基于绳‑滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人的制作方法

本发明涉及欠驱动下肢助力外骨骼机器人，具体涉及基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人。

背景技术：

外骨骼机器人是一种能够辅助人体运动，提高人体运动能力的可穿戴式助力设备，在军用，民用领域应用广泛。如能够提高人体的负重能力，提供行走助力或者用于康复训练。主动关节驱动的外骨骼，具有多个驱动单元，自身重量大，需要大量能量来驱动外骨骼克服自身重力，同时需要大容量的电池或其他能量储存方式。被动关节驱动的外骨骼没有主动驱动力，很难上楼梯，负重行走等运动提供有效助力，限制了被动关节外骨骼应用。

技术实现要素：

本发明内容是为了解决以往的主动关节驱动的外骨骼自身质量大，驱动能耗大，被动关节外骨骼无法提供有效助力等问题，进而提供基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

它包括背带装置、驱动控制电源系统、两个大腿杆装置、两个小腿杆装置、两个踝关节装置、两个驱动装置和两个线绳；每个驱动装置包括电机壳体支架、第一电机外壳、腰部骨架、行星减速器、第二电机外壳、伺服电机、第三电机外壳、髋关节花键轴、驱动滑轮、弹性驱动器、第一轴套、小锥齿轮、大锥齿轮、第二轴套、第四电机外壳、第五电机外壳、第六电机外壳、固定板和两个带有轴承的第一轴承端盖；电机壳体支架包括支架弯板、支架第一直板和支架第二直板，腰部骨架为弧形弯板，腰部骨架的一端加工有髋关节旋转轴安装孔，第一直板与支架第二直板的一端固定连接，第一直板与支架第二直板垂直设置，支架弯板与第一直板固定连接，支架弯板上加工有第一轴承安装孔，第一直板上加工有行星减速器转轴插入孔，第四电机外壳为弧形壳体，第一电机外壳、第二电机外壳、第三电机外壳、固定板和第五电机外壳为长方形板，固定板的一端与第二直板固定连接，且第一直板位于支架弯板和固定板之间，固定板另一端的顶端加工有与第四电机外壳内弧面配合的弧形面，支架弯板的一端加工有与第四电机外壳内弧面配合的弧形面，第四电机外壳固定安装在支架弯板和固定板的顶端，第四电机外壳的内弧面与支架弯板的弧形面和固定板的弧形面配合，固定板上加工有第一轴承安装孔，第一电机外壳与第二直板相对设置，第五电机外壳安装在第一电机外壳与第二直板顶端上，第二电机外壳安装在第一电机外壳与第二直板底端上，第三电机外壳与第二直板、第一电机外壳、第二电机外壳和第五电机外壳固定连接，腰部骨架的另一端与第二直板和第五电机外壳固定连接，伺服电机的底座安装在第三电机外壳上，行星减速器的壳体固定安装在第二直板上，伺服电机的输出轴与行星减速器转轴的输入端连接，行星减速器的输出端穿过第一直板的行星减速器转轴插入孔并安装有小锥齿轮，安装板的第一轴承安装孔上安装有一个带有轴承的第一轴承端盖，支架弯板的第一轴承安装孔上安装有另一个带有轴承的第一轴承端盖，髋关节花键轴上依次安装有第二轴套、驱动滑轮、弹性驱动器、大锥齿轮和第一轴套，弹性驱动器分别与驱动滑轮和大锥齿轮固定连接，大锥齿轮键连接安装在髋关节花键轴上，第二轴套安装在固定板上的带有轴承的第一轴承端盖上，第一轴套安装在支架弯板上的带有轴承的第一轴承端盖上，且小锥齿轮与大锥齿轮吃啮合，驱动控制电源系统安装在背带装置上，驱动控制电源系统分别与两个伺服电机连接，两个驱动装置分别相对安装在背带装置的底端上，每个驱动装置的下方依次固定安装有大腿杆装置、小腿杆装置和踝关节装置，每个线绳的一端与一个驱动装置上的驱动滑轮固定连接，每个线绳的另一端绕过大腿杆装置与小腿杆装置固定连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明可穿戴式欠驱动下肢外骨骼机器人通过辅助人体大腿，小腿运动，能够辅助正常行走，减少人体能量消耗。

