[发明专利]一种用于下肢功能外衣的双关节驱动装置

说明书

本发明涉及一种用于下肢功能外衣的双关节驱动装置，该驱动装置为功能外衣提供髋或踝关节的辅助力输入，可绑缚于人体腰部，装置本体放置于腰后侧，电池组放置于腹部前侧。该驱动装置包括腹部环带、弓形底板、电池组、2个牵引单元、鲍登线单元、外壳、控制板、散热风扇、布带附件等，牵引单元、控制板、散热风扇及外壳等均安装在弓形底板上。绞盘外侧设置了弧形沟槽和通孔，较好地固定了钢丝绳，同时通过控制绞盘与绞盘底座的半径差值，实现钢丝绳的防脱落功能。该装置具有结构紧凑、体积小、集成度高、方便携带等优势，可发挥钢丝绳的快速牵引和释放性能。

技术领域

本发明涉及一种用于下肢功能外衣的双关节驱动装置，具体说，涉及关节驱动装置。

背景技术

柔性助力机器人可在一定程度上解决和避免助力外骨骼存在的人机关节难以对齐、附加质量大、步态不一致等问题。国内外一些院校的实验室和医疗机构相继开展了穿戴式柔性助力机器人的相关研究，研制了多种相关样机和产品，以增强腰部及下肢的肌肉力量、降低代谢消耗、延缓疲劳，如加拿大皇后大学的PLAD、北海道大学的Smart Suit及河南科技大学的腰部助力机器人、哈佛大学的Soft Exosuit及日本冈山大学的Power AssistWear等。柔性助力机器人从人因工程学角度出发，采用柔性材料(布带、气动肌肉等)，穿戴及包覆在下肢周围，人体骨骼作为支撑构件，可实现与下肢生物力学更好的人机相容性和穿戴舒适性，在助力装置本体中，没有刚性连杆和机械关节的设计，不需要人机关节轴线精确对齐，对人体关节自由度影响较小，穿戴者可在紧急情况下执行避险动作，避免了因人机运动学不相容导致的与助力无关的附加力/矩，且能够最大限度的减小助力装置自身的质量、体积等引起的附加机械阻抗和自由度限制。柔性助力机器人具有质量轻、人机相容性好、结构柔顺、人机穿戴舒适性好等关键优势。

发明内容

本发明的目的在于提供双关节驱动装置，为柔性助力外衣提供动力，以实现上述功能和目标。

本发明的实施例提供了一种用于下肢功能外衣的双关节驱动装置，其特征在于，该驱动装置作为驱动单元，可为功能外衣提供髋或踝关节的辅助力输入，可绑缚于人体腰部；该驱动装置包括腹部环带、弓形底板、电池组、2个牵引单元、鲍登线单元、外壳、控制板、散热风扇、布带附件等，牵引单元、控制板、散热风扇及外壳等均安装在弓形底板上，牵引单元包括左牵引单元和右牵引单元；驱动装置本体和电池组分别绑缚于腹部环带的后侧与前侧，驱动装置本体位于腰后侧，电池组位于腹部前侧。

进一步，弓形底板的后侧与人体背部轮廓吻合，呈弓形，控制板、外壳和散热风扇均安装在弓形底板上，左牵引单元和右牵引单元平行地放置并安装在弓形底板上，且轴线不重合。

进一步，右牵引单元包括直流电机、减速器、编码器、绞盘底座、绞盘、压绳板和保护外罩，鲍登线单元的钢丝绳缠绕在绞盘的外侧沟槽内，在绞盘的一侧设置了扇形凹槽，扇形凹槽内含有相切于外侧沟槽的弧形凹槽，在弧形凹槽末端设置了垂直于绞盘的通孔，钢丝绳的固定端沿弧形凹槽穿过通孔，压绳板将钢丝绳压紧，压绳板外形与扇形凹槽相同，通过螺钉固定在扇形凹槽处。绞盘位于绞盘底座内部腔体内，绞盘外轮廓直径与绞盘底座的内部腔体半径差值小于钢丝绳直径，防止钢丝绳从绞盘的外侧沟槽中脱出。

进一步，左牵引单元与右牵引单元采用相同的结构组成。

与现有技术相比本发明的有益效果是：(1)具有结构紧凑、体积小、集成度高、方便携带等优势；(2)牵引单元的钢丝绳固定和防跳设计大幅提高钢丝绳的快速收缩和释放性能。

附图说明

图1是下肢柔性助力外衣系统的正视图；

图2是驱动装置的轴侧视图；

图3是驱动装置的后轴侧视图；

图4是驱动装置的俯视图；

图5是电池组的轴侧视图；