一种辅助支撑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辅助支撑下肢外骨骼机器人，包括腰腹倚靠板、左腿和右腿；所述左腿和右腿结构相同，对称地安装在腰腹倚靠板上；所述左腿包括大腿支撑部分、小腿支撑部分、髋关节部分、膝关节部分、踝关节部分和足底锁死装置。本外骨骼利用足底支撑反力实现髋关节、膝关节和踝关节的无极锁死，外骨骼整体成为一个刚体，无需驱动，能够实现使用者下肢任意姿态的稳定支撑。各个关节的运动互不影响。采用多级球面连杆机构可以使控制踝、膝、髋关节锁死的摩擦板均可设置在足底，通过平面摩擦副实现外骨骼的锁死和解锁，操作简便。方便穿戴，大腿支撑板与小腿支撑板均不与人体固定连接即可为使用者提供任意姿态下的稳定支撑。

An exoskeleton robot for supporting lower limbs

【技术实现步骤摘要】
一种辅助支撑下肢外骨骼机器人
本技术涉及助力机器人领域，具体是一种辅助支撑下肢外骨骼机器人。
技术介绍
近年来，为减轻广大体力劳动者的工作负担，国内外学者不断致力于各类辅助型外骨骼机器人的研究。如今，国内外关于负重外骨骼、助力外骨骼、医疗康健外骨骼等研究已有显著成果。而针对医疗手术工作者、精密仪器修理师、大型机械装配人员等劳动人群的辅助设备还有待研发。在大型精密设备修理或装配过程中，操作人员需要长时间保持某一费力姿态，极易产生疲劳。工作人员长时间工作产生疲劳时，不仅会影响装配精度，降低工作效率，更增加了危险事故发生的机率。相对于人体上肢，人体下肢不仅要克服人体自身重力，同时还需要承担工作负载。现有的传统无驱动下肢外骨骼机器人难以在复杂条件下为使用者提供任意姿态的稳定支撑，而有驱动外骨骼机器人又存在成本高、蓄电不方便、控制复杂等问题。故设计一款辅助下肢任意姿态稳定支撑下肢的外骨骼机器人迫在眉睫。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种辅助支撑下肢外骨骼机器人。本技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种辅助支撑下肢外骨骼机器人，其特征在于该外骨骼包括腰腹倚靠板、左腿和右腿；所述左腿和右腿结构相同，对称地安装在腰腹倚靠板上；所述左腿包括大腿支撑部分、小腿支撑部分、髋关节部分、膝关节部分、踝关节部分和足底锁死装置；所述大腿支撑部分包括大腿杆、大腿杆夹板、髋关节一级传动连杆、髋关节一级传动连杆轴套、髋关节一级传动连杆轴和大腿倚靠板；所述小腿支撑部分包括小腿杆、小腿杆夹板、髋关节二级传动连杆、膝关节一级传动方轴、髋关节二级传动连杆轴套和小腿倚靠板；所述髋关节部分包括髋关节虎克铰上连杆、髋关节一级一号球面连杆、髋关节虎克铰十字连接轴、髋关节球面连杆一号对心轴、髋关节球面连杆二号对心轴、髋关节大腿杆和髋关节一级二号球面连杆；所述膝关节部分包括膝关节一级传动部分和髋关节二级传动部分；膝关节一级传动部分包括膝关节一号球面连杆、膝关节二号球面连杆、膝关节一号对心轴、膝关节一级传递轴轴键、膝关节二号对心轴、膝关节大腿杆、膝关节主轴、膝关节小腿杆和膝关节一级传递轴；髋关节二级传动部分包括髋关节二级一号球面连杆、髋关节二级一号对心轴、髋关节二级二号对心轴、髋关节二级三号对心轴、髋关节二级二号