[發(fā)明專利]一種被動式柔性膝踝關(guān)節(jié)助力外骨骼機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210094207.4
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114347000B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳兵;史晨璞;談家梁;倪想;訾斌
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 陸娟

1.一種被動式柔性膝踝關(guān)節(jié)助力外骨骼機(jī)器人，其特征在于：

包括外骨骼支架和一對能量回收釋放裝置（1）；每個所述能量回收釋放裝置包括輸入離合機(jī)構(gòu)（11）、儲能機(jī)構(gòu)（12）、輸出機(jī)構(gòu)（13），和從下至上依次間隔且水平固定布置的第一機(jī)架板（14）、第二機(jī)架板（15）、第三機(jī)架板（16）和第四機(jī)架板（17）；

所述輸入離合機(jī)構(gòu)（11）包括第一輸入機(jī)構(gòu)（111）、第二輸入機(jī)構(gòu)（112）和棘輪機(jī)構(gòu)（113），第一輸入機(jī)構(gòu)（111）和第二輸入機(jī)構(gòu)（112）結(jié)構(gòu)相同，均包括副軸（1121）、輸入傳動齒輪（1122）、輸入傳動滑輪（1123），和水平且間隔布置的上滑塊（1124）和下滑塊（1125）；

所述副軸（1121）通過一對軸承豎直轉(zhuǎn)動安裝在上滑塊（1124）和下滑塊（1125）之間，且副軸（1121）的下端部通過回復(fù)彈簧（1126）和下滑塊（1125）連接，副軸（1121）的中部和輸入傳動滑輪（1123）型面聯(lián)接，副軸（1121）的上端部貫穿上滑塊（1124）并和輸入傳動齒輪（1122）型面聯(lián)接；

所述第一輸入機(jī)構(gòu)（111）和第二輸入機(jī)構(gòu)（112）上的一對上滑塊滑動設(shè)于第二機(jī)架板（15）上，第一輸入機(jī)構(gòu)（111）和第二輸入機(jī)構(gòu)（112）上的一對下滑塊通過繩索（1128）連接，并滑動設(shè)于第一機(jī)架板（14）上；

所述儲能機(jī)構(gòu)（12）包括一體成型的齒圈和儲能彈簧（123），齒圈的軸向一端為傳動內(nèi)齒圈（121），另一端為連接套（122），儲能彈簧（123）通過一對外端卡子同軸卡接于連接套（122）內(nèi)；

所述第一輸入機(jī)構(gòu)（111）和第二輸入機(jī)構(gòu)（112）上的一對輸入傳動齒輪可分別和傳動內(nèi)齒圈（121）嚙合；

所述棘輪機(jī)構(gòu)（113）的棘輪（1132）通過棘輪輸出軸（1131）和連接套（122）的同軸固定連接；

所述輸出機(jī)構(gòu)（13）包括輸出主軸（131）、帶齒輪的輸出傳動滑輪（132）、輸出傳動齒輪（133）、舵機(jī)（134）和離合滑架（135）；

所述輸出主軸（131）通過一對軸承豎直布置在第三機(jī)架板（16）和第四機(jī)架板（17）之間，輸出主軸（131）中部通過一對軸承套裝著所述輸出傳動滑輪（132），下部型面聯(lián)接輸出傳動齒輪（133），且輸出傳動齒輪（133）下端貫穿第三機(jī)架板（16）并和所述儲能彈簧（123）同軸固定連接；

所述舵機(jī)（134）的輸出軸上套裝有舵機(jī)齒輪（1341）；

所述離合滑架（135）通過滑塊滑軌的配合滑動設(shè)于第三機(jī)架板（16）和第四機(jī)架板（17）之間，且離合滑架（135）的一端部開設(shè)傳動齒條（1351），另一端設(shè)有制動缺齒輪（1352），離合滑架（135）的中部安裝有離合齒輪（1353）；

所述外骨骼支架包括環(huán)形的上腰綁帶（21）、下腰綁帶（22）和一對腿部支架；

所述上腰綁帶（21）和下腰綁帶（22）水平布置并通過豎直的背架（23）固定連接，一對能量回收釋放裝置（1）通過一對安裝盒并列安裝在背架（23）上；

每個所述腿部支架包括環(huán)形的大腿板（24）、環(huán)形的小腿板（25）和足部板（26），小腿板（25）上固定設(shè)有直立的空心鋼管（251），空心鋼管（251）的上端懸伸至對應(yīng)的大腿板（24）一側(cè)；

第一柔索（31）繞經(jīng)第一輸入機(jī)構(gòu)（111）上的輸入傳動滑輪（1123）后，通過滑輪依次繞經(jīng)背架（23）和大腿板（24），最后和空心鋼管（251）的懸伸端固定連接；

第二柔索（32）繞經(jīng)第二輸入機(jī)構(gòu)（112）上的輸入傳動滑輪（1123）后，通過滑輪依次繞經(jīng)背架（23）和大腿板（24），最后和小腿板（25）固定連接；

第三柔索（33）繞經(jīng)輸出傳動滑輪（132）后，通過管夾穿過小腿板（25），最后和足部板（26）后部固定連接；

使用時，外骨骼支架穿戴完成，分別在腳底板的腳跟和腳尖處設(shè)有一對壓力傳感器（5）；

膝關(guān)節(jié)彎曲或是伸展時，第一柔索（31）或第二柔索（32）牽引著對應(yīng)的輸入傳動滑輪（1123）轉(zhuǎn)動，并帶動對應(yīng)副軸（1121）轉(zhuǎn)動，使得輸入傳動齒輪（1122）和傳動內(nèi)齒圈（121）嚙合傳動，實(shí)現(xiàn)儲能彈簧（123）儲能；同時棘輪機(jī)構(gòu)（113）可防止儲能彈簧（123）反向轉(zhuǎn)動耗散儲能；

根據(jù)一對壓力傳感器（5）的檢測結(jié)果將踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動分為助力階段和自由階段，助力階段為腳跟和地面接觸時開始至腳尖離開地面時結(jié)束，其余時間為自由階段；

踝關(guān)節(jié)助力階段，舵機(jī)（134）正轉(zhuǎn)，舵機(jī)齒輪（1341）和傳動齒條（1351）嚙合傳動，離合滑架（135）滑移，使得離合齒輪（1353）與輸出傳動齒輪（133）和輸出傳動滑輪（132）同時嚙合，儲能彈簧（123）轉(zhuǎn)動釋放儲能，帶動輸出主軸（131）轉(zhuǎn)動及輸出傳動滑輪（132）轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)第三柔索（33）受拉伸，向上牽引足部板（26）運(yùn)動；

踝關(guān)節(jié)自由階段時，舵機(jī)（134）反轉(zhuǎn)，舵機(jī)齒輪（1341）和傳動齒條（1351）嚙合傳動，離合滑架（135）反方向滑移，使得輸出傳動齒輪（133）和制動缺齒輪（1352）嚙合，實(shí)現(xiàn)輸出主軸（131）止動，此時輸出傳動滑輪（132）可自由轉(zhuǎn)動。