[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

本發明公開了一種基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼，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。本發明的基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼，能實現關節自由擺動的需要，獲得良好的傳動柔順性和人體穿戴舒適性和安全性。

技術領域

本發明涉及一種外骨骼，具體涉及一種可穿戴下肢外骨骼。

背景技術

穿戴下肢外骨骼是機器人是一種典型的外骨骼助力裝置，穿戴在使用者下肢外部，通過電機驅動各關節，加之以角度傳感器以及力矩傳感器，為使用者提供諸如助力、助行、保護、身體支撐等功能，同時又融合傳感、控制、信息獲取等機器人技術，使得外骨骼在操作者的無意識控制下完成助力行走等功能，是典型人機一體化系統。

隨著2013年中國大陸60歲以上的老年人口首次超過2億人口，占比達到14.9％，預計2030年該占比將達25％左右，2050年左右，老年人口的規模會達到4.4億左右的峰值，約占總人口的三分之一，該問題的到來將給社會和經濟帶來一系列的問題，而老年人口中普遍存在著身體機能下降以及各種疾病的發病率也隨之增加，各種疾病發生通常導致患者其肢體偏癱或癱瘓，肢體無力或上下肢感覺障礙，平衡能力失調，站立不穩，關節僵直，行走能力明顯受限，可穿戴下肢外骨骼不僅可以幫助患者訓練恢復喪失的運動功能，擺脫輪椅改善患者的行走能力，實現步行訓練的自主性和自由性，提高其生活自理能力。

目前，傳統輪式交通工具是遠行與負重的主要方式，此類交通工具前行平穩，速度快，但對上下樓梯，越障等場合并不適用，可穿戴下肢外骨骼是一種幫助人體擴展下肢運動能力的助力裝置，能夠使人在負重或長時間行走的情況下，降低運動強度，為穿戴者提供充足的力量和耐力來增強長距離行走和負重等能力。

發明內容

技術問題：本發明提供一種基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼，通過機構設計實現套索的一體化拆卸與安裝方式，采用新型的傳動原理、輕軟的人機結合形態，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，并實現關節自由擺動的需要，獲得良好的傳動柔順性和人體穿戴舒適性和安全性。

技術方案：本發明公開了一種基于套索人工肌肉驅動的可穿戴下肢外骨骼，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。

優選的，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，所述髖關節套索人工肌肉組件包括套索人工肌肉以及設于調節板組件側壁的上髖套管支撐塊和下髖套管支撐塊、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。