[发明专利]一种基于人工肌肉驱动的仿生机械腿

说明书

一种基于人工肌肉驱动的仿生机械腿，包括三自由度髋关节、大腿、单自由度膝关节、小腿、两自由度踝关节及足部，三自由度髋关节包括髋关节外壳、髋关节内支架、大腿前后摆驱动组件、大腿左右摆驱动组件及大腿内外扭转驱动组件；单自由度膝关节包括小腿上抬驱动机构、小腿落放驱动机构、前摇杆、后摇杆及小腿转接块；两自由度踝关节包括第一足部扭转气动人工肌肉、第二足部扭转气动人工肌肉、第三足部扭转气动人工肌肉、第四足部扭转气动人工肌肉、足部转接板、小腿转接架、换向架及万向接头机构。本发明的仿生机械腿可以代替下肢残疾人士的健康腿来辅助智能假肢进行性能测试，不仅可以模拟多种步态，而且拟人性和重复性更好。

技术领域

本发明属于仿人机器人技术领域，特别是涉及一种基于人工肌肉驱动的仿生机械腿。

背景技术

目前，对于下肢截肢的人群来说，通常只能借助传统的机械式假肢来帮助其进行行走，尽管如此，由于传统的机械式假肢功能有限，无法实现步态的随意改变，并且健康腿与假肢的运动之间有明显的不对称性，因此下肢截肢者很难借助此类假肢完成跑步和上下楼梯等要求较高的动作。再有，这些传统的机械式假肢大多没有动力源，当下肢截肢者穿戴了此类假肢后，行走过程中所耗费的代谢能量要比正常人行走时多出20％～30％。为此，国内外的许多相关技术人员开始了智能假肢的研发。

但是，智能假肢的研发过程需要投入大量的时间去测试产品的性能，如果将下肢截肢者作为产品的实际测试者，的确可以获得最为可靠和直接的实验数据，但下肢截肢者本身就行动不便，而测试过程又必然要进行多种步态的大量重复性的实验，因此下肢截肢者也很难达到多种步态及重复性好的要求，还很有可能在测试过程中对下肢截肢者带来不可预料的身体伤害。因此，研发一种辅助测试平台来替代下肢截肢者对智能假肢产品进行测试势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于人工肌肉驱动的仿生机械腿，可以模拟下肢截肢者的健康腿来辅助智能假肢进行性能测试，不仅可以模拟多种步态，而且重复性好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于人工肌肉驱动的仿生机械腿，包括三自由度髋关节、大腿、单自由度膝关节、小腿、两自由度踝关节及足部，大腿上端与三自由度髋关节相连，大腿下端通过单自由度膝关节与小腿上端相连，小腿下端通过两自由度踝关节与足部相连。

所述三自由度髋关节包括髋关节外壳、髋关节内支架、大腿前后摆驱动组件、大腿左右摆驱动组件及大腿内外扭转驱动组件，髋关节内支架、大腿前后摆驱动组件、大腿左右摆驱动组件及大腿内外扭转驱动组件均位于髋关节外壳内；所述大腿前后摆驱动组件包括大腿前后摆驱动电机、主动齿轮及从动齿轮，大腿前后摆驱动电机水平固装在髋关节内支架上，主动齿轮固装在大腿前后摆驱动电机的电机轴上；所述从动齿轮固定安装在从动齿轮轴上，从动齿轮轴通过轴承与髋关节内支架及髋关节外壳相连，主动齿轮与从动齿轮轴相啮合；在所述从动齿轮轴上固装有大腿转接板，从动齿轮轴及大腿转接板跟随从动齿轮同步转动；所述大腿左右摆驱动组件包括大腿左右摆驱动电机、主动链轮、从动链轮及链条，大腿左右摆驱动电机水平固装在髋关节内支架上，且大腿左右摆驱动电机与大腿前后摆驱动电机的电机轴相垂直；所述主动链轮固定安装在大腿左右摆驱动电机的电机轴上，从动链轮固装安装在从动链轮轴上，主动链轮与从动链轮通过链条相连；所述从动链轮轴一端与髋关节内支架相固连，从动链轮轴另一端通过轴承与髋关节外壳相连，所述髋关节内支架及从动链轮轴跟随从动链轮同步转动；所述大腿内外扭转驱动组件包括大腿内外扭转驱动电机、主动锥齿轮、中间锥齿轮及从动锥齿轮，大腿内外扭转驱动电机竖直固装在髋关节内支架上，主动锥齿轮固定安装在大腿内外扭转驱动电机的电机轴上；所述中间锥齿轮通过轴承套装在中间锥齿轮轴上，中间锥齿轮轴通过轴承与髋关节外壳相连，中间锥齿轮与主动锥齿轮相啮合；所述从动锥齿轮固装在从动锥齿轮轴上，从动锥齿轮与中间锥齿轮相啮合，在从动锥齿轮轴上固装有扭转传动板，扭转传动板与髋关节外壳相铰接，且铰接轴与中间锥齿轮轴的中轴线相重合；所述髋关节外壳、髋关节内支架、扭转传动板及从动锥齿轮轴跟随从动锥齿轮同步转动；在所述从动锥齿轮轴顶端通过轴承连接有仿生机械腿外接板。