[發明專利]一種步進電機驅動和渦輪蝸桿傳動的下肢外骨骼機器人

在審

• 申請號: 201911122851.2
• 申請日: 2019-11-16
• 公開（公告）號: CN110833495A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 朱愛斌;武鑫雨;毛涵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;B25J9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種步進電機驅動和渦輪蝸桿傳動的下肢外骨骼機器人，包括腰部?髖關節裝置、大小腿調節裝置和踝關節?足部裝置，腰部?髖關節裝置兩側下方分別設置有大小腿調節裝置，大小腿調節裝置下方設置有踝關節?足部裝置。本發明具有依次連接的腰部?髖關節裝置、大小腿連續調節裝置、踝關節?足部裝置三個部分，能夠提高運動的靈活性、穩定性和穿戴的舒適性，具有穿戴舒適、靈活性高、可靠性高、適應能力強、壽命長、成本低的特點。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別涉及一種步進電機驅動和渦輪蝸桿傳動的下肢外骨骼機器人。

背景技術

外骨骼機器人是穿戴在人體外部的一種典型的人機一體化系統，綜合了機械設計、控制、信息融合等機器人技術，將人的智力和機器人的“體力”結合在一起，提供動力以輔助人的運動。近20年來，外骨骼機器人作為一款輔助人體的裝備得到了廣泛的應用。

現有的下肢外骨骼康復機器人髖關節結構只包括一個前后屈伸自由度，沒有嚴格按照仿生學的設計原理，滿足實現人體髖關節前后屈伸、內外收展、內外旋轉三個自由度的設計要求，自由度單一則不能提高運動的靈活性和穿戴的舒適性，更無法實現人體運動步態的多樣性和康復訓練策略的全面性，在面對未知的運動環境下，外骨骼康復機器人的適用程度將會進一步降低。

現有的外骨骼機器人腿部調節伸縮機構采用手動間隔調節的方式，即采用螺栓間隔固定以及聯合手動調節的方式，這種手動間隔調節設計方式導致人體和外骨骼機器人之間的匹配度較差，降低人體穿戴的舒適性和運動的靈活性，而且在一定程度上還損失了電機的使用效率、減少外骨骼機器人的使用壽命。

現有的外骨骼康復機器人踝關節-足部結構多采用一體化鋼板剛性結構，缺少對踝關節旋轉結構和足部緩沖原理的仿生設計，極大地降低了運動的靈活性和穿戴的舒適性，而且無法適應其他未知的非結構化環境地面，一體化鋼板結構設計降低傳感器的集成程度，減少人機耦合的可能性，并且減少了接觸面積和接觸程度，降低運動過程中的穩定性和可靠性。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種步進電機驅動和渦輪蝸桿傳動的下肢外骨骼機器人，能夠提高運動的靈活性、穩定性和穿戴的舒適性，具有穿戴舒適、靈活性高、可靠性高、適應能力強、壽命長、成本低的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種步進電機驅動和渦輪蝸桿傳動的下肢外骨骼機器人，包括腰部-髖關節裝置1、大小腿調節裝置2和踝關節-足部裝置3，腰部-髖關節裝置1兩側下方分別設置有大小腿調節裝置2，大小腿調節裝置2下方設置有踝關節-足部裝置3。

所述的腰部-髖關節裝置1包括腰部結構和髖關節結構兩個部分，腰部結構包括腰連接件4，腰連接件4的兩端分別通過內六角螺絲與兩個呈L型的腰彎板件5固定連接；

所述腰連接件4和腰彎板件5上面均設有按照線性陣列方式布置的安裝孔，二者通過安裝孔配合連接。

所述的腰部-髖關節裝置1包括中腰部結構下端和中腰部結構上端，中腰部結構下端包括髖關節電機連接板14為圓弧狀結構，所述的髖關節電機連接板14頂端圓弧狀左右內側分別有用于安裝髖關節下端軸承12的軸承孔，髖關節下端軸承12和軸承孔過盈連接，髖關節下端軸承12與髖關節旋轉連接件10內側設置有軸承孔相連，所述的髖關節旋轉連接件10和髖關節電機連接板14的軸承孔置于同一中心線上，髖關節旋轉軸13沿著中心線進行安裝；

所述的中腰部結構上端包括髖關節固定件6，髖關節固定件6底部設置有與髖關節上端軸承9過盈連接的軸承孔，髖關節固定件6上端內部分別設計有不同直徑的梯形孔，這些梯形孔自下向上分別安裝髖關節上端軸承9(過盈連接)、微型平面推力球軸承8(間隙連接)、髖關節軸承端蓋7，髖關節固定件6與腰彎板件5，且通過螺栓固定連接。