[发明专利]仿生机械外骨骼穿戴装置

说明书

本发明公开了一种仿生机械外骨骼穿戴装置，包括与人体左、右腿配合使用的两个下肢助力外骨骼、连接于下肢助力外骨骼上端并与人体躯干实现配合的背负系统以及连接于下肢助力外骨骼上用于将下肢助力外骨骼与人体腿部固定连接的绑缚系统；下肢助力外骨骼包括驱动组件以及通过驱动组件驱动的多连杆结构摆动从实现跨步运动；本发明既能够实现仿生外骨骼的高效跨步运动又可以实现步形、平衡的复杂控制，可以更好的应用于高强度应用场景，提高负重能力，在长时间的高效工作中节省工作人员的体力，并保护工作人员的身体。

技术领域

本发明属于助力行走机械技术领域，特别涉及一种仿生机械外骨骼穿戴装置。

背景技术

仿生机械外骨骼穿戴装置是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置，它可给穿戴外骨骼的人提供支撑、保护，及增强运动和负重能力。穿戴式外骨骼广泛应用于医疗康复以及工业生产应用等众多领域。

目前较为常见的穿戴式外骨骼包括：膝关节助力外骨骼、负重下肢外骨骼、辅助行走软外骨骼以及医用下肢康复外骨骼。其中，膝关节助力外骨骼主要由弹性材料构成，无外部动力，其对人的运动的助力十分有限；负重下肢外骨骼为刚性支撑，动力为弹簧以及液压系统，其动力系统体积庞大，佩戴不便；辅助行走软外骨骼模拟人体肌肉牵拉，通过弹力绷带和钢丝收缩器进行驱动，以达到减少人体行走能量消耗的目的，但其控制存在不准确的缺点；医用下肢康复外骨骼，动力为腿部装置内的扭力电机，该结构需要安装多个电机，该下肢装置存在体积大，活动性欠佳、能效低等缺点。

因此，为解决以上问题，需要一种仿生机械外骨骼穿戴装置，通过驱动系统结合多连杆结构实现多关节的联动，实现助力行走和承载外部载荷，简化了外骨骼的结构，提高穿戴者的人体力量和运动表现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种仿生机械外骨骼穿戴装置，通过驱动系统结合多连杆结构实现多关节的联动，实现助力行走和承载外部载荷，提高穿戴者的人体力量和运动表现。

本发明的仿生机械外骨骼穿戴装置，包括与人体左、右腿配合使用的两个下肢助力外骨骼、连接于下肢助力外骨骼上端并与人体躯干实现配合的背负系统以及连接于下肢助力外骨骼上用于将下肢助力外骨骼与人体腿部固定连接的绑缚系统；

所述下肢助力外骨骼包括机体、与人体大腿相适配的大腿连杆以及与人体小腿相适配的小腿连杆、用于驱动大腿连杆和小腿连杆摆动的行动连杆以及用于为行动连杆提供动力的驱动组件；所述大腿连杆上端与机体通过转动副配合连接，所述大腿连杆下端以及行动连杆下端分别与小腿连杆上端通过转动副配合连接并形成两个转动副，所述驱动组件与行动连杆上端驱动配合用于驱动行动连杆摆动从而驱动大腿连杆和小腿连杆相对摆动实现跨步运动。

进一步，所述驱动组件包括转动配合安装于机体上的转动轮副、驱动转动轮副转动的驱动装置，所述行动连杆上端与转动轮副偏心转动配合。

进一步，所述驱动组件还包括摇臂组件，所述摇臂组件两端分别通过转动副配合于机体以及行动连杆上端，所述摇臂组件与行动连杆形成的转动副位于转动轮副与行动连杆形成的转动副上方。

进一步，所述摇臂组件包括与行动连杆上端通过转动副配合的摇臂以及通过转动副配合连接于机体上并使得动力输出端摆动的调节机构，所述调节机构的动力输出端与摇臂自由端相对，所述调节机构动力输出端与摇臂自由端通过单自由度滑动副配合连接并且二者之间具有约束相对滑动的力。

进一步，仿生机械外骨骼穿戴装置还包括设置于下肢助力外骨骼上端并将下肢助力外骨骼与背负系统固定连接的胯关节系统，所述胯关节系统至少包括三个自由度：即包括以Z轴为中心轴的转动实现背负系统相对下肢助力外骨骼转动用于实现扭腰动作、以X轴为中心轴的转动实现背负系统相对下肢助力外骨骼转动用于实现弯腰动作、以Y轴为中心轴的转动实现背负系统相对下肢助力外骨骼转动用于实现侧腰动作。