[發(fā)明專利]多足助力康復(fù)機(jī)器人的側(cè)擺關(guān)節(jié)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710182593.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN106943281A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉途臻;梁永鑫;高卓航;閔佳峰;曹鴻淼;王志恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61H3/00
• 分類號(hào): A61H3/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其是一種助力康復(fù)機(jī)器人的側(cè)擺關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用不單單只局限于工業(yè)領(lǐng)域，而是逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療以及服務(wù)等領(lǐng)域。機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)象逐漸變得更加多樣化和復(fù)雜化。本發(fā)明是一款可穿戴的六足仿生機(jī)械腿，它的主要功能是擴(kuò)展人體下肢運(yùn)動(dòng)功能，應(yīng)用對(duì)象是老年人和下肢殘疾者，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用對(duì)象恢復(fù)正常行走能力。這就要求六足機(jī)器人要像人腿一樣靈活和安全。而傳統(tǒng)的二足外骨骼機(jī)器人存在平衡性難度高、步態(tài)規(guī)劃難以完美契合人腿運(yùn)動(dòng)以至于容易發(fā)生干涉造成損傷等等結(jié)構(gòu)上的固有缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)使得二足的外骨骼機(jī)器人暫時(shí)不能較好地滿足當(dāng)今社會(huì)需求。

目前，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)研制出多種助力機(jī)器人，其中以二足外骨骼助力機(jī)器人為主，而多足助力康復(fù)機(jī)器人方面是個(gè)空白。

外骨骼助力機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)60年代的美國，最早的研究成果是美國通用公司研發(fā)的Hardiman外骨骼系統(tǒng)，其主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，可以輕易舉起重物。關(guān)于下肢外骨骼機(jī)器人，2004年，美國加州大學(xué)伯克利分校研制出的下肢外骨骼機(jī)器人(Berkeley lower extremity exoskeleton，BLEEX)，是美國國防部高級(jí)研究項(xiàng)目局(DARPA)EHPA項(xiàng)目研制的第一臺(tái)能夠負(fù)重且?guī)б苿?dòng)電源的外骨骼機(jī)器人。BLEEX外骨骼機(jī)器人由動(dòng)力設(shè)備、背包式支架、2條仿生機(jī)械動(dòng)力腿組成，采用液壓驅(qū)動(dòng)，其液壓泵能源來源于其背包式支架中的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和箱式微型空速傳感儀。但這款外骨骼機(jī)器人存在續(xù)航時(shí)間短，發(fā)電裝置影響到行走步態(tài)，平衡性弱等問題。

外骨骼技術(shù)在我國尚處于基礎(chǔ)研究階段，我國國家自然科學(xué)基金和科技支撐計(jì)劃也逐漸關(guān)注、開展外骨骼機(jī)器人的研究。2016年10月15日由荷福人工智能集團(tuán)聯(lián)合上海交通大學(xué)共同研發(fā)的六足并聯(lián)步行機(jī)器人在上海浦東正式亮相，并進(jìn)行了載人繞樁行走演示。該機(jī)器人六足協(xié)同行走可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、避障、上下爬梯等高難度動(dòng)作，但其采用液壓驅(qū)動(dòng)，受壓液體容易泄露，工作噪聲較大，能源使用效率低，傳動(dòng)速度低，不適用于針對(duì)老年人和下肢殘疾者的助力康復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有外骨骼機(jī)器人的平衡性較差、能源使用效率較低、無法適用于老年人和下肢殘疾者的助力康復(fù)的不足，本發(fā)明提供一種平衡性較好、能源使用效率較高、有效適用于老年人和下肢殘疾者的助力康復(fù)的多足助力康復(fù)機(jī)器人的側(cè)擺關(guān)節(jié)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種多足助力康復(fù)機(jī)器人的側(cè)擺關(guān)節(jié)，所述側(cè)擺關(guān)節(jié)包括電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)連接機(jī)器人的腰帶結(jié)構(gòu)和電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)副，一個(gè)連接機(jī)器人的近腿骨和電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)連接腰帶結(jié)構(gòu)和近腿骨的轉(zhuǎn)動(dòng)副；所述電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)器包括滑塊、導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、絲杠套筒和桿端關(guān)節(jié)軸承，所述步進(jìn)電機(jī)安裝電機(jī)固定夾片上，所述電機(jī)固定夾片上開有固定圓孔，固定銷軸穿過所述固定圓孔構(gòu)成鉸鏈連接在腰帶結(jié)構(gòu)上，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與絲杠的一端連接，所述絲杠與絲杠套筒連接，所述桿端關(guān)節(jié)軸承的一端通過端口螺母與絲杠套筒間隙配合，所述桿端關(guān)節(jié)軸承的另一端設(shè)有端部圓孔，所述端部圓孔與端部銷軸構(gòu)成鉸鏈連接在近腿骨的上部，所述絲杠套筒與滑塊的圓孔過盈配合，所述滑塊可滑動(dòng)地套裝在導(dǎo)軌上，所述導(dǎo)軌與所述電機(jī)固定夾片固定連接。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：多足助力康復(fù)機(jī)器人以多足昆蟲(例如蜘蛛)為原型，從結(jié)構(gòu)和功能上進(jìn)行模仿，具有6條仿生機(jī)械腿以及多個(gè)自由度，通過驅(qū)動(dòng)器幫助人體連續(xù)進(jìn)行類似走路、爬坡、上樓梯等動(dòng)作。運(yùn)用本發(fā)明設(shè)備，可以幫助年老體弱者和下肢殘疾者像健康的年輕人一樣快速地行動(dòng)。作為一款可穿戴式新型輕量機(jī)器人。它不僅能幫助殘疾人恢復(fù)行走能力，還有望避免患者因長時(shí)間坐在輪椅上而生壓瘡，同時(shí)還可以改善心臟健康狀況、鍛煉肌肉強(qiáng)度、緩解抑郁癥等。穿上它的人可以實(shí)現(xiàn)輕松自如地行走，完全避免搖搖晃晃、邊走邊停的情況。同時(shí)，它的實(shí)現(xiàn)將會(huì)減輕老齡化和部分傷殘?jiān)斐傻募彝ズ蜕鐣?huì)壓力。