一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术提供的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，涉及机器人领域，包括背部支撑装置、连接于背部支撑装置下端的髋关节、连接于髋关节的髋关节驱动模块、上端连接于髋关节驱动模块的大腿部、小腿部、在小腿部下端依次连接的踝关节和足底装置、设置在大腿部上、可调节连接于小腿部的膝关节驱动模块，以及控制模块；其中，大腿部设置有膝关节内侧装置，小腿部设置有膝关节外侧装置，膝关节内侧装置连接于膝关节外侧装置构成膝关节；控制模块通过控制膝关节驱动模块助力下肢，通过弹性元件的形变在提供有效的支撑及助力下不影响膝关节活动，实现行走助力。实现行走助力。实现行走助力。

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人


[0001]本专利技术涉及机器人领域，具体涉及一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为操作者提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本专利技术涉及一种可穿戴的下肢负重助力外骨骼，当人体负重行走时提供支持和助力，类似结构在US13139933专利里也有所提及。
[0003]当人体处于背负重物状态，尤其是在背负重物长时间行走时，其身体肌肉和骨骼容易疲劳和损伤。长期处于这样的状态下容易引肌肉骨骼疾病。
[0004]US15349602专利描述了一种用于支撑人体的无动力负重外骨骼结构，该结构由仿生脊柱、腰部、腿部和足部组成，无外部驱动或弹储能装置。仿生脊柱通过机械结构与绑缚与人体的固定，仿生脊柱背负重物，腰部用于连接仿生脊柱和腿部，腿部结构通过绑缚固定在大腿上，当身体背负重物时，有外骨骼承担负载重量，减轻重物对人体造成的伤害。然而该外骨骼并未安装驱动结构，故无法在行走中提供有效的助力及支撑。
[0005]US15339293和US13639984专利中也描述了类似的结构，但两者同样无法在行走中提供有效的助力及支撑。
[0006]US14634403专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其通过安放在背部的电机带动钢绳来驱动三铰链结构的膝关节，实现膝关节、髋关节的屈伸和屈曲运动。但因膝关节结构较为主被动混合式，无法在背负重物时提供有效助力。
[0007]US15604891专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其中膝关有多个片状结构铰链组成，并由电机驱动，同样的该膝关节结构较为复杂，在背负重物时膝关节容易出现铰链无法闭合情况，无法提供有效助力。
[0008]CN201811252375.1公开了一种膝关节主动助力的负重外骨骼，通过背部驱动电机驱动绳索，在人体膝关节伸时提供主动助力，为人体提供额外的扭矩，辅助人体行走。但该外骨骼无法将有效将重量传递至地面。
[0009]CN201920639613.8公开了一种髋关节、膝关节助力外骨骼，通过电机驱动滚珠丝结构实现髋关节、膝关节助力，辅助人体行走。同时该外骨骼会影响膝关节自由运动，容易使人体失去平衡。

技术实现思路

[0010]本专利技术目的在于提供一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，以精简轻便的结构，可贴合地穿戴于不同体形用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力，并能够在提供有效的支撑及助力等情况下不影响膝关节。
[0011]为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、两个膝关节驱动模块、两个大腿部、两个小腿部、两个踝关节、两个足底装置和控制模块：
