一种基于绳轮驱动的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基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，包括动力系统、腰部可调模块、髋关节绕线模块、腿部绑缚模块、大腿伸缩模块、和膝关节绕线模块和小腿可调模块；所述腰部可调模块上安装动力系统，髋关节绕线模块一端连接腰部可调模块，髋关节绕线模块另一端通过大腿伸缩模块连接膝关节绕线模块一端，膝关节绕线模块另一端连接小腿可调模块一端，小腿可调模块另一端为自由端；动力系统中鲍登线组件依次绕过髋关节绕线模块、绕过膝关节绕线模块并最终固定连接在膝关节绕线模块上。本实用新型专利技术具有重量轻、驱动柔性、穿戴舒适的有益效果。穿戴舒适的有益效果。穿戴舒适的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人


[0001]本技术涉及一种基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，属于可穿戴机器人的


技术介绍

[0002]外骨骼机器人是一种可穿戴在人体外部，并根据人体运动姿态或人脑意念，采用外部能源或人力蓄能，从而辅助穿戴者助力或承重的一种穿戴类机械设备。在军事领域，下肢外骨骼装置能够增强士兵的负重和运动能力，有效提高单兵作战能力；在应急救援领域，可以广泛应用于消防、救灾等需要背负大量物资，而车辆又无法通行的情况；在医疗领域，外骨骼机器人还可以用于辅助残疾人、老年人行走，也可以帮助暂时丧失运动能力的患者进行机能恢复训练。因此，具有非常广阔的应用前景和重要的研究价值。
[0003]现有技术中，大多数下肢外骨骼机器人将动力装置放置在对应的关节处，如膝关节处，动力装置包含的电机、减速器及相关机构会带来较大的额外重量，极大程度上增加穿戴者腿部重量和惯性，增加了下肢外骨骼机器人本身带给穿戴者的机械阻抗；同时，此种将动力装置直接放置在关节处的下肢外骨骼机器人，由于是关节直驱，通常存在柔顺性不足的问题，在外骨骼机器人的对应关节处进行换向运动时，会使穿戴者感受到明显的阻抗，长时间穿戴体验不佳；此外，在行走过程中，人类的膝关节有高达10度的内翻和外翻，而现有的下肢外骨骼通常没有考虑膝关节处外翻内翻的自由度，长时间穿戴此种外骨骼会导致膝关节的不适甚至受伤。
[0004]上述中的现有技术方案存在以下缺陷：1、将动力装置直接放置在关节处，增加了穿戴者腿部的机械阻抗，增加了穿戴者腿部运动时的阻力；2、关节处柔顺性不足，在关节处进行换向运动时会给穿戴者带来较为明显的阻力，穿戴效果不佳；3、未考虑穿戴者膝关节处外翻内翻的自由度，长时间穿戴此种外骨骼会导致膝关节的不适甚至受伤。

