板和髋关节二号腿杆铰接板，所述髋关节拮抗同步轮的两端分别与髋关节一号腿杆铰接板和髋关节二号腿杆铰接板固接，所述髋关节一号腿杆铰接板上固接有髋关节编码器固定架，所述髋关节编码器固接在髋关节编码器固定架随着髋关节一号腿杆铰接板同步转动。

进一步的:所述大腿人工肌肉组件包括铰接在大腿杆前后两侧的大腿一号肌肉铰接件和大腿二号肌肉铰接件，所述大腿一号肌肉铰接件和大腿二号肌肉铰接件上分别铰接有大腿一号气动人工肌肉和大腿二号气动人工肌肉，所述大腿杆下端的左右两侧呈对称分别固接有用于支撑膝关节旋转的膝关节一号连接板和膝关节二号连接板，所述膝关节一号连接板和膝关节二号连接板之间转动安装有膝关节拮抗同步轮，所述膝关节拮抗同步轮上设有与之相配套的膝关节拮抗同步带，所述膝关节拮抗同步带的两端分别与大腿一号气动人工肌肉和大腿二号气动人工肌肉固接，大腿杆的内侧安装有大腿固定绑带，并可以根据使用者的具体体型进行上下位置的调整。

进一步的:所述小腿连接板包括分别固定安装在膝关节拮抗同步轮两端的小腿一号连接板和小腿二号连接板，所述小腿一号连接板和小腿二号连接板均与膝关节一号连接板和膝关节二号连接板互不干涉。

进一步的:所述膝关节二号连接板上固接有膝关节编码器支架，所述膝关节编码器支架上固接有膝关节编码器。