一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人的制作方法
【專利摘要】一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，背部與腰部上下設(shè)置，腰部上的腰部捆綁連接件與背部上的背部支撐件連接，髖關(guān)節(jié)上的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與腰部上的腰髖連接件鉸接，髖關(guān)節(jié)上的彈簧上壓板與彈簧調(diào)節(jié)板連接，彈簧調(diào)節(jié)板位于背部支撐件的上端，彈簧調(diào)節(jié)板與背部支撐件連接，導(dǎo)向滑輪座與腰部上的腰部固定板固連；大腿的上端通過腿髖連接軸與髖關(guān)節(jié)上的連接板鉸接，髖關(guān)節(jié)上的鋼絲固定件固裝在大腿的外壁上，大腿的下端通過膝關(guān)節(jié)連接軸與膝關(guān)節(jié)支撐殼體的上端鉸接，膝關(guān)節(jié)中的電機編碼器、電機、減速器、聯(lián)軸器和絲杠由上至下依次設(shè)置在大腿內(nèi)部，小腿的上端與膝關(guān)節(jié)支撐殼體連接，小腿的下端通過足部關(guān)節(jié)軸承與足部鉸接。本發(fā)明用于軍用負重。
【專利說明】
一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種下肢助力外骨骼機器人，具體涉及一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于下肢助力外骨骼機器人來講，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)是至關(guān)重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，而且這兩個關(guān)節(jié)對機器人助力效果影響最大?，F(xiàn)有的外骨骼機器人在膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)設(shè)計上都采用主動驅(qū)動，采用電機直接驅(qū)動，對電機出力和速度要求高，導(dǎo)致電機體積重量做的很大;采用液壓缸驅(qū)動，整體體積大，還需要考慮液壓栗站，油源泄露，環(huán)境污染，效率低下，而且運動范圍受限制；還有的外骨骼只在膝關(guān)節(jié)采用主動驅(qū)動，采用電機直接驅(qū)動或者液壓缸驅(qū)動，髖關(guān)節(jié)完全采用被動驅(qū)動，由穿戴者直接帶動控制，這種設(shè)計方式，對膝關(guān)節(jié)的要求特別高，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)電機或者液壓缸的尺寸、重量進一步加大，增加外骨骼整體重量，髖關(guān)節(jié)沒有任何助力裝置，完全由人體帶動，會消耗人體很多體能，限制人體的正常運動范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有下肢助力外骨骼機器人，體積大、重量大、運動范圍受限、消耗人體體能或者其他能源較大，能量利用率低的問題，而提出一種輕型化主被動結(jié)合式的下肢助力外骨骼機器人。
[0004]本發(fā)明的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，所述機器人包括背部、腰部、彈簧調(diào)節(jié)板、兩個髖關(guān)節(jié)、兩個膝關(guān)節(jié)、兩個大腿、兩個小腿、兩個足部關(guān)節(jié)軸承、兩個足部、兩個腿髖連接軸、兩個膝關(guān)節(jié)連接軸和兩個綁腿塑料板；
[0005]每個髖關(guān)節(jié)包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座、上滑輪軸、下滑輪軸、上滑輪、下滑輪、鋼絲、導(dǎo)向滑輪、鋼絲固定件、導(dǎo)向滑輪座、彈簧下壓板、一組平衡彈簧和彈簧上壓板，髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和兩個連接板，每個連接板的上方設(shè)有兩個滑輪軸孔，每個連接板的下方設(shè)有一個腿髖連接軸孔，兩個連接板平行設(shè)置，兩個連接板對稱設(shè)置在髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)，且兩個連接板與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸制成一體，上滑輪軸與下滑輪軸上下平行設(shè)置在兩個連接板之間，上滑輪軸和下滑輪軸分別固裝在相應(yīng)的滑輪軸孔中，上滑輪通過軸承安裝在上滑輪軸上，下滑輪通過軸承安裝在下滑輪軸上，鋼絲的下端先繞過下滑輪再繞過上滑輪后與鋼絲固定件連接，鋼絲的上端繞過導(dǎo)向滑輪后與彈簧下壓板連接，一組平衡彈簧的下端與彈簧下壓板連接，一組平衡彈簧的上端與彈簧上壓板連接，導(dǎo)向滑輪固裝在導(dǎo)向滑輪座中；
