[发明专利]一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置

说明书

本发明公开了一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，涉及外骨骼机器人技术领域。可显著减少单关节处锚点数量以及驱动装置数量，降低了外骨骼整体的重量，也降低了穿戴及使用的难度。所述双向扭绳驱动装置包括定滑轮、鲍登线以及连接在鲍登线两端的两个驱动单元，所述定滑轮与下肢外骨骼固定相连，所述鲍登线绕过所述定滑轮，通过两个驱动单元带动鲍登线的两个端头往复运动，从而带动定滑轮以及下肢外骨骼同步转动。利用扭绳本身的物理性质传递牵引力，传递效率高，且在驱动器末端使用鲍登线，避免扭绳与定滑轮直接接触，减少磨损。整体结构精简，使用便捷，实用性好。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别涉及一种柔性外骨骼驱动器的设计。

背景技术

目前，由衰老和中风等疾病引起的下肢运动障碍已经成为我国社会关注的主要问题。对于那些存在下肢运动障碍的群体来说，由于自身下肢肌力匮乏，在进行深蹲、跑步、爬楼梯等对下肢能力要求较高的运动时，具有较高的挑战性。因此，设计一款能够帮助那些具有下肢运动障碍的群体进行康复运动的外骨骼机器人显得尤为重要，而柔性外骨骼近几年来快速发展，柔性驱动系统作为外骨骼领域的关键技术之一，其性能很大程度上决定着外骨骼的辅助效果。

目前，下肢柔性外骨骼主要的驱动方式为绳索驱牵引，而大部分绳驱是将鲍登线绕在滑轮上来拉紧，这种绳驱方式需要额外的笨重部件，如滚珠螺钉、滑轮、齿轮等，效率低下；且大部分驱动器只能实现单关节的单向运动，即通过一套绳索驱动装置只能控制单个关节的伸展或弯曲；单根绳索驱动力强度不足，难以驱动穿戴者肢体；绳索驱动刚度不可调节，无法满足不同用户需求。因此，为了控制下肢髋—膝—踝关节的运动，往往需要在同一个关节位置设置多套驱动设备来固定锚点，使得驱动装置在安装与调试阶段有着较为严格的要求和限制，且关节的伸展或弯曲是由一个锚点单独控制，各个锚点之间并无联系，使得各关节无法协调运动。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，可显著减少单关节处锚点数量以及驱动装置数量，降低了外骨骼整体的重量，也降低了穿戴及使用的难度。

本发明的技术方案为：所述双向扭绳驱动装置包括定滑轮6、鲍登线8以及连接在鲍登线两端的两个驱动单元，所述定滑轮6与下肢外骨骼固定相连，所述鲍登线8绕过所述定滑轮6，通过两个驱动单元带动鲍登线8的两个端头往复运动，从而带动定滑轮6以及下肢外骨骼同步转动。

所述驱动单元包括电机1、连接轴11、支撑壳4以及连接环5，所述电机1的输出轴与连接轴11相连接，通过电机1带动连接轴11旋转，所述连接轴11的另一端安装扭绳10的始端；扭绳10的末端安装在连接环5上；

所述支撑壳4的设置在电机1和定滑轮6之间，所述连接环5可滑动的连接在支撑壳4中，所述鲍登线8的端头固定连接在连接环5上。这样，电机的旋转运动将在连接轴11的转换下带动扭绳旋紧或放松，从而带动连接环5在支撑壳4中进行往复运动，最终实现带动鲍登线8端头往复运动的目的，可将所述电机的周转力转化为鲍登线的线性力。摒弃了原先通过鲍登线绕在滑轮上来拉紧的方法，而是利用扭绳本身的物理性质传递牵引力，传递效率高，且在驱动器末端使用鲍登线，避免扭绳与定滑轮直接接触，减少磨损。

所述支撑壳4上开有两个相平行的导向槽9，所述连接环5两侧设有滑片，所述滑片伸入所述导向槽9中。从而实现连接环5和支撑壳4的可滑动的连接。

所述支撑壳4的一端固定连接在定滑轮6的上方，使得鲍登线8初始状态下保持张紧。

所述电机1和连接轴11之间通过联轴器12相连接。以实现二者之间的同步旋转。

所述驱动单元还包括固定连接在支撑壳4两端的前端盖3以及末端盖7，所述前端盖3固定连接在电机1的一侧，并且所述连接轴11的一端伸入前端盖3中与扭绳10相连接；所述末端盖7则固定设置在定滑轮6的一侧，并且所述鲍登线8贯穿所述末端盖7；通过前端盖3、支撑壳4以及末端盖7形成扭绳保护机构。