[实用新型]具有步态控制电路的外骨骼助力装置

说明书

本实用新型公开了一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，包括小腿杆件、凸轮机构、锁定机构、大腿杆件和步态控制电路，还包括复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块。通过在大腿杆件和小腿杆件之间设置凸轮机构，使大腿杆件和小腿杆件实现更贴近人体实际的转动，采用被动式蓄能机构进行助力，根据人体运动信息检测探知人体运动信息意图和助力需求，并控制电液伺服驱动系统输出功率的分配，匹配人体助力需求功率。

技术领域

本实用新型涉及外骨骼助力，尤其涉及具有步态控制电路的外骨骼助力装置。

背景技术

外骨骼机器人是一种可穿戴在人体身体外部，并根据人体运动姿态或人脑意念，采用外部能源或便携式能源进行机械助力的主动式机械系统。这种装备在军事领域，可以使士兵携带更多的武器装备，增强士兵的运动能力，有效提高单兵的作战能力；在民用领域，可以广泛应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重物资，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，具有很广阔的应用前景。关于主动式外骨骼机器人，比较著名的包括美国洛克希德马丁公司的Hulc下肢外骨骼机器人和RaytheonSarcos公司的Xos2全身外骨骼机器人。

当前下肢外骨骼助力机器人大多数采用半拟人化的结构设计，例如针对人体的膝关节运动采用简化的定轴转动副，实际上人体膝关节运动是胫骨和大腿骨在韧带和肌肉带动下，两者相对滑动与转动，因而是变轴转动的；另一方面，理想的外骨骼关节与人体关节两者的转动中心是对齐的，但由于个人关节尺寸存在差异，因而希望设计的外骨骼关节尺寸能够调整，传统的调整机构大多通过螺母锁定，属于有级可调，且需要工具，操作麻烦。

另外，仅使用机械元件来实现骨骼助力，比较生硬，无法准确地感知人体的运动趋势，使用费力、不方便。

实用新型内容

为了解决现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，包括小腿杆件、凸轮机构、锁定机构、大腿杆件和步态控制电路，所述小腿杆件与凸轮机构的一端转动连接，所述锁定机构套设于大腿杆件上用于锁定凸轮机构和大腿杆件之间的相对位置，所述凸轮机构的另一端位于锁定机构与大腿杆件之间且与大腿杆件滑动连接，还包括设置在小腿杆件和大腿杆件之间的复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述复位机构在小腿杆件和大腿杆件接近直立状态时提供回复力；所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块，所述上位机的输出端分别与伺服电机驱动模块、能量回收控制模块及关节驱动控制模块的输入端相连，上位机的输入端分别与步态信息检测模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块输出端相连，所述步态控制电路还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述上位机连接。

进一步地，所述复位机构由磁性吸附元件组成。

进一步地，还包括设置在大腿杆件与小腿杆件之间的弹性蓄能机构，该弹性蓄能机构在大腿杆件和小腿杆件被动弯曲时蓄能，在大腿杆件和小腿杆件伸直的过程中释放弹力而助力。

进一步地，所述弹性蓄能机构为扭簧，所述扭簧安装在关节上，扭簧一端抵在大腿杆件上，另一端抵在小腿杆件上。

进一步地，所述弹性蓄能机构为拉簧、压簧或气推杆，所述弹性蓄能机构一端固定在大腿杆件上，另一端通过拉线与小腿杆件连接，所述拉线压在大腿杆件或小腿杆件的关节头上，当关节弯曲时，关节头转动并通过拉线使弹性蓄能机构受力而蓄能。

进一步地，还包括调节弹性蓄能机构初始预紧力的调节装置；或所述拉簧、压簧为非线性弹簧；所述大腿杆件和小腿杆件之间设置有限制其转动角度的限位机构。