[发明专利]一种轻质灵巧型膝关节助力外骨骼机器人

权利要求书

1.一种轻质灵巧型膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，包括肩带(1)、腰带(2)、控制器(3)、电源(4)、髋部柔性绑带(5)、腿部结构(6)和膝关节驱动单元(7)，其中，所述肩带(1)下端与腰带(2)连接，用于搭载在人体肩部；所述腰带(2)采用集成化设计，其上固定有控制器(3)、电源(4)和电缆，电缆将电源(4)和控制器(3)与腿部结构上的姿态传感器(8)以及膝关节驱动单元(7)电连接，用于供电和信号传输；所述控制器(3)用于接收腿部结构上姿态传感器(8)发送的信号，根据信号判断人体运动状态，形成控制指令发送至膝关节驱动单元(7)，控制膝关节驱动单元(7)的运动；所述髋部柔性绑带(5)上端连接腰带(2)，下端连接腿部结构(6)，长度可调；所述腿部结构(6)穿戴于人体腿部，膝关节驱动单元(7)位于膝关节外侧，与腿部结构的内侧旋转轴同轴，与人体膝关节屈伸运动的旋转轴大致位置相同；

所述腿部结构(6)包括外侧支撑结构，所述外侧支撑结构具有五个自由度，其中膝关节处一个屈伸自由度，由膝关节驱动单元(7)实现，提供主动力矩输出，大腿、小腿部位各两个内外收展自由度，用于匹配腿形；

所述大腿部位两个内外收展自由度可根据关节力矩大小采取两种方式，关节力矩较小时，上方自由度采用第一销轴(644)实施，下方靠近膝关节处自由度采用腿部形状调节机构(645)实施；关节力矩较大时，两个自由度均采用腿部形状调节机构(645)实施。

2.根据权利要求1所述的膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述髋部柔性绑带(5)的刚度在50至65N/cm范围内，采用Y形、V形、I形方式连接腰带(2)和腿部结构(6)。

3.根据权利要求1所述的膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述髋部柔性绑带(5)采用Y形、V形方式连接腰带(2)和腿部结构(6)时，髋部柔性绑带(5)的两分叉末端配置钩扣，腰带(2)的侧面均布多个环套，通过钩扣与不同间隔环套的钩接，调整腰带(2)与腿部结构(6)间的长度。

4.根据权利要求1所述的膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部结构(6)还包括内侧支撑结构、大腿后侧护具(61)、小腿后侧护具(62)、以及腿部绑缚(63)，其中，所述外侧支撑结构、内侧支撑结构、大腿后侧护具(61)和小腿后侧护具(62)用于形成腿部结构的硬质骨架，外侧支撑结构、内侧支撑结构的两端通过大腿后侧护具(61)、小腿后侧护具(62)连接；所述腿部绑缚(63)用于对使用者和腿部结构(6)的配合进行柔性调节和绑缚固定。

5.根据权利要求4所述的膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述外侧支撑结构包括大腿外侧支撑结构(641)、小腿外侧支撑结构(642)和关节板块(643)，关节板块(643)外侧安装有膝关节驱动单元(7)，并与大腿外侧支撑结构(641)、小腿外侧支撑结构(642)连接。

6.根据权利要求5所述的膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿部位两个内外收展自由度可根据关节力矩大小采取两种方式，关节力矩较小时，下方自由度采用第一销轴(644)实施，上方靠近膝关节处自由度采用腿部形状调节机构(645)实施，关节力矩较大时，两个自由度采用腿部形状调节机构(645)实施。