一种异构式外骨骼机器人制造技术

一种异构式外骨骼机器人，它包含背部和两个腿部，背部与两个腿部转动连接；还包含可调跨部绑带和用于腋下支撑的可调上肢结构；每条腿部包含动力驱动结构、可伸缩腿、触地检测结构和柔性压力检测结构；所述柔性压力检测结构包含液压检测模块和液压传感器模组；所述动力驱动结构与所述背部转动连接；所述可伸缩腿的上端连接动力驱动结构的输出部；触地检测结构布置在所述可伸缩腿的下端；液压检测模块布置在触地检测结构上，并与布置在可伸缩腿上的液压传感器模组相连。本发明专利技术结构紧凑，减少人体自身重量，克服重力对人体行走带来的影响，通过液压方式实现步态检测，可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种异构式外骨骼机器人


[0001]本专利技术涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种异构式外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]目前，外骨骼机器人技术是当前机器人
的热门方向，而当前外骨骼机器人大都属于同构式，即外骨骼与人体通过多个捆绑进行刚性固定连接。由于人体与外骨骼存在结构差异，同构式常会导致外骨骼力作用关节与人体关节存在偏差。并且在大负重工况下，外骨骼机器人无法处于一个最佳的负重状态，且当前外骨骼机器人常采用电机直接驱动关节，导致关节自重较大，电机无法实现最大输出效率。还有很多负重外骨骼需要有电子足底检测，限制了活动，并且足底检测装置容易损坏，适应性差。更重要的是现有外骨骼机器人均无考虑人体自身重量对能量消耗的影响，在行走过程中，人体需要克服地面反作用力和重力，使身体保持稳定并前进，这个过程需要消耗能量，其中约60％的能量被用于克服重力。

