[发明专利]一种连杆关节一体化液压驱动外骨骼

说明书

本发明涉及一种连杆关节一体化液压驱动外骨骼，下肢外骨骼助力机器人主要由机械结构和液压系统组成，液压驱动系统包括液压基站模块、关节驱动模块、能量回收模块。本发明在膝关节和髋关节设计上，采用连杆结构，解决人行走过程中膝关节和髋关节与外骨骼关节转动中心不匹配的问题，提高人体穿戴舒适性。本发明所匹配的液压能量回收模块，可提高能量利用效率，平缓行走冲击，提升助力效果。

技术领域

本发明涉及服务机器人技术领域，具体说是一种连杆关节一体化液压驱动外骨骼。

背景技术

人体肌力较为薄弱，在山区、丛林等常规运输工具难以达到的无路地区往往无法胜任长时间负重行走、搬运、攀爬等野外作业。下肢外骨骼助力机器人是一种可快速匹配在人体下肢外侧面，可主动或被动跟随人体运动，为腿部提供合适助力的智能化装置。可穿戴下肢外骨骼助力机器人颠覆传统人机关系，充分发挥人机交互感知特性，引入人的智能决策能力，拓宽人体关节力量，完成人机任务协同。

下肢外骨骼助力机器人有着广泛的应用前景和用途。随着人体老年化，人体肌力和机能会逐渐老化或退化，下肢外骨骼助力机器人可为老人行走助力，帮助下肢行走功能丧失的残障人士步行，可提高下肢功能障碍人士行走能力。下肢外骨骼助力机器人可解放大量艰苦劳动，弥补常规交通和作业工具的不足，助人在崎岖地形行走或进行远距离重物搬运。针对士兵、消防员、救生员等特殊职业者，下肢外骨骼助力机器人可用于携带武器装备、灭火装置、救生用品等其它机械设备，提高特殊条件下的机动能力，获取局部机动优势。综上，可穿戴型下肢外骨骼助力机器人可拓展应用于医疗(如下肢康复训练)、军事(如协助单兵携带装备远距离崎岖山路行走)、灾害救助(如地震现场救助)等领域。

针对下肢外骨骼机器人，主要技术指标有三个：一、结构轻便与紧凑性；二、穿戴者舒适性；三、控制的灵活性。在现有技术条件下，下肢外骨骼机器人有其局限性。国内外涉及下肢外骨骼机器人的专利主要有以下几项：分别是申请号为201310257360.5的“一种穿戴型下肢助力机器人、其折叠方法及用于装运的手拉箱”、申请号为201210370541.4的“便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人”、申请号为200680006514.1的“下部肢体外骨骼”。所述各专利所采用的电机驱动方式，不利于对外骨骼机器人实施智能控制，影响了人机交互的协调性，降低了用户使用该机器人的安全性。不能满足人们对于助力机器人的使用要求。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出一种连杆关节一体化液压驱动外骨骼，该外骨骼采用电液伺服驱动，将大腿与髋关节处的液压缸设计一体化，使结构更加简洁。不仅满足下肢外骨骼机器人大力矩、高响应速度和结构紧凑的需求，同时解决了人体关节中心与机械结构不匹配的问题。腰带及腿部绑带设计提高人体穿戴舒适性。液压系统的能量回收模块实现能量回收及能量快速释放，减小系统能耗。

本发明所要解决的技术问题具体采用以下技术方案来实现：

一种连杆关节一体化液压驱动外骨骼，所述机器人主要由机械结构和液压系统组成。

所述机械结构包括鞋底、踝关节、小腿、膝关节、大腿、髋关节、腰带、载物支架和控制系统。

所述鞋底和小腿通过踝关节连接，小腿和大腿通过膝关节连接，大腿和腰带通过髋关节连接，载物支架固定在腰带上，液压系统和控制系统固定于载物支架上。

所述液压系统包括液压基站模块、关节驱动模块、能量回收模块。