技术实现思路

[0005]本技术提供了一种基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，通过柔性的驱动方式构建了下肢外骨骼机器人。
[0006]本技术的技术方案是：一种基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，包括动力系统1、腰部可调模块3、髋关节绕线模块4、腿部绑缚模块5、大腿伸缩模块6、和膝关节绕线模块7和小腿可调模块8；所述腰部可调模块3上安装动力系统1，髋关节绕线模块4一端连接腰部可调模块3，髋关节绕线模块4另一端通过大腿伸缩模块6连接膝关节绕线模块7一端，膝关节绕线模块7另一端连接小腿可调模块8一端，小腿可调模块8另一端为自由端；动力系统1中鲍登线组件1
‑
5依次绕过髋关节绕线模块4、绕过膝关节绕线模块7并最终固定连接在膝关节绕线模块7上。
[0007]所述动力系统1包括电机组件1
‑
2、腰部绕线轮组件1
‑
3、腰部绕线轮挡板1
‑
4、鲍登线组件1
‑
5、腰部鲍登线管1
‑
6、大腿鲍登线管1
‑
7和腰部外壳1
‑
8；其中，腰部外壳1
‑
8与腰部
可调模块3中的腰部后板3
‑
1固定连接，电机组件1
‑
2的定子与腰部后板3
‑
1固定连接，电机组件1
‑
2的转子与腰部绕线轮组件1
‑
3同轴固定连接，腰部绕线轮挡板1
‑
4与电机组件1
‑
2的定子固定连接，腰部绕线轮挡板1
‑
4的内环面与腰部绕线轮组件1
‑
3同轴线，腰部绕线轮挡板1
‑
4套在腰部绕线轮组件1
‑
3的线槽外周且腰部绕线轮挡板1
‑
4的内环面与腰部绕线轮组件1
‑
3的外环面存在间隙；腰部鲍登线管1
‑
6的一端与腰部外壳1
‑
8靠近髋关节绕线模块4的一侧固定连接，腰部鲍登线管1
‑
6的另一端与髋关节绕线模块4的输入端固定连接；大腿鲍登线管1
‑
7的一端固定连接在大腿伸缩模块6上，大腿鲍登线管1
‑
7的一端与膝关节绕线模块7的输入端固定连接；鲍登线组件1
‑
5的一端固定连接在腰部绕线轮组件1
‑
3的线槽内且能够跟随腰部绕线轮组件1
‑
3转动；鲍登线组件1
‑
5另一端依次穿过腰部鲍登线管1
‑
6、绕过髋关节绕线模块4、穿过大腿鲍登线管1
‑
7、绕过膝关节绕线模块7并最终固定连接在膝关节绕线模块7的膝关节绳索固定块7
‑
9上。
[0008]所述腰部绕线轮组件1
‑
3包括第一腰部绕线轮1
‑3‑
1和第一绕线轮挡片1
‑3‑
2；其中，第一腰部绕线轮1
‑3‑
1与电机组件1
‑
2的转子同轴固定连接，第一腰部绕线轮1
‑3‑
1的外环面设置有线槽，第一腰部绕线轮1
‑3‑
1的端面上设置有供鲍登线组件1
‑
5的一端固定的第一腰部绕线轮固定槽，第一绕线轮挡片1
‑3‑
2与第一腰部绕线轮1
‑3‑
1固定连接。
[0009]所述髋关节绕线模块4包括髋腰连接板4
‑
2、髋腿连接板4
‑
3、第一髋关节绕线轮4
‑
4、第二髋关节绕线轮4
‑
5、第二髋关节挡板4
‑
7；其中，第一髋关节绕线轮4
‑
4通过轴承与髋腰连接板4
‑
2一侧的第一髋关节旋转轴4
‑2‑
1转动连接，髋腿连接板4
‑
3的一侧通过轴承与髋腰连接板4
‑
2另一侧的第二髋关节旋转轴4
‑2‑
2转动连接，第二髋关节绕线轮4
‑
5通过轴承与髋腿连接板4
‑
3的第三髋关节旋转轴4
‑3‑
1转动连接，第一髋关节旋转轴4
‑2‑
1、第三髋关节旋转轴4
‑3‑
1位于髋腰连接板4
‑
2的同一侧；第二髋关节挡板4
‑
7与髋腿连接板4
‑
3靠近第二髋关节绕线轮4
‑
5的一侧固定连接；动力系统1中腰部鲍登线管1
‑
6远离腰部外壳1
‑
8的一端与髋腰连接板4
‑
2远离第一髋关节绕线轮4
‑
4的一端固定连接，鲍登线组件1
‑
5穿过动力系统中腰部鲍登线管1
‑
6后通过髋腰连接板4
‑
2上的线管并依次绕过第一髋关节绕线轮4
‑
4和第二髋关节绕线轮4
‑
5，紧接着鲍登本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：包括动力系统(1)、腰部可调模块(3)、髋关节绕线模块(4)、腿部绑缚模块(5)、大腿伸缩模块(6)、和膝关节绕线模块(7)和小腿可调模块(8)；所述腰部可调模块(3)上安装动力系统(1)，髋关节绕线模块(4)一端连接腰部可调模块(3)，髋关节绕线模块(4)另一端通过大腿伸缩模块(6)连接膝关节绕线模块(7)一端，膝关节绕线模块(7)另一端连接小腿可调模块(8)一端，小腿可调模块(8)另一端为自由端；动力系统(1)中鲍登线组件(1
‑
5)依次绕过髋关节绕线模块(4)、绕过膝关节绕线模块(7)并最终固定连接在膝关节绕线模块(7)上。2.根据权利要求1所述的基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述动力系统(1)包括电机组件(1
‑
2)、腰部绕线轮组件(1
‑
3)、腰部绕线轮挡板(1
‑
4)、鲍登线组件(1
‑
5)、腰部鲍登线管(1
‑
6)、大腿鲍登线管(1
‑
7)和腰部外壳(1
‑
8)；其中，腰部外壳(1
‑
