[发明专利]下肢增力型混联腿构型外骨骼机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械工程中机器人技术领域，具体是一种下肢增力型混联腿构型外骨骼机器人。

背景技术

下肢增力型外骨骼能够减缓人体携带重物中的疲劳，增强人的携带能力，是一种多样化的运输平台。下肢增力型外骨骼主要应用于军事士兵，灾难救援人员，火灾抢险人员和其他紧急情况，其中需要个人携带很重的物品，例如食物，救援设备，急救用品，通讯设备和兵器武器等，在复杂未知的地形上行走，为人节省最大的力气，帮助穿戴者行走最长的时间。

经检索发现，申请号为200910088396.9的中国发明专利公开了一种串联构型下肢外骨骼，包括载物架和各连杆，共涉及双腿十二自由度，单腿六自由度，分别是髋关节两自由度，膝关节一自由度和踝关节三自由度。但是该腿是纯串联设计，承载能力低，精度差，刚度和稳定性不高，限制了高负载使用的潜力。

申请号为201320049169.7的中国发明专利设计了一个单腿四自由度的串联外骨骼，包括髋关节两自由度，膝关节一自由度和踝关节一自由度，另外脚板上还有一个适应脚趾弯曲的自由度。该机构能够保证步行时髋关节，膝关节和脚踝关节人机协调一致。但该外骨骼自由度不能满足人体下肢侧摆自由度和脚踝侧摆自由度，驱动模块与人体下肢大腿距离太近，影响安全。

申请号为201310262919.3的中国发明专利公开了一种穿戴式下肢助力外骨骼，该机构能够实现髋关节，膝关节和踝关节绕额状轴转动。但是该机构结构臃肿，不能实现人体下肢其余自由度的需求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种下肢增力型混联腿构型外骨骼机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种下肢增力型混联腿构型外骨骼机器人，包括两条结构相同且对称设置的混联腿机构以及设置于两条混联腿机构之间的腰部机构；其中：每一条混联腿机构均具有四个驱动自由度和两个被动自由度。

优选地，所述每一条混联腿机构均包括：挡板机架、腿部机架、第二直线驱动器、第三直线驱动器、第四直线驱动器、混联腿和足部；

所述腰部机构包括腰部机架和第一直线驱动器；

所述腰部机架分别与两侧的挡板机架和第一直线驱动器铰接；所述挡板机架分别与腿部机架和第一直线驱动器铰接；所述腿部机架分别与第二直线驱动器和第三直线驱动器铰接；所述混联腿的上端连接在腿部机架的下方；所述混联腿的下端与足部相连接；所述第四直线驱动器设置于混联腿的下端与足部之间。

优选地，所述混联腿包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、带孔销轴、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第四直线驱动器以及弹簧，其中，所述第一连杆和第二连杆的首端在相同的位置通过铰链与腿部机架相连，所述第一连杆和第二连杆的末端通过铰链分别与第三连杆和第四连杆的首端相连，所述第三连杆和第四连杆通过带孔销轴相连，所述第三连杆的末端与第八连杆相连，所述第四连杆的末端与第七连杆相连，所述第五连杆和带孔销轴固接，第五连杆通过开孔和第六连杆的首端形成密封且具有弹性的滑动副，所述第六连杆的末端通过铰链分别与第四直线驱动器和足部相连，所述弹簧位于第六连杆的末端和足部之间。

优选地，所述足部包括脚部连杆和脚板，其中，所述脚板通过铰链和脚部连杆相连，所述第六连杆的末端通过铰链与脚部连杆相连。

优选地，所述四个驱动自由度具体为：所述第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器和第四直线驱动器分别具有一个驱动自由度，共四个驱动自由度，其中，第一直线驱动器用于驱动混联腿的侧摆运动，第二直线驱动器和第三直线驱动器协同运动带动混联腿在混联腿机构所在平面内的移动，第四直线驱动器用于驱动脚部连杆，进而带动脚板进行俯仰摆动。

优选地，所述两个被动自由度具体为：第一个被动自由度位于挡板机架和腿部机架之间，用于改变混联腿的自旋角度；第二个被动自由度位于脚板和脚部连杆之间，用于改变脚板左右侧摆。

优选地，所述混联腿在混联腿机构所在平面内的移动为并联输出。

优选地，所述每条混联腿下端的足部均具有弹性。

优选地，所述第一直线驱动器、第二直线驱动器、第三直线驱动器和第四直线驱动器可采用任意类型满足驱动需求的直线驱动系统。