现机械外骨骼完成与人体相似的动作;还包括一块为机械外骨骼提供动力的混合动力模块27。
[0019]控制部件400包括位于各个关节处的接收传感器，接收传感器与AD数模转换组26相连，AD数模转换组26与模拟比较器组25相连，模拟比较器组25与DA数模转换组24相连，DA数模转换组24与信号放大器组23相连，信号放大器组23与电液伺服阀组22相连，电液伺服阀组22与各个关节处的驱动器相连。接收传感器包括位于踝关节处的踝关节压力传感器30，位于膝关节处的位移传感器29和位于髋关节处的髋关节压力传感器28。
[0020]踝关节部件100包括脚板I，脚板I分为后脚板1.1和前脚板1.2，后脚板1.1和前脚板1.2之间通过销轴1.3连接，销轴1.3上套装有扭转弹簧2，扭转弹簧2—端固定在后脚板1.1上，另一端固定在前脚板1.2上，脚板I通过回转轴承133与小腿支杆34活动连接，在脚板I的上部和小腿支杆34上各固定连接一个弹簧挂耳3，两个弹簧挂耳3之间悬挂一根拉伸弹簧4，脚板I上间隔固定连接有两个限位销轴32，在两个限位销轴32之间的小腿支杆34上固定连接一个双向限位挡块31，当拉伸弹簧收缩时拉动弹簧挂耳3时，限制踝关节弯曲角度，防止对穿戴者脚踝部分造成压迫感；当脚踝部分伸展时，双向限位挡块31与限位销轴32配合，限制其转动角度，起到物理保护的作用，小腿支杆34上还固定连接一个定滑轮16。
[0021 ]膝关节部件200包括轮盘8，轮盘8下部与小腿支杆34固定连接，轮盘8中心与大腿支杆35之间通过回转轴承Π 5活动连接，轮盘8上开有两个牵引绳挂孔17，大腿支杆35上固定连接有两个定滑轮Π9。轮盘8上开有一定数量的通孔，以减轻重量，轮盘8沿着圆周方向加工成嵌槽，使得牵引绳Π44在嵌槽内绕着轮盘8转动;轮盘8上的牵引绳挂孔17的位置根据膝关节要实现弯曲角度以及轮盘8直径确定。
[0022]髋关节部件300包括髋关节轴筒10，髋关节轴筒10的下部与大腿支杆35固定连接，髋关节轴筒10的上部与髋关节轴承套11活动连接，髋关节轴承套11内安装有回转轴承m38，髋关节轴承套11连接有一个定滑轮ΙΠ42，髋关节轴承套11的顶部固定连接一个牵引绳挂孔Π 37，髋关节轴承套11的底部固定连接一个牵引绳挂孔ΙΠ36;还包括一个刚性腰带12，刚性腰带12的前端短轴与回转轴承ΙΠ38内圈相连接，刚性腰带12的后端固定连接背部多功能支架21，背部多功能支架21上安装有呈T型布置的定滑轮组，定滑轮组包括外圈带齿定滑轮114、位于外圈带齿定滑轮114上方的外圈带齿定滑轮Π 15以及位于外圈带齿定滑轮114两侧的定滑轮IV13和定滑轮V18。髋关节轴承套11上连接有两个髋关节轴