2、本发明是一种绳-滑轮机构传动装置，单个电机可以同时驱动下肢一侧髋关节，膝关节运动，所以，相对于现有的下肢欠驱动外骨骼具有驱动元件个数少，质量轻，消耗能量少的特点。

3、本发明髋关节，膝关节轴中心距较大，适合采用绳-滑轮机构传动，而且绳-滑轮机构传动平稳，不容易对人体造成冲击伤害。

4、本发明各个关节自由度运动范围与人体运动范围相同，并设计有限位装置，起到安全保护的作用。

5、发明具备关节中心调整机构，可根据不同个体而更改外骨骼尺寸，使用范围广。

6、本发明采用绳-滑轮机构传动，结构形式简单，成本较低，有广泛市场价值。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图，图2是本发明整体结构主视图，图3是图2的侧视图，图4是图2的俯视图，图5是背带装置主视图，图6是小腿杆装置安装前示意图，图7是大腿杆装置结构主视图，图8是图7中b-b向视图，图9是图7的俯视图，图10是大腿杆装置安装前示意图，图11是驱动装置的结构主视图，图12是图11中a-a向视图，图13是图11的俯视图，图14是驱动装置安装前的结构示意图，图15是踝关节装置的结构主视图，图16是图15的右视图，图17是图15的c-c向视图，图18是图15的俯视图，图19是踝关节装置安装前结构示意图，图20是本发明工作时驱动原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图19说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，它包括背带装置、驱动控制电源系统74、两个大腿杆装置、两个小腿杆装置、两个踝关节装置、两个驱动装置和两个线绳73；每个驱动装置包括电机壳体支架1、第一电机外壳3、腰部骨架4、行星减速器5、第二电机外壳6、伺服电机7、第三电机外壳8、髋关节花键轴9、驱动滑轮10、弹性驱动器11、第一轴套12、小锥齿轮13、大锥齿轮14、第二轴套15、第四电机外壳16、第五电机外壳17、固定板和两个带有轴承的第一轴承端盖2；电机壳体支架1包括支架弯板1-1、支架第一直板1-2和支架第二直板1-3，腰部骨架4为弧形弯板，腰部骨架4的一端加工有髋关节旋转轴安装孔，第一直板1-2与支架第二直板1-3的一端固定连接，第一直板1-2与支架第二直板1-3垂直设置，支架弯板1-1与第一直板1-2固定连接，支架弯板1-1上加工有第一轴承安装孔，第一直板1-2上加工有行星减速器转轴插入孔，第四电机外壳16为弧形壳体，第一电机外壳3、第二电机外壳6、第三电机外壳8、固定板和第五电机外壳17为长方形板，固定板的一端与第二直板1-3固定连接，且第一直板1-2位于支架弯板1-1和固定板之间，固定板另一端的顶端加工有与第四电机外壳16内弧面配合的弧形面，支架弯板1-1的一端加工有与第四电机外壳16内弧面配合的弧形面，第四电机外壳16固定安装在支架弯板1-1和固定板的顶端，第四电机外壳16的内弧面与支架弯板1-1的弧形面和固定板的弧形面配合，固定板上加工有第一轴承安装孔，第一电机外壳3与第二直板1-3相对设置，第五电机外壳17安装在第一电机外壳3与第二直板1-3顶端上，第二电机外壳6安装在第一电机外壳3与第二直板1-3底端上，第三电机外壳8与第二直板1-3、第一电机外壳3、第二电机外壳6和第五电机外壳17固定连接，腰部骨架4的另一端与第二直板1-3和第五电机外壳17固定连接，伺服电机7的底座安装在第三电机外壳8上，行星减速器5的壳体固定安装在第二直板1-3上，伺服电机7的输出轴与行星减速器5转轴的输入端连接，行星减速器5的输出端穿过第一直板1-2的行星减速器转轴插入孔并安装有小锥齿轮13，安装板的第一轴承安装孔上安装有一个带有轴承的第一轴承端盖2，支架弯板1-1的第一轴承安装孔上安装有另一个带有轴承的第一轴承端盖2，髋关节花键轴9上依次安装有第二轴套15、驱动滑轮10、弹性驱动器11、大锥齿轮14和第一轴套12，弹性驱动器11分别与驱动滑轮10和大锥齿轮14固定连接，大锥齿轮14键连接安装在髋关节花键轴9上，第二轴套15安装在固定板上的带有轴承的第一轴承端盖2上，第一轴套12安装在支架弯板1-1上的带有轴承的第一轴承端盖2上，且小锥齿轮13与大锥齿轮14吃啮合，驱动控制电源系统74安装在背带装置上，驱动控制电源系统74分别与两个伺服电机7连接，两个驱动装置分别相对安装在背带装置的底端上，每个驱动装置的下方依次固定安装有大腿杆装置、小腿杆装置和踝关节装置，每个线绳73的一端与一个驱动装置上的驱动滑轮10固定连接，每个线绳73的另一端绕过大腿杆装置与小腿杆装置固定连接。

