【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗康复助力器械，尤其涉及一种套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人。
技术介绍
1、近几年来，外骨骼机器人成为了医疗康复领域的研究热点，可以辅助患者进行运动，增强人体机能，减轻医生压力，提高康复效率和效果，提升患者生活质量。
2、外骨骼是一种穿戴于人体肢体或躯干外部，与人体协同运动，为人体提供支撑并且辅助肢体运动，全面提升人体机能的人机交互式机器人系统。传统的刚性外骨骼通常采用大量金属刚性结构，虽然有良好的助力效果和运动精度，但刚性外骨骼惯性大，干扰步态，机械关节与人体关节错位等问题影响其应用与发展。
3、在专利公开号为cn110053019a的专利技术专利申请中，公开了一种膝关节外骨骼助力机构，由背包式驱动机构、大腿外骨骼、小腿外骨骼、套索组成，利用电机带动绕线盘转动实现对膝关节的伸展和弯曲进行助力。但由于是一个电机驱动一个关节的一个运动，使得驱动装置重量较大，便携性效果比较差。
4、在专利公开号为cn113681539 a的专利技术专利中，公开了一种对跖屈运动和髋屈运动助力下肢外骨骼。根据动态改变辅助力加载路径的需求，设计了自动绕线器，基于双向驱动器和自动绕线器的特点，实现了一个电机对多个关节运动进行助力。减少了电机的数量，但主动绕线器的加入使得外骨骼的总重量基本没有降低。而且由于一个电机对多关节助力的原因，使得自动绕线器的开合控制较为复杂。
5、在专利公开号为cn 213157438 u的技术专利中，公开了一种基于鲍登线传动的踝关节助力外骨骼，助力器的设计原理基
6、因此，针对上述存在的一些技术问题，需要设计出一种助力下肢多关节、满足人体运动学特征的柔性下肢多关节外骨骼机器人，克服传统刚性外骨骼和上述柔性外骨骼存在的缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，能够满足人体运动学特性，解决了现有技术中存在的问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，包括外骨骼服、柔顺驱动装置、套索机构和小腿后侧机械离合器装置；
4、所述柔顺驱动装置包括双向绕线盘、串联弹性单元、套索预紧螺栓、减速器、电机和驱动装置；所述套索机构包括套管、套索、套管固定装置、套索固定装置和套索换向装置，所述套索穿设于套管内；所述柔顺驱动装置牵动套索实现对外骨骼服内人体下肢关节活动的助力。
5、进一步地，所述套索直径为1.2mm、套管外径为4mm；双向绕线盘内径10mm，外径80mm，厚度13mm，材料选用铝合金，侧面开有安放套索的固定槽。串联弹性单元内径15mm，外径80mm，厚6mm，串联弹性单元内圈与外圈都开有直径为3mm的孔用于连接，采用高屈服强度的马氏体时效钢300作为串联弹性单元的材料。各支架、支撑架的材料选用铝合金，为了便于各部分之间的连接，各支架开有直径3mm的光孔。
6、进一步地，所述驱动装置为电机控制器。
7、进一步地，所述外骨骼服包括腰带模块、大腿模块、小腿模块、脚踝模块以及在各模块之间起连接和传递力作用的模块间传力带。
8、进一步地，在腰带模块前侧、大腿模块前侧、大和小腿模块的左右两侧均设有尼龙搭扣。各模块采用柔性高强度的尼龙、棉纶材料作为基底。各模块背面缝制魔术贴与外骨骼服内衬连接，正面基底上缝制“v”型与倒“a”型尼龙织带。
9、进一步地，在腰带模块、大腿模块、小腿模块两侧设有魔术贴；脚踝模块采用尼龙织带与尼龙搭扣结合。为了便于脚踝模块与套索固定装置的连接，在脚踝模块的后侧开有小孔。
10、进一步地，各个模块通过两侧的弹性魔术贴与背面的魔术贴，固定在外骨骼服内衬基底对应的位置上。
11、进一步地，模块间传力带为垂直尼龙带。
12、进一步地，所述柔顺驱动装置设于腰带模块后侧，包括对称设置的两组，在各双向绕线盘的两线槽内环绕设置两套索；所述腰带模块包括腰部后内衬和与腰部后内衬两侧相连的腰部前绑带，在腰部后内衬后侧设置腰部调直板，在腰部调直板后侧设置腰部固定板，在腰部固定板上支撑设置电机支撑架，在腰部固定板上方的腰部后内衬上支撑设置驱动装置支架，所述减速器、电机经电机支撑架固定，所述驱动装置经驱动装置支架固定；在腰部固定板两侧设置套索导向板，在套索导向板上设置套索预紧螺栓固定支架，所述套索预紧螺栓经套索预紧螺栓固定支架固定。
13、进一步地，所述腰部固定板包括腰部左固定板和腰部右固定板。
14、进一步地，通过电机正反转，带动双绕线盘转动，实现下肢外骨骼对左右腿相同关节同一运动进行助力。
15、进一步地，在套索预紧螺栓固定支架安装预紧螺栓，通过拧紧或放松预紧螺栓来调节驱动套索的松紧，从而可以为系统提供预紧力，调节套索传动系统进入张紧状态。
16、进一步地，承载驱动装置的驱动装置支架底板采用碳纤维板，可以在保证强度和刚度足够的前提下，大大减轻装置的重量，提升该装置的便携性和穿戴体验。
17、进一步地，所述套管固定装置设于所述大腿模块后侧，所述套索固定装置包括设于大腿模块后侧的第一套索固定装置、设于小腿模块后侧的第二套索固定装置和设于脚踝模块后侧的第三套索固定装置；所述套索换向装置设于所述大腿模块后侧；
18、所述套索包括右髋套索、左髋套索、右膝套索、左膝套索、离合器套索和鞋连接套索。
19、进一步地，在套管固定装置上设置用于包覆右髋套索上部和左髋套索上部的第一套管和用于包覆右膝套索上部和左膝套索上部的第二套管；各套管底端经套管固定装置固定，各套管顶端与套索导向板底端相连。
20、进一步地，所述右髋套索、左髋套索设于一侧的双向绕线盘上；所述右膝套索、左膝套索设于另一侧的双向绕线盘上。
21、进一步地，所述套管固定装置为带阶梯孔的套管固定支架，所述阶梯孔用于固定套管以及供大腿模块后侧与小腿模块后侧的套索穿过。