[0006]每個膝關(guān)節(jié)包括連桿軸、膝關(guān)節(jié)支撐殼體、電機編碼器、電機、減速器、聯(lián)軸器、絲杠、螺母傳動部件、兩個軸承座、兩個導(dǎo)軌和兩個彈性連桿，動力傳動部件包括絲杠螺母、滑塊連接件、兩個動力傳動連接件和兩個滑塊，滑塊連接件與絲杠螺母平行且同軸設(shè)置，兩個動力傳動連接件設(shè)置在絲杠螺母與滑塊連接件之間，兩個動力傳動連接件以絲杠的軸線為基準對稱設(shè)置，每個動力傳動連接件的外側(cè)設(shè)有連桿銷，兩個滑塊對稱設(shè)置在動力傳動連接件的兩側(cè)；
[0007]電機與電機編碼器連接，減速器與電機連接，絲杠的輸入端通過聯(lián)軸器與減速器連接，絲杠的兩端分別支撐在相應(yīng)的軸承座中，螺母傳動部件套裝在絲杠上，且絲杠螺母與絲杠螺紋連接，兩個導(dǎo)軌與兩個滑塊一一對應(yīng)，且滑塊與導(dǎo)軌滑動連接，兩個彈性連桿與兩個連桿銷一一對應(yīng)，彈性連桿的一端與連桿銷鉸接，彈性連桿的另一端通過連桿軸與膝關(guān)節(jié)支撐殼體中部鉸接；
[0008]背部與腰部上下設(shè)置，且腰部上的腰部捆綁連接件與背部上的背部支撐件連接，兩個髖關(guān)節(jié)與腰部上的兩個腰髖連接件一一對應(yīng)，髖關(guān)節(jié)上的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與腰部上的腰髖連接件鉸接，髖關(guān)節(jié)上的彈簧上壓板與彈簧調(diào)節(jié)板連接，彈簧調(diào)節(jié)板位于背部支撐件的上端，彈簧調(diào)節(jié)板與背部支撐件連接，導(dǎo)向滑輪座與腰部上的腰部固定板固連；
[0009]兩個大腿與兩個髖關(guān)節(jié)一一對應(yīng)，大腿的上端通過腿髖連接軸與髖關(guān)節(jié)上的連接板鉸接，髖關(guān)節(jié)上的鋼絲固定件固裝在大腿的外壁上，兩個膝關(guān)節(jié)與兩個大腿一一對應(yīng)，大腿的下端通過膝關(guān)節(jié)連接軸與膝關(guān)節(jié)支撐殼體的上端鉸接，膝關(guān)節(jié)中的電機編碼器、電機、減速器、聯(lián)軸器和絲杠由上至下依次設(shè)置在大腿內(nèi)部，兩個小腿與兩個膝關(guān)節(jié)一一對應(yīng)，兩個足部與兩個小腿一一對應(yīng)，小腿的上端與膝關(guān)節(jié)支撐殼體連接，小腿的下端通過足部關(guān)節(jié)軸承與足部鉸接，兩個綁腿塑料板與兩個大腿一一對應(yīng)，綁腿塑料板與大腿連接。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0011]—、本發(fā)明的膝關(guān)節(jié)為主動關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)采用電機絲杠配合提供動力的方式，相對電機直接驅(qū)動膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動而言，增大了相同電機輸出扭矩時的末端出力，提高了使用效率，減小了電機體積和重量，增加了結(jié)構(gòu)緊湊性，對電機要求低，且具有一定的緩沖作用。采用絲杠螺母和曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)了由旋轉(zhuǎn)運動到直線運動，再到旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)化，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，在較小的空間小實現(xiàn)大出力，從而實現(xiàn)輕型化重負載的助力效果。利用彈性連桿，使末端出力在保證負載要求的情況下，具有穩(wěn)定的輸出力、較低的輸出阻抗，實現(xiàn)精確的力和力矩控制，并且具有緩沖外部沖擊的能力。