在本实施方式中，驱动控制电源系统74提供驱动伺服电机7转动，伺服电机7带动行星减速器5转动，进而带动小锥齿轮13转动。小锥齿轮13与大锥齿轮14齿轮传动，带动弹性驱动器11转动，弹性驱动器11带动髋关节花键轴9转动，髋关节花键轴9带动驱动滑轮10转动。线绳73一端固定在驱动滑轮10上，在驱动滑轮10带动下拉动大腿装置，小腿装置绕各自的轴线转动。其中，弹性驱动器11起到弹性缓冲，保护人体关节的作用。

具体实施方式二：结合图1-图3和图5说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，背带装置包括连接块61、腰部连接扣63、第一旋转关节连接扣65、中间轴69、第二旋转关节连接扣70、两个背带59、两个背带板62、两个连接弹簧64、两个旋转基座66、两个第一限位块67、两个第二限位块68、两个髋关节旋转轴71、两个带有轴承的腰部端盖72和多个带有连接钉的固定盖60；腰部连接扣63为‘v’形块体，两个背带板62竖直设置，每个背带板62上通过两个带有连接钉的固定盖60安装有一个背带59，两个背带板62通过连接块61固定连接，驱动控制电源系统74安装在两个背带板62上，腰部连接扣63的顶端分别与两个背带板62的底端固定连接，第一旋转关节连接扣65和第二旋转关节连接扣70通过中间轴69转动连接，腰部连接扣63转动连接安装在中间轴69上，第一旋转关节连接扣65通过一个连接弹簧64与一个背带板62固定连接，第二旋转关节连接扣70通过另一个连接弹簧64与另一个背带板62固定连接，第一旋转关节连接扣65上安装有一个旋转基座66，第二旋转关节连接扣70上安装有另一个旋转基座66，每个旋转基座66上安装有一个带有轴承的腰部端盖72，且每个带有轴承的腰部端盖72的轴承设有一个髋关节旋转轴71，每个髋关节旋转轴71安装在一个腰部骨架4的髋关节旋转轴安装孔上，每个旋转基座66上分别安装有一个第一限位块67和一个第二限位块68，第二限位块68位于腰部骨架4的上方，第一限位块67位于腰部骨架4的下方。第一限位块67和一个第二限位块68对腰部骨架4进行限位，在本实施方式中，背带59套在人肩部，连接外骨骼与人上半身。腰部连接扣63可以绕中间轴69转动，实现外骨骼腰部连接扣63以上部分绕脊线旋转运动。两个旋转关节连接扣65相对于中间轴69转动，实现外骨骼左，右侧下肢绕脊线旋内，旋外运动。连接弹簧64提供回复力，使第一旋转关节连接扣65和第二旋转关节连接扣70不受外力时，回复初始状态。腰部骨架4绕髋关节旋转轴71相对于基座66旋转转动，实现外骨骼左，右侧下肢绕髋关节内收，外摆运动。其中，大腿杆装置绕髋关节的伸展，弯曲运动轴线与腰部骨架4绕髋关节旋转轴71的内收，外摆运动轴线相交于一点，这一点与人体髋关节重合。