技术实现思路

[0003]本专利技术为克服现有技术的不足，提供一种异构式外骨骼机器人。该外骨骼机器人克服了人体自身重量对行走影响以及同构式结构复杂，人体与机器人关节错位，电机力矩无法作用在人体关节等问题。
[0004]一种异构式外骨骼机器人包含背部和两个腿部，背部与两个腿部转动连接；
[0005]其特征在于：还包含可调跨部绑带和用于腋下支撑的可调上肢结构；
[0006]每条腿部包含动力驱动结构、可伸缩腿、触地检测结构和柔性压力检测结构；
[0007]所述柔性压力检测结构包含液压检测模块和液压传感器模组；
[0008]所述背部的两侧分别安装有可调上肢结构、两条可调跨部绑带和两条腿部；
[0009]所述动力驱动结构与所述背部转动连接，以实现所述可伸缩腿可前后摆动；
[0010]所述可伸缩腿的上端连接动力驱动结构的输出部，用于驱动可伸缩腿的竖直伸缩平移运动，以适应步态周期；
[0011]所述触地检测结构布置在所述可伸缩腿的下端，以辅助判断腿部的步态周期；
[0012]所述液压检测模块布置在触地检测结构上，并与布置在可伸缩腿上的液压传感器模组相连，柔性压力检测结构用于检测人体步态数据。
[0013]进一步地，所述动力驱动结构包含腿部基座、电机、腿部外壳、导轨组件、滑块组件、带轮一和带轮二；
[0014]导轨组件固定在腿部基座上，腿部基座可转动地设置在背部的侧部，电机固定在腿部基座上，带轮一固定在电机的输出轴上，带轮二可转动地设置在预紧滑块上，预紧滑块可滑动地设置在腿部基座的下部，预紧滑块与布置在腿部基座上的螺钉螺纹连接，带轮一通过皮带与带轮二传动连接，腿部外壳将带轮一和带轮二罩住，滑块组件可滑动地设置在导轨组件上，并固定在皮带上，可伸缩腿的上端固定在滑块组件上。
[0015]进一步地，每套可折叠上肢结构包含滑轨滑块组件、上肢旋转座、下传感器底座、伸缩杆、竖杆和上肢支撑件；下传感器底座安装在背部上，下传感器底座与上肢旋转座转动连接，伸缩杆的两端分别连接上肢旋转座和竖杆，竖杆的上端固定有上肢支撑件，滑轨滑块组件的滑轨安装在背部，下传感器底座与滑轨滑块组件的滑块连接。
[0016]进一步地，所述液压检测模块包含柔性软管和上下两层鞋垫，在上下两层鞋垫之间排布有被固定的柔性软管，柔性软管的一端封闭，另一端敞口，且所述另一端并引出与液压传感器模组相连，所述柔性软管内填充有不导电的硅油。
[0017]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0018]一、本专利技术基于二力杆的原理的连杆伸缩方式实现外骨骼负重作业的同时可减少人体的重量。通过胯部可调柔性绑带和可折叠上肢结构实现对人体重量的减少，极大减少了人体在运动中克服重力消耗的能量，形如太空漫步一般轻松。
[0019]二、设计的柔性足底检测装置，可实时检测人体步态信息，足底表面所受压力值，相较于电子检测其具有结构紧凑、重量轻、可靠性高，成本低，精度高、易穿戴的优势。对于外骨骼工作环境复杂性的要求有极强的适应能力。
[0020]三、相对于同构式外骨骼机器人，异构式外骨骼机器人减少了由于外骨骼捆绑导致关节错位问题，极大提高了人体运动的舒适性，减少人体额外的能量消耗，并且伸缩杆式的外骨骼对不同身高的人适应性更强，通过力反馈控制策略可实现自适应腿部长度，更加智能化。
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0022]图1为从正面看的本专利技术的异构式外骨骼机器人的示意图；
[0023]图2为从背面看的本专利技术的异构式外骨骼机器人的示意图；
[0024]图3为腿部的示意图；
[0025]图4为背部及可折叠上肢结构的示意图；
[0026]图5为可折叠上肢结构的示意图；
[0027]图6为触地检测结构的示意图；
[0028]图7为背部与腿部相连接的示意图；
[0029]图8为传感器及控制器布置示意图；
[0030]图9为刚性足底布置示意图；
[0031]图10为液压检测模块一种布置方式的示意图；
[0032]图11为液压检测模块另一种布置方式的示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0034]结合图1、图2及图10说明，一种异构式外骨骼机器人包含背部A和两个腿部B，背部A与两个腿部B转动连接；还包含可调跨部绑带27和用于腋下支撑的可折叠上肢结构3；
[0035]每条腿部B包含动力驱动结构B1、可伸缩腿B2、触地检测结构B3和柔性压力检测结构B4；
[0036]所述柔性压力检测结构B4包含液压检测模块47和液压传感器模组57；
[0037]所述背部A的两侧分别安装有可调上肢结构3、两条可调跨部绑带27和两条腿部F；
[0038]所述动力驱动结构B1与所述背部A转动连接，以实现所述可伸缩腿B2可前后摆动；
[0039]所述可伸缩腿B2的上端连接动力驱动结构B1的输出部，所述动力驱动结构B1接收布置于背部A上的主控器执行指令，用于驱动可伸缩腿B2的竖直伸缩平移运动，以适应步态周期；
[0040]所述触地检测结构B3布置在所述可伸缩腿B2的下端，以辅助判断腿部F的步态周期；
[0041]所述液压检测模块47布置在触地检测结构B3上，并与布置在可伸缩腿B2上的液压传感器模组57相连，柔性压力检测结构B4用于检测人体步态数据，并将步态数据传输于主控器。
[0042]本实施方式的方案不仅可以减少负载重量，还可以通过可调胯部绑带27和腋下支撑人体的可折叠上肢结构3减少人体自身重量，克服重力对人体行走带来的影响，如同在太空中行走，减少人体能量消耗。然后还有柔性压力检测结构B4，通过液压方式实现步态检测，可靠性高。动力驱动结构B1可自适应人体腿部长度，不需要手动调节。
[0043]设计的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构式外骨骼机器人，包含背部(A)和两个腿部(B)，背部(A)与两个腿部(B)转动连接；其特征在于：还包含可调跨部绑带(27)和用于腋下支撑的可调上肢结构(3)；每条腿部(B)包含动力驱动结构(B1)、可伸缩腿(B2)、触地检测结构(B3)和柔性压力检测结构(B4)；所述柔性压力检测结构(B4)包含液压检测模块(47)和液压传感器模组(57)；所述背部(A)的两侧分别安装有可调上肢结构(3)、两条可调跨部绑带(27)和两条腿部(F)；所述动力驱动结构(B1)与所述背部(A)转动连接，以实现所述可伸缩腿(B2)可前后摆动；所述可伸缩腿(B2)的上端连接动力驱动结构(B1)的输出部，用于驱动可伸缩腿(B2)的竖直伸缩平移运动，以适应步态周期；所述触地检测结构(B3)布置在所述可伸缩腿(B2)的下端，以辅助判断腿部(F)的步态周期；所述液压检测模块(47)布置在触地检测结构(B3)上，并与布置在可伸缩腿(B2)上的液压传感器模组(57)相连，柔性压力检测结构(B4)用于检测人体步态数据。2.根据权利要求1所述一种异构式外骨骼机器人，其特征在于：所述可伸缩腿(B2)包含伸缩杆一(34)和伸缩杆二(36)；伸缩杆一(34)的上端与驱动结构(B1)的输出部固接，伸缩杆一(34)的下端与伸缩杆二(36)的上端固接，伸缩杆二(36)的下端与触地检测结构(B3)连接。3.根据权利要求1所述一种异构式外骨骼机器人，其特征在于：所述动力驱动结构(B1)包含腿部基座(30)、电机(38)、腿部外壳(31)、导轨组件(32)、滑块组件(33)、带轮一(39)、带轮二(41)和预紧滑块(40
‑
2)；导轨组件(32)固定在腿部基座(30)上，腿部基座(30)可转动地设置在背部(A)的侧部，电机(38)固定在腿部基座(30)上，带轮一(39)固定在电机(38)的输出轴上，带轮二(41)可转动地设置在预紧滑块(40
‑
2)上，预紧滑块(40
‑
2)可滑动地设置在腿部基座(30)的下部，预紧滑块(40
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2)与布置在腿部基座(30)上的螺钉(40
‑
1)螺纹连接，带轮一(39)通过皮带与带轮二(41)传动连接，腿部外壳(31)固定在腿部基座(30)上并将带轮一(39)和带轮二(41)罩住，滑块组件(33)可滑动地设置在导轨组件(32)上，并固定在皮带上，可伸缩腿(B2)的上端固定在滑块组件(33)上。4.根据权利要求1所述一种异构式外骨骼机器人，其特征在于：每套可折叠上肢结构(3)包含滑轨滑块组件(14)、上肢旋转座(16)、下传感器底座(17)、伸缩杆(18)、竖杆(20)和上肢支撑件(21)；下传感器底座(17)安装在背部(A)上，下传感器底座(17)与上肢旋转座(16)转动连接，伸缩杆(18)的两端分别连接上肢旋转座(16)和竖杆(20)，竖杆(20)的上端固定有上肢支撑件(21)，滑轨滑块组件(14)的滑轨安装在背部(A)，下传感器底座(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱延河，巨浩天，李洪武，荆泓玮，郭淞豪，张清华，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：