22、进一步地，所述套索换向装置包括髋关节换向机构和膝关节换向机构。
23、进一步地，在髋关节换向机构、膝关节换向机构的上方和下方均设有惯性测量单元imu模块，用于实时测量髋关节伸展角度和膝关节弯曲角度。
24、进一步地，在减速器的输出轴上设置用于测量角位移的角位移传感器，在角位移传感器外侧套接所述双向绕线盘和串联弹性单元；所述双向绕线单元经螺栓与串联弹性单元连接，所述串联弹性单元经法兰连接于减速器输出轴外侧；在套索与套索固定装置之间设有拉力传感器，用于测量驱动装置产生的力。
25、进一步地，第一套管固定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，包括外骨骼服、柔顺驱动装置、套索机构和小腿后侧机械离合器装置；
2.根据权利要求1所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼服包括腰带模块、大腿模块、小腿模块、脚踝模块以及在各模块之间起连接和传递力作用的模块间传力带。
3.根据权利要求2所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述柔顺驱动装置设于腰带模块后侧，包括对称设置的两组，在各双向绕线盘的两线槽内环绕设置两套索；所述腰带模块包括腰部后内衬和与腰部后内衬两侧相连的腰部前绑带，在腰部后内衬后侧设置腰部调直板，在腰部调直板后侧设置腰部固定板，在腰部固定板上支撑设置电机支撑架，在腰部固定板上方的腰部后内衬上支撑设置驱动装置支架，所述减速器、电机经电机支撑架固定，所述驱动装置经驱动装置支架固定；在腰部固定板两侧设置套索导向板，在套索导向板上设置套索预紧螺栓固定支架，所述套索预紧螺栓经套索预紧螺栓固定支架固定。
4.根据权利要求3所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述套管固定装置设
5.根据权利要求4所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，在套管固定装置上设置用于包覆右髋套索上部和左髋套索上部的第一套管和用于包覆右膝套索上部和左膝套索上部的第二套管；各套管底端经套管固定装置固定，各套管顶端与套索导向板底端相连。
6.根据权利要求4所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述右髋套索、左髋套索设于一侧的双向绕线盘上；所述右膝套索、左膝套索设于另一侧的双向绕线盘上。
7.根据权利要求4所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述套管固定装置为带阶梯孔的套管固定支架，所述阶梯孔用于固定套管以及供大腿模块后侧与小腿模块后侧的套索穿过。
8.根据权利要求4所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述套索换向装置包括髋关节换向机构和膝关节换向机构。
9.根据权利要求1所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，在减速器的输出轴上设置用于测量角位移的角位移传感器，在角位移传感器外侧套接所述双向绕线盘和串联弹性单元；所述双向绕线单元经螺栓与串联弹性单元连接，所述串联弹性单元经法兰连接于减速器输出轴外侧；在套索与套索固定装置之间设有拉力传感器，用于测量驱动装置产生的力。
10.根据权利要求1所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿后侧机械离合器装置包括离合器底板、棘爪、棘轮、离合器螺栓、离合器绕线盘、离合器套索、扭簧、棘轮转动轴和转轴固定封口。
...【技术特征摘要】
1.一种套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，包括外骨骼服、柔顺驱动装置、套索机构和小腿后侧机械离合器装置；
2.根据权利要求1所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼服包括腰带模块、大腿模块、小腿模块、脚踝模块以及在各模块之间起连接和传递力作用的模块间传力带。
3.根据权利要求2所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述柔顺驱动装置设于腰带模块后侧，包括对称设置的两组，在各双向绕线盘的两线槽内环绕设置两套索；所述腰带模块包括腰部后内衬和与腰部后内衬两侧相连的腰部前绑带，在腰部后内衬后侧设置腰部调直板，在腰部调直板后侧设置腰部固定板，在腰部固定板上支撑设置电机支撑架，在腰部固定板上方的腰部后内衬上支撑设置驱动装置支架，所述减速器、电机经电机支撑架固定，所述驱动装置经驱动装置支架固定；在腰部固定板两侧设置套索导向板，在套索导向板上设置套索预紧螺栓固定支架，所述套索预紧螺栓经套索预紧螺栓固定支架固定。
4.根据权利要求3所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特征在于，所述套管固定装置设于所述大腿模块后侧，所述套索固定装置包括设于大腿模块后侧的第一套索固定装置、设于小腿模块后侧的第二套索固定装置和设于脚踝模块后侧的第三套索固定装置；所述套索换向装置设于所述大腿模块后侧；
5.根据权利要求4所述的套索柔顺驱动的下肢多关节外骨骼机器人，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨明星，杨越，周涛，谢能刚，王璐，汪红亮，李健，
申请(专利权)人：马鞍山市人民医院，
类型：发明
国别省市：
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