[0012]二、本發(fā)明的髖關(guān)節(jié)為被動平衡關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)采用了平衡彈簧進行重力平衡，平衡彈簧在背部的彈簧的彈性勢能與外骨骼的下肢重力勢能相互平衡，達到人體不用克服外骨骼重力就可以在髖關(guān)節(jié)自由運動的效果，減少了不必要的能量消耗，利用鋼絲實現(xiàn)了空間上的重力平衡，利用平衡彈簧進行重力平衡使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，滿足了輕型化的設(shè)計標準。由于平衡彈簧的平衡作用，使得彈簧的彈性勢能始終和外骨骼下肢的重力是能平衡。不管人體運動到任何姿態(tài)，都不需要人體出力維持姿態(tài)，不需要人體克服運動到外骨骼下肢的重力做功。
[0013]三、本發(fā)明在小腿與足部連接處采用足部連接軸進行鉸接，使得本發(fā)明具有屈伸、內(nèi)收/外擺、內(nèi)旋/外旋三個自由度。采用足部連接軸進行鉸接，使得整體體積小、結(jié)構(gòu)更加緊湊、且滿足一定的承力效果。
[0014]四、腰部具有一個自由度，為內(nèi)收/外展，用來滿足人體上下樓梯，行走運動時左右兩條腿上下晃動的的要求;髖關(guān)節(jié)設(shè)置兩個自由度，分別為屈伸和內(nèi)收/外展，屈伸自由度上采用平衡彈簧被動平衡機構(gòu);膝關(guān)節(jié)設(shè)置一個關(guān)節(jié)，為屈伸自由度，采用串聯(lián)彈性機構(gòu)驅(qū)動;足部設(shè)置三個自由度，分別為屈伸、內(nèi)收/外擺、內(nèi)旋/外旋;與人體構(gòu)型基本完全貼合，穿戴舒適;在大腿、小腿、腰部還設(shè)有伸縮調(diào)節(jié)機構(gòu)，以適應(yīng)不同的穿戴者的身材體型。
[0015]五、本發(fā)明的具有調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)外骨骼下肢的重力變化調(diào)節(jié)平衡彈簧的掛點，以適應(yīng)不同負載，實現(xiàn)不同負載下的重力平衡。
[0016]六、本發(fā)明的整體重量包括電氣系統(tǒng)不超過15kg，最大負重70kg，實現(xiàn)輕型化大負載的要求。
[0017]七、本發(fā)明用于軍事領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域的背負大負載行進和工作，主要用于軍用負重。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖；
[0019]圖2是圖1的右視圖；
[0020]圖3是背部A與腰部的主視圖；
[0021]圖4是圖3的后視圖；
[0022]圖5是髖關(guān)節(jié)C與背部A和腰部B的連接關(guān)系示意圖；
[0023]圖6是大腿E與髖關(guān)節(jié)C和膝關(guān)節(jié)D的連接關(guān)系示意圖；
[0024]圖7是膝關(guān)節(jié)D的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖8是動力傳動部件D7的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖8說明本實施方式，本實施方式包括背部A、腰部B、彈簧調(diào)節(jié)板J、兩個髖關(guān)節(jié)C、兩個膝關(guān)節(jié)D、兩個大腿E、兩個小腿F、兩個足部關(guān)節(jié)軸承G、兩個足部H、兩個腿髖連接軸1、兩個膝關(guān)節(jié)連接軸K和兩個綁腿塑料板L;
[0027]每個髖關(guān)節(jié)C包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座Cl、上滑輪軸C2、下滑輪軸C3、上滑輪C4、下滑輪C5、鋼絲C6、導(dǎo)向滑輪C7、鋼絲固定件C8、導(dǎo)向滑輪座C9、彈簧下壓板ClO、一組平衡彈簧Cl