[发明专利]带扭矩传感器的拉索驱动机构及其轻便助力设备

说明书

本发明实施例公开了带扭矩传感器的拉索驱动机构及其轻便助力设备。该拉索驱动机构包括拉索、拉索驱动装置、一个或多个关节机构及扭矩传感器，所述关节机构包括上臂、下臂、转轴及滑轮，所述上臂和下臂基于转轴旋转联接，所述滑轮固定在转轴、上臂或下臂上且可相对上臂和下臂自由转动；所述拉索驱动装置包括动力基座和动力输出端，所述动力输出端相对动力基座可转动；所述动力基座与最上端关节机构的上臂刚性或柔性传动联接，所述扭矩传感器固定在其中一关节机构的下臂上。本发明实施例既可以很好地实现从背部向腰部及腿部传递动力，又可以很好地适应人体下肢多样运动带来的匹配性问题。

技术领域

本发明涉及可穿戴外骨骼技术领域，尤其涉及带扭矩传感器的拉索驱动机构及其轻便助力设备。

背景技术

在日常的工作和生活中，常常遇到希望增强人体腿部力量的情况。为了满足人们的需求，可穿戴外骨骼或者类似的机器设备应运而生，例如一些带有动力的下肢助力外骨骼机器人。

现有技术中此类型的装置设备普遍存在比较笨重的问题(例如专利申请号200680006514.1和专利申请号200780027195.7等所揭露的助力设备)。过于笨重的装置会导致用户的穿戴体验不佳。

为了解决装置过于笨重的问题，现有技术中有一些专门针对膝关节等局部的关节位置进行助力的装置(例如专利号US9532894B2披露的膝关节助力的技术方案)。由于是对局部关节进行助力。因此，可以进行大幅度裁剪，从而极大的减轻了设备的重量，通过较为轻便的助力装置实现对穿戴者下肢的助力，有效的改善了用户的穿戴体验。

但是，由于结构被裁减，这类技术方案只能将动力装置等放置在膝关节处。动力装置包含的电机、减速机及相关传动机构等的重量会极大的增加穿戴者腿部重量和惯量，对穿戴者下肢运动会带来较大阻力和不便。而且，在髋关节没有助力的情况下，穿戴者在抬腿时或上楼时会感觉较为沉重，长时间穿戴时体验不佳。

为了避免动力装置所导致的问题，现有技术中还有一些将动力系统设置在穿戴者腰部的技术方案。但是这些技术方案中存在人体匹配性与动力传递的矛盾。另外，还有一些技术方案利用拉索套管联接背部动力系统和髋关节，用可以形变的拉索套管来适应人体髋部和腰部相对位置变动的同时传递动力，但是这样也会造成动力传递效率较低，拉索寿命的大幅下降，可靠性低等的问题。

一些技术方案也提出使用具有特殊结构的髋部机构，解决了拉索传动效率和寿命问题。但是这样的髋部机构设置有多个滑轮，较为复杂，且难以实现多个拉索并联传力。

此外，如何简便测量动力装置向关节施加的扭矩也是一个难题，传统的盘式扭矩传感器比较复杂，在拉索一侧增加惰轮测量拉索张力的方案会导致体积较大，不精简。

发明内容

本发明实施例提出带扭矩传感器的拉索驱动机构及其轻便助力设备，旨在解决现有助力设备所存在的一种或者多种问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提出一种带扭矩传感器的拉索驱动机构。该拉索驱动机构包括拉索、拉索驱动装置、一个或多个关节机构及扭矩传感器，所述关节机构包括上臂、下臂、转轴及滑轮，所述上臂和下臂基于转轴旋转联接，所述滑轮固定在转轴、上臂或下臂上且可相对上臂和下臂自由转动；所述拉索驱动装置包括动力基座和动力输出端，所述动力输出端相对动力基座可转动；所述动力基座与最上端关节机构刚性或柔性传动联接，所述扭矩传感器固定在其中一关节机构的下臂上；所述拉索上端固定于所述动力输出端上，绕经动力输出端切出后，再依次切入、绕经并切出所述一个或多个关节机构的滑轮，所述拉索末端固定在所述扭矩传感器上；所述拉索驱动装置收紧拉索时，所述拉索绕经所述滑轮时在所述一个或多个关节机构上臂和下臂之间产生旋转力矩并驱动所述上臂和下臂转动，所述扭矩传感器感知拉索的张力。