[发明专利]重心变化驱动的下肢外骨骼机器人

说明书

本发明涉及一种重心变化驱动的下肢外骨骼机器人，背部模块中安装有电池、驱动器和中央处理器，并与背部支撑架模块固定连接在一起；背部支撑架模块的支撑架两侧分别通过轴转动连接大腿杆件，且两个大腿杆件之间通过背缆连接在一起，利用行走过程中的重心变化使大腿杆件围绕轴旋转，从而驱动髋关节的屈曲伸展；膝关节电机模块与大腿杆件下部固定连接；膝关节电机模块中的电机通过谐波减速器和扭矩传感器连接输出轴，输出轴通过键和小腿杆件的上杆件连接，以此带动膝关节的屈曲伸展。髋关节屈曲伸展通过重心变化驱动，膝关节屈曲伸展通过电机驱动。利用此结构相对于商业化的下肢外骨骼机器人既减轻了重量，也节约了能源的使用。

技术领域

本发明涉及一种下肢外骨骼机器人，尤其是一种髋关节利用重心变化驱动、膝关节电机驱动的下肢外骨骼机器人,属于康复机器人技术领域。

背景技术

随着人口老年化的进程，截瘫、偏瘫患者人数的逐年增加，下肢外骨骼机器人逐渐成为研究的热点，它可以辅助使用者进行站立行走以及康复训练，从而使使用者逐渐恢复肢体功能。下肢外骨骼机器人可以使患者得到充分的康复训练，减轻康复治疗师的工作强度，降低康复成本，减轻家庭和社会负担。

申请号201410735565.4提出了一种用于辅助行走的下肢外骨骼机器人，其特征在于髋关节和膝关节都加有驱动器，四个驱动器增加了外骨骼机器人的重量且使电池的使用时间大大减少。

申请号2016105901022提出了一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人，采用液压驱动髋关节和膝关节，可以利用于负重行走，但总体相对来说还是较重。

申请号2017110652645提出了一种变刚度下肢外骨骼机器人，虽然柔性调整机构可以使机器人在运动中更具有柔顺性，但由于有两个主动自由度，造成下肢外骨骼机器人的重量较重，对使用者的压迫较大。

发明内容

针对目前下肢外骨骼所存在的驱动电机过多、重量大、无电机驱动时不进行助力等问题，本发明提出一种重心变化驱动的下肢外骨骼机器人，该机器人髋关节利用重心变化驱动屈曲伸展、利用电机驱动膝关节。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种重心变化驱动的下肢外骨骼机器人，包括背部模块、背部支撑架模块、大腿杆件、膝关节电机模块、小腿杆件、踝关节模块和脚部模块，所述背部模块中安装有电池、驱动器和中央处理器，并与背部支撑架模块固定连接在一起；所述背部支撑架模块包括支撑架、背缆、轴，所述支撑架两侧分别通过轴转动连接大腿杆件，且两个大腿杆件之间通过背缆连接在一起，利用行走过程中的重心变化使大腿杆件围绕轴旋转，从而驱动髋关节的屈曲伸展；所述膝关节电机模块与大腿杆件下部固定连接；所述膝关节电机模块包括外壳、电机、谐波减速器、扭矩传感器、输出轴，所述电机通过谐波减速器和扭矩传感器连接输出轴，输出轴通过键和小腿杆件的上杆件连接，以此带动膝关节的屈曲伸展。

进一步，所述大腿杆件包括上杆件、螺钉和下杆件，上杆件与下杆件之间通过螺钉连接。

进一步，所述踝关节模块与小腿杆件的小腿下杆件连接，所述脚部模块通过轴连接踝关节模块，踝关节模块可围绕轴转动，脚部模块与踝关节模块之间设有起到助力作用的扭簧。

进一步，所述大腿杆件、小腿杆件和脚部模块均设有调节螺钉，通过调节螺钉进行调节，以适应不同的使用者。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1、通过背缆连接左右两个大腿杆件，利用行走过程中的重心变化驱动髋关节的屈曲伸展，可以达到能量充分利用的效果。

2、利用电机驱动膝关节，可以使膝关节在行走步态中自然屈曲和伸展，符合正常行走步态。

3、采用双电机驱动膝关节相对于目前商业化的四电机驱动的下肢外骨骼机器人，有效的降低能源的使用率和大大的减少的外骨骼机器人的重量。