[发明专利]一种三级限位支撑的被动式可穿戴下肢外骨骼机器人

说明书

本发明公开了一种三级限位支撑的被动式可穿戴下肢外骨骼机器人，涉及外骨骼机器人技术领域，包括左下肢外骨骼、右下肢外骨骼和人机固定绑带，所述左下肢外骨骼与所述右下肢外骨骼结构相同且对称布置，可通过所述人机固定绑带穿戴于人体下肢，所述左下肢外骨骼包括大腿部件、膝关节和小腿部件，所述大腿部件围绕所述膝关节相对于所述小腿部件旋转，所述大腿部件包括大腿壳体、悬挂机构、大腿长度调节机构和姿态调节模块。本发明面向需要频繁或持续长久蹲坐作业工况下的三个典型作业姿态，由穿戴者手动设置相应限位角度，以此实现外骨骼对作业过程的腿部支撑与助力；可通过相应长度调节机构灵活调整外骨骼小腿、大腿部件长度以适应不同穿戴者身高。

技术领域

本发明属于外骨骼机器人领域，特别涉及一种三级限位支撑的被动式可穿戴下肢外骨骼机器人。

背景技术

被动式下肢工业外骨骼机器人是一种能够辅助并增强人体机能的穿戴式特种机器人，在工业生产领域，存在大量快节奏、高重复、易疲劳以及无法实现自动化的人工作业环节，特别是特种焊接、打磨、零部件装配等工序，工人往往需要以高疲劳且难以长时间保持的身体姿势去操纵工具，其肌肉骨骼会受到来自人体自重以及外部的机械压力和振动冲击，极易对工人腿部关节造成疲劳损伤，从而诱发肌肉骨骼系统疾病(WMSDs)，影响技工人员的工作效率、产品质量以及职业寿命。

面向需要频繁或持续长久蹲坐(人体膝关节持续受力)作业工况，目前实现方式多为液压、电动、气动等驱动下的主动式助力，暂无被动式多级可调型外骨骼机器人。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种三级限位支撑的被动式可穿戴下肢外骨骼机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种三级限位支撑的被动式可穿戴下肢外骨骼机器人，包括人机固定绑带和用于左下肢、右下肢穿戴的外骨骼；所述外骨骼包括大腿部件、膝关节和小腿部件；所述大腿部件围绕膝关节相对于小腿部件旋转；

所述膝关节上端设有多个工作限位面和一个极限限位面的限位结构，每个工作限位面对应于人体的不同工作姿态；所述大腿部件内设有可沿大腿内部上下滑动的姿态调节模块，且所述大腿部件内设有多个工作限位槽和一个极限限位槽；每个工作限位槽对应于一个工作限位面，极限限位槽对应于极限限位面；所述姿态调节模块能够与对应的工作限位槽卡合，实现与对应工作限位面的接触并形成限位角产生支撑力；且所述姿态调节模块能够与工作限位槽分离并卡入极限限位槽，实现与工作限位面的分离并与极限限位槽接触，完成机器人的非工作状态时大腿部件与小腿部件的折叠。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明可通过手动调节姿态调节模块档位来设定限位位姿角度，限位位姿角度为65°、90°和115°三级可调，人体在下蹲过程中到达所设定的限位位姿角度时，外骨骼姿态调节模块将与其对应的限位面接触，形成限位角，并产生支撑力，减缓穿戴者膝关节软骨磨损，减轻人体疲劳损伤及工作强度，提高人工作业效率及质量。同时，为适应不同穿戴者，保证可穿戴性，外骨骼大腿和小腿部件均为长度可调结构，调节操作快捷、方便。

附图说明

图1为外骨骼穿戴效果示意图。

图2为外骨骼结构立体图。

图3为悬挂机构的连接示意图。

图4为悬挂机构的爆炸视图。

图5为第一盖板内侧结构示图。

图6为大腿长度调节机构结构示意图及包含的爆炸示意图。

图7为姿态调节模块与限位结构图。

图8为本发明姿态调节模块的爆炸视图。

图9(a-b)为本发明第一姿态及对应人体的工作状态示意图。