【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外骨骼机器人，具体涉及一种轻型下肢外骨骼机器人。
技术介绍
1、近年来，外骨骼机器人持续成为国内外的研究热点，其中下肢外骨骼可以增强老年人的行走能力，在医疗保健专业人员帮助下辅助下肢运动能力受损的患者进行步态、蹲起及上下楼梯等动作的康复训练。在工业物流领域，下肢外骨骼可以对从事高频次往复搬运工作的工人的腰肌进行保护，在工业流水线作业中，下肢外骨骼可以辅助工人完成长时间装配姿势保持，减缓肌肉酸痛。因此下肢外骨骼在医疗、工业等领域有着广阔前景。
2、传统的外骨骼机器人例如申请号为“202211390016.9”的中国专利技术专利公开的一种康复型四驱下肢外骨骼助力行走装置。又如申请号为“201720316461.9”的中国技术专利公开的一种全下肢外骨骼。均存在灵活性低、关节自由度配置不合理的问题，特别是踝关节和足部组件之间只有一个自由度，踝关节的灵活度受到限制，无法完全模拟人体踝关节的自然运动，导致外骨骼的人机协调性不好，无法贴合用户实际的运动。
技术实现思路
1、(一)本专利技术所要解决的问题是：传统的外骨骼机器人中的踝关节和足部组件之间只有一个自由度，踝关节的灵活度受到限制，无法完全模拟人体踝关节的自然运动，导致外骨骼的人机协调性不好，无法贴合用户实际的运动。
2、(二)技术方案
3、一种轻型下肢外骨骼机器人，包括依次相连的背部组件、腰部组件、髋关节组件、大腿组件、小腿组件、踝关节组件和足部组件；其中：
4、所述踝关节组件
5、所述屈伸运动机构与所述小腿组件的底端可绕第一转轴转动连接，所述内外旋运动机构与所述屈伸运动机构可绕第二转轴转动连接，所述内外旋运动机构与所述足部组件可绕第三转轴转动连接；所述第一转轴的轴线垂直于人体矢状面，所述第二转轴的轴线垂直于人体横断面，所述第三转轴的轴线垂直于人体冠状面。
6、根据本专利技术的一个实施例，所述髋关节组件包括髋关节连接板、髋关节连杆和关节电机一；
7、所述髋关节连杆的一端与所述腰部组件可绕第四转轴转动连接，所述髋关节连杆另一端与所述髋关节连接板可绕第五转轴转动连接；
8、所述第四转轴的轴线沿所述背部组件的前后方向延伸，所述第五转轴的轴线沿所述大腿组件的延伸方向延伸；
9、所述关节电机一安装在所述大腿组件的顶端，所述髋关节连接板与所述关节电机一的输出端固定连接，所述关节电机一的输出端的轴线沿腿的内侧外侧的排列方向延伸。
10、根据本专利技术的一个实施例，所述屈伸运动机构包括踝关节背屈跖屈转接件，所述第一转轴安装在所述踝关节背屈跖屈转接件中，所述小腿组件的底部设有轴套一，所述轴套一与所述第一转轴转动连接。
11、根据本专利技术的一个实施例，所述内外旋运动机构包括相连接的板体和轴套二，所述板体的顶端与踝关节背屈跖屈转接件之间通过所述第二转轴转动连接，所述轴套与所述足部组件之间通过所述第三转轴转动连接。
12、根据本专利技术的一个实施例，所述大腿组件包括大腿外杆和大腿内杆，所述大腿外杆的顶端与所述关节电机一的外壳相连接，所述大腿内杆套设于所述大腿外杆的内部，所述大腿内杆的底端与所述小腿组件的顶端固定连接，所述大腿内杆伸入到所述大腿外杆中的长度可调。
13、根据本专利技术的一个实施例，所述小腿组件包括关节电机二、关节电机二输出连杆、小腿外杆和小腿内杆，所述大腿内杆的底端固定于所述关节电机二的外壳上，所述关节电机二的输出端与所述关节电机二输出连杆相连接，所述小腿外杆的顶端与所述关节电机二输出连杆固定连接，所述小腿内杆套设于所述小腿外杆的内部，且所述小腿内杆伸入到所述小腿外杆中的长度可调，所述小腿内杆的底端与所述屈伸运动机构通过所述第一转轴转动连接。
14、根据本专利技术的一个实施例，所述腰部组件包括腰部三角架和腰部连接件；
15、所述腰部连接件的底端固定于所述腰部三角架上，所述腰部连接件与所述背部组件固定连接，所述髋关节连杆的一端与腰部三角架之间通过所述第四转轴转动连接。
16、根据本专利技术的一个实施例，所述腰部组件包括负载支撑板，所述负载支撑板折叠安装在所述腰部三角架上，所述负载支撑板用于负载重物。
17、根据本专利技术的一个实施例，所述大腿组件的内侧和所述小腿组件的内侧安装有至少一个绑缚。
18、根据本专利技术的一个实施例，所述背部组件上安装有控制主板，所述大腿组件上安装至少有一个有大腿传感器，所述小腿组件上安装至少有一个小腿传感器，所述大腿传感器和所述小腿传感器均与所述控制主板信号连接。
19、本专利技术的有益效果：
20、本专利技术提供的一种轻型下肢外骨骼机器人，包括依次相连的背部组件、腰部组件、髋关节组件、大腿组件、小腿组件、踝关节组件和足部组件；其中：踝关节组件包括屈伸运动机构、内外旋运动机构，其中；屈伸运动机构与小腿组件的底端可绕第一转轴转动连接，内外旋运动机构与屈伸运动机构可绕第二转轴转动连接，内外旋运动机构与足部组件可绕第三转轴转动连接；第一转轴的轴线垂直于人体矢状面，第二转轴的轴线垂直于人体横断面，第三转轴的轴线垂直于人体冠状面。
21、在本实施例中，踝关节组件具有三个自由度，其中，屈伸运动机构和小腿组件可绕第一转轴转动，而第一转轴的轴线垂直于人体矢状面，以使得踝关节组件可做背屈跖屈运动。而内外旋运动机构与屈伸运动机构可绕第二转轴转动连接，第二转轴的轴线垂直于人体横断面，以使得踝关节组件可做内旋和外旋运动。内外旋运动机构与足部组件可绕第三转轴转动连接，第三转轴的轴线垂直于人体冠状面，以使得踝关节组件能做内收外展运动。
22、相较于传统下肢外骨骼中的踝关节只具备一个自由度，本轻型下肢外骨骼机器人的踝关节组件具备三个自由度，使得踝关节组件可实现内旋外旋、背屈跖屈和内收外展运动，从而提高了踝关节的运动灵活度，可模拟出人体踝关节的自然运动，提高了人机运动协调性和舒适性。