8)与腰部可调模块(3)中的腰部后板(3
‑
1)固定连接，电机组件(1
‑
2)的定子与腰部后板(3
‑
1)固定连接，电机组件(1
‑
2)的转子与腰部绕线轮组件(1
‑
3)同轴固定连接，腰部绕线轮挡板(1
‑
4)与电机组件(1
‑
2)的定子固定连接，腰部绕线轮挡板(1
‑
4)的内环面与腰部绕线轮组件(1
‑
3)同轴线，腰部绕线轮挡板(1
‑
4)套在腰部绕线轮组件(1
‑
3)的线槽外周且腰部绕线轮挡板(1
‑
4)的内环面与腰部绕线轮组件(1
‑
3)的外环面存在间隙；腰部鲍登线管(1
‑
6)的一端与腰部外壳(1
‑
8)靠近髋关节绕线模块(4)的一侧固定连接，腰部鲍登线管(1
‑
6)的另一端与髋关节绕线模块(4)的输入端固定连接；大腿鲍登线管(1
‑
7)的一端固定连接在大腿伸缩模块(6)上，大腿鲍登线管(1
‑
7)的一端与膝关节绕线模块(7)的输入端固定连接；鲍登线组件(1
‑
5)的一端固定连接在腰部绕线轮组件(1
‑
3)的线槽内且能够跟随腰部绕线轮组件(1
‑
3)转动；鲍登线组件(1
‑
5)另一端依次穿过腰部鲍登线管(1
‑
6)、绕过髋关节绕线模块(4)、穿过大腿鲍登线管(1
‑
7)、绕过膝关节绕线模块(7)并最终固定连接在膝关节绕线模块(7)的膝关节绳索固定块(7
‑
9)上。3.根据权利要求2所述的基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述腰部绕线轮组件(1
‑
3)包括第一腰部绕线轮(1
‑3‑
1)和第一绕线轮挡片(1
‑3‑
2)；其中，第一腰部绕线轮(1
‑3‑
1)与电机组件(1
‑
2)的转子同轴固定连接，第一腰部绕线轮(1
‑3‑
1)的外环面设置有线槽，第一腰部绕线轮(1
‑3‑
1)的端面上设置有供鲍登线组件(1
‑
5)的一端固定的第一腰部绕线轮固定槽，第一绕线轮挡片(1
‑3‑
2)与第一腰部绕线轮(1
‑3‑
1)固定连接。4.根据权利要求1所述的基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述髋关节绕线模块(4)包括髋腰连接板(4
‑
2)、髋腿连接板(4
‑
3)、第一髋关节绕线轮(4
‑
4)、第二髋关节绕线轮(4
‑
5)、第二髋关节挡板(4
‑
7)；其中，第一髋关节绕线轮(4
‑
4)通过轴承与髋腰连接板(4
‑
2)一侧的第一髋关节旋转轴(4
‑2‑
1)转动连接，髋腿连接板(4
‑
3)的一侧通过轴承与髋腰连接板(4
‑
2)另一侧的第二髋关节旋转轴(4
‑2‑
2)转动连接，第二髋关节绕线轮(4
‑
5)通过轴承与髋腿连接板(4
‑
3)的第三髋关节旋转轴(4
‑3‑
1)转动连接，第一髋关节旋转轴(4
‑2‑
1)、第三髋关节旋转轴(4
‑3‑
1)位于髋腰连接板(4
‑
2)的同一侧；第二髋关节挡板(4
‑
7)与髋腿连接板(4
‑
3)靠近第二髋关节绕线轮(4
‑
5)的一侧固定连接；动力系统(1)中腰部鲍登线管(1
‑
6)远离腰部外壳(1
‑
8)的一端与髋腰连接板(4
‑
2)远离第一髋关节绕线轮(4
‑
4)的一端固定连接，鲍登线组件(1
‑
5)穿过动力系统中腰部鲍登线管(1
‑
6)后通过髋腰连接板(4
‑
2)上的线管并依次绕过第一髋关节绕线轮(4
‑
4)和第二髋关节绕线轮(4
‑
5)，紧接着鲍登线组件(1
‑
5)从第二髋关节挡板(4
‑
7)上的线管内穿出。
5.根据权利要求1所述的基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述髋关节绕线模块(4)还包括外摆内摆限位件(4
‑
1)，外摆内摆限位件(4
‑
1)的上端通过轴肩螺钉与腰部可调模块(3)中护板滑块(3
‑
3)的下端转动连接，外摆内摆限位件(4
‑
1)靠近护板滑块(3
‑
3)的一侧设置有外旋内旋限位块(4
‑1‑
1)，护板滑块(3
‑
3)下端靠近外摆内摆限位件(4
‑
1)的一侧设置有限制外旋内旋限位块(4
‑1‑
1)转动的外旋内旋限位槽；外摆内摆限位件(4
‑
1)远离护板滑块(3
‑
3)的一端与髋腰连接板(4
‑
2)远离第一髋关节绕线轮(4
‑
4)的一端转动连接，外摆内摆限位件(4
‑
1)的旋转轴的轴线方向与第一髋关节绕线轮(4
‑
4)的旋转轴轴线垂直且水平设置；髋腰连接板(4
‑
2)靠近外摆内摆限位件(4
‑
1)的一侧设置有髋关节外摆限位块(4
‑2‑
3)。6.根据权利要求1所述的基于绳轮驱动的下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述大腿伸缩模块(6)包括大腿调节板(6
‑
1)、大腿导向板(6
‑
2)、大腿锁紧螺钉(6
‑
3)；其中，大腿调节板(6
‑
1)的一端与髋关节绕线模块(4)中髋腿连接板(4
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新，那靖，陆声，高贯斌，李维朝，李靖龙，李奇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：