I和彈簧上壓板C12，髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座Cl包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸Cl-1和兩個連接板C1-2，每個連接板C1-2的上方設(shè)有兩個滑輪軸孔C1-2-1，每個連接板C1-2的下方設(shè)有一個腿髖連接軸孔Cl-2-2，兩個連接板C1-2平行設(shè)置，兩個連接板C1-2對稱設(shè)置在髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸Cl-1的兩側(cè)，且兩個連接板C1-2與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸Cl-1制成一體，上滑輪軸C2與下滑輪軸C3上下平行設(shè)置在兩個連接板C1-2之間，上滑輪軸C2和下滑輪軸C3分別固裝在相應(yīng)的滑輪軸孔C1-2-1中，上滑輪C4通過軸承安裝在上滑輪軸C2上，下滑輪C5通過軸承安裝在下滑輪軸C3上，鋼絲C6的下端先繞過下滑輪C5再繞過上滑輪C4后與鋼絲固定件CS連接，鋼絲C6的上端繞過導(dǎo)向滑輪C7后與彈簧下壓板ClO連接，一組平衡彈簧CU的下端與彈簧下壓板ClO連接，一組平衡彈簧Cll的上端與彈簧上壓板Cl 2連接，導(dǎo)向滑輪C7固裝在導(dǎo)向滑輪座C9中；
[0028]每個膝關(guān)節(jié)D包括連桿軸D0、膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl、電機編碼器D2、電機D3、減速器D4、聯(lián)軸器D5、絲杠D6、螺母傳動部件D7、兩個軸承座D8、兩個導(dǎo)軌D9和兩個彈性連桿DlO，動力傳動部件D7包括絲杠螺母D71、滑塊連接件D72、兩個動力傳動連接件D73和兩個滑塊D74，滑塊連接件D72與絲杠螺母D71平行且同軸設(shè)置，兩個動力傳動連接件D73設(shè)置在絲杠螺母D71與滑塊連接件D72之間，兩個動力傳動連接件D73以絲杠D6的軸線為基準對稱設(shè)置，每個動力傳動連接件D73的外側(cè)設(shè)有連桿銷D731，絲杠螺母D71與動力傳動連接件D73通過連接元件連接，滑塊連接件D72與動力傳動連接件D73通過連接元件連接，兩個滑塊D74對稱設(shè)置在動力傳動連接件D73的兩側(cè)，動力傳動部件D7由絲杠D6提供動力，由滑塊D73進行導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)直線動力傳遞作用；
[0029]電機D3與電機編碼器D2連接，減速器D4與電機D3連接，絲杠D6的輸入端通過聯(lián)軸器D5與減速器D4連接，絲杠D6的兩端分別支撐在相應(yīng)的軸承座D8中，螺母傳動部件D7套裝在絲杠D6上，且絲杠螺母D71與絲杠D6螺紋連接，兩個導(dǎo)軌D9與兩個滑塊D74——對應(yīng)，且滑塊D74與導(dǎo)軌D9滑動連接，兩個彈性連桿DlO與兩個連桿銷D731——對應(yīng)，彈性連桿DlO的一端與連桿銷D731鉸接，彈性連桿Dl O的另一端通過連桿軸DO與膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl中部鉸接；
[0030]背部A與腰部B上下設(shè)置，且腰部B上的腰部捆綁連接件BI與背部A上的背部支撐件Al通過連接元件連接，兩個髖關(guān)節(jié)C與腰部B上的兩個腰髖連接件B4—一對應(yīng)，髖關(guān)節(jié)C上的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸Cl-1與腰部B上的腰髖連接件B4鉸接，髖關(guān)節(jié)C上的彈簧上壓板C12與彈簧調(diào)節(jié)板J通過連接元件連接，彈簧調(diào)節(jié)板J位于背部支撐件Al的上端，彈簧調(diào)節(jié)板J與背部支撐件Al通過連接元件連接，導(dǎo)向滑輪座C9與腰部B上的腰部固定板B2固連；
[0031]兩個大腿E與兩個髖關(guān)節(jié)C一一對應(yīng)，大腿E的上端通過腿髖連接軸I與髖關(guān)節(jié)C上的連接板C1-2鉸接，髖關(guān)節(jié)C上的鋼絲固定件CS固裝在大腿E的外壁上，兩個膝關(guān)節(jié)D與兩個大腿E--對應(yīng)，大腿D的下端通過膝關(guān)節(jié)連接軸K與膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl的上端鉸接，膝關(guān)節(jié)
