一种下肢外骨骼机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种下肢外骨骼机器人，涉及机器人技术领域,包括控制盒、背架、髋关节组件、大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件，大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件均为两个，控制盒内设控制器和电源；控制盒设置在背架上，背架与髋关节组件相连接，两个大腿杆上端与髋关节组件铰接、下端分别与膝关节组件相连，小腿杆两端分别与膝关节组件及支撑足组件相连，髋关节组件及膝关节组件均与控制盒相连。利用控制器控制膝关节组件发生弯曲，使膝关节的弯曲工况与人体生理弯曲相接近，改善原来膝关节刚性大导致振动冲击大的状况。利用本实用新型专利技术提升关节的柔顺性，适应不同工况和不同路面的使用需求。

Lower limb exoskeleton robot

The utility model discloses a lower limb exoskeleton robot, which relates to the technical field of robot, which comprises a control box, a back frame, hip, thigh, knee joint rod assembly components, leg rod, foot support assembly, thigh and knee joint rod assembly, leg rod, foot supporting components are arranged in the control box two. The controller and the power supply; control box is arranged on the back frame, the back frame and hip joint assembly is connected with the upper end of the rod two thigh hip and lower component is respectively connected with the knee joint assembly, leg rod ends are respectively connected with the knee and foot support assembly components, hip joint and knee joint assembly components are connected with the control box. The bending of the knee joint component is controlled by the controller, so that the bending condition of the knee joint is close to the physiological curve of the human body, and the condition that the knee joint rigidity is large and the vibration shock is greatly improved. The utility model can improve the compliance of the joint and adapt to the demand of different working conditions and different road surfaces.

【技术实现步骤摘要】
一种下肢外骨骼机器人
本技术涉及机器人
,尤其涉及一种下肢外骨骼机器人。
技术介绍
近年来，可穿戴式外骨骼机器人在人体助力领域逐渐得到了广泛的认识，外骨骼机器人主要应用在行动不便的病人、残疾人康复或医疗辅助等领域，多用来帮助残疾人的辅助行走及为正常人提供人体助力。由于外骨骼穿戴于人体外侧，其机构设计需要拟人化，外骨骼的终极目标是使得外骨骼机械腿能够像人腿一样灵活实用，为此依据人体仿生学原理进行设计是一种较好的外骨骼结构优化设计的方法。研究表明，行走时人腿在行走过程中带有弹性，可以避免因接触路面造成的振动冲击，而且其弹性及刚度可以实时调整，其原理如下：人体在行走时，针对不同的行走状态，可以通过老练的骨骼肌肉系统实时调整腿部关节的刚度，使人体能够适应不同的步行速度、步行幅度和路况等，大大增加了适应环境的能力。而目前外骨骼多采用刚性关节，导致使用过程中存在以下缺陷：1）外骨骼工作时，刚性关节导致振动冲击大，造成设备损坏；2）由于外骨骼穿戴于人体外侧，属于人机耦合设备，刚性关节会牵绊人体，造成人体穿戴不舒适；3）适应不同路面和工况能力差。
