[發明專利]一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節

有效

• 申請號: 202110442716.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113183176B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 劉靜帥;吳新宇;何勇;李金科;李鋒;馬躍;曹武警;王大帥;孫健銓;連鵬晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02;B25J9/00;B25J9/08;B25J19/00;A61H3/00;A61H1/02
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 朱偉軍;耿慧敏

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節，包括踝關節驅動組件、足托組件；所述踝關節驅動組件包括：小腿桿、屈伸驅動組件和內外翻運動組件；小腿桿與足托組件鉸接，屈伸驅動組件和內外翻運動組件設置在小腿桿上，屈伸驅動組件和內外翻運動組件分別帶動足托組件進行屈伸運動和內外翻運動。本發明一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節，其運動解耦并聯驅動結構具有兩個旋轉自由度、結構剛度較好、整體重心較高以及足端慣量較小的特征，實現背屈/跖屈和內翻/外翻兩個自由度的踝關節主動運動輔助，提高人體穿戴的舒適性、運動靈活性以及穩定性。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節。

背景技術

下肢外骨骼是一種與人體下肢結構相似的可穿戴仿生機器人，能夠輔助穿戴者實現下肢康復、助力行走以及增強負重等功能，在康復、民用和軍事等領域有著廣泛的應用前景。根據人體關節的運動機理研究，踝關節是由脛骨下關節面、內踝關節面和外踝關節面形成的叉狀關節窩和距骨的踝狀關節頭構成，可圍繞三個轉動軸作背屈/跖屈、內翻/外翻以及較小的內旋/外旋運動，具有靈活性好、支撐力大等特點。

現有的下肢外骨骼機器人，其踝關節的自由度單一，通常只包括背屈/跖屈單個自由度，甚至與小腿采用一體化剛性結構，且大多不具備主動驅動，極大地影響了外骨骼的運動靈活性、穿戴舒適性以及踝關節運動輔助能力。因此，如何設計整體結構剛度較高的可穿戴式外骨骼機器人踝關節，實現背屈/跖屈和內翻/外翻兩個自由度主動運動輔助，是下肢外骨骼機器人開發過程中的一個關鍵難題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節，其運動解耦并聯驅動結構具有兩個旋轉自由度、結構剛度較好、整體重心較高以及足端慣量較小的特征，實現背屈/跖屈和內翻/外翻兩個自由度的踝關節主動運動輔助，提高人體穿戴的舒適性、運動靈活性以及穩定性。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種運動解耦并聯驅動型外骨骼機器人踝關節，其特殊之處在于，

包括踝關節驅動組件、足托組件；

所述踝關節驅動組件包括：小腿桿、屈伸驅動組件和內外翻運動組件；

小腿桿與足托組件鉸接，屈伸驅動組件和內外翻運動組件設置在小腿桿上，屈伸驅動組件和內外翻運動組件分別帶動足托組件進行屈伸運動和內外翻運動。

進一步地，上述屈伸驅動組件包括屈伸驅動固定座、屈伸驅動單元、屈伸運動輸出端蓋、屈伸運動傳動桿、踝關節固定支座；

屈伸驅動單元通過屈伸驅動固定座固定在小腿桿的上端，屈伸驅動單元的動力輸出端與屈伸運動輸出端蓋連接，屈伸運動輸出端蓋與屈伸運動傳動桿的一端鉸接，屈伸運動傳動桿的另一端與踝關節固定支座鉸接；踝關節固定支座與足托組件固連。

進一步地，上述屈伸運動傳動桿的另一端與踝關節固定支座通過屈伸運動虎克鉸鏈連接。

進一步地，上述屈伸驅動單元的動力輸出端通過屈伸運動單軸鉸鏈與屈伸運動傳動桿的一端鉸接。

進一步地，上述小腿桿與踝關節固定支座通過小腿桿支撐虎克鉸鏈進行連接。

進一步地，上述內外翻運動組件包括內外翻驅動單元，內外翻驅動單元固定在小腿桿上部且位于屈伸驅動單元的下方，內外翻驅動單元的動力輸出端與內外翻運動輸出端蓋連接，內外翻運動輸出端蓋通過內外翻運動徑向鉸鏈、內外翻運動水平鉸鏈、內外翻運動垂直鉸鏈與內外翻運動傳動桿的一端連接，內外翻運動傳動桿的另一端與踝關節固定支座鉸接。

進一步地，上述內外翻運動傳動桿的另一端與踝關節固定支座通過內外翻運動虎克鉸鏈連接。

進一步地，上述足托組件包括綁帶環扣、L形環扣固定座、足托底板；L形環扣固定座固定在足托底板上，綁帶環扣固定在L形環扣固定座上。