[實用新型]面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器

有效

• 申請號: 201420188306.X
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN203779524U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 韓亞麗;朱松青;祁兵;于建銘;高海濤
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J17/00;A61H3/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 沈志海

技術領域

????本實用新型涉及一種多模式彈性驅動器，特別涉及一種用于助力外骨骼機器人及仿生機器人下肢關節驅動的彈性驅動器，屬于機器人領域。

背景技術

目前，下肢助力外骨骼機器人多采用液壓及電機對關節進行驅動，無論采用液壓還是電機進行驅動，均為主動驅動方式。由于液壓油的不可壓縮性、電機—齒輪箱機構屬于剛性傳動，它們在傳力過程中緩沖較差，當可穿戴式步行助力外骨骼機器人在進行實際行走時，擺動腿落地時，腳底對地面的碰撞會瞬間產生較大的沖擊，由于反作用力的作用，會造成機器人本體機構的振動，從而影響了機器人整體的穩定性。

特別是快速連續行走的時候，連續的沖擊力和振動，會導致機體和機載設備的損壞。對于下肢助力外骨骼驅動器，除了傳力過程中緩沖較差問題，還存在驅動功能單一問題。

由于技術限制，驅動器都是針對特定的驅動功能而設計，動作能力有限，而我們所希望的助力外骨骼應具有適應各種路況運動的能力，不僅能平地憑走，而且能跳，能爬坡及上下樓梯等，且在運動過程中具有能耗低等優點，這就對驅動器提出了更高的要求，希望驅動器的驅動模式像人體肌肉的驅動一樣，人體在進行各種動作時，肌肉驅動骨骼牽引關節產生相應的運動，肌肉能驅動關節產生大的驅動力矩，同時能很快的以低阻尼的被動運動方式放松肌肉，而在遇到外界環境模式變化時，肌肉的粘彈性特征使得肌肉帶動關節做出靈活的調整以適應外部環境的變化。

由于下肢助力外骨骼是一種并聯與人體下肢外部，在運動過程中對穿戴者進行助力的機器人，故需要其驅動器需具有較低的機械輸出阻抗、能適應較大的控制帶寬，類似肌肉工作原理一樣具有較好的自然柔順性與緩沖功能。

實用新型內容

針對上述下肢助力外骨骼驅動器存在的不足及下肢助力外骨骼機器人對仿生節能驅動器的需求，本實用新型提供了一種主、被動相結合，能實現多種運動模式的低功耗的彈性驅動器。

本實用新型的技術解決方案是：

一種面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器，包括上基座、驅動電機、導軌、絲桿、剎車軌道、彈簧、下基座和剎車模塊，所述上基座與下基座間設有導軌和剎車軌道，剎車模塊串在導軌與剎車軌道上，剎車模塊包括第一剎車模塊、第二剎車模塊與第三剎車模塊，驅動電機通過剎車模塊連接板與第三剎車模塊相連，驅動電機通過聯軸器與絲桿相連，所述絲桿穿過第二剎車模塊的內部，第二剎車模塊與第一剎車模塊之間連接彈簧。

優選地，所述第一剎車模塊、第二剎車模塊與第三剎車模塊的結構相同。

優選地，所述剎車模塊包括齒條軌道、左推桿、右推桿、左剎車片、右剎車片、剎車裝置支撐塊、剎車電機支撐座一、剎車電機支撐座二、剎車電機、齒條、齒輪；剎車電機與齒輪相連接，齒輪與齒條相嚙合，齒條在齒條軌道上滑動，齒條與左推桿、右推桿連接，左推桿與左剎車片相連，右推桿與右剎車片相連。

優選地，齒條軌道固定在剎車裝置支撐塊上，剎車電機通過剎車電機支撐座一、剎車電機支撐座二固定在剎車裝置支撐塊上，所述剎車裝置支撐塊的兩側設有分別設有用于導軌穿過的直線軸承，所述剎車裝置支撐塊設有用于剎車軌道穿過的通孔，所述剎車裝置支撐塊的頂部設有用于齒條穿過的圓孔。

優選地，所述第一剎車模塊、第二剎車模塊與第三剎車模塊依次設于上基座與下基座間，第一剎車模塊與第二剎車模塊之間通過彈簧連接板與彈簧相連接。

優選地，電機通過聯軸器帶動絲桿及螺母運動，進而壓縮彈簧，與剎車模塊結合實現不同的工作模式。

優選地，剎車模塊與剎車軌道有兩種工作方式：當齒輪帶動齒條向下運動時，推動推桿向下運動，進而推動剎車片擠壓剎車軌道，使剎車模塊鎖緊在剎車軌道上；而當齒輪帶動齒條向上運動時，使剎車軌道放松，進而能實現剎車模塊在導軌上的自由移動。

本實用新型本實用新型的有益效果是：與現有技術相比，本實用新型通過改變三個剎車模塊與剎車軌道間的鎖緊與放松關系，能實現不同的工作模式；本實用新型采用主被動相結合的方式，充分利用儲能器件在行走階段儲能、釋能的功能，主動驅動電機僅在適時階段實施驅動，具有低功耗的特點。

附圖說明

圖1是面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器的軸測圖；

圖2是面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器的俯視圖；

圖3是面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器的正視圖；

圖4是面向下肢助力外骨骼機器人的多模式彈性驅動器的內部構件圖；

圖5是實施例中剎車模塊的軸測圖；

圖6是實施例中剎車模塊的構件分解示意圖。