[发明专利]一种基于负压旋转气动人工肌肉的可穿戴柔性下肢外骨骼

摘要

本发明公开了一种基于负压旋转气动人工肌肉的可穿戴柔性下肢外骨骼，包括便携式控制与动力系统和可穿戴柔性助力系统等。可穿戴柔性下肢外骨骼主要以负压旋转气动人工肌肉为核心驱动元件，其在负压作用下产生旋转运动，提供旋转弯曲的转矩，负压消失后产生伸展的回复力，提供伸展的转矩。便携式控制与动力系统对惯性测量单元组件采集和反馈的用户步态数据实时处理，并实时控制负压动力源与可穿戴柔性助力系统中负压旋转气动人工肌肉之间气路切换和气压控制，对可穿戴柔性助力系统上相应的负压旋转气动人工肌肉驱动器进行实时压力控制，在行走过程中实时为左、右腿提供辅助小腿相对于大腿摆动的转矩，达到为行走助力以及下肢康复训练的目的。

主权项

1.一种基于负压旋转气动人工肌肉的可穿戴柔性下肢外骨骼，包括：控制与动力系统，包括控制部、驱动部和气动动力输出部；可穿戴柔性助力系统，穿戴在用户下肢的大腿、小腿以及膝关节相应部位，提供所述可穿戴柔性下肢外骨骼所需的驱动力；其中，所述可穿戴柔性助力系统包括左腿柔性助力组件和右腿柔性助力组件，分别主要由负压旋转气动人工肌肉驱动器和惯性测量单元组件构成；所述控制与动力系统的控制部能够对所述惯性测量单元组件所检测的步态数据进行实时处理，并通过驱动部实时控制气动动力输出部的输出流量以及气路切换，对所述可穿戴柔性助力系统中的负压旋转气动人工肌肉驱动器进行负压控制，从而提供辅助小腿相对于大腿摆动的助力；所述负压旋转气动人工肌肉驱动器包括负压旋转气动人工肌肉，以及非金属支撑杆；其能够在所述气动动力输出部的负压作用力下产生旋转的扭矩，为所述可穿戴柔性助力系统提供弯曲和伸展的扭矩；所述非金属支撑杆安装在负压旋转气动人工肌肉的卡槽内；所述非金属支撑杆采用合成树脂材料或者碳纤维非金属材料；所述负压旋转气动人工肌肉为硅胶材料或者橡胶材料；其特征在于，所述负压旋转气动人工肌肉包括对称的上半部分和下半部分，二者采用热合或者粘合的方式成为一体，负压旋转气动人工肌肉有与外界的通气孔，用于连接气管，实现对整个负压旋转气动人工肌肉的负压输入或者正压输入；所述负压旋转气动人工肌肉上半部分和下半部分内部分别包括多种尺寸的扇环腔体，所述多种尺寸的扇环腔体形成一个负压腔体单元，所述多种尺寸的扇环腔体圆心角相同，母线相等；所述负压旋转气动人工肌肉每个腔体留有与周向相邻腔体联通的凹槽，形成负压旋转气动人工肌肉的气流通道；所述负压旋转气动人工肌肉每个腔体的周向腔壁厚度不小于径向腔壁厚度的4倍。