[实用新型]一种柔性外骨骼助力机器人

权利要求书

1.一种柔性外骨骼助力机器人，其特征在于，该助力机器人由柔性穿戴服、控制箱、前侧驱动单元、鲍登线、传感系统构成；

所述柔性穿戴服包括双肩带、外腰带、腰部内衬、大腿绑缚、柔性带、安全带；双肩带与外腰带连接，外腰带里层下部连接腰部内衬，所述安全带为尼龙带；安全带缝制在外腰带和腰部内衬之间后侧的两侧；

两个前侧驱动单元分别对称安装在外腰带前侧，每一个前侧驱动单元的卷轴与一根柔性带的一端连接，柔性带的另一端与传感系统中的一个前侧拉力传感器连接，前侧拉力传感器通过传感魔术贴与大腿绑缚连接；前侧驱动单元通过前侧电机驱动卷轴转动，控制可弹性伸缩的柔性带进行摆动相助力；控制箱固定在双肩带的后侧，悬挂人体背部；

所述控制箱包括外壳、顶风扇、卷轴外壳、导管、导套；外壳内部设置有后侧减速器、后侧电机、后侧编码器、后侧卷轴、电池、主控板、电机驱动板、电源转换模块、吸能板、内风扇；安装在外壳底板上的电池为整个助力机器人提供电能；主控板、电机驱动板是由多个电路模块集成封装而成，主控板包括主控芯片和传感系统接口，电机驱动板包括三路电机驱动板，分别用于控制两个前侧电机和一个后侧电机；主控板、电机驱动板、电源转换模块均设置在电池的上方，吸能板和内风扇分别安装于电源转换模块的两侧；内风扇安装于电源转换模块的一侧，用于电源转换模块的散热；顶风扇安装于外壳顶部，用于后侧电机和后侧减速器散热；后侧减速器、后侧电机、后侧编码器依次连接并均位于外壳内部的上方，后侧卷轴安装于外壳一侧面的上方且一端与后侧减速器连接，卷轴外壳扣装在后侧卷轴外侧；两个导管平行竖直安装，两端通过螺栓固定在后侧卷轴所在侧外壳上，两个导套分别安装在两个导管下方的所在侧外壳上；

鲍登线包括鲍登线内芯和鲍登线外壳，鲍登线内芯可以在鲍登线外壳内滑动；鲍登线外壳的一端通过鲍登线外壳固定压板固定于腰部内衬上的安全带上，另一端由导管的顶部端面限位；鲍登线内芯的一端与后侧拉力传感器相连并通过鲍登线线芯固定压板一起固定于大腿绑缚的后侧，另一端依次穿过鲍登线外壳、导套、导管并卷在后侧卷轴上，两侧的鲍登线的鲍登线内芯分别从第一导管和第二导管穿出，并分别从两个方向缠绕在后侧卷轴上；通过后侧电机的转动使后侧卷轴转动进而拉动鲍登线内芯运动，从而产生拉力，后侧电机的正反转使两侧鲍登线交替拉伸进行助力；

所述两个前侧驱动单元的结构呈镜面对称，对称布置，包括底座、保护壳，保护壳内部设置有前侧电机、前侧减速器、前侧编码器、电机支撑、前侧卷轴、卷轴支撑、从动齿轮、主动齿轮、卷轴左端轴承、卷轴右端轴承；与前侧电机连接的前侧减速器的输出端面固定于电机支撑上，前侧减速器的输出轴与主动齿轮连接，从动齿轮与主动齿轮啮合，从动齿轮通过顶丝固定在前侧卷轴一端削边轴上，前侧卷轴左右两端与卷轴左端轴承、卷轴右端轴承内圈过盈配合连接，卷轴左端轴承、卷轴右端轴承分别与电机支撑、卷轴支撑的孔间隙配合连接；电机支撑、卷轴支撑通过螺栓与底座连接；两根柔性带的一端分别固定在两个前侧卷轴上，其另一端均连接有一个前侧拉力传感器；每一个前侧拉力传感器的下端连接有一个传感魔术贴，两个传感魔术贴分别粘合在对应大腿绑缚的外周；

传感系统包括一个加速度传感器、前侧拉力传感器、后侧拉力传感器、第一陀螺仪、第二陀螺仪，加速度传感器安装在外腰带的后侧，采集人体走动时的加速度，检测人体姿态信息，用于识别人体运动意图；前侧拉力传感器安装于柔性带下部的末端，后侧拉力传感器安装在鲍登线内芯下部的末端，用于实时测量柔性带和鲍登线内芯的拉力信息，构成力反馈回路使助力大小按照设定的最佳助力波形函数变化；第一陀螺仪、第二陀螺仪分别安装在两个大腿绑缚的外侧面上，采集角速度信息，对角速度进行积分获得髋关节角度信息，用于识别人体步态；

所述加速度传感器、前侧拉力传感器、后侧拉力传感器、第一陀螺仪、第二陀螺仪均通过导线连接于主控板的寄存器输入口，这些传感器一共占据主控板的七个寄存器输入口；主制板的寄存器输出口与电机驱动板连接，给电机驱动板发送PWM信号和使能信号；电机驱动板与两个前侧电机和一个后侧电机通过导线相连，给予电机电流信号；

电池输出的电能直接通过电源转换模块转换输出5V和36V电压，电源转换模块输出的5V电压分别给主控板、顶风扇、第一左侧风扇和第二左侧风扇、电机驱动板供电，此为芯片工作电压；从电源转换模块输出的36V电压先连接吸能器输入端，然后吸能器输出端连接电机驱动板，为两个前侧电机和一个后侧电机提供供电电压。