技术实现思路
本技术提供一种下肢外骨骼机器人，旨在解决关节刚性导致振动冲击大，造成设备损坏、人体穿戴不适的技术问题。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种下肢外骨骼机器人，包括控制盒、背架、髋关节组件、大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件，所述大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件均为两个，所述控制盒内设控制器和电源；所述控制盒设置在背架上，所述背架与髋关节组件相连接，两个大腿杆上端与髋关节组件铰接、下端分别与膝关节组件相连，所述小腿杆两端分别与膝关节组件及支撑足组件相连，所述髋关节组件及膝关节组件均与控制盒相连。优选的，所述背架包括背板和两个横杆，所述横杆为L型，背板为工字型框架，背板下部两端分别与两个横杆活动连接，横杆另一端通过髋关节组件与大腿杆上端活动连接。优选的，所述背板与横杆之间还设有支撑阻尼器，所述支撑阻尼器为两个，两个支撑阻尼器分别设置在背板上部两端与横杆之间。优选的，所述髋关节组件包括双耳套环、髋关节电机和枢轴，所述双耳套环与横杆外侧端部固定连接，髋关节电机外壳与双耳套环的外侧固定连接，髋关节电机输出轴与枢轴连接，枢轴与大腿杆上端固定连接，枢轴设置双耳套环之间、且两端与双耳套环的内孔配合。优选的，所述膝关节组件包括膝关节上杆、膝关节轴、膝关节下杆和板簧，所述膝关节上杆上端设置在大腿杆下端孔内、下端套装在膝关节轴上，所述膝关节下杆下端设置在小腿杆上端孔内，由关节电机驱动的膝关节轴与膝关节下杆固定连接，所述板簧上端套装在大腿杆上、下端固定连接在关节电机外壳上，关节电机外壳活动套装在膝关节轴上。优选的，所述板簧上端与板簧固定板相连，所述板簧固定板套装在大腿杆上，板簧下端通过固定外壳与关节电机外壳相连，所述固定外壳为框架式结构，固定外壳内设能够带动板簧支点套上下滑动的垂直移位机构，所述板簧支点套另一端套装在板簧上。优选的，所述垂直移位机构包括调节电机和滚珠丝杆，所述调节电机设置在固定外壳下方，所述滚珠丝杆设置在固定外壳内部，所述板簧支点套与滚珠丝杆配合。优选的，所述支撑足组件包括足连接杆、足支撑座及设置在足支撑座内侧的鞋底，所述足连接杆上端设置在小腿杆下端孔内，足连接杆下端通过足支撑座与鞋底相连。优选的，所述足支撑座上端与足连接杆固定连接，足支撑座下端与鞋底为活动连接，使足支撑座能够相对鞋底上下滑动，足支撑座与鞋底之间设有足弯曲板簧，所述足弯曲板簧为弧形，所述足弯曲板簧上端与足支撑座上端固定连接，足弯曲板簧下端自由插入足支撑座下端卡槽。优选的，所述鞋底上设有两个与控制盒相连的压力传感器，两个压力传感器分别设置在鞋底的前部和后部。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）膝关节刚度通过刚度调节电机实时改变，增加了外骨骼柔顺性，减少了地面振动冲击，板簧可以进行储能，减少了能源消耗。（2）支撑足通过人机工程设计，具有刚度被动调整功能，增加了外骨骼与地面接触时的柔顺性；通过被动板簧蓄能，减轻了行走过程人体的能耗。（3）本技术具有结构简单紧凑、操作方便的优点，能够提升关节的柔顺性的，适应不同工况和不同路面的使用需求。附图说明图1是本技术实施例提供的下肢外骨骼机器人的结构示意图；图2是图1中背架的结构示意图；图3是图1中膝关节组件的结构示意图；图4是图1中支撑足组件的结构示意图；图5是膝关节组件的工作原理图；图6是下肢外骨骼机器人在支撑相初期的工作原理图；图7是下肢外骨骼机器人在支撑相中期的工作原理图；图8是下肢外骨骼机器人在摆动相阶段的工作原理图；图中：1-控制盒，2-背架，3-髋关节组件，4-大腿杆，5-膝关节组件，6-小腿杆，7-支撑足组件，21-横杆，22-支撑阻尼器，23-背板，31-双耳套环，32-髋关节电机，33-枢轴，41-上连接杆，42-大腿杆主体，51-板簧固定板，52-板簧，53-滚珠丝杆，54-板簧支点套，55-固定外壳，56-调节电机，57A-膝关节上杆，57B-膝关节上杆，58-膝关节轴，59-关节电机，71-足连接杆，72-足支撑座，73-足弯曲板簧，74-鞋底，75-压力传感器，76-鞋固定板。