球面连杆和髋关节二级三号球面连杆；踝关节部分包括膝关节二级传动部分、髋关节三级传动部分和踝关节传动部分；膝关节二级传动部分包括膝关节二级虎克铰上连杆轴、膝关节二级虎克铰十字连接轴、膝关节二级虎克铰下连杆轴、膝关节运动二级传递轴轴键、膝关节末端摩擦板和膝关节二级传递轴；髋关节三级传动部分包括髋关节三级一号对心轴、髋关节三级一号球面连杆、髋关节三级二号对心轴、髋关节三级二号球面连杆、髋关节末端摩擦板和髋关节三级三号球面连杆；踝关节传动部分包括踝关节十字连接轴、踝关节一号球面连杆、踝关节一号对心轴、踝关节双头球面连杆、踝关节二号对心轴、踝关节二号球面连杆、踝关节末端摩擦板和踝关节小腿杆；足底锁死装置包括脚尖套环和脚底板；所述腰腹倚靠板与人体腰腹部固定连接，用于支撑人体；腰腹倚靠板与髋关节虎克铰上连杆的上端固定连接；髋关节虎克铰上连杆的下端通过髋关节虎克铰十字连接轴与髋关节大腿杆的上端配合连接形成虎克铰，通过髋关节虎克铰十字连接轴的长轴部分与髋关节一级一号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级一号球面连杆的下端通过髋关节球面连杆一号对心轴与髋关节一级二号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级二号球面连杆的上侧边通过髋关节球面连杆二号对心轴与髋关节大腿杆的上侧边配合连接形成转动副；髋关节虎克铰十字连接轴的长轴的轴心线、髋关节球面连杆一号对心轴的轴心线、髋关节球面连杆二号对心轴的轴心线相交于髋关节虎克铰十字连接轴的十字中心；所述髋关节大腿杆的下端固定在大腿杆和大腿杆夹板的上端之间；大腿杆、大腿杆夹板与膝关节大腿杆均设置有腰形孔，膝关节大腿杆的上端连接在大腿杆和大腿杆夹板的下端之间，通过腰形孔调节大腿长度；髋关节一级二号球面连杆的下侧边通过髋关节一级传动连杆轴与髋关节大腿杆的下侧边配合连接形成转动副；髋关节一级传动连杆轴套固定嵌套在髋关节大腿杆外侧，同时嵌套在髋关节一级传动连杆轴与髋关节球面连杆二号对心轴外侧；髋关节一级二号球面连杆的下端与髋关节一级传动连杆的上端固定连接；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端均设置有腰形孔；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端连接，通过腰形孔调节大腿长度；大腿倚靠板与髋关节大腿杆固定连接；大腿依靠板负责支撑人体大腿部分；膝关节大腿杆的下端与膝关节小腿杆的上端通过膝关节主轴配合连接形成转动副；膝关节大腿杆的侧边与膝关节一号球面连杆的上端通过膝关节一号对心轴配合连接形成转动副；膝关节一号球面连杆的下端与膝关节二号球面连杆的上端通过膝关节二号对心轴配合连接形成转动副；膝关节二号球面连杆的下端与膝关节小腿杆的侧边通过膝关节一级传递轴配合连接形成转动副；膝关节二号球面连杆的下端与膝关节一级传递轴通过膝关节一级传递轴轴键连接；髋关节二级二号球面连杆的侧边与膝关节大腿杆的侧边通过髋关节二级三号对心轴配合连接形成转动副；髋关节二级二号球面连杆的下端与髋关节二级一号球面连杆的上端通过髋关节二级一号对心轴配合连接形成转动副；髋关节二级一号球面连杆的下端与髋关节二级三号球面连杆的上端通过髋关节二级二号对心轴配