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图7-图10说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，大腿杆装置包括髋关节外壳18，带有轴承的第二轴承端盖19，第一大腿外壳20、大腿捆绑衬套21、大腿铝板衬套22、大腿捆绑金属环23、第一大腿杆24、第二大腿杆25、大腿锁紧块26、大腿锁紧钮27、大腿锁紧手柄28、小腿固定架30、髋关节滑轮31、髋关节轴32、髋关节外座34、大腿捆绑带36、两个第一扭簧33、两个大腿捆绑带环35和多个大腿固定支架29，第二大腿杆25的顶端加工有髋关节滑轮安装槽，髋关节滑轮安装槽的两个侧壁上加工有髋关节轴安装孔，髋关节滑轮31设置在髋关节滑轮安装槽内，髋关节滑轮31通过髋关节轴32插装在髋关节滑轮安装槽内，髋关节轴32的两端设有两个第一扭簧33，髋关节轴32的两端分别插装在髋关节外座34和髋关节外壳18上，髋关节外壳18与髋关节外座34相对扣合组成一个壳体，且髋关节轴32的每端插装在一个带有轴承的第二轴承端盖19的轴承上，且髋关节轴32的一端通过一个带有轴承的第二轴承端盖19安装在髋关节外座34上，髋关节轴32的另一端通过一个带有轴承的第二轴承端盖19安装在髋关节外壳18上，一个第一扭簧33位于第二大腿杆25和髋关节外座34之间，另一个第一扭簧33位于第二大腿杆25和髋关节外壳18之间，第二大腿杆25的底端加工有第一大腿杆插入槽，第一大腿杆插入槽的侧壁上竖直加工有条形通孔，第一大腿杆24上竖直加工有条形通孔，第一大腿杆24竖直插装在第二大腿杆25的第一大腿杆插入槽内，大腿锁紧块26固定安装在第二大腿杆25的底端上，大腿锁紧钮27设置在第一大腿杆24内，且大腿锁紧钮27上的销轴的顶端依次穿过第一大腿杆24的条形通孔、第二大腿杆25的条形通孔和大腿锁紧块26的框体设置，大腿锁紧钮27上销轴的顶端转动连接安装在大腿锁紧手柄28上，第一大腿外壳20套装在第二大腿杆25上，且第一大腿外壳20通过多个大腿固定支架29固定安装在第二大腿杆25上，大腿捆绑衬套21安装在大腿铝板衬套22上，大腿铝板衬套22安装在大腿捆绑金属环23上，大腿捆绑金属环23安装在第二大腿杆25的底端，小腿固定架30固定安装在第一大腿杆24的底端，大腿捆绑金属环23上安装有两个大腿捆绑带环35，大腿捆绑带36设置在两个大腿捆绑带环35上，第一髋关节外壳18和髋关节外座34与一个腰部骨架4固定连接。本实施方式中通过大腿锁紧块26、大腿锁紧钮27和大腿锁紧手柄28对第一大腿杆24和第二大腿杆25进行锁紧和放松，进而可以延长和缩短第一大腿杆24在第二大腿杆25的长度，第二大腿杆25和髋关节外座34之间设置有第一扭簧33可以使第二大腿杆25绕髋关节轴32转动后通过第一扭簧33使第二大腿杆25进行复位，使第二大腿杆25绕髋关节轴32恢复到转动之前的初始位置，两个大腿捆绑带环35上设有大腿捆绑带36可以使使用者的大腿通过大腿捆绑带36将大腿捆绑在大腿捆绑衬套21上，保证使用者的大腿与机器人同步。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图6说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，小腿杆装置包括膝关节外壳75，带有轴承的第三轴承端盖76，第一小腿外壳90、小腿捆绑衬套88、小腿铝板衬套87、小腿捆绑金属环86、第一小腿杆82、第二小腿杆38、小腿锁紧块37、小腿锁紧钮91、小腿锁紧手柄84、踝关节固定架83、膝