[發明專利]一種用于柔性下肢外骨骼的雙向扭繩驅動裝置

在審

• 申請號: 202210313022.8
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114617748A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 徐嘉駿;陸永華;黃愷真;劉冠誠;劉韜;高鋮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京航空航天大學無錫研究院
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;B25J9/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 陶得天

本發明公開了一種用于柔性下肢外骨骼的雙向扭繩驅動裝置，涉及外骨骼機器人技術領域。可顯著減少單關節處錨點數量以及驅動裝置數量，降低了外骨骼整體的重量，也降低了穿戴及使用的難度。所述雙向扭繩驅動裝置包括定滑輪、鮑登線以及連接在鮑登線兩端的兩個驅動單元，所述定滑輪與下肢外骨骼固定相連，所述鮑登線繞過所述定滑輪，通過兩個驅動單元帶動鮑登線的兩個端頭往復運動，從而帶動定滑輪以及下肢外骨骼同步轉動。利用扭繩本身的物理性質傳遞牽引力，傳遞效率高，且在驅動器末端使用鮑登線，避免扭繩與定滑輪直接接觸，減少磨損。整體結構精簡，使用便捷，實用性好。

技術領域

本發明涉及外骨骼機器人技術領域，特別涉及一種柔性外骨骼驅動器的設計。

背景技術

目前，由衰老和中風等疾病引起的下肢運動障礙已經成為我國社會關注的主要問題。對于那些存在下肢運動障礙的群體來說，由于自身下肢肌力匱乏，在進行深蹲、跑步、爬樓梯等對下肢能力要求較高的運動時，具有較高的挑戰性。因此，設計一款能夠幫助那些具有下肢運動障礙的群體進行康復運動的外骨骼機器人顯得尤為重要，而柔性外骨骼近幾年來快速發展，柔性驅動系統作為外骨骼領域的關鍵技術之一，其性能很大程度上決定著外骨骼的輔助效果。

目前，下肢柔性外骨骼主要的驅動方式為繩索驅牽引，而大部分繩驅是將鮑登線繞在滑輪上來拉緊，這種繩驅方式需要額外的笨重部件，如滾珠螺釘、滑輪、齒輪等，效率低下；且大部分驅動器只能實現單關節的單向運動，即通過一套繩索驅動裝置只能控制單個關節的伸展或彎曲；單根繩索驅動力強度不足，難以驅動穿戴者肢體；繩索驅動剛度不可調節，無法滿足不同用戶需求。因此，為了控制下肢髖—膝—踝關節的運動，往往需要在同一個關節位置設置多套驅動設備來固定錨點，使得驅動裝置在安裝與調試階段有著較為嚴格的要求和限制，且關節的伸展或彎曲是由一個錨點單獨控制，各個錨點之間并無聯系，使得各關節無法協調運動。

發明內容

本發明針對以上問題，提出了一種用于柔性下肢外骨骼的雙向扭繩驅動裝置，可顯著減少單關節處錨點數量以及驅動裝置數量，降低了外骨骼整體的重量，也降低了穿戴及使用的難度。

本發明的技術方案為：所述雙向扭繩驅動裝置包括定滑輪6、鮑登線8以及連接在鮑登線兩端的兩個驅動單元，所述定滑輪6與下肢外骨骼固定相連，所述鮑登線8繞過所述定滑輪6，通過兩個驅動單元帶動鮑登線8的兩個端頭往復運動，從而帶動定滑輪6以及下肢外骨骼同步轉動。

所述驅動單元包括電機1、連接軸11、支撐殼4以及連接環5，所述電機1的輸出軸與連接軸11相連接，通過電機1帶動連接軸11旋轉，所述連接軸11的另一端安裝扭繩10的始端；扭繩10的末端安裝在連接環5上；

所述支撐殼4的設置在電機1和定滑輪6之間，所述連接環5可滑動的連接在支撐殼4中，所述鮑登線8的端頭固定連接在連接環5上。這樣，電機的旋轉運動將在連接軸11的轉換下帶動扭繩旋緊或放松，從而帶動連接環5在支撐殼4中進行往復運動，最終實現帶動鮑登線8端頭往復運動的目的，可將所述電機的周轉力轉化為鮑登線的線性力。摒棄了原先通過鮑登線繞在滑輪上來拉緊的方法，而是利用扭繩本身的物理性質傳遞牽引力，傳遞效率高，且在驅動器末端使用鮑登線，避免扭繩與定滑輪直接接觸，減少磨損。

所述支撐殼4上開有兩個相平行的導向槽9，所述連接環5兩側設有滑片，所述滑片伸入所述導向槽9中。從而實現連接環5和支撐殼4的可滑動的連接。

所述支撐殼4的一端固定連接在定滑輪6的上方，使得鮑登線8初始狀態下保持張緊。

所述電機1和連接軸11之間通過聯軸器12相連接。以實現二者之間的同步旋轉。

所述驅動單元還包括固定連接在支撐殼4兩端的前端蓋3以及末端蓋7，所述前端蓋3固定連接在電機1的一側，并且所述連接軸11的一端伸入前端蓋3中與扭繩10相連接；所述末端蓋7則固定設置在定滑輪6的一側，并且所述鮑登線8貫穿所述末端蓋7；通過前端蓋3、支撐殼4以及末端蓋7形成扭繩保護機構。