合连接形成转动副；膝关节小腿杆的侧边与髋关节二级三号球面连杆的侧边通过膝关节一级传递轴配合连接形成转动副；膝关节一号对心轴、膝关节二号对心轴、膝关节主轴、膝关节一级传递轴、髋关节二级一号对心轴、髋关节二级二号对心轴和髋关节二级三号对心轴七个轴轴线对心；所述膝关节小腿杆的下端固定在小腿杆和小腿杆夹板的上端之间；小腿杆、小腿杆夹板与踝关节小腿杆均设置有腰形孔，踝关节小腿杆的上端连接在小腿杆和小腿杆夹板的下端之间，通过腰形孔调节小腿长度；髋关节二级传动连杆轴套固定嵌套在膝关节小腿杆外侧，同时嵌套在膝关节一级传递轴外侧；所述髋关节二级三号球面连杆的下端与髋关节二级传动连杆的上端固定连接；髋关节二级传动连杆的下端与髋关节三级三号球面连杆的上端均设置有腰形孔，髋关节二级传动连杆的下端与髋关节三级三号球面连杆的上端连接，通过腰形孔调节小腿长度；小腿倚靠板与膝关节小腿杆固定连接；小腿依靠板负责支撑人体小腿部分；膝关节一级传动方轴的上端与膝关节一级传递轴的下端方孔配合连接，下端与膝关节二级传递轴的上端方孔配合连接；踝关节小腿杆的下端与踝关节一号球面连杆的上端通过踝关节十字连接轴配合连接形成虎克铰；踝关节一号球面连杆的下端与踝关节双头球面连杆的上端通过踝关节一号对心轴配合连接形成转动副，且踝关节一号对心轴与踝关节十字连接轴的长轴部分轴线对心；踝关节双头球面连杆的下端与踝关节二号球面连杆的上端通过踝关节二号对心轴配合连接形成转动副；踝关节二号球面连杆下端的圆柱轴与脚底板前轴套配合连接形成圆柱副，且圆柱副的回转中心轴与踝关节二号对心轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助支撑下肢外骨骼机器人，其特征在于该外骨骼包括腰腹倚靠板、左腿和右腿；所述左腿和右腿结构相同，对称地安装在腰腹倚靠板上；所述左腿包括大腿支撑部分、小腿支撑部分、髋关节部分、膝关节部分、踝关节部分和足底锁死装置；/n所述大腿支撑部分包括大腿杆、大腿杆夹板、髋关节一级传动连杆、髋关节一级传动连杆轴套、髋关节一级传动连杆轴和大腿倚靠板；所述小腿支撑部分包括小腿杆、小腿杆夹板、髋关节二级传动连杆、膝关节一级传动方轴、髋关节二级传动连杆轴套和小腿倚靠板；所述髋关节部分包括髋关节虎克铰上连杆、髋关节一级一号球面连杆、髋关节虎克铰十字连接轴、髋关节球面连杆一号对心轴、髋关节球面连杆二号对心轴、髋关节大腿杆和髋关节一级二号球面连杆；所述膝关节部分包括膝关节一级传动部分和髋关节二级传动部分；膝关节一级传动部分包括膝关节一号球面连杆、膝关节二号球面连杆、膝关节一号对心轴、膝关节一级传递轴轴键、膝关节二号对心轴、膝关节大腿杆、膝关节主轴、膝关节小腿杆和膝关节一级传递轴；髋关节二级传动部分包括髋关节二级一号球面连杆、髋关节二级一号对心轴、髋关节二级二号对心轴、髋关节二级三号对心轴、髋关节二级二号球面连杆和髋关节二级三号球面连杆；踝关节部分包括膝关节二级传动部分、髋关节三级传动部分和踝关节传动部分；膝关节二级传动部分包括膝关节二级虎克铰上连杆轴、膝关节二级虎克铰十字连接轴、膝关节二级虎克铰下连杆轴、膝关节运动二级传递轴轴键、膝关节末端摩擦板和膝关节二级传递轴；髋关节三级传动部分包括髋关节三级一号对心轴、髋关节三级一号球面连杆、髋关节三级二号对心轴、髋关节三级二号球面连杆、髋关节末端摩擦板和髋关节三级三