D中的電機編碼器D2、電機D3、減速器D4、聯(lián)軸器D5和絲杠D6由上至下依次設(shè)置在大腿D內(nèi)部，且軸承座D8與大腿E的內(nèi)壁固定連接，導(dǎo)軌D9與大腿E的內(nèi)壁固定連接，兩個小腿F與兩個膝關(guān)節(jié)D—一對應(yīng)，兩個足部H與兩個小腿F—一對應(yīng)，小腿F的上端與膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl通過連接元件連接，小腿F的下端通過足部關(guān)節(jié)軸承G與足部H鉸接，兩個綁腿塑料板L與兩個大腿E—一對應(yīng)，綁腿塑料板L通過連接元件與大腿El連接。足部關(guān)節(jié)軸承G為市售產(chǎn)品。在足部關(guān)節(jié)處采用關(guān)節(jié)軸承G，實現(xiàn)了腳部繞踝關(guān)節(jié)完成屈伸、內(nèi)收/外展、內(nèi)旋/外旋三個自由度的旋轉(zhuǎn)，最大程度滿足擬人化和輕型化的設(shè)計要求。
[0032]【具體實施方式】二:結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式的背部A包括背部支撐件Al和背部捆綁連接件A2，背部捆綁連接件A2與背部支撐件Al前后設(shè)置，背部捆綁連接件A2與背部支撐件Al通過連接元件連接，并且可以通過背部支撐件Al上的多個豎向連接元件安裝孔的連接位置調(diào)節(jié)背部捆綁連接件A2的高度，用來適應(yīng)不同身高的穿戴者。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0033]【具體實施方式】三:結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式的一組平衡彈簧CU的數(shù)量為兩個，且該兩個平衡彈簧CU平行設(shè)置。該兩個平衡彈簧Cll并聯(lián)起來平衡一側(cè)的外骨骼下肢重力勢能。彈簧調(diào)節(jié)板J通過調(diào)節(jié)背部支撐件Al的安裝位置，來改變平衡彈簧Cll的掛點，以改變平衡彈簧Cll的伸長量、原長和剛度，從而達到在外骨骼下肢的重力勢能變化的情況下，還能達到彈簧彈性勢能與外骨骼重力勢能平衡的效果。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0034]【具體實施方式】四:結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式的腰部B包括腰部捆綁連接件B1、腰部固定板B2、腰部轉(zhuǎn)軸B3和兩個腰髖連接件B4，腰部固定板B2設(shè)置在腰部捆綁連接件BI的后面，腰部固定板B2與腰部捆綁連接件BI通過連接元件鏈接，腰部轉(zhuǎn)軸B3的一端與腰部捆綁連接件BI固接，腰部轉(zhuǎn)軸B3的另一端通過角接觸球軸承支撐在腰部固定板B2中，腰部固定板B2可以繞腰部轉(zhuǎn)軸B3進行正負5度的旋轉(zhuǎn)，以進行腰部B調(diào)節(jié)，使其適應(yīng)人體在行進過程中兩腿的上下浮動；兩個腰髖連接件B4對稱設(shè)置在腰部固定板B2的左右側(cè)，且兩個腰髖連接件B4均與腰部固定板B2通過連接元件連接，通過腰髖連接件B4上的多個連接元件安裝孔進行腰髖連接件B4與腰部固定板B2的位置調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)腰部B的寬度，適應(yīng)不同身材的穿戴者。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0035]【具體實施方式】五:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式的每個足部H包括踝關(guān)節(jié)Hl和腳H2，踝關(guān)節(jié)Hl垂直設(shè)置在腳H2的一側(cè)，踝關(guān)節(jié)Hl與腳H2通過連接元件連接。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】四相同。
[0036]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的小腿F和膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl上均沿豎向設(shè)有多個連接孔。這樣設(shè)計用以調(diào)節(jié)小腿F與膝關(guān)節(jié)支撐殼體Dl的連接位置，來改變小腿F的長度以適應(yīng)不同的人群。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0037]【具體實施方式】七:結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式的鋼絲C6外部設(shè)置有護套。鋼絲C6與護套組合在一起成為鮑登線。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】六相同。