关节滑轮77、膝关节轴78、膝关节外座89、小腿捆绑带80、两个第二扭簧79、两个小腿捆绑带环81和多个小腿固定支架85，第二小腿杆38的顶端加工有膝关节滑轮安装槽，膝关节滑轮安装槽的两个侧壁上加工有膝关节轴安装孔，膝关节滑轮77设置在膝关节滑轮安装槽内，膝关节滑轮77通过膝关节轴78插装在膝关节滑轮安装槽内，膝关节轴78的两端设有两个第二扭簧79，膝关节轴78的两端分别插装在膝关节外座89和膝关节外壳75上，膝关节外壳75与膝关节外座89相对扣合组成一个壳体，且膝关节轴78的每端插装在一个带有轴承的第三轴承端盖76的轴承上，且膝关节轴78的一端通过一个带有轴承的第三轴承端盖76安装在髋关节外座34上，髋关节轴32的另一端通过一个带有轴承的第二轴承端盖19安装在膝关节外座89上，一个第二扭簧79位于第二小腿杆38和膝关节外座89之间，另一个第二扭簧79位于第二小腿杆38和膝关节外壳75之间，第二小腿杆38的底端加工有第一小腿杆插入槽，第一小腿杆插入槽的侧壁上竖直加工有条形通孔，第一小腿杆82上竖直加工有条形通孔，第一小腿杆82竖直插装在第二小腿杆38的第一小腿杆插入槽内，小腿锁紧块37固定安装在第二小腿杆38的底端上，小腿锁紧钮91的销轴设置在第一小腿杆82内，且小腿锁紧钮91的销轴依次穿过第一小腿杆82的条形通孔、第二小腿杆38的条形通孔和小腿锁紧块37的框体设置，小腿锁紧块37上销轴的顶端转动连接安装有小腿锁紧手柄84，第一小腿外壳90套装在第二小腿杆38上，且第一小腿外壳90通过多个小腿固定支架85固定安装在第二小腿杆38上，小腿捆绑衬套88安装在小腿铝板衬套87上，小腿铝板衬套87安装在小腿捆绑金属环86上，小腿捆绑金属环86安装在第二小腿杆38上的底端，踝关节固定架83固定安装在第一小腿杆82的底端，小腿捆绑金属环86上安装有两个小腿捆绑带环81，小腿捆绑带80设置在两个小腿捆绑带环81上，膝关节外座89和膝关节外壳75与一个小腿固定架30固定连接。本实施方式中通过小腿锁紧块37、小腿锁紧钮91和小腿锁紧手柄84对第一小腿杆82和第二小腿杆38进行锁紧和放松，进而可以延长和缩短第一小腿杆82在第二小腿杆38的长度，第二小腿杆38和膝关节外座89之间设置有第二扭簧79可以使第二小腿杆38绕膝关节轴78转动后通过第二扭簧79使第二小腿杆38进行复位，使第二小腿杆38绕膝关节轴78恢复到转动之前的初始位置，两个小腿捆绑带环81上设有小腿捆绑带80可以使使用者的小腿通过小腿捆绑带80将小腿捆绑在小腿捆绑衬套88上，保证使用者的小腿与机器人同步，其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图16-图19说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，踝关节装置包括踝关节外块39、踝关节内块40、脚掌板42、挡板43、第二脚捆绑带44、踝关节小轴45、脚捆绑后挡46、第三限位块47、第四限位块49、挡环50、脚底端盖51、旋转板52、第一踝关节轴53、第一脚捆绑带54、第二捆绑扣55、第一捆绑扣56、圆螺母57、第二踝关节轴58和两个带有轴承的第三轴承端盖48，踝关