[發(fā)明專利]一種套索驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)串聯(lián)彈性助力外骨骼機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011400438.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN112548993B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱愛斌;王英旭;屠堯;朱鵬程;許鵬;侯衛(wèi)坤;姚丹丹;段琛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);西安市紅會(huì)醫(yī)院
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種套索驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)串聯(lián)彈性助力外骨骼機(jī)器人，包括腰部連接機(jī)構(gòu)和腿部連接機(jī)構(gòu)，腰部連接機(jī)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置有腿部連接機(jī)構(gòu)，腰部連接機(jī)構(gòu)兩側(cè)分別設(shè)置有電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊，腿部連接機(jī)構(gòu)頂部設(shè)置有髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊，所述髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊與電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊通過套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接傳動(dòng)，髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊、電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊和套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動(dòng)及傳感系統(tǒng)提供控制與動(dòng)力。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)為行走能力弱人群如老年人或患病康復(fù)人群的行走輔助，亦可為日常生活中需進(jìn)行長時(shí)間、長距離行走人群提供行走助力，結(jié)合人機(jī)交互、意圖感知技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)輔助，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)能力提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人及人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種套索驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)串聯(lián)彈性助力外骨骼機(jī)器人。

背景技術(shù)

近年來，隨著社會(huì)快速的發(fā)展變化，人口老齡化問題及醫(yī)療康復(fù)問題日益嚴(yán)重，預(yù)計(jì)到2050年，我國60歲以上老年人口數(shù)量將會(huì)達(dá)到4.38億；同時(shí)，許多人在日常工作和生活中需要進(jìn)行長時(shí)間、長距離的行走運(yùn)動(dòng)，如護(hù)士、環(huán)衛(wèi)工人、管道維護(hù)人員及軍事人員等，長時(shí)間、長距離的行走經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致身體不適及肌肉疲勞等癥狀，長期性的肌肉疲勞更是引起肌肉組織損傷的最主要原因，嚴(yán)重的肌肉損傷甚至?xí)?dǎo)致腎功能衰竭等后果。下肢助力外骨骼能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的輔助，減少腿部肌肉疲勞，避免肌肉損傷。

現(xiàn)有下肢助力外骨骼多為驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接布置在人體關(guān)節(jié)處，通過電機(jī)及減速器帶動(dòng)外骨骼關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體助力效果，但該種形式使得外骨骼關(guān)節(jié)處體積龐大，且重量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量非常大，對(duì)穿戴及控制過程造成不便。

因此針對(duì)現(xiàn)有下肢助力外骨骼機(jī)器人所存在的問題，需設(shè)計(jì)一種將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)后置或外置，體積小、重量輕的便攜式助力外骨骼機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有下肢助力外骨骼機(jī)器人關(guān)節(jié)處重量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過大，以及助力效果較差等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種套索驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)串聯(lián)彈性助力外骨骼機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)為行走能力弱人群如老年人或患病康復(fù)人群的行走輔助，亦可為日常生活中需進(jìn)行長時(shí)間、長距離行走人群提供行走助力，結(jié)合人機(jī)交互、意圖感知技術(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)輔助，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)能力提升。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種套索驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)串聯(lián)彈性助力外骨骼機(jī)器人，包括腰部連接機(jī)構(gòu)和腿部連接機(jī)構(gòu)，腰部連接機(jī)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置有腿部連接機(jī)構(gòu)，腰部連接機(jī)構(gòu)兩側(cè)分別設(shè)置有電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊，腿部連接機(jī)構(gòu)頂部設(shè)置有髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊，所述髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊與電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊通過套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接傳動(dòng)，髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊、電機(jī)處串聯(lián)彈性模塊和套索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動(dòng)及傳感系統(tǒng)提供控制與動(dòng)力。

所述腰部連接機(jī)構(gòu)包括環(huán)繞人腰部設(shè)置的腰帶2以及用于外骨骼機(jī)器人腰部寬度調(diào)整的腰部調(diào)長板1；左右側(cè)腰板3通過螺栓與腰部調(diào)長板1進(jìn)行連接。

所述腰帶2采用運(yùn)動(dòng)護(hù)腰，其內(nèi)部有硬質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)其寬度約為10cm，腰帶2與腰部調(diào)長板1通過螺栓進(jìn)行連接，所述腰部調(diào)長板1上設(shè)置有螺紋孔，左右側(cè)腰板3連接時(shí)可根據(jù)穿戴者需要進(jìn)行選擇，可調(diào)節(jié)范圍為390mm-510mm,調(diào)節(jié)至適宜穿戴者穿戴寬度進(jìn)行連接。

所述腿部連接結(jié)構(gòu)包括外擺連接塊21，外擺連接塊21通過螺栓與髖關(guān)節(jié)處串聯(lián)彈性模塊的髖關(guān)節(jié)彈性傳動(dòng)外圈14連接，外擺連接塊21設(shè)置在腿部連桿22上，所述腿部連桿22采用碳纖維管，腿部連桿22上安裝有腿部連接塊23，腿部連接塊23上設(shè)置有腿部調(diào)長板24，所述腿部連接塊23上設(shè)計(jì)有陀螺儀安裝槽，用于布置JY901加速度計(jì)，感知人體運(yùn)動(dòng)模式；腿部調(diào)長板24上安裝有護(hù)板25，護(hù)板25用于與人體大腿進(jìn)行固連，腿部連接塊23單邊各布置有4個(gè)插扣26，用于連接綁帶。

所述腿部調(diào)長板24可調(diào)節(jié)范圍為400mm-450mm，護(hù)板25與調(diào)長板24通過螺栓連接。