[发明专利]一种便携储能式外骨骼助力机器人

摘要

一种便携储能式外骨骼助力机器人，它涉及一种外骨骼助力机器人，以解决现有穿戴于人体的下肢助力外骨骼机器人存在助力效果差导致人体的负重能力降低，以及人体穿戴舒适性差、通用性差，野外的环境适应性差的问题，它包括上体背部、左腿和右腿，左腿和右腿分别包括髋部驱动系统、大腿驱动系统和小腿穿戴系统；所述髋关节储能机构包括连接座、伸缩杆、第二弹簧和挡片，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；每个所述大腿驱动系统包括带有编码器的第二电机、第二减速器、第三锥齿轮、第四锥齿轮、大腿连接杆、膝关节支架、膝关节连接板、角度传感器、串联弹性组合体、膝关节齿轮箱体、膝关节轴和端盖；本发明适用于野外穿戴助行。

主权项

一种便携储能式外骨骼助力机器人，其特征在于：它包括上体背部（A）、左腿和右腿，左腿和右腿分别包括髋部驱动系统（B）、大腿驱动系统（C）和小腿穿戴系统（D）；上体背部（A）包括背部支架（3）、背部腰带（4）、腰部后侧转动板（5）、腰部后侧连接板（7）、调整连接板（8）、上位机（2）、电源模块（1）和两个第一弹簧（10）；所述腰部后侧连接板（7）为倒T形腰部后侧连接板；背部腰带（4）固装在水平设置的腰部后侧转动板（5）上，背部支架（3）固装在腰部后侧转动板（5）的上表面上，背部支架（3）上固装有上位机（2）和电源模块（1），腰部后侧转动板（5）的下端面上固装有腰部后侧连接板（7），腰部后侧连接板（7）的竖臂的上端与腰部后侧转动板（5）转动连接，腰部后侧连接板（7）的两个横臂上分别固装有能水平伸缩的竖直设置的调整连接板（8），腰部后侧转动板（5）的下表面与腰部后侧连接板（7）的两个横臂之间分别安装有与二者连接的第一弹簧（10）；每个髋部驱动系统（B）包括弯折腰带（26）、带有编码器的第一电机（13）、第一减速器（15）、大腿过渡连接杆（21）、髋关节连接杆（20）、髋关节齿轮箱（18）和髋关节储能机构；所述髋关节储能机构包括连接座（22）、伸缩杆（25）、第二弹簧（24）和挡片（25‑1），所述伸缩杆（25）倾斜设置，伸缩杆（25）的一端与连接座（22）连接，伸缩杆（25）的另一端安装有挡片（25‑1），挡片（25‑1）与连接座（22）之间的伸缩杆（25）上套装有第二弹簧（24）；所述髋关节齿轮箱（18）包括箱体（18‑2）、连接套（18‑1）、第一锥齿轮（15‑1）、第二锥齿轮（15‑2）和串联弹性组合体（58），连接套（18‑1）与箱体（18‑2）连接为一体，连接座（22）与连接套（18‑1）的下表面固接，挡片（25‑1）支撑在髋关节连接杆（20）上，箱体（18‑2）上安装有串联弹性组合体（58），所述弯折腰带（26）的一端与调整连接板（8）转动连接，连接套（18‑1）固套在弯折腰带（26）的另一端，且弯折腰带（26）的伸入长度可调；第一锥齿轮（15‑1）与第二锥齿轮（15‑2）的轴向均水平设置，带有编码器的第一电机（13）的输出端与第一减速器（15）的输入端连接，第一减速器（15）的输出端与第一锥齿轮（15‑1）连接，串联弹性组合体（58）的一端与第二锥齿轮（37‑2）连接，第一锥齿轮（15‑1）与第二锥齿轮（15‑2）啮合；串联弹性组合体（58）的另一端与竖直设置的髋关节连接杆（20）连接，髋关节连接杆（20）与竖直设置的大腿过渡连接杆（21）的上部可拆卸连接；每个所述大腿驱动系统（C）包括带有编码器的第二电机（35）、第二减速器（37）、第三锥齿轮（37‑1）、第四锥齿轮（37‑2）、大腿连接杆（34）、膝关节支架（53）、膝关节连接板（44）、角度传感器（47）、串联弹性组合体（58）、膝关节齿轮箱体（38）、膝关节轴（43）和端盖（50）；所述大腿连接杆（34）为竖直设置的空心连接杆，大腿连接杆（34）的上部固套在大腿过渡连接杆（21）的下部，且大腿过渡连接杆（21）的伸入长度可调，大腿连接杆（34）的下部与膝关节齿轮箱体（38）固接，第三锥齿轮（37‑1）的轴向垂直设置，第四锥 齿轮（37‑2）的轴向水平设置，带有编码器的第二电机（35）的输出端与第二减速器（37）的输入端连接，第二减速器（37）的输出端安装有设置在膝关节齿轮箱体（38）内的第三锥齿轮（37‑1），膝关节轴（43）通过轴承安装在膝关节齿轮箱体（38）内，膝关节轴（43）上固装有膝关节支架（53）、第四锥齿轮（37‑2）、串联弹性组合体（58）和膝关节连接板（44），第三锥齿轮（37‑1）与第四锥齿轮（37‑2）啮合，串联弹性组合体（58）转动连接在膝关节轴（43）上，串联弹性组合体（58）的一端与第四锥齿轮（37‑2）连接，串联弹性组合体（58）的另一端与竖直设置的膝关节连接板（44）连接，膝关节轴（43）的与膝关节连接板（44）相邻的一端加工有第一凹槽（43‑1），第一凹槽（43‑1）内安装有与膝关节轴（43）固接的角度传感器（47），角度传感器（47）的输出轴穿过盖合在膝关节齿轮箱体（38）上的端盖（50）的中部，膝关节支架（53）与膝关节轴（43）连接，膝关节支架（53）与膝关节连接板（44）连接；每个所述小腿穿戴系统（D）包括小腿过渡连接杆（51）、小腿连接杆（62）、弧形板（63）、小腿后侧连接杆（64）、U形连接板（68）、两段式鞋底、脚底测力鞋垫（74）和两个鞋底支架（70）；所述小腿过渡连接杆（51）为竖直设置的空心连接杆，膝关节连接板（44）与小腿过渡连接杆（51）的上部连接，小腿过渡连接杆（51）的下部固套在竖直设置的小腿连接杆（62）的上部，且小腿连接杆（62）的伸入长度可调，小腿连接杆（62）的下部与竖直设置的弧形板（63）的一侧边连接，弧形板（63）的另一侧边与竖直设置的小腿后侧连接杆（64）的上部连接，且小腿连接杆（62）与小腿后侧连接杆（64）之间的间距可调，小腿后侧连接杆（64）的下部与U形连接板（68）的中部转动连接，U形连接板（68）的两端分别与两个鞋底支架（70）转动连接，两段式鞋底的第一段（73）与两个鞋底支架（70）连接，两段式鞋底的第二段（72）与第一段（73）铰接，脚底测力鞋垫（74）由多个薄膜压力传感器阵列排布制成，脚底测力鞋垫（74）铺设在两段式鞋底的上表面上；电源模块（1）给上位机（2）、带有编码器的第一电机（13）、带有编码器的第二电机（35）、角度传感器（47）和薄膜压力传感器供电，上位机（2）对带有编码器的第一电机（13）、带有编码器的第二电机（35）、角度传感器（47）和薄膜压力传感器实行控制。