装置还可以作为人类机能增进器以及监控运动的装 置使用。
[0048] 该机器人配备了二自由度（DoF)的平面运动结构。所述结构由与下肢平行相连的 运动链组成。人-机器人系统为了确保最适宜的辅助，必须采用不同构型，以与步行动作的 特征范围相容。
[0049] 该装置包括骨盆套，在这里实现了第一个第一驱动器对应的骨盆接合，以及第二 个第二驱动器对应的中间接合。骨盆套用柔性材料例如碳纤维制成，以使肢体动作能在冠 状面上进行。
[0050] 运动链包括一个与两端接合旋转相连的第一连接段（连杆）；一个与中间接合旋 转相连的第二连接段。
[0051] 大腿段一端与该段旋转相连，另一端与大腿套旋转相连。
[0052] 小腿段一端与该段旋转相连，另一端与小腿套旋转相连。
[0053] 优选的，第二段由两个在角点坚硬地相连的线性部分组成，以形成非180度的角 度，大腿段在角点处与第二段铰链连接。
[0054] 在下文中将更好地说明，该装置能提供大量调节机构，以适应不同的人体测量尺 寸。
[0055] 为达到以上目的，所选择的运动学结构是一种非拟人结构。这类结构实际上确保 了使用者穿戴装置时更好的穿着性能，因为不需要将机器人的接合轴线与人的接合轴线相 对准。实际上在拟人结构中，这些轴线不完全重合将导致剪切力的产生，例如在装置和肢体 接触部位与躯体节段平行的力。这种力无助于辅助步行，还会让使用者产生不适甚至疼痛 的感觉。
[0056] 图2显示了当对象穿戴具有前述运动学特征的机器人结构时，作用在其躯体节段 上的力。相互作用力中的两个分力，只有与躯体节段垂直的力（Fd)能起到辅助运动的作 用。纵向分力（Fu)与躯体节段相平行，是无辅助作用且有害的剪切力，相连围套的刮擦可 能对使用者造成接合创伤及不舒适感。
[0057] 一个确保将力Fu降至零或者相对于力Fd足以忽略不计的方法在于：
[0058] -将围套连接在两端均有铰链的机器人节段上；
[0059] _对运动学结构进行尺寸标注，以使所述连接段（连杆）在行走过程中与相应围套 连接的躯体节段保持大体垂直。
[0060] 经过分析能独立辅助髋接合和膝接合的运动学结构所有可能的拓扑结构，我们发 现只有其中三种（参见图3A、3B、3C)能产生特定的形态以满足上述两个限制条件（例如， 围套与两端均有铰链的连杆相连，所述连杆在步态周期中保持与相应躯体节段大体垂直）。
[0061] 这三种拓扑结构由四个连杆（其中一个为三元连杆）和六个旋转接合组成，其中 两个是驱动接合四个是被动接合。在所有三种情况下，都可以确保沿垂直方向Fd的力传 递，对于特定尺寸，靠两端都有铰链的连杆能保持与大腿和小腿的垂直，实现适宜的辅助 臀部及膝盖屈曲/伸展的力传递（Fd等于零，且无论如何Fd〈〈Fu)。
[0062] 根据本发明的优选实施方式，本装置实现了图3A所示的拓扑结构类型。
[0063] 相应的运动链如图4A和4B所示。
[0064] 在这些图中，接合A、D是驱动的机器人接合，而其它四个机器人接合是被动的。连 杆BE、CF分别与大腿、小腿大体垂直。连杆DEF是一种三元连杆。骨盆接合H与机器人在 大腿上的连接点的距离，定义为HB ;而膝接合K与机器人在小腿上的连接点的距离，定义为 KC0
[0065] 任何所述大腿和/或小腿节段，BE及CF，可以各自包括弹性部分。
[0066] 换言之，所述节段可以通过刚性元件（铰链连接棒）或柔性元件（柔性棒或末端 由弹性铰链支撑的棒）实现，示意图如图4B所示。
[0067] 表格1根据本发明优选实施方式，列出了本装置各个机器人连杆的长度数值。
[0068]表格 1
[0069]
【主权项】
1. 一种非拟人的外骨骼机器人装置，用于对象下肢的辅助和/或康复，包括骨盆套和 运动链，所述骨盆套可被所述对象穿戴在他/她骨盆处；并且，对于每一肢，所述运动链包 括： 第一节段，在其一端处铰链连接至所述骨盆套以实现骨盆接合，并使其另一端铰链连 接在第二节段的一端处以实现中间接合； 大腿节段，一端可转动地连接于所述第二节段，另一端可转动地连接于大腿套；以及 小腿节段，一端可转动地连接于所述第二节段，另一端可转动地连接于小腿套， 设置成以使得所述大腿节段和所述小腿节段在所述装置运行过程中基本上与对应的 肢节段相垂直，对于每个所述运动链，所述装置进一步包括所述骨盆接合的第一驱动器及 所述中间接合的第二驱动器。
2. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于控制及驱动所述驱动器的部件。
3.根据权利要求1或2所述的装置，进一步包括所述节段的多个调节机构。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的装置，其中每个所述驱动器包括减速机 构和弹性元件，所述弹性元件与所述减速机构串联。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的装置，其中用于控制及驱动的所述部件 包括用于探测所述驱动器角度位置的传感器。
6. 根据权利要求1至5中任一权利要求所述的装置，其中所述第一驱动器及第二驱动 器基本上放置在骨盆处，与所述骨盆套的外侧部成为一体。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的装置，其中一个或多个所述驱动器基本 上放置在骨盆处，与所述骨盆套的后部连接。
8. 根据权利要求1至7中任一权利要求所述的装置，其中所述大腿节段和/或所述小 腿节段包括弹性部分。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的装置，其中所述第一节段长度约为165 毫米至170毫米。
10. 根据权利要求1至9中任一权利要求所述的装置，其中所述第二节段包括两个线性 部分，所述两个线性部分在角点坚硬地连接，以形成非180度的角度。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中所述大腿节段在所述角点处与所述第二节段相 铰链连接。
12. 根据权利要求10或11所述的装置，其中所述两个线性部分中的第一部分长度约为 135晕米至235晕米。
13.根据权利要求10至12中任一权利要求所述的装置，其中所述两个线性部分的第二 部分长度约为300毫米至400毫米。
14.根据权利要求10至13中任一权利要求所述的装置，其中所述角度约为120度至 180度。
15.根据权利要求10至14中任一权利要求所述的装置，其中所述大腿节段长度约为 30毫米至130毫米。
16.根据权利要求10至15中任一权利要求所述的装置，其中所述大腿节段的长度约为 50晕米至150晕米。
【专利摘要】本发明涉及一种辅助和康复下肢的机器人装置，尤其是支持人类步行的外骨骼。
【IPC分类】A61H1-02
【公开号】CN104812352
【申请号】CN201380056480
【发明人】迪诺·阿科托, 法布里齐奥·塞尔吉, 希奥尔希奥·卡尔皮诺, 雷吉纳·路易吉·塔利亚蒙特, 西蒙尼·格拉诺, 米开朗基罗·迪帕洛, 欧金尼奥·古格利米力
【申请人】罗马生物医学大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年10月7日
【公告号】CA2887671A1, EP2906172A1, US20150272809, WO2014057410A1