[发明专利]一种异构式负重外骨骼机器人

说明书

一种异构式负重外骨骼机器人，包含背部、腰部和两个腿部，背部与腰部相连，两条腿部分别与腰部转动连接；每条所述腿部包含电机、支撑座、连杆、踝关节绑带、齿轮副、钢丝绳和两个线轮；三个连杆均为管状结构，踝关节绑带安装在连杆的内侧，且在竖直平面内可相对连杆转动；两个支撑座与腰部可转动连接，电机安装在支撑座上，齿轮副的两个齿轮分别与一个线轮连接并各自同轴设置，两个线轮径向之间具有间隙，其中一组同轴设置的齿轮和线轮固定在电机轴上。本发明结构紧凑，采用异构式多级连杆伸缩方式实现外骨骼负重作业，可实现大范围伸缩比。

技术领域

本发明涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种异构式负重外骨骼机器人。

背景技术

目前，外骨骼机器人技术是当前机器人技术领域的热门方向，而当前外骨骼机器人大都属于同构式，即外骨骼与人体通过多个捆绑进行刚性固定连接。由于人体与外骨骼存在结构差异，同构式常会导致外骨骼力作用关节与人体关节存在偏差。并且在大负重工况下，外骨骼机器人无法处于一个最佳的负重状态，且当前外骨骼机器人常采用电机直接驱动关节，导致关节自重较大，电机无法实现最大输出效率。另外，现有很多负重外骨骼需要有足底连接，限制了活动，并且足底连接容易损坏，适应性差。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种异构式负重外骨骼机器人。该机器人采用基于钢丝绳的异构式多级连杆伸缩方式实现外骨骼负重作业，实现作为外骨骼机器人辅助人体行走或者作为负重外骨骼机器人实现负重卸荷。

一种异构式负重外骨骼机器人，包含背部、腰部和两个腿部，背部与腰部相连，两条腿部分别与腰部转动连接；每条所述腿部包含电机、支撑座、连杆A、连杆B、连杆C、踝关节绑带、齿轮副、钢丝绳和两个线轮；连杆A、连杆B和连杆C均为管状结构，连杆A固定在支撑座上，连杆B可滑动地设置在连杆A内，连杆C可滑动地设置在连杆B内，踝关节绑带安装在连杆C的内侧，且在竖直平面内可相对连杆C转动；两个支撑座与腰部可转动连接，电机安装在支撑座上，齿轮副的两个齿轮分别与一个线轮连接并各自同轴设置，两个线轮径向之间具有间隙，一组同轴设置的齿轮和线轮固定在电机轴上，电机轴的一端与电机的输出端相连，电机轴的另一端可转动地设置在支撑座上，另外一组同轴设置的齿轮和线轮的共用轴的两端均固定在支撑座上，且该齿轮和线轮可相对共用轴转动；

控制连杆B的运动一个线轮上布置的两条钢丝绳走向如下：一条钢丝绳a的一端固定在该线轮的端面上，该一条钢丝绳a缠绕在该线轮上，由连杆A外部引出，搭在位于连杆A末端的滑轮支架A上的滑轮上，由连杆A和连杆B之间的缝隙进入，该一条钢丝绳a的另一端固定在位于连杆B顶部的滑轮支架B的架体上；另一条钢丝绳b的一端固定在该线轮的另一端，该另一条钢丝绳b绕在该线轮上，从两个线轮的缝隙引出进入连杆A内，该另一条钢丝绳b的另一端固定在滑轮支架B的架体上；

控制连杆C运动的两对钢丝绳走向如下：一条钢丝绳c的一端固定在滑轮支架A的架体上并由外部引出，该一条钢丝绳c搭设在位于连杆B底部的滑轮支架C的滑轮上，之后经连杆B和连杆C之间的间隙引入，该一条钢丝绳c的另一端固定在位于连杆C顶部的导轮支架的架体上，另一条钢丝绳d的一端固定在滑轮支架A的架体上，经连杆A和连杆B之间的间隙引入，搭设在滑轮支架B的滑轮上，之后伸入连杆B内，另一条钢丝绳d的另一端固定在导轮支架的架体上。

本发明相比现有技术的有益效果是：

采用异构式多级连杆伸缩方式实现外骨骼负重作业。相对于同构式外骨骼机器人，异构式结构减少了由于外骨骼捆绑导致关节错位问题，极大提高了人体运动的舒适性，减少人体额外的能量消耗。多级连杆伸缩采用钢丝绳和滑轮电驱动方式，可自适应人体腿部长度不需要进行手动调节长度，重量轻，结构紧凑，实现大范围伸缩比，使外骨骼适应性更强，具有更广泛的作业功能，适用范围更广。

本发明的外骨骼机器人相较于传统外骨骼机器人无足部连接，减少了捆绑数量，环境适应能力强。当连杆伸展到正常腿部长度时，外骨骼伸缩连杆末端的绑带与踝关节连接，外骨骼作为负重外骨骼机器人实现负重卸荷作用。