[實用新型]一種可穿戴式電驅助力外骨骼下肢機構

有效

• 申請號: 201821314828.4
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN209316409U
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 陳正;周時釗;盧形;黃方昊;朱世強;梅瓏;金來;郭凱
• 申請（專利權）人: 浙江大學;安徽三聯機器人科技有限公司
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61H1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本實用新型公開了一種可穿戴式電驅助力外骨骼下肢機構，它包括左腿、右腿、電機?減速器驅動系統、電源模塊；所述右腿和左腿結構相同，并對稱設置在腰部兩側；電機?減速器驅動系統分別設置在左腿和右腿的各主動驅動關節處，并對其進行控制。髖關節、膝關節和踝關節的運動協作來完成行走，共有5個自由度，髖關節具有3個自由度，分別是屈/伸、外展/內收和旋內/旋外運動，膝關節有1個屈/伸運動的自由度，踝關節有1個屈/伸運動的自由度。另外，考慮到人體行走時背部存在與地面不垂直而擺動的情況，所以在背部再設置1個屈/伸運動的自由度。本實用新型具有機構簡單、穿戴方便、長度可調、適合不同的人穿戴和外骨骼活動自如特點。

技術領域

本實用新型涉及機器人領域、外骨骼領域以及助力機構領域，涉及一種可穿戴式電驅助力外骨骼下肢機構。

背景技術

在醫療行業，對于一些剛從下肢傷病（下肢骨折、神經損傷等）中康復過來的患者來說，自主行動還略顯困難，在這種情況下，需要開發一種能夠識別人體意圖來幫助患者進行康復訓練和自主行動的助力外骨骼機構。

此外，當代社會老齡化問題日益凸顯，具有人體意圖識別功能的外骨骼的出現能夠幫助老年人解決行走不便、由于體力問題而無法長時間行走的問題。

助力外骨骼的特點是要求在各種外界環境下與穿戴者進行協作，這要求研究人員需要解決隨機環境下的人機一體化問題，包括有效可靠的人機交互問題、對人體運動意圖的快速響應問題、輕便靈活的仿生結構設計問題、人機系統的安全性問題等，這些技術問題還處于初級摸索階段，并不成熟，還需要進行深入的研究。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有外骨骼研究領域技術的不足，提出一種可穿戴式電驅助力外骨骼下肢機構。

該機構包括髖關節、膝關節和踝關節三個腿部關節，并通過三個關節的協調配合來實現外骨骼的助力行為。其中，髖關節具有屈/伸、外展/內收和旋內/旋外三個運動自由度，膝關節和踝關節各有一個屈/伸運動自由度。并且考慮到人體在行走過程中背部會有輕微的前傾/后仰行為，所以在背部在增設一個俯/仰運動自由度。本實用新型具有機構簡單、穿戴方便、各部位（腰部、大腿、小腿）長度可調、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關節活動自如等特點。

為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案如下：

一種可穿戴式電驅助力外骨骼下肢機構，包括：腰部、左腿、右腿、電機-減速器驅動系統、電源模塊。其中，所述左腿和右腿分別與腰部連接，并對稱設置在腰部兩側；電機-減速器驅動系統分別設置在左右腿的各主動驅動關節（髖關節和膝關節）處，并對其進行控制；電源模塊對電機-減速器驅動系統供電。

所述腰部包括：背部負重板、電池底板、腰部寬度調整板、連接板、腰部旋轉板、腰部旋轉阻尼器、海綿墊、腰部綁帶。其中，電池底板安裝在背部負重板的后下方；兩塊腰部寬度調整板分別連接在背部負重板兩側；連接板連接在腰部寬度調整板上；腰部旋轉板與連接板配合，并且使用腰部旋轉阻尼器進行限制；腰部綁帶固定連接在背部負重板與兩塊連接板上；海綿墊用于緩沖。

所述電機-減速器驅動系統包括：電機、減速器、電機與減速器連接法蘭。其中，電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連；減速器的輸出裝置固定連接在驅動零件上；電機與減速器連接法蘭一端固定在電機上，另一端固定在減速器上，用于保護在運動過程中的電機輸出軸。

所述右腿和左腿結構相同，包括：髖關節、大腿、膝關節、小腿、踝關節板、腳掌；其中，髖關節固定聯接在腰部旋轉和大腿固定板上；大腿和小腿連接形成膝關節；小腿與踝關節板連接并加以踝關節阻尼器進行約束；踝關節板與腳掌通過螺釘連接；力傳感分別固定在大腿固定板與小腿固定板上，用于采集運動過程中的力學信息；腿部綁帶鈑金件固定在大腿固定板和小腿固定板的兩側，用于安裝綁帶以保證力傳感器所得到的準確的信息。