[發明專利]一種可穿戴式套索驅動關節輔助步行下肢外骨骼機器人

有效

• 申請號: 202010429695.0
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111671622B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 吳青聰;曾泓炳;李黎明;耿天宇;張洺銘;楊冰云
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;A61H3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種可穿戴式套索驅動關節輔助步行下肢外骨骼機器人，包括背部主控系統、連接背部主控系統下方的腰部動力系統、安裝在腰部動力系統側方的下肢桿件結構、套索傳動系統、人機綁縛結構；所述套索傳動系統包括安裝在下肢桿件結構上的套索驅動輪及纏繞套索驅動輪的套索，套索的上端與腰部動力系統連接，其特征在于：

所述下肢桿件結構包括與腰部動力系統側方連接的髖關節、自髖關節延伸的大腿桿、與大腿桿下方連接的膝關節、自膝關節向下延伸的小腿桿、與小腿桿下方連接的踝關節雙頭螺柱，與踝關節雙頭螺柱下方連接的外骨骼足底；

人機綁縛結構包括腿部護具以及腿部護具連接的交互力傳感器用以測量人體腿部對下肢桿件結構施加的交互力；

所述交互力傳感器包括固定在下肢桿件結構上的固定件以及相對固定件轉動的活動件，固定件的兩個側壁內側包住活動件，固定件和活動件的兩側之間分別有空隙，且分別貼上薄膜壓力傳感器和彈性橡膠墊；當活動件與固定件有相對轉動時，一側的薄膜壓力傳感器被擠壓，另一側放松，兩個薄膜壓力傳感器產生壓力差而體現交互力；

所述膝關節包括中空的膝關節限位輪、位于膝關節限位輪內的膝關節軸承、膝關節軸承支撐筒、膝關節絕對值編碼器、大腿桿連接盤、固定在膝關節限位輪外側的膝關節驅動輪、固定在膝關節限位輪內側的小腿桿連接盤；膝關節限位輪上設有弧形的開槽，大腿桿自開槽穿過并與大腿桿連接盤固定，大腿桿連接盤與膝關節軸承支撐筒固定，膝關節軸承支撐筒的凸緣與膝關節軸承內側固定，膝關節軸承的外緣與膝關節驅動輪內側設置的凹孔固定，限位輪的外側抵靠在膝關節驅動輪內側上并通過螺釘固定，大腿桿連接盤相對小腿桿連接盤轉動；膝關節絕對值編碼器固定于大腿桿連接盤，膝關節絕對值編碼器的軸通過法蘭盤固定在小腿桿連接盤上；

大腿桿包括大腿桿上部、大腿桿下部和凸輪鎖緊機構；大腿桿上部有方形凹槽，大腿桿上部在側面和正面開槽，大腿桿下部的上端為方形結構用以伸入大腿桿上部的凹槽中進行滑動；大腿桿下部的上端兩邊有螺紋孔，正面也有螺紋孔，當大腿桿下部滑入大腿桿上部后，用螺釘穿過大腿桿上部兩側槽并旋入大腿桿下部上端的兩邊螺紋孔，完成滑槽機構安裝；凸輪鎖緊機構包括凸輪把手、鎖緊墊片、螺栓連桿；將凸輪鎖緊機構的螺栓連桿穿過大腿桿上部正面槽，并旋入大腿桿下部的正面螺紋孔中，按壓凸輪把手而通過凸輪將大腿桿上下兩部分鎖緊。

2.根據權利要求1所述的下肢外骨骼機器人，其特征在于：髖關節包括髖關節支架、髖關節軸承、深溝球軸承的外圈蓋板、固定在外圈蓋板外側的髖關節連接盤、髖關節編碼器、內置彈簧減震器；髖關節連接盤下方固定有髖關節第一鉸鏈；髖關節第一鉸鏈下方鉸接髖關節第二鉸鏈；內置彈簧減震器的上方與髖關節連接盤連接而下方與髖關節第二鉸鏈連接；髖關節第二鉸鏈的下方連接大腿桿；第二鉸鏈與第一鉸鏈的配合帶動大腿桿相對于髖關節連接盤外擺內收。

3.根據權利要求1所述的下肢外骨骼機器人，其特征在于：踝關節為魚眼鉸鏈結構，包括球鉸和球鉸接頭。

4.根據權利要求3所述的下肢外骨骼機器人，其特征在于：外骨骼足底包括兩層泡沫鞋底、一層橡膠底、多個薄膜壓力傳感器、腳踏及腳步綁縛結構；腳踏與踝關節魚眼接頭通過螺栓連接，腳踏與泡面鞋底也通過螺栓螺母連接；薄膜壓力傳感器夾在橡膠鞋底與泡沫鞋底中間，用來檢測足底壓力。

5.根據權利要求4所述的下肢外骨骼機器人，其特征在于：人機綁縛結構包括大腿綁縛機構、小腿綁縛機構，腰帶、肩帶，腳部綁縛機構。