[0038]本發(fā)明的工作原理:在大腿E繞髖關(guān)節(jié)C屈伸自由度旋轉(zhuǎn)的時候，平衡彈簧CU的伸長量會發(fā)生變化，即平衡彈簧Cl I的長度會發(fā)生變化，通過計算設(shè)計，并進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以達到不管下肢怎么旋轉(zhuǎn)，下肢的重力勢能都會和長度變化的彈簧的彈性勢能保持勢能的守恒，達到重力平衡的效果，使人體不用克服外骨骼的重力做功。
【主權(quán)項】
1.一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:所述機器人包括背部(A)、腰部(B)、彈簧調(diào)節(jié)板(J)、兩個髖關(guān)節(jié)(C)、兩個膝關(guān)節(jié)(D)、兩個大腿(E)、兩個小腿(F)、兩個足部關(guān)節(jié)軸承(G)、兩個足部(H)、兩個腿髖連接軸(I)、兩個膝關(guān)節(jié)連接軸(K)和兩個綁腿塑料板(L); 每個髖關(guān)節(jié)(C)包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座(Cl)、上滑輪軸(C2)、下滑輪軸(C3)、上滑輪(C4)、下滑輪(C5)、鋼絲(C6)、導(dǎo)向滑輪(C7)、鋼絲固定件(CS)、導(dǎo)向滑輪座(C9)、彈簧下壓板(C10)、一組平衡彈簧(Cll)和彈簧上壓板(C12)，髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸座(Cl)包括髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(Cl-1)和兩個連接板(C1-2)，每個連接板(C1-2)的上方設(shè)有兩個滑輪軸孔(C1-2-1)，每個連接板(C1-2)的下方設(shè)有一個腿髖連接軸孔(C1-2-2)，兩個連接板(C1-2)平行設(shè)置，兩個連接板(C1-2)對稱設(shè)置在髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(Cl-1)的兩側(cè)，且兩個連接板(C1-2)與髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(Cl-1)制成一體，上滑輪軸(C2)與下滑輪軸(C3)上下平行設(shè)置在兩個連接板(C1-2)之間，上滑輪軸(C2)和下滑輪軸(C3)分別固裝在相應(yīng)的滑輪軸孔(C1-2-1)中，上滑輪(C4)通過軸承安裝在上滑輪軸(C2)上，下滑輪(C5)通過軸承安裝在下滑輪軸(C3)上，鋼絲(C6)的下端先繞過下滑輪(C5)再繞過上滑輪(C4)后與鋼絲固定件(CS)連接，鋼絲(C6)的上端繞過導(dǎo)向滑輪(C7)后與彈簧下壓板(ClO)連接，一組平衡彈簧(Cll)的下端與彈簧下壓板(ClO)連接，一組平衡彈簧(Cll)的上端與彈簧上壓板(C12)連接，導(dǎo)向滑輪(C7)固裝在導(dǎo)向滑輪座(C9)中； 每個膝關(guān)節(jié)(D)包括連桿軸(D0)、膝關(guān)節(jié)支撐殼體(Dl)、電機編碼器(D2)、電機(D3)、減速器(D4)、聯(lián)軸器(D5)、絲杠(D6)、螺母傳動部件(D7)、兩個軸承座(D8)、兩個導(dǎo)軌(D9)和兩個彈性連桿(DlO)，動力傳動部件(D7)包括絲杠螺母(D71)、滑塊連接件(D72)、兩個動力傳動連接件(D73)和兩個滑塊(D74)，滑塊連接件(D72)與絲杠螺母(D71)平行且同軸設(shè)置，兩個動力傳動連接件(D73)設(shè)置在絲杠螺母(D71)與滑塊連接件(D72)之間，兩個動力傳動連接件(D73)以絲杠(D6)的軸線為基準對稱設(shè)置，每個動力傳動連接件(D7 3)的外側(cè)設(shè)有連桿銷(D731)，兩個滑塊(D74)對稱設(shè)置在動力傳動連接件(D73)的兩側(cè)； 電機(D3)與電機編碼器(D2)連接，減速器(D4)與電機(D3)連接，絲杠(D6)的輸入端通過聯(lián)軸器(D5)與減速器(D4)連接，絲杠(D6)的兩端分別支撐在相應(yīng)的軸承座(D8)中，螺母傳動部件(D7)套裝在絲杠(D6)上，且絲杠螺母(D71)與絲杠(D6)螺紋連接，兩個導(dǎo)軌(D9)與兩個滑塊(D74)——對應(yīng)，且滑塊(D74)與導(dǎo)軌(D9)滑動連接，兩個彈性連桿(DlO)與兩個連桿銷(D7 