[发明专利]一种变刚度下肢外骨骼机器人

摘要

本发明公开了一种变刚度下肢外骨骼机器人，包括背板、腰部柔性调整机构、髋关节机构、大腿、膝关节机构、小腿和踝关节机构。驱动控制系统置于背板上，腰部柔性调整机构与背板固定，髋关节机构将腰部柔性调整机构和大腿连接，膝关节机构将大腿与小腿及踝关节机构连接。本发明采用变刚度驱动器进行驱动，使得机器人运动柔顺、安全性高；包含2个主动自由度，3个被动自由度，可以很好地拟合人体下肢生理结构；在腰部、大腿、小腿处均设有长度调节机构，使得机器人可以适应不同使用者的生理尺寸，更具可穿戴性；腰部柔性调整机构可以使机器人在运动中更具有柔顺性。本发明可在康复训练及助力等方面应用推广。

主权项

1.一种变刚度下肢外骨骼机器人，其特征在于：包括背板、腰部柔性调节机构、髋关节机构、大腿、膝关节机构和小腿，所述腰部柔性调节机构包括腰部外壳、中心轴、腰部滑块和通过连接件安装在腰部滑块上的髋关节安装轴，所述腰部外壳固定安装在背板上，中心轴中部通过固定件横向的安装在腰部外壳内，两个腰部滑块分别自由滑动的套在中心轴上且位于固定件的两侧，位于中心轴两端的髋关节安装轴与位于中心轴中部的固定件之间通过拉簧相连，髋关节安装轴通过腰部外壳两端的开口伸出；所述大腿通过髋关节机构安装在腰部外壳两端伸出的髋关节安装轴上，所述大腿下端通过膝关节机构和小腿相连，小腿底部设有踝关节机构，所述大腿、小腿和髋关节机构均有两个，且对称的安装在背板两侧；所述髋关节机构包括变刚度驱动器、髋部支撑板、髋部连接板和髋部安装板，所述髋部安装板有上下两块，两块髋部安装板一端通过轴承安装在髋关节安装轴上下两端，两块髋部安装板另一端通过连接块固定在一起，两块髋部安装板上设有水平固定安装的髋部转轴，两个髋部连接板上端分别安装在髋部转轴上，两个髋部连接板下端与髋部支撑板固定相连，变刚度驱动器的输出盘与大腿固定相连，变刚度驱动器的输出轴通过轴承与髋部支撑板相连，髋部支撑板还设有测量大腿相对于髋部支撑板转角位移的编码器；所述大腿包括大腿板、大腿外壳、大腿滑块、大腿导杆和膝关节连接板，所述大腿板上端与髋关节机构的变刚度驱动器的输出盘固定相连，大腿板下端固定连接有大腿夹板，大腿导杆固定安装在大腿夹板下端，大腿滑块与大腿导杆形成导轨滑块结构，大腿外壳与大腿滑块固定相连，膝关节连接板与大腿外壳固定相连，大腿滑块上设有将其与大腿导杆相对固定或解锁的锁紧机构，膝关节连接板下端连接膝关节机构；所述膝关节机构包括膝关节变刚度驱动器和膝关节编码器，所述膝关节连接板由关节夹板一和关节夹板二组成，关节夹板一和关节夹板二上端和大腿外壳两侧固定相连，所述膝关节变刚度驱动器安装在关节夹板一和关节夹板二下端之间，膝关节变刚度驱动器的中心轴通过轴承安装关节夹板一上，膝关节变刚度驱动器的驱动输出盘通过连接件与小腿相连。