节外块39的顶端加工有踝关节固定架安装槽，踝关节外块39的底端加工有踝关节内块安装槽，踝关节固定架83的底端插装在踝关节固定架安装槽内，踝关节外块39的顶端固定安装有三限位块47和第四限位块49，且踝关节外块39与踝关节固定架83通过第一踝关节轴53转动连接，第一踝关节轴53的两端通过两个带有轴承的第三轴承端盖48安装在踝关节固定架安装槽的侧壁上，踝关节内块40的顶端安装在踝关节内块安装槽内，踝关节内块40的底端通过踝关节小轴45与旋转板52转动连接，旋转板52嵌装在脚掌板42上，脚掌板42上加工有第二踝关节轴安装槽，第二踝关节轴58上套装有圆锥滚子轴承，第二踝关节轴58的顶端穿过第二踝关节轴安装槽的槽底和旋转板52并与圆螺母57螺纹连接，挡环50设置在脚掌板42和旋转板52之间，脚底端盖51通过螺钉安装在第二踝关节轴安装槽上，脚掌板42的前部安装有挡板43，第一脚捆绑带54和第二脚捆绑带44相对安装在脚掌板42的两侧，脚捆绑后挡46安装在脚掌板42的后部，脚捆绑后挡46与第一脚捆绑带54和第二脚捆绑带44固定连接诶，且第二捆绑扣55与第一脚捆绑带54固定连接，第一捆绑扣56与第二脚捆绑带44固定连接，第二捆绑扣55和第一捆绑扣56相对扣合。在本实施方式中，挡板43、第二脚捆绑带44、第一脚捆绑带54、脚捆绑后挡46和脚掌板42组合在一起，第一捆绑扣56与第二捆绑扣55可以相互扣合，实现对人脚掌固定。踝关节固定架83与踝关节轴53可以相对于踝关节外块39转动，实现踝关节装置跖曲，背伸运动。踝关节内块40可以绕踝关节小轴45相对于旋转板52转动，实现踝关节装置内收，外摆运动。螺钉在踝关节限位板41弧形槽内滑动，限制踝关节内块40转动角度范围，起到安全保护作用。脚掌42可以绕第二踝关节轴58相对于旋转板52转动，实现踝关节装置旋内，旋外运动。踝关节装置这三个自由度均为被动自由度，被动跟随人体运动。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图16-图19说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，踝关节装置还包括踝关节限位板41和限位轴，踝关节限位板41上加工有弧形槽，踝关节限位板41固定安装在旋转板52上，限位轴设置在弧形槽内，且限位轴固定安装在踝关节内块40上。旋转板52绕踝关节小轴45转动，同时通过踝关节限位板41和限位轴限制旋转板52在踝关节小轴45上转动的角度起到安全保护作用。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1-图14说明本实施方式，本实施方式所述基于绳-滑轮机构的欠驱动下肢助力外骨骼机器人，每个线绳73的一端与一个驱动装置上的驱动滑轮10固定连接，线绳73的另一端依次绕过髋关节滑轮31和膝关节滑轮77并与第二小腿杆38固定连接。伺服电机7通过行星减速器5、小锥齿轮13、大锥齿轮14、髋关节花键轴9、弹性驱动器11和驱动滑轮10拉动线绳73带动大腿杆装置和小腿杆装置转动。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。

