[发明专利]下肢康复机器人的软体驱动结构

说明书

本发明提供一种下肢康复机器人的软体驱动结构，包括双层气囊、固定连接件，双层气囊包括硅橡胶材质的软体气囊，软体气囊的端部与固定连接件连接，软体气囊的内侧在两者的连接处设有锥面；固定连接件包括端盖、气孔盖和固定螺母，气孔盖与双层气囊密封连接，端盖盖于气孔盖上，气孔盖上设有通气管，端盖设有通孔，通气管的一端穿过通孔并外露于端盖，该外露部分通过固定螺母装配固定；气孔盖设有锥面，用于与软体气囊的锥面贴合，端盖的内侧设有与气孔盖相贴合的锥面。本发明采用锥面装配的设计提高了软体驱动结构的抗压耐受力，能够有效提高关节转动力矩，降低零部件损耗。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域的一种可穿戴康复机器人，具体地，涉及一种外骨骼关节的软体驱动结构。

背景技术

近年来，软体机器人逐渐成为机器人技术领域的热点研究对象，其具有良好的柔性，能够适应各种非结构化环境，适用于人机交互与操作控制。相较于刚性机器人，其能够避免碰撞，减少对环境和机器人本身的伤害。因其上述特征，软体机器人适用于医疗康复领域，为可穿戴辅助机器人提供了很好的解决方案，出现了一类轻便、柔性高、穿戴舒适、关节轴线能自适应的软体外骨骼。

机器人的驱动问题是机器人运动的关键，驱动的作用是将其他能源的能量转化为供机器人运动的能量。现有机器人的主要驱动方式有：电气驱动、液压驱动、气压驱动等，这些驱动方式往往能够得到充足的力或扭矩，适用于刚性机器人。软体机器人主要采用硅橡胶、记忆合金等软体材料，通过气压、线拉力或电热效应驱动。

软体康复外骨骼的驱动部分是柔性的，使得机器人关节的弯曲轮廓与人体肢体轮廓能够重合。现有软体机器人的驱动主要采用气压、线拉力、电热效应等方式，如南方科技大学Zhong Shen等人提出的带有混合结构(刚性框架+软驱动器)的水下机器人设计方案，一种新颖的软气囊设计和均匀的驱动器设计使得一个紧凑的液压驱动系统能够驱动所有执行器；加州理工大学Kyunam Kim等人开发的一种软球形张力机器人，是一种新型可操纵的移动机器人平台，通过线和弹簧进行驱动，改变驱动策略能够使其变形，该机器人的几何形状适用于滚动运动；毕肯特大学Bilge Baytekin等人设计了一款植物机器人，能够通过自我调节表现出向阳性(太阳追踪)和夜光性(开叶)，其原理是在材料中掺杂光吸收性化学物质或通过改变电极的几何形状来调节姿态。目前混合结构中的软体驱动器都存在力矩和力不足的情况，无法承受较大的压强。若采用线拉力驱动外骨骼关节，会导致外骨骼弯曲轮廓与人体肢体轮廓不符的问题，关节驱动力不足，穿戴舒适性差、效率低。采用电热效应或是记忆合金产生形变的力和力矩过小，无法满足关节驱动。

经检索，申请人前期申请的发明专利，申请号：201910846107.0，提供一种刚软一体式下肢外骨骼，包括髋关节气动软体驱动器，膝关节气动软体驱动器，踝关节气动软体驱动器，腰部刚性连杆，大腿刚性连杆，小腿刚性连杆，脚刚性连杆，腰部穿戴机构，大腿穿戴机构，小腿穿戴机构和脚穿戴机构，其中：各关节气动软体驱动器采用具有双层气囊的椭圆柱形或椭圆环形结构，向不同气囊充气实现双向弯曲变形；刚性连杆将各关节气动软体驱动器连接起来，在刚性连杆上安装穿戴机构，用于将外骨骼穿戴在人体上；关节气动软体驱动器的弯曲变形和弯曲力矩，通过刚性连杆和穿戴机构传递给人体下肢，从而驱动人体下肢关节的转动，达到辅助人体下肢运动的目的。

但是上述专利中的驱动器的抗压耐受能力有待进一步改善。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种下肢康复机器人的软体驱动结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种下肢康复机器人的软体驱动结构，包括双层气囊、固定连接件，其中：

所述双层气囊包括硅橡胶材质的软体气囊，所述软体气囊的端部与所述固定连接件连接，所述软体气囊的内侧在两者的连接处设有锥面；