[發明專利]用于攀登過程膝關節助力的柔性外骨骼機器人

有效

• 申請號: 201710050373.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106826763B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 朱延河;趙思愷;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高志光

用于攀登過程膝關節助力的柔性外骨骼機器人，它涉及一種下肢助力外骨骼機器人，以解決現有下肢助力外骨骼機器人由于構型的剛性化所帶來的體積大、重量大、與人體融合性低、靈活性差、能耗較大，且無法針對人體攀登過程膝關節進行柔順化適應性輔助運動的問題，包括變力矩驅動裝置、左腿、右腿和傳動組件；左腿和右腿分別包括大腿和小腿；所述變力矩驅動裝置包括電機、支撐架和驅動轉盤；所述傳動組件包括兩條繩索、兩根鮑登線管和兩個鮑登線管固定接頭；所述驅動轉盤主要由連接為一體的凸輪絞盤分界盤和兩個凸輪絞盤組成；所述大腿和所述小腿轉動連接。本發明用于對人體攀登過程進行膝關節助力。

技術領域

本發明涉及一種下肢助力外骨骼機器人，具體涉及一種用于攀登過程膝關節助力的柔性外骨骼機器人。

背景技術

目前，助力外骨骼機器人基本都是采用剛性的連接構件，并采用驅動系統直接對這些剛性的連接構件進行驅動，從而帶動人體與外骨骼一起運動。此種剛性的外骨骼構型設計，增大了外骨骼系統的體積與整體質量，極大地影響了外骨骼構型與人體的融合性，限制了外骨骼機器人的擬人化程度，影響了外骨骼機器人與人體的協同運動，同時限制了整個外骨骼系統的運動靈活性，增加了系統的能量消耗。對于采用鋼絲繩作為外骨骼機器人的驅動，根據人體的運動步態不同階段所需力矩進行變力矩適應性驅動，實現起來需要比較復雜的控制算法。此外，目前的助力外骨骼機器人主要針對輔助人體平地行走，在輔助人體進行攀登運動的外骨骼機器人較少。

發明內容

本發明是為解決現有下肢助力外骨骼機器人由于構型的剛性化所帶來的體積大、重量大、與人體融合性低、靈活性差、能耗較大，且無法針對人體攀登過程膝關節進行柔順化適應性輔助運動的問題，進而提供一種用于攀登過程膝關節助力的柔性外骨骼機器人。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：

用于攀登過程膝關節助力的柔性外骨骼機器人，它包括變力矩驅動裝置、左腿、右腿和傳動組件；左腿和右腿分別包括大腿和小腿；

所述變力矩驅動裝置包括電機、支撐架和驅動轉盤；所述傳動組件包括兩條繩索、兩根鮑登線管和兩個鮑登線管固定接頭；

所述驅動轉盤主要由連接為一體的凸輪絞盤分界盤和兩個凸輪絞盤組成；凸輪絞盤分界盤和兩個凸輪絞盤加工有驅動轉盤軸，兩個所述凸輪絞盤對稱設置；所述凸輪絞盤分界盤與兩個所述凸輪絞盤之間分別加工有用于纏繞繩索的繩索槽，兩個繩索槽內的繩索的纏繞方向相反；

所述驅動轉盤軸轉動安裝在所述支撐架上，所述電機的輸出軸固裝在驅動轉盤軸的軸孔內，所述電機通過電機連接法蘭盤固裝在所述支撐架上；所述大腿和所述小腿轉動連接，所述大腿的背側設有鮑登線管導向孔道；

所述支撐架上固裝有兩個所述鮑登線管固定接頭；鮑登線管的一端通過鮑登線管固定接頭固定，鮑登線管穿設在鮑登線管導向孔道內，鮑登線管的另一端固定在所述鮑登線管導向孔道的下端口處，繩索槽內繩索的一端纏繞固定在所述繩索槽上，繩索7穿設在鮑登線管內，繩索的另一端固接在所述小腿的背側。

本發明的有益效果是：一、本發明采用輕型材料柔順化設計，方便攜帶；二、采用一個電機和驅動轉盤對左腿和右腿進行交替驅動，整體結構緊湊，質量輕；三、整體構型設計高度擬人化，與人體生理參數高度適應；四、腿部采用3D打印輕型化彈性材料，極大的減輕整體重量，更加柔順；五、膝關節采用繩索主動變力矩驅動，具有柔順化適應性驅動效果；六、驅動輸出結合人體攀登運動步態周期對應所需力矩，實現功能上的擬人化，節省了能源，提升了續航時間；七、攀登時輔助人體膝關節出力，提高人體運動能力，減少人體新陳代謝。本發明整體重量包括電控系統不超過3kg。

附圖說明

圖1為本發明的立體結構示意圖；

圖2為變力矩驅動裝置的結構示意圖；

圖3為圖2去端蓋的主視圖；