[发明专利]一种准被动膝踝关节耦合下肢外骨骼及其控制方法

摘要

本发明涉及穿戴式机器人技术领域，尤其涉及一种准被动膝踝关节耦合下肢外骨骼及其控制方法。该下肢外骨骼包括下肢穿戴机构、储能机构和控制机构，其中所述储能机构包括固定轴，在所述固定轴的两端设有膝关节离合器和踝关节离合器，所述膝关节离合器连接大腿穿戴部，所述踝关节离合器连接脚底穿戴部，在所述膝关节离合器与所述踝关节离合器之间设有储能扭簧，所述储能扭簧的两端分别与所述膝关节离合器、所述踝关节离合器相连。本发明将人体下肢膝关节和踝关节进行耦合，通过对膝、踝关节能量的收集、储存和释放，在无需外部能量输入的情况下，助力人体行走，实现了外骨骼装置的轻量化和能量经济性，使得降低人体行走中新陈代谢能耗成为可能。

主权项

一种准被动膝踝关节耦合下肢外骨骼，其特征在于：包括下肢穿戴机构、储能机构和控制机构；其中，所述下肢穿戴机构包括大腿穿戴部、小腿穿戴部和脚底穿戴部；所述储能机构包括设置在所述小腿穿戴部上的固定轴，在所述固定轴的两端对称设置有膝关节离合器和踝关节离合器，其中所述膝关节离合器通过第一绳索连接所述大腿穿戴部，所述踝关节离合器通过第二绳索连接所述脚底穿戴部；所述的膝关节离合器和踝关节离合器均包括棘轮、棘爪和主动齿轮，所述棘轮通过轴承套设在所述固定轴上，所述棘爪转动连接于所述固定轴的端面上，所述棘爪包括止动爪部和从动齿部，其中所述止动爪部与所述棘轮的内缘齿槽相配合，所述从动齿部与所述主动齿轮相啮合；在所述膝关节离合器与所述踝关节离合器之间设有储能扭簧，所述储能扭簧的两端分别与所述膝关节离合器、所述踝关节离合器相连；所述控制机构包括用于分别控制所述膝关节离合器和所述踝关节离合器的两个舵机，所述舵机与所述固定轴固定连接，在所述舵机的动力输出轴上固定连接有舵机轴套，所述舵机轴套与所述主动齿轮固定连接；所述舵机的动力输出轴通过所述舵机轴套控制所述主动齿轮的转动，通过所述主动齿轮的转动实现所述棘爪与所述棘轮之间的脱离或锁死。