[發明專利]多足助力康復機器人的彎曲關節

在審

• 申請號: 201710183649.5
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106974806A
• 公開（公告）日: 2017-07-25
• 發明（設計）人: 高卓航;梁永鑫;葉途臻;閔佳峰;曹鴻淼;王志恒
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61H1/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤其是一種助力康復機器人的彎曲關節。

背景技術

隨著現代科技的飛速發展，機器人的應用不單單只局限于工業領域，而是逐步應用于農業、醫療以及服務等領域。機器人的應用對象逐漸變得更加多樣化和復雜化。本發明是一款可穿戴的六足仿生機械腿，它的主要功能是擴展人體下肢運動功能，應用對象是老年人和下肢殘疾者，最終目標是實現應用對象恢復正常行走能力。這就要求六足機器人要像人腿一樣靈活和安全。而傳統的二足外骨骼機器人存在平衡性難度高、步態規劃難以完美契合人腿運動以至于容易發生干涉造成損傷等等結構上的固有缺點，這些缺點使得二足的外骨骼機器人暫時不能較好地滿足當今社會需求。

目前，國內外科研機構已經研制出多種助力機器人，其中以二足外骨骼助力機器人為主，而多足助力康復機器人方面是個空白。

外骨骼助力機器人的研究始于20世紀60年代的美國，最早的研究成果是美國通用公司研發的Hardiman外骨骼系統，其主要采用電機驅動控制，可以輕易舉起重物。關于下肢外骨骼機器人，2004年，美國加州大學伯克利分校研制出的下肢外骨骼機器人(Berkeley lower extremity exoskeleton，BLEEX)，是美國國防部高級研究項目局(DARPA)EHPA項目研制的第一臺能夠負重且帶移動電源的外骨骼機器人。BLEEX外骨骼機器人由動力設備、背包式支架、2條仿生機械動力腿組成，采用液壓驅動，其液壓泵能源來源于其背包式支架中的液壓傳動系統和箱式微型空速傳感儀。但這款外骨骼機器人存在續航時間短，發電裝置影響到行走步態，平衡性弱等問題。

外骨骼技術在我國尚處于基礎研究階段，我國國家自然科學基金和科技支撐計劃也逐漸關注、開展外骨骼機器人的研究。2016年10月15日由荷福人工智能集團聯合上海交通大學共同研發的六足并聯步行機器人在上海浦東正式亮相，并進行了載人繞樁行走演示。該機器人六足協同行走可實現搬運、避障、上下爬梯等高難度動作，但其采用液壓驅動，受壓液體容易泄露，工作噪聲較大，能源使用效率低，傳動速度低，不適用于針對老年人和下肢殘疾者的助力康復。

發明內容

為了克服已有外骨骼機器人的平衡性較差、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的不足，本發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的多足助力康復機器人的彎曲關節。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種多足助力康復機器人的彎曲關節，所述彎曲關節包括電動推桿驅動器、一個連接電動推桿驅動器與上部腿骨的轉動副、一個連接電動推桿驅動器與下部腿骨的轉動副和一個連接上部腿骨的下端與下部腿骨之間的轉動副；所述電動推桿驅動器包括滑塊、導軌、步進電機、絲杠、絲杠套筒和桿端關節軸承，所述步進電機安裝電機固定夾片上，所述電機固定夾片上開有固定圓孔，固定銷軸穿過所述固定圓孔構成鉸鏈連接在下部腿骨上，所述步進電機的輸出軸與絲杠的一端連接，所述絲杠與絲杠套筒連接，所述桿端關節軸承的一端通過端口螺母與絲杠套筒間隙配合，所述桿端關節軸承的另一端設有端部圓孔，所述端部圓孔與端部銷軸構成鉸鏈連接在上部腿骨上；所述絲杠套筒與滑塊的圓孔過盈配合，所述滑塊可滑動地套裝在導軌上，所述導軌與所述電機固定夾片固定連接。

本發明的技術構思為：多足助力康復機器人以多足昆蟲(例如蜘蛛)為原型，從結構和功能上進行模仿，具有6條仿生機械腿以及多個自由度，通過驅動器幫助人體連續進行類似走路、爬坡、上樓梯等動作。運用本發明設備，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。作為一款可穿戴式新型輕量機器人。它不僅能幫助殘疾人恢復行走能力，還有望避免患者因長時間坐在輪椅上而生壓瘡，同時還可以改善心臟健康狀況、鍛煉肌肉強度、緩解抑郁癥等。穿上它的人可以實現輕松自如地行走，完全避免搖搖晃晃、邊走邊停的情況。同時，它的實現將會減輕老齡化和部分傷殘造成的家庭和社會壓力。