号球面连杆；踝关节传动部分包括踝关节十字连接轴、踝关节一号球面连杆、踝关节一号对心轴、踝关节双头球面连杆、踝关节二号对心轴、踝关节二号球面连杆、踝关节末端摩擦板和踝关节小腿杆；足底锁死装置包括脚尖套环和脚底板；/n所述腰腹倚靠板与人体腰腹部固定连接，用于支撑人体；腰腹倚靠板与髋关节虎克铰上连杆的上端固定连接；髋关节虎克铰上连杆的下端通过髋关节虎克铰十字连接轴与髋关节大腿杆的上端配合连接形成虎克铰，通过髋关节虎克铰十字连接轴的长轴部分与髋关节一级一号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级一号球面连杆的下端通过髋关节球面连杆一号对心轴与髋关节一级二号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级二号球面连杆的上侧边通过髋关节球面连杆二号对心轴与髋关节大腿杆的上侧边配合连接形成转动副；髋关节虎克铰十字连接轴的长轴的轴心线、髋关节球面连杆一号对心轴的轴心线、髋关节球面连杆二号对心轴的轴心线相交于髋关节虎克铰十字连接轴的十字中心；/n所述髋关节大腿杆的下端固定在大腿杆和大腿杆夹板的上端之间；大腿杆、大腿杆夹板与膝关节大腿杆均设置有腰形孔，膝关节大腿杆的上端连接在大腿杆和大腿杆夹板的下端之间，通过腰形孔调节大腿长度；髋关节一级二号球面连杆的下侧边通过髋关节一级传动连杆轴与髋关节大腿杆的下侧边配合连接形成转动副；髋关节一级传动连杆轴套固定嵌套在髋关节大腿杆外侧，同时嵌套在髋关节一级传动连杆轴与髋关节球面连杆二号对心轴外侧；髋关节一级二号球面连杆的下端与髋关节一级传动连杆的上端固定连接；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端均设置有腰形孔；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端连接，通过腰形孔调节大腿长度；大腿倚靠板与髋关节大腿杆固定连接；大腿依靠板负责支撑人体大腿部分；/n膝关节大腿杆的下端与膝关节小腿杆的上端通过膝关节主轴配合连接形成转动副；膝关节大腿杆的侧边与膝关节一号球面连杆的上端通过膝关节一号对心轴配合连接形成转动副；膝关节一号球面连杆的下端与膝关节二号球面连杆的上端通过膝关节二号对心轴配合连接形成转动副；膝关节二号球面连杆的下端与膝关节小腿杆的侧边通过膝关节一级传递轴配合连接形成转动副；膝关节二号球面连杆的下端与膝关节一级传递轴通过膝关节一级传递轴轴键连接；髋关节二级二号球面连杆的侧边与膝关节大腿杆的侧边通过髋关节二级三号对心轴配合连接形成转动副；髋关节二级二号球面连杆的下端与髋关节二级一号球面连杆的上端通过髋关节二级一号对心轴配合连接形成转动副；髋关节二级一号球面连杆的下端与髋关节二级三号球面连杆的上端通过髋关节二级二号对心轴配合连接形成转动副；膝关节小腿杆的侧边与髋关节二级三号球面连杆的侧边通过膝关节一级传递轴配合连接形成转动副；膝关节一号对心轴、膝关节二号对心轴、膝关节主轴、膝关节一级传递轴、髋关节二级一号对心轴、髋关节二级二号对心轴和髋关节二级三号对心轴七个轴轴线对心；/n所述膝关节小腿杆的下端固定在小腿杆和小腿杆夹板的上端之间；小腿杆、小腿杆夹板与踝关节小腿杆均设置有腰形孔，踝关节小腿杆的上端连接在小腿杆...