31) —一對應(yīng)，彈性連桿(D1)的一端與連桿銷(D7 31)鉸接，彈性連桿(D1)的另一端通過連桿軸(DO)與膝關(guān)節(jié)支撐殼體(Dl)中部鉸接； 背部(A)與腰部(B)上下設(shè)置，且腰部(B)上的腰部捆綁連接件(BI)與背部(A)上的背部支撐件(Al)連接，兩個髖關(guān)節(jié)(C)與腰部(B)上的兩個腰髖連接件(B4)—一對應(yīng)，髖關(guān)節(jié)(C)上的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸(Cl-1)與腰部(B)上的腰髖連接件(B4)鉸接，髖關(guān)節(jié)(C)上的彈簧上壓板(C12)與彈簧調(diào)節(jié)板(J)連接，彈簧調(diào)節(jié)板(J)位于背部支撐件(Al)的上端，彈簧調(diào)節(jié)板(J)與背部支撐件(Al)連接，導(dǎo)向滑輪座(C9)與腰部(B)上的腰部固定板(B2)固連； 兩個大腿(E)與兩個髖關(guān)節(jié)(C)一一對應(yīng)，大腿E的上端通過腿髖連接軸(I)與髖關(guān)節(jié)(C)上的連接板(C1-2)鉸接，髖關(guān)節(jié)(C)上的鋼絲固定件(CS)固裝在大腿(E)的外壁上，兩個膝關(guān)節(jié)(D)與兩個大腿(E)—一對應(yīng)，大腿(E)的下端通過膝關(guān)節(jié)連接軸(K)與膝關(guān)節(jié)支撐殼體(Dl)的上端鉸接，膝關(guān)節(jié)⑶中的電機編碼器(D2)、電機(D3)、減速器(D4)、聯(lián)軸器(D5)和絲杠(D6)由上至下依次設(shè)置在大腿(E)內(nèi)部，兩個小腿(F)與兩個膝關(guān)節(jié)(D)—一對應(yīng)，兩個足部(H)與兩個小腿(F)—一對應(yīng)，小腿(F)的上端與膝關(guān)節(jié)支撐殼體(Dl)連接，小腿(F)的下端通過足部關(guān)節(jié)軸承(G)與足部(H)鉸接，兩個綁腿塑料板(L)與兩個大腿(E)—一對應(yīng)，綁腿塑料板(L)與大腿(El)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:所述背部(A)包括背部支撐件(Al)和背部捆綁連接件(A2)，背部捆綁連接件(A2)與背部支撐件(Al)前后設(shè)置，背部捆綁連接件(A2)與背部支撐件(Al)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:所述一組平衡彈簧(Cll)的數(shù)量為兩個，且該兩個平衡彈簧(Cll)平行設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:所述腰部(B)包括腰部捆綁連接件(BI)、腰部固定板(B2)、腰部轉(zhuǎn)軸(B3)和兩個腰髖連接件(B4)，腰部固定板(B2)設(shè)置在腰部捆綁連接件(BI)的后面，腰部固定板(B2)與腰部捆綁連接件(BI)鏈接，腰部轉(zhuǎn)軸(B3)的一端與腰部捆綁連接件(BI)固接，腰部轉(zhuǎn)軸(B3)的另一端通過角接觸球軸承支撐在腰部固定板(B2)中，兩個腰髖連接件(B4)對稱設(shè)置在腰部固定板(B2)的左右側(cè)，且兩個腰髖連接件(B4)均與腰部固定板(B2)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:每個足部(H)包括踝關(guān)節(jié)(Hl)和腳(H2)，踝關(guān)節(jié)(Hl)垂直設(shè)置在腳(H2)的一側(cè)，踝關(guān)節(jié)(Hl)與腳(H2)通過連接元件連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:小腿(F)和膝關(guān)節(jié)支撐殼體(Dl)上均沿豎向設(shè)有多個連接孔。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輕型化主被動結(jié)合的下肢助力外骨骼機器人，其特征在于:所述鋼絲(C6)外部設(shè)置有護套。
【文檔編號】B25J9/00GK106078702SQ201610710034
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月23日
【發(fā)明人】朱延河, 馬舜, 王天鑠, 張國安
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學