[0012]所述背部支撑装置下端连接于髋关节，所述髋关节驱动模块驱动连接于髋关节；所述大腿部上端连接于髋关节驱动模块，其内设置有膝关节内侧装置；所述小腿部下端依次连接于踝关节和足底装置，其内设置有膝关节外侧装置；所述膝关节内侧装置连接于膝关节外侧装置构成膝关节；所述膝关节驱动模块设置在大腿部上，可调节连接于小腿部；
[0013]所述控制模块分别连接于髋关节驱动模块和膝关节驱动模块，通过控制膝关节驱动模块调节小腿部，实现行走助力。
[0014]进一步的，所述背部支撑装置包括支撑模块、一体式背带、一体化腰垫和髋连接件；所述支撑模块沿竖直方向布置，其底部经第一连接部连接于髋连接件；所述一体式背带固连于支撑模块，所述一体化腰垫固连于髋连接件，并且一体式背带和一体化腰垫同侧布置；
[0015]所述支撑模块包括内支撑杆、外支撑杆、第一尺寸调节模块和背包支架；所述内支撑杆插设于外支撑杆中，所述第一尺寸调节模块固连外支撑杆和内支撑杆，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆和内支撑杆的固定位置调节支撑模块沿竖直方向的长度；所述背包支架对应固连于所述一体式背带。
[0016]进一步的，定义人体的前后左右方向为所述下肢负重助力外骨骼机器人的前后左右方向；
[0017]所述髋关节连接于髋连接件，包括对称设置在髋连接件左右侧的两根腰杆、两个腰深调节单元、两个第二连接部和若干第二尺寸调节模块；
[0018]所述腰杆靠近髋连接件的端部插设于髋连接件，所述髋连接件与两根腰杆连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与髋连接件固定的相对位置，进而调节腰杆与髋连接件围成的腰部宽度；
[0019]所述腰深调节单元包括腰深调节块和旋转块；所述腰深调节块一端插设于腰杆远离髋连接件的端部，另一端经圆柱销连接于所述旋转块；所述旋转块底部经第二连接部连接于髋关节驱动模块；所述两根腰杆上与腰深调节块的连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与腰深调节块固定的相对位置，进而调节腰杆与腰深调节块围成的腰部深度。
[0020]进一步的，所述髋关节驱动模块包括自内向外依次连接的电机内壳、第一电机架和电机架外罩，以及连接设置在所述第一电机架和电机架外罩之间的第一驱动电机，所述第一驱动电机靠近电机内壳的一侧转动连接于第二连接部。
[0021]进一步的，所述两个大腿部沿左右方向对称设置，均还包括大腿外壳、大腿内壳、大腿杆、大腿绑缚板和两个第三尺寸调节模块；所述大腿杆竖向设置，其上端插接于第一电机架、下端铰接于膝关节内侧装置，并且大腿杆与第一电机架的连接处设置有一第三尺寸调节模块，该第三尺寸调节模块用于调节大腿杆与第一电机架固定的相对位置，进而调节大腿部沿竖直方向的长度；所述大腿绑缚板设置在大腿杆靠近人体侧，用于与人体的大腿部绑缚连接；
[0022]所述大腿内壳固接于大腿杆，大腿外壳扣合连接于大腿内壳，并且大腿内壳与大
腿外壳之间形成一安装腔室；所述膝关节驱动模块设置在所述安装腔室内；
[0023]所述两个小腿部沿左右方向对称设置，均还包括小腿插槽、小腿杆、小腿上外壳、小腿上内壳、小腿下外壳、小腿下内壳、小腿绑缚板和两个第四尺寸调节模块；所述小腿插槽上端铰接于膝关节外侧装置，所述小腿杆自小腿插槽底端插接于小腿插槽，并且小腿杆与小腿插槽的连接处设置有一第四尺寸调节模块，该第四尺寸调节模块用于调节小腿杆与小腿插槽固定的相对位置，进而调节小腿部沿竖直方向的长度；所述小腿绑缚板设置在膝关节外侧装置及小腿插槽靠近人体侧，用于与人体的小腿部绑缚连接；
[0024]所述小腿上外壳、小腿上内壳扣合设置在所述膝关节外侧装置外侧，并分别连接于所述膝关节外侧装置；所述小腿下外壳分别固连于小腿杆和小腿下内壳，并且小腿下外壳与小腿下内壳连接后罩设在所述小腿杆外侧。
