[實用新型]一種面向外骨骼機器人的人機柔順連接機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720058734.4
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN206896501U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李娟;李偉達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 李紅,常亮

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于外骨骼機器人設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向外骨骼機器人的人機柔順連接機構(gòu)。

背景技術(shù)

外骨骼機器人對幫助中風(fēng)、偏癱病人的康復(fù)具有重要的意義。當(dāng)前人體與外骨骼機器人之間主要采用綁帶式連接方式，由于人體下肢的剛?cè)狁詈仙锾匦砸约安煌瑐€體間的肢體長度差異，使得人體和外骨骼之間在運動學(xué)上并不完全匹配，在運動過程中會產(chǎn)生關(guān)節(jié)對準(zhǔn)誤差。而依靠連接部分的彈性變形以及肢體表面組織的變形來適應(yīng)誤差，勢必會增加人機之間的約束力，讓穿戴者產(chǎn)生不適感，甚至對患者造成二次傷害。面向外骨骼機器人的人機柔順連接機構(gòu)可使外骨骼機器人適應(yīng)關(guān)節(jié)對準(zhǔn)誤差，減小人機約束力。該方面的研究近年來也引起了學(xué)者越來越多的重視。

專利“一種具有人-機運動相容性的下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人機構(gòu)(專利號CN201110196558.8)”提出在人機連接環(huán)節(jié)中增加連接關(guān)節(jié)，設(shè)計出一種人機連接機構(gòu)，如圖1所示。機構(gòu)中，在外骨骼機構(gòu)與人體大腿之間增加了移動副4和胡克鉸5，在外骨骼機構(gòu)與人體小腿之間增加了移動副6、移動副7、球副8。移動副4和移動副6分別沿外骨骼機構(gòu)的大、小腿構(gòu)件移動，移動副7沿垂直于外骨骼機構(gòu)小腿構(gòu)件的導(dǎo)路移動。胡克鉸5的兩條正交回轉(zhuǎn)軸線均垂直于人體大腿，且其中一條軸線平行于關(guān)節(jié)2的回轉(zhuǎn)軸線。采用這種結(jié)構(gòu)可降低外骨骼機器人與人體關(guān)節(jié)對準(zhǔn)要求，提高穿戴舒適性。但這種結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，不易實現(xiàn)。

因此，鑒于以上問題，有必要提出一種新型的人機柔順連接機構(gòu)，簡化機構(gòu)組成，可以適應(yīng)人體與機器人外骨骼之間的關(guān)節(jié)對準(zhǔn)誤差與肢體長度誤差，有效減小人機之間的約束力，提高人體舒適度。

實用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實用新型提供了一種面向外骨骼機器人的人機柔順連接機構(gòu)，簡化機構(gòu)組成，可以適應(yīng)人體與機器人外骨骼之間的關(guān)節(jié)對準(zhǔn)誤差與肢體長度誤差，有效減小人機之間的約束力，提高人體舒適度。

根據(jù)本實用新型的目的提出的一種面向外骨骼機器人的人機柔順連接機構(gòu)，人機柔順連接機構(gòu)至少在人體腳部、小腿以及腰部設(shè)置約束，所述人機柔順連接機構(gòu)包括：

第一移動副：所述第一移動副設(shè)置在人體腳部與外骨骼足部之間，使人體腳部與外骨骼足部之間僅能在矢狀面內(nèi)沿腳部長度方向保持相對滑動；

第二移動副：所述第二移動副設(shè)置在人體小腿與外骨骼小腿之間，使人體小腿僅能沿外骨骼小腿的長度方向保持相對滑動；

平面副：在人體腰部與外骨骼腰部之間設(shè)置平面副約束，人體腰部能在額狀面內(nèi)相對于外骨骼腰部進(jìn)行平動以及轉(zhuǎn)動；

至少第二移動副與人體小腿間為滾動接觸形式，所述第二移動副包括滾輪，人體小腿與滾輪外緣相切，人體小腿沿外骨骼小腿長度方向相對滑動時，所述滾輪以其轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，所述第二移動副一端固定連接于外骨骼小腿上，所述第二移動副整體呈一環(huán)形機構(gòu)，人體小腿套設(shè)于該環(huán)形機構(gòu)內(nèi)側(cè)，所述環(huán)形機構(gòu)的直徑可調(diào)。

優(yōu)選的，所述第二移動副包括與人體小腿滾動接觸的內(nèi)環(huán)部分以及調(diào)節(jié)圍成環(huán)形機構(gòu)尺寸大小的外環(huán)部分；外環(huán)部分包括固定板，對稱設(shè)置于固定板兩側(cè)的連接板，以及鉸連接于連接邊上的調(diào)節(jié)板，兩調(diào)節(jié)板末端連接固定，所述固定板、連接板及調(diào)節(jié)板依次連接圍成所述環(huán)形機構(gòu)；

所述內(nèi)環(huán)部分包括所述滾輪，所述滾輪轉(zhuǎn)動設(shè)置于滾輪座上，所述滾輪座通過一支架連接支撐在外環(huán)部分上，至少部分滾輪座與所述支架鉸連接，使得滾輪座能夠在環(huán)形機構(gòu)所在平面內(nèi)擺動，確保滾輪與人體小腿有效接觸；所述支架通過一彈性機構(gòu)連接固定于外環(huán)部分上，在外力作用下彈性機構(gòu)受力壓縮或復(fù)位，支架沿環(huán)形機構(gòu)的徑向往復(fù)移動調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)部分的尺寸。

優(yōu)選的，所述固定板上設(shè)置有一螺桿，所述連接板通過該螺桿與所述固定板螺旋連接，且可通過轉(zhuǎn)動螺桿調(diào)節(jié)連接位置。

優(yōu)選的，兩調(diào)節(jié)板間鎖緊固定，其中一調(diào)節(jié)板上設(shè)置有間距調(diào)節(jié)件，所述間距調(diào)節(jié)件上設(shè)置有若干鎖孔，另一調(diào)節(jié)板上設(shè)置有鎖扣件，鎖扣件與不同鎖孔配合調(diào)節(jié)外環(huán)部分尺寸。

優(yōu)選的，所述滾輪座為至少設(shè)置于外環(huán)部分內(nèi)部四周的四組，每組至少包括一個滾輪，每個支架至少可連接固定一組滾輪座。

優(yōu)選的，所述第一移動副為綁帶，所述綁帶沿腳部長度方向均勻分布于外骨骼足部上。

優(yōu)選的，腰部的平面副包括腰部固定板，所述腰部固定板為弧形結(jié)構(gòu)，并與人體腰部貼合；所述腰部固定板與外骨骼腰部上分別設(shè)置有一組移動導(dǎo)軌，靜置狀態(tài)下，兩組移動導(dǎo)軌相互垂直，兩組移動導(dǎo)軌上對應(yīng)設(shè)置有移動滑塊，兩移動滑塊間通過一轉(zhuǎn)動機構(gòu)轉(zhuǎn)動連接，所述腰部固定板能夠在額狀面內(nèi)上下、左右滑動以及轉(zhuǎn)動。