[发明专利]一种基于人机末端交互的下肢外骨骼机器人系统

权利要求书

1.一种基于人机末端交互的下肢外骨骼机器人系统，所述下肢外骨骼机器人系统包括背架(1)、两个髋关节(2)、两个惯性单元(3)、两个大腿杆(4)、两个膝关节(5)、两个小腿杆(6)、两个踝关节(7)和两个足底压力鞋(8)，其特征在于：所述背架(1)下部对称设置有两个髋关节支架(104)，髋关节支架(104)的一端通过内收外展轴(201)与背架(1)转动连接，每个髋关节支架(104)的自由端通过髋部内外旋转轴(203)与相应的髋关节(2)转动连接，每个髋关节(2)通过髋部屈伸轴(202)与相应的大腿杆(4)连接，每个大腿杆(4)的上部设置有一个惯性单元(3)，每个大腿杆(4)的下部通过一个膝关节(5)与相应的小腿杆(6)的上端连接，每个小腿杆(6)的下端通过一个踝关节(7)与相应的足底压力鞋(8)连接，所述下肢外骨骼机器人系统还包括两个气动弹簧(106)，气动弹簧(106)的一端与背架(1)连接，气动弹簧(106)的另一端与相应的一个髋关节支架(104)连接，踝关节(7)设置有远心机构(701)，远心机构包括第一连杆组件、第二连杆组件和多个连接轴(711)，第一连杆组件的一端与踝关节连接件(703)通过连接轴(711)转动连接，第一连杆组件的另一端与第二连杆组件的一端通过连接轴(711)转动连接，第二连杆组件的另一端与踝关节底座(712)通过连接轴(711)转动连接，踝关节底座(712)设置在足底压力鞋上；

远心机构的第一连杆组件包括第一连杆(705)、第二连杆(706)和两个第一连接片(708)，第一连杆(705)与第二连杆(706)平行且相对设置，第一连杆(705)的长度小于第二连杆(706)的长度，第一连杆(705)和第二连杆(706)的一端均通过一个连接轴(711)与踝关节连接件(703)转动连接，第一连杆(705)的另一端与第二连杆(706)的中部通过两个第一连接片(708)和两个连接轴(711)连接；远心机构的第二连杆组件包括第三连杆(707)、第四连杆(710)和两个第二连接片(709)，第三连杆(707)和第四连杆(710)平行且相对设置，第三连杆(707)的长度小于第四连杆(710)的长度，第三连杆(707)和第四连杆(710)的一端均通过一个连接轴(711)与踝关节底座(712)转动连接，第三连杆(707)的另一端与第一连杆(705)所述的另一端通过一个连接轴(711)转动连接，第四连杆(710)的另一端与第二连杆(706)所述的另一端通过一个连接轴(711)转动连接，第三连杆(707)所述的另一端通过两个第二连接片(709)与第四连杆(710)连接。

2.根据权利要求1所述的基于人机末端交互的下肢外骨骼机器人系统，其特征在于：膝关节(5)包括电机(501)、固定盖(502)、谐波减速器(503)、连接板(504)、膝关节本体、大腿杆连接件(505)、小腿杆连接件(507)和减速器输出轴(508)，大腿杆连接件(505)的下端设置有外沿，固定盖(502)和连接板(504)平行设置且固装在大腿杆连接件(505)的外沿上，电机(501)固装在固定盖(502)的一端面上，谐波减速器(503)的一端固装在固定盖(502)的另一端面上，谐波减速器(503)的另一端与连接板(504)连接，减速器输出轴(508)固装在谐波减速器(503)上，膝关节本体通过深沟球轴承(506)安装在减速器输出轴(508)上，小腿杆连接件(507)的上端固装在膝关节本体的下部，所述膝关节本体包括并联弹性体(509)、磁编码器磁环(510)、磁编码器磁头(511)和端盖(512)，端盖(512)通过法兰固装在膝关节本体的外环面上，并联弹性体(509)固装在端盖(512)内，并联弹性体(509)通过轴架与减速器输出轴(508)同轴固接，磁编码器磁环(510)安装在膝关节本体上，磁编码器磁头(511)安装在并联弹性体(509)上，磁编码器磁环(510)与磁编码器磁头(511)相对设置，膝关节本体上沿其外沿加工有圆弧凹槽，圆弧凹槽内设置有两个可调节限位块(521)，圆弧凹槽与连接板(504)正对设置，连接板(504)上沿其圆周方向加工有多个限位孔(522)，连接板(504)上插装有限位销(523)，可调节限位块(521)与限位销(523)之间设置有弹性橡胶块(524)，可调节限位块(521)包括橡胶垫和两个调节片，橡胶垫位于两个调节片之间，可调节限位块(521)通过螺栓螺母锁紧在膝关节本体的圆弧凹槽上。