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1.一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括依次相连的背部组件(1)、腰部组件(2)、髋关节组件、大腿组件(3)、小腿组件(4)、踝关节组件(5)和足部组件；其中：
2.根据权利要求1所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节组件包括髋关节连接板(20)、髋关节连杆(19)和关节电机一(28)；
3.根据权利要求1所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述屈伸运动机构包括踝关节背屈跖屈转接件(46)，所述第一转轴安装在所述踝关节背屈跖屈转接件(46)中，所述小腿组件(4)的底部设有轴套一，所述轴套一与所述第一转轴转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述内外旋运动机构包括相连接的板体和轴套二，所述板体的顶端与踝关节背屈跖屈转接件(46)之间通过所述第二转轴转动连接，所述轴套与所述足部组件之间通过所述第三转轴转动连接。
5.根据权利要求2所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿组件(3)包括大腿外杆(25)和大腿内杆(26)，所述大腿外杆(25)的顶端与所述关节电机一
6.根据权利要求5所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿组件(4)包括关节电机二(28)、关节电机二输出连杆(43)、小腿外杆(40)和小腿内杆(44)，所述大腿内杆(26)的底端固定于所述关节电机二(28)的外壳上，所述关节电机二(28)的输出端与所述关节电机二输出连杆(43)相连接，所述小腿外杆(40)的顶端与所述关节电机二输出连杆(43)固定连接，所述小腿内杆(44)套设于所述小腿外杆(40)的内部，且所述小腿内杆(44)伸入到所述小腿外杆(40)中的长度可调，所述小腿内杆(44)的底端与所述屈伸运动机构通过所述第一转轴转动连接。
7.根据权利要求2所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部组件(2)包括腰部三角架(16)和腰部连接件(15)；
8.根据权利要求7所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部组件(2)包括负载支撑板(18)，所述负载支撑板(18)折叠安装在所述腰部三角架(16)上，所述负载支撑板(18)用于负载重物。
9.根据权利要求1所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿组件(3)的内侧和所述小腿组件(4)的内侧安装有至少一个绑缚。
10.根据权利要求1-9中任一所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述背部组件(1)上安装有控制主板(14)，所述大腿组件(3)上安装至少有一个有大腿传感器(30)，所述小腿组件(4)上安装至少有一个小腿传感器(39)，所述大腿传感器(30)和所述小腿传感器(39)均与所述控制主板(14)信号连接。
...【技术特征摘要】
1.一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，包括依次相连的背部组件(1)、腰部组件(2)、髋关节组件、大腿组件(3)、小腿组件(4)、踝关节组件(5)和足部组件；其中：
2.根据权利要求1所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节组件包括髋关节连接板(20)、髋关节连杆(19)和关节电机一(28)；
3.根据权利要求1所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述屈伸运动机构包括踝关节背屈跖屈转接件(46)，所述第一转轴安装在所述踝关节背屈跖屈转接件(46)中，所述小腿组件(4)的底部设有轴套一，所述轴套一与所述第一转轴转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述内外旋运动机构包括相连接的板体和轴套二，所述板体的顶端与踝关节背屈跖屈转接件(46)之间通过所述第二转轴转动连接，所述轴套与所述足部组件之间通过所述第三转轴转动连接。
5.根据权利要求2所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿组件(3)包括大腿外杆(25)和大腿内杆(26)，所述大腿外杆(25)的顶端与所述关节电机一(28)的外壳相连接，所述大腿内杆(26)套设于所述大腿外杆(25)的内部，所述大腿内杆(26)的底端与所述小腿组件(4)的顶端固定连接，所述大腿内杆(26)伸入到所述大腿外杆(25)中的长度可调。
6.根据权利要求5所述的一种轻型下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿组件(4)包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，芮岳峰，曹文洁，黄显道，张嘉梁，张楠，崔朕铭，姬厚召，王春雷，
申请(专利权)人：上海微电机研究所中国电子科技集团公司第二十一研究所，
类型：发明
国别省市：
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