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术提供的下肢外骨骼机器人，包括控制盒1、背架2、髋关节组件3、大腿杆4、膝关节组件5、小腿杆6、支撑足组件7，所述大腿杆4、膝关节组件5、小腿杆6、支撑足组件7均为两个，所述控制盒1内设控制器和电源；所述控制盒1设置在背架2上，所述背架2与髋关节组件3相连接，两个大腿杆4上端分别与髋关节组件3活动连接、下端分别与膝关节组件5相连，所述小腿杆6两端分别与膝关节组件5及支撑足组件7相连，所述髋关节组件3及膝关节组件5与控制盒1相连。利用控制器控制膝关节组件5发生弯曲，使膝关节的弯曲工况与人体生理弯曲相接近，改善原来膝关节刚性大导致振动冲击大的状况。为了方便安装拆卸，大腿杆4和小腿杆6可设计为分体式，以大腿杆4为例，包括上连接杆41及与之固定连接的大腿杆主体42，大腿杆主体42下部设有连接孔，用来与膝关节组件5配合。在本技术一个优选实施例中，如图2所示，所述背架2包括背板23和两个横杆21，所述横杆21为L型，背板23为工字型框架，背板23下部两端分别与两个横杆21活动连接，横杆21另一端与大腿杆4活动连接。背板23下部两端设有连接孔，左右两根横杆21与之相连部位设有双耳，二者可通过销轴活动连接，可使两个横杆21相对背板23上下旋转，使用更方便灵活。在本技术一个优选实施例中，所述髋关节组件3包括双耳套环31、髋关节电机32和枢轴33，双耳套环31与横杆21外侧端部固定连接，髋关节电机32外壳与双耳套环31的外侧固定连接，髋关节电机32输出轴与枢轴33固定连接，枢轴33与大腿杆4的上连接杆41固定连接，枢轴33设置双耳套环31之间、且两端与双耳套环31的内孔配合。为了提升背部运动灵活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：包括控制盒、背架、髋关节组件、大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件，所述大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件均为两个，所述控制盒内设控制器和电源；所述控制盒设置在背架上，所述背架与髋关节组件相连接，两个大腿杆上端与髋关节组件铰接、下端分别与膝关节组件相连，所述小腿杆两端分别与膝关节组件及支撑足组件相连，所述髋关节组件及膝关节组件均与控制盒相连。

【技术特征摘要】
1.一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：包括控制盒、背架、髋关节组件、大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件，所述大腿杆、膝关节组件、小腿杆、支撑足组件均为两个，所述控制盒内设控制器和电源；所述控制盒设置在背架上，所述背架与髋关节组件相连接，两个大腿杆上端与髋关节组件铰接、下端分别与膝关节组件相连，所述小腿杆两端分别与膝关节组件及支撑足组件相连，所述髋关节组件及膝关节组件均与控制盒相连。2.根据权利要求１所述的一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述背架包括背板和两个横杆，所述横杆为L型，背板为工字型框架，背板下部两端分别与两个横杆活动连接，横杆另一端通过髋关节组件与大腿杆上端活动连接。3.根据权利要求2所述的一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述背板与横杆之间还设有支撑阻尼器，所述支撑阻尼器为两个，两个支撑阻尼器分别设置在背板上部两端与横杆之间。4.根据权利要求2所述的一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述髋关节组件包括双耳套环、髋关节电机和枢轴，所述双耳套环与横杆外侧端部固定连接，髋关节电机外壳与双耳套环的外侧固定连接，髋关节电机输出轴与枢轴连接，枢轴与大腿杆上端固定连接，枢轴设置双耳套环之间、且两端与双耳套环的内孔配合。5.根据权利要求１、2、3或4所述的一种下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述膝关节组件包括膝关节上杆、膝关节轴、膝关节下杆和板簧，所述膝关节上杆上端设置在大腿杆下端孔内、下端套装在膝关节轴上，所述膝关节下杆下端设置在小...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜峰坡，穆希辉，陈建华，姜志保，马振书，赵子涵，赵晓东，郭浩亮，宋桂飞，王佳鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九零八部队，
类型：新型
国别省市：河北,13