[0025]进一步的，所述膝关节内侧装置靠近小腿部的下端设置为弧形过渡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、两个膝关节驱动模块、两个大腿部、两个小腿部、两个踝关节、两个足底装置和控制模块：所述背部支撑装置下端连接于髋关节，所述髋关节驱动模块驱动连接于髋关节；所述大腿部上端连接于髋关节驱动模块，其内设置有膝关节内侧装置；所述小腿部下端依次连接于踝关节和足底装置，其内设置有膝关节外侧装置；所述膝关节内侧装置连接于膝关节外侧装置构成膝关节；所述膝关节驱动模块设置在大腿部上，可调节连接于小腿部；所述控制模块分别连接于髋关节驱动模块和膝关节驱动模块，通过控制膝关节驱动模块调节小腿部，实现行走助力。2.根据权利要求1所述的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，所述背部支撑装置包括支撑模块、一体式背带、一体化腰垫和髋连接件；所述支撑模块沿竖直方向布置，其底部经第一连接部连接于髋连接件；所述一体式背带固连于支撑模块，所述一体化腰垫固连于髋连接件，并且一体式背带和一体化腰垫同侧布置；所述支撑模块包括内支撑杆、外支撑杆、第一尺寸调节模块和背包支架；所述内支撑杆插设于外支撑杆中，所述第一尺寸调节模块固连外支撑杆和内支撑杆，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆和内支撑杆的固定位置调节支撑模块沿竖直方向的长度；所述背包支架对应固连于所述一体式背带。3.根据权利要求2所述的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，定义人体的前后左右方向为所述下肢负重助力外骨骼机器人的前后左右方向；所述髋关节连接于髋连接件，包括对称设置在髋连接件左右侧的两根腰杆、两个腰深调节单元、两个第二连接部和若干第二尺寸调节模块；所述腰杆靠近髋连接件的端部插设于髋连接件，所述髋连接件与两根腰杆连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与髋连接件固定的相对位置，进而调节腰杆与髋连接件围成的腰部宽度；所述腰深调节单元包括腰深调节块和旋转块；所述腰深调节块一端插设于腰杆远离髋连接件的端部，另一端经圆柱销连接于所述旋转块；所述旋转块底部经第二连接部连接于髋关节驱动模块；所述两根腰杆上与腰深调节块的连接处分别设置有一第二尺寸调节模块，该第二尺寸调节模块用于调节腰杆与腰深调节块固定的相对位置，进而调节腰杆与腰深调节块围成的腰部深度。4.根据权利要求3所述的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节驱动模块包括自内向外依次连接的电机内壳、第一电机架和电机架外罩，以及连接设置在所述第一电机架和电机架外罩之间的第一驱动电机，所述第一驱动电机靠近电机内壳的一侧转动连接于第二连接部。5.根据权利要求4所述的穿戴式髋膝主动驱动的下肢负重助力外骨骼机器人，其特征在于，所述两个大腿部沿左右方向对称设置，均还包括大腿外壳、大腿内壳、大腿杆、大腿绑缚板和两个第三尺寸调节模块；所述大腿杆竖向设置，其上端插接于第一电机架、下端铰接于膝关节内侧装置，并且大腿杆与第一电机架的连接处设置有一第三尺寸调节模块，该第三尺寸调节模块用于调节大腿杆与第一电机架固定的相对位置，进而调节大腿部沿竖直方向的长度；所述大腿绑缚板设置在大腿杆靠近人体侧，用于与人体的大腿部绑缚连接；
所述大腿内壳固接于大腿杆，大腿外壳扣合连接于大腿内壳，并且大腿内壳与大腿外壳之间形成一安装腔室；所述膝关节驱动模块设置在所述安装腔室内；所述两个小腿部沿左右方向对称设置，均还包括小腿插槽、小腿杆、小腿上外壳、小腿上内壳、小腿下外壳、小腿下内壳、小腿绑缚板和两个第四尺寸调节模块；所述小腿插槽上端铰接于膝关节外侧装置，所述小腿杆自小腿插槽底端插接于小腿插槽，并且小腿杆与小腿插槽的连接处设置有一第四尺寸调节模块，该第四尺寸调节模块用于调节小腿杆与小腿插槽固定的相对位置，进而调节小腿部沿竖直方向的长度；所述小腿绑缚板设置在膝关节外侧装置及小腿插槽靠近人体侧，用于与人体的小腿部绑缚连接；所述小腿上外壳、小腿上内壳扣合设置在所述膝关节外侧装置外侧，并分别连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，林西川，张海峰，
申请(专利权)人：迈宝智能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：