[发明专利]被动式触地膝关节外骨骼机器人及其助力方法

说明书

本发明涉及一种被动式触地膝关节外骨骼机器人及其助力方法，包括如下部件：大腿机构，包括大腿杆；膝关节储能机构，包括膝关节组件、弹性杆和脚部组件，所述弹性杆的上端与所述膝关节组件连接，所述弹性杆的下端与所述脚部组件连接，所述膝关节组件与所大腿杆的下端连接，所述膝关节储能机构用于存储和释放人体在行走过程中的重力势能；小腿机构，包括小腿杆，所述小腿杆的上下两端分别与所述膝关节组件、所述脚部组件连接。本发明装置结构简单，体型轻巧，穿戴方便，稳定可靠，工作原理合理，助力明显。

技术领域

本发明涉及一种被动式触地膝关节外骨骼机器人及其助力方法，具体涉及一种基于弹性杆储能的被动式触地膝关节外骨骼机器人及其助力方法，属于被动下肢外骨骼技术领域。

背景技术

人与动物的根本区别在于人类擅长制作并运用工具，外骨骼便是用于拓展人类身体机能和载重能力的工具之一，其相对汽车、高铁、自行车等交通工具的优势在于能够灵活随动于人体的肢体运动，并且能够在包括森林、草地以及沙滩、公路等各种工况条件下为人体提供助力帮助。

目前动力外骨骼的发展瓶颈并不在于其核心算法，而是在与外骨骼设计关联度并不大的电源模块，原因是目前电池的密度并不足以满足户外条件下对外骨骼机器人长时间的作业要求，而被动式外骨骼抛弃了这一诟病，企图以对人体自身能量的更加合理化分配完成对人体肢体的运动帮助。目前大多数被动式外骨骼实现的功能更偏向于辅助分担人体携带的负重，当牵扯到助力功能时则有些牵强，同时被动式外骨骼相对动力外骨骼的另一优势在于轻巧和灵活，然而目前有些被动机构并没有在此方面有太多体现。

发明内容

本发明提供一种被动式触地膝关节外骨骼机器人及其助力方法，该装置结构简单，体型轻巧，穿戴方便，稳定可靠，工作原理合理，助力明显。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种被动式触地膝关节外骨骼机器人，包括如下部件：

大腿机构，包括大腿杆；

膝关节储能机构，包括膝关节组件、弹性杆和脚部组件，所述弹性杆的上端与所述膝关节组件连接，所述弹性杆的下端与所述脚部组件连接，所述膝关节组件与所大腿杆的下端连接，所述膝关节储能机构用于存储和释放人体在行走过程中的重力势能；

小腿机构，包括小腿杆，所述小腿杆的上下两端分别与所述膝关节组件、所述脚部组件连接。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述膝关节组件包括膝关节外端盖以及与其连接的膝关节内端盖，二者之间形成空腔，空腔内装配有深沟球轴承、凸轮和膝关节凸轮杆，所述深沟球轴承和所述凸轮共同组成旋转副，所述凸轮与所述大腿杆的下端连接，所述凸轮和所述膝关节凸轮杆共同组成凸轮副。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述脚部组件包括直线轴承包裹件、脚底推杆和直线轴承，所述脚底推杆的上端通过踝关节接口与所述弹性杆的下端连接，所述直线轴承环套在所述脚底推杆的下端并组成圆柱副，所述脚底推杆的下端与所述直线轴承包裹件连接，所述小腿杆的下端与所述直线轴承包裹件连接。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述脚部组件还包括鞋套，所述鞋套通过关节轴承与所述小腿杆连接，所述小腿杆的上端与所述膝关节外端盖的下端连接，所述小腿杆的下端与鞋套连接。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述弹性杆的上端通过膝关节接口与所述膝关节凸轮杆连接，所述膝关节接口通过圆柱销铰接于所述膝关节凸轮杆的下端。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述凸轮与所述膝关节凸轮杆之间装配有滚子轴承，用于防止所述膝关节凸轮杆在摆动期内因重力作用而下移导致所述凸轮副之间的间隙过大。

所述的被动式触地膝关节外骨骼机器人，优选地，所述膝关节凸轮杆通过两组所述滚子轴承与所述膝关节外端盖相接触，每组包含至少两个所述滚子轴承。