[发明专利]一种下肢外骨骼助力装置及控制方法

权利要求书

1.一种下肢外骨骼助力装置包括，大腿连接杆、小腿连接杆、腰护垫、髋关节和膝关节，其中大腿连杆和小腿连杆通过膝关节连接，腰护垫和大腿连杆通过髋关节连接；其特征在于：

所述髋关节、膝关节的关节部分包括关节箱体、伺服电机、谐波齿轮、主动蜗轮和从动蜗轮，伺服电机连接于关节箱体上，所述主动蜗轮和谐波齿轮与伺服电机同轴连接，从动齿轮与主动蜗轮啮合；所述谐波齿轮上设置有扭矩传感器，伺服电机尾部设置有检测关节实时转角的旋转编码器，所述腰护垫上方连接有同步控制器，扭矩传感器、旋转编码器与同步控制器电性连接；髋关节的从动齿轮与大腿连杆连接，膝关节的从动齿轮与小腿连杆连接。

2.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述大腿连杆和小腿连杆设置有绷带；腰护垫设置有腰带，在腰护垫和同步控制器之间设置有背带。

3.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述同步控制器内设置有电性连接的数字信号处理器、A/D转换模块、D/A转换模块、信号放大器和伺服电机驱动器。

4.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述髋关节和腰护垫之间设置有转臂，转臂的一端和腰护垫通过轴承铰接，另一端和髋关节的关节箱体滑动配合，所述转臂为塑料转臂。

5.如权利要求2所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述腰护垫的形状为两块与腰部贴合的塑料弧形面，并通过腰带连接，所述大腿连接杆为与人体大腿面贴合的塑料弧形面，小腿连接杆的形状为与人体小腿贴合的塑料弧形面。

6.如权利要求4所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：与髋关节的关节箱体滑动配合的转臂设置有耐磨圆套，该关节箱体的内侧设置有耐磨衬套。

7.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述关节箱体和从动蜗轮之间设置有定位轴承，关节箱体上设置有保护定位轴承的安装盖。

8.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述设置在谐波齿轮上的扭矩传感器设置有两个，其夹角为45度。

9.如权利要求3所述的下肢外骨骼助力装置的控制方法，其特征在于：

步骤一：扭矩传感器采集人腿与下肢外骨骼助力装置相互作用所产生的扭矩信号；

步骤二：所检测的扭矩信号经信号放大后通过A/D转换模块传输到数字信号处理器内，并通过数字信号处理器输出与该扭矩信号在频率、相位上保持一致的关节位移给定信号； 

步骤三：关节位移给定信号通过PD反馈控制模块来控制伺服电机，使其输出与人腿在运动频率、振幅和相位上皆保持同步的髋关节、膝关节所需的扭矩；

步骤四：重复上述步骤一到步骤三，达到行走的连续。