[实用新型]一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人

说明书

本实用新型属于外骨骼机器人领域，具体涉及一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人。包括腰髋部支架以及两组腿部机构，腰髋部支架为被动驱动式，包括可调节腰架和髋关节助力卷簧机构，髋关节助力卷簧机构实现两个髋关节的屈/伸；每个腿部机构包括膝关节驱动电机，谐波减速器，膝关节角度传感器，踝关节球铰以及足部；通过膝关节驱动电机和谐波减速器实现膝关节的屈/伸；通过所述踝关节球铰实现踝关节的背伸/跖屈、内/外翻以及旋转动作。本实用新型的大腿髋关节采用卷簧机构实现髋关节的被动驱动，采用电机实现膝关节的主动驱动，在保证穿戴者负载能力的前提下，降低了下肢助力外骨骼机器人系统的复杂程度、结构简单、控制容易。

技术领域

本实用新型属于外骨骼机器人领域，具体涉及一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人。

背景技术

下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的智能助力装置，通过与穿戴者进行协同运动，可以辅助人体进行行走、搬运等工作，减少运动给人体带来的疲劳与损伤，提高人体的机能。其应用领域十分广泛，在军事领域上，可以提高士兵的运动灵活性、机动性、负重能力等；在医疗领域，可以帮助下肢肌无力、偏瘫患者进行康复训练；在民用领域，可以帮助穿戴者提高搬运重物能力，提高行走耐久性等。目前，外骨骼机器人结构笨重、穿戴舒适性差、控制系统复杂等仍是亟待解决的问题。

如申请号为201610520405.7的中国专利申请公开了下肢助力机械外骨骼，是模拟人体腿部结构，在人腿左右两侧设置机械腿，但这种拟人的设计方式使得负载的作用力作用在足底支撑面之外，力传递设计不合理，助力效果一般，同时该专利申请还不具备机械腿长短调节功能，对穿戴者的适应性较差；并且，铰接的机械关节结构无法满足人体运动需求，存在人机之间的运动干涉；另外，上述专利申请的下肢助力机械外骨骼的膝关节驱动机构采用缆绳式驱动，机构设计复杂，制造、装配难度大，控制精度较差。

如申请号为201710568000.5的中国专利申请公开了穿戴式下肢外骨骼助行装置，在其两个髋关节和两个膝关节上都加入了电机，并将驱动器、电路板等安装于大小腿杆件上，导致外骨骼整体较为笨重；同时，由于该专利申请大量电机的引入，外骨骼的控制系统也较复杂。

如申请号为201811075244.0的中国专利申请公开了一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，所述的外骨骼的髋关节和膝关节都采用柔性套索进行被动的驱动，为了布置绳索该专利申请有较多外伸的结构，导致外骨骼与人体的贴合度较差，在运动过程中容易与人体发生干涉；同时，该专利申请未设计足部支撑结构，对负载没有支撑作用外还增加了人体的负担，更容易导致疲惫。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人，解决了现有外骨骼机器人驱动冗余、结构复杂且笨重的问题。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种主被动混合驱动的下肢助力外骨骼机器人，包括腰髋部支架以及两组腿部机构，两组腿部机构对称安装于腰髋部支架上；

所述腰髋部支架为被动驱动式，包括可调节腰架和髋关节助力卷簧机构，所述髋关节助力卷簧机构实现两个髋关节的屈/伸；

每个所述腿部机构包括膝关节驱动电机，谐波减速器，膝关节角度传感器，踝关节球铰以及足部；

通过膝关节驱动电机和谐波减速器实现膝关节的屈/伸；

通过所述踝关节球铰实现踝关节的背伸/跖屈、内/外翻以及旋转动作。

进一步的，所述髋关节助力卷簧机构包括外壳，助力卷簧，卷簧连接件，方型轴和输出杆；

所述助力卷簧内端与卷簧连接件连接，外端安装于可调节腰架上的凹槽内，卷簧连接件、方型轴与输出杆依此连接并采用紧固螺母进行固定，所述输出杆以髋关节中心为转动轴进行转动连接；