工作原理

通过大腿锁紧钮27、大腿锁紧块26和大腿锁紧手柄28，通过小腿锁紧钮91，小腿锁紧块37和小腿锁紧手柄84调整大腿杆装置和小腿杆装置长度以适应人的实际身高，体型。通过背带59连接外骨骼与人上半身，通过大腿装置中大腿捆绑衬套21，大腿捆绑带环35和大腿捆绑带36，连接大腿装置和人体大腿。通过小腿装置中小腿捆绑衬套88、小腿捆绑带环81和小腿捆绑带80连接小腿装置和人体小腿。通过第二捆绑扣55与第一捆绑扣56扣合，连接人脚掌与踝关节装置。腰部连接扣63绕中间轴69转动运动，提供人体腰部绕脊线旋转自由度。两个旋转关节连接扣65相对于中间轴69转动，提供人体髋关节旋内，旋外运动自由度。腰部骨架4绕髋关节内收/外摆旋转轴71转动，提供人体髋关节内收，外摆运动自由度。第二捆绑扣55与第一捆绑扣56相互扣合，对人脚掌固定。第二小腿杆38与第一踝关节轴53可以相对于踝关节外块39转动，提供人体踝关节跖曲，背伸运动自由度。踝关节内块40可以绕踝关节小轴45相对于旋转板52转动，提供人体踝关节内收，外摆运动自由度。限位轴在踝关节限位板41弧形槽内滑动，限制踝关节内块40转动角度范围，起到安全保护作用。脚掌板42可以绕第二踝关节轴58相对于旋转板52转动，提供人体踝关节旋内，旋外运动自由度。外骨骼踝关节装置自由度与人体踝关节自由度相匹配。以上自由度均为被动自由度，被动跟随人体运动。

驱动控制电源系统74提供驱动伺服电机7转动，伺服电机7带动行星减速器5转动，进而带动小锥齿轮13转动。小锥齿轮13与大锥齿轮14齿轮传动，带动弹性驱动器11转动，弹性驱动器11带动髋关节花键轴9转动，髋关节花键轴9带动驱动滑轮10转动。线绳73一端固定在驱动滑轮10上，在驱动滑轮10带动下拉动大腿装置，小腿装置绕各自的轴线转动。大腿杆装置中关节滑轮31可以绕第二腿杆25相对转动。小腿杆装置中关节滑轮31可以绕第二大腿杆25相对转动。线绳73上各处拉力相等。线绳73从大腿杆装置前方绕大腿杆装置中髋关节滑轮31一周后，线绳73从小腿杆装置后方绕小腿杆装置中膝关节滑轮77一周，然后，线绳73末端固定在小腿杆装置中第二小腿杆38上。当驱动滑轮10转动，拉动线绳73收紧时，由于线绳73末端固定，线绳73会带动大腿装置绕髋关节轴32轴线转动，带动小腿装置绕膝关节轴78轴线转动。当驱动滑轮10向相反方向转动，线绳73放松时，大腿杆装置，小腿杆装置中第一弹簧33提供回复力，大腿杆装置，小腿杆装置回复初始位置。在矢状面内，提供人体大腿绕髋关节轴线的弯曲，伸展运动自由度，人体小腿绕膝关节轴线的弯曲，伸展运动自由度。髋关节装置，膝关节装置这两个自由度均为主动自由度，在人体大腿抬腿，小腿弯腿动作时，线绳73拉紧，提供助力，在其他时刻，线绳73放松，不提供助力。线绳73移动的距离只与外骨骼髋关节装置，膝关节装置中的关节滑轮31和线绳73之间接触弧长的变化有关，线绳73在下肢外骨骼髋关节装置，膝关节装置中引入了运动约束。

欠驱动系统是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数的一类非线性系统，系统中存在没有被驱动的自由度。欠驱动下肢外骨骼中的绳-滑轮欠驱动机构实际上是变胞机构的一种演化，变胞机构在连续运行的过程中，至少有一次活动度的变化，并在活动度变化后，机构仍能保持运行。即变胞机构被约束一部分自由度后，其余自由度仍可以运动。变胞机构的这一特点使其在运动中改变拓扑结构，从而使机构具有自适应不同形状、尺寸物体的能力。这一特点在欠驱动下肢外骨骼上表现为：人体行走过程中，髋关节，膝关节角度连续变化，人体下肢形状，尺寸发生改变。在下肢外骨骼提供助力过程中，下肢外骨骼被人体下肢约束一部分自由度后，其余自由度仍可以运动，改变了拓扑结构，从而能够自适应人体下肢不同关节角度。从而实现本发明的辅助行走，减少人体能量消耗的功能。