[發明專利]基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼

有效

• 申請號: 201710616805.2
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107468487B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王興松;甘振波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;B25J9/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼，其特征在于：利用套和索的相對運動傳遞動力的方式，按Hill型肌肉模型增加新的傳動單元，構建人工肌肉，通過套索人工肌肉和繩索的夾緊和松開，在電機斷電時解除對關節自由擺動的限制，利用套索人工肌肉和圓盤關節的組合將驅動電機置于康復外骨骼腰部上；所述可穿戴下肢外骨骼包括軸對稱設置的兩組外骨骼機構，所述兩組外骨骼機構通過設于中間的調節板組件連接，所述每組外骨骼機構均包括髖關節機構、連接于所述髖關節機構下端的膝關節機構、連接于所述膝關節機構下端的踝關節機構，設于所述髖關節機構上部的髖關節電機組件和膝關節電機組件，以及設于調節板組件上的背包組件機構，所述背包組件機構包括連接于調節板組件上的背包，以及設于背包上的電池、電路板以及驅動器；所述膝關節繞著髖關節軸心轉動，而髖關節軸心和膝關節電機輸出端圓盤距離不變；所述髖關節電機組件和膝關節電機組件分別通過與其傳動連接的索套驅動髖關節機構和膝關節機構擺動，所述索套連接有若干套索人工肌肉和預緊機構，所述髖關節機構還設有外擺內收組件；所述套索人工肌肉包括用于髖關節屈曲和伸展主動自由度的髖關節套索人工肌肉組件，所述套索人工肌肉的并聯彈簧連接于下髖套管支撐塊，穿設于所述上髖套管支撐塊和下髖套管支撐塊之間的套索連接于套索人工肌肉，髖關節屈曲和伸展主動自由度通過髖關節機構的髖電機帶動套索運動，所述套索進而帶動套索人工肌肉再經其下端套索對關節執行末端傳遞動力；所述套索人工肌肉包括用于膝關節前伸后屈主動自由度的膝關節套索人工肌肉組件，所述髖關節機構通過大腿桿連接于膝關節機構的膝大腿連接件，所述膝關節套索人工肌肉組件包括套索人工肌肉以及設于大腿桿上的上膝套管支撐塊和下膝套管支撐塊，所述套索人工肌肉的并聯彈簧自由端連接于下膝套管支撐塊，穿設于所述上膝套管支撐塊和下膝套管支撐塊之間的套索連接于套索人工肌肉，所述膝關節前伸后屈主動自由度通過膝關節機構的膝電機帶動套索運動，所述套索進而帶動套索人工肌肉再經其下端套索對關節執行末端傳遞動力；所述髖關節機構設有外擺內收支撐板，所述外擺內收支撐板與調節板組件側壁下端通過外擺內收組件鉸接，所述調節板組件側壁下端設有軸承支座，所述外擺內收支撐板設有外擺內收軸，所述外擺內收軸鉸接于軸承支座，所述外擺內收支撐板設有抵靠于調節板組件側壁下端的外擺內收固定塊，限制髖關節機構繞外擺內收軸向外側擺動，所述外擺內收支撐板與調節板組件側壁之間還連接有板簧；所述預緊機構設于套索穿入上髖套管支撐塊處和上膝套管支撐塊處，所述套索可拆卸安裝于髖關節電機組件和膝關節電機組件，所述預緊機構包括螺柱螺母機構，所述髖電機輸出端和膝電機輸出端均連接有電機輸出端圓盤，所述螺柱螺母機構包括設于套索穿入上膝套管支撐塊處的開口圓柱頭螺栓以及開口螺母，所述套索下端繞于膝執行輪；髖關節電機組件中，左髖電機一端固定左髖電機編碼器，另一端通過左髖電機支架圓盤固定于左髖諧波減速器上，右髖電機一端固定右髖電機編碼器，另一端通過右髖電機支架圓盤固定于髖套管支撐架上；膝關節電機組件中，左膝電機和右膝電機一端固定膝電機編碼器，另一端通過膝電機支架圓盤固定于膝諧波減速器上；所述髖關節機構的外側軸承端蓋表面設有套管導向塊，所述膝關節電機組件的套索向下穿過套管導向塊再繞于膝執行輪，髖關節機構的髖執行輪和膝電機的電機輸出端圓盤距離不變，膝關節機構繞髖關節機構的髖執行輪轉動過程中，套索穿過套管導向塊使得套索在該外骨骼機構步態行走過程中路徑曲線平滑。