【技术特征摘要】
1.一种辅助支撑下肢外骨骼机器人，其特征在于该外骨骼包括腰腹倚靠板、左腿和右腿；所述左腿和右腿结构相同，对称地安装在腰腹倚靠板上；所述左腿包括大腿支撑部分、小腿支撑部分、髋关节部分、膝关节部分、踝关节部分和足底锁死装置；
所述大腿支撑部分包括大腿杆、大腿杆夹板、髋关节一级传动连杆、髋关节一级传动连杆轴套、髋关节一级传动连杆轴和大腿倚靠板；所述小腿支撑部分包括小腿杆、小腿杆夹板、髋关节二级传动连杆、膝关节一级传动方轴、髋关节二级传动连杆轴套和小腿倚靠板；所述髋关节部分包括髋关节虎克铰上连杆、髋关节一级一号球面连杆、髋关节虎克铰十字连接轴、髋关节球面连杆一号对心轴、髋关节球面连杆二号对心轴、髋关节大腿杆和髋关节一级二号球面连杆；所述膝关节部分包括膝关节一级传动部分和髋关节二级传动部分；膝关节一级传动部分包括膝关节一号球面连杆、膝关节二号球面连杆、膝关节一号对心轴、膝关节一级传递轴轴键、膝关节二号对心轴、膝关节大腿杆、膝关节主轴、膝关节小腿杆和膝关节一级传递轴；髋关节二级传动部分包括髋关节二级一号球面连杆、髋关节二级一号对心轴、髋关节二级二号对心轴、髋关节二级三号对心轴、髋关节二级二号球面连杆和髋关节二级三号球面连杆；踝关节部分包括膝关节二级传动部分、髋关节三级传动部分和踝关节传动部分；膝关节二级传动部分包括膝关节二级虎克铰上连杆轴、膝关节二级虎克铰十字连接轴、膝关节二级虎克铰下连杆轴、膝关节运动二级传递轴轴键、膝关节末端摩擦板和膝关节二级传递轴；髋关节三级传动部分包括髋关节三级一号对心轴、髋关节三级一号球面连杆、髋关节三级二号对心轴、髋关节三级二号球面连杆、髋关节末端摩擦板和髋关节三级三号球面连杆；踝关节传动部分包括踝关节十字连接轴、踝关节一号球面连杆、踝关节一号对心轴、踝关节双头球面连杆、踝关节二号对心轴、踝关节二号球面连杆、踝关节末端摩擦板和踝关节小腿杆；足底锁死装置包括脚尖套环和脚底板；
所述腰腹倚靠板与人体腰腹部固定连接，用于支撑人体；腰腹倚靠板与髋关节虎克铰上连杆的上端固定连接；髋关节虎克铰上连杆的下端通过髋关节虎克铰十字连接轴与髋关节大腿杆的上端配合连接形成虎克铰，通过髋关节虎克铰十字连接轴的长轴部分与髋关节一级一号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级一号球面连杆的下端通过髋关节球面连杆一号对心轴与髋关节一级二号球面连杆的上端配合连接形成转动副；髋关节一级二号球面连杆的上侧边通过髋关节球面连杆二号对心轴与髋关节大腿杆的上侧边配合连接形成转动副；髋关节虎克铰十字连接轴的长轴的轴心线、髋关节球面连杆一号对心轴的轴心线、髋关节球面连杆二号对心轴的轴心线相交于髋关节虎克铰十字连接轴的十字中心；
所述髋关节大腿杆的下端固定在大腿杆和大腿杆夹板的上端之间；大腿杆、大腿杆夹板与膝关节大腿杆均设置有腰形孔，膝关节大腿杆的上端连接在大腿杆和大腿杆夹板的下端之间，通过腰形孔调节大腿长度；髋关节一级二号球面连杆的下侧边通过髋关节一级传动连杆轴与髋关节大腿杆的下侧边配合连接形成转动副；髋关节一级传动连杆轴套固定嵌套在髋关节大腿杆外侧，同时嵌套在髋关节一级传动连杆轴与髋关节球面连杆二号对心轴外侧；髋关节一级二号球面连杆的下端与髋关节一级传动连杆的上端固定连接；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端均设置有腰形孔；髋关节一级传动连杆的下端与髋关节二级二号球面连杆的上端连接，通过腰形孔调节大腿长度；大腿倚靠板与髋关节大腿杆固定连接；大腿依靠板负责支撑人体大腿部分；
膝关节大腿杆的下端与膝关节小腿杆的上端通过膝关节主轴配合连接形成转动副；膝关节大腿杆的侧边与膝关节一号球面连杆的上端通过膝关节一号对心轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，刘承磊，戚开诚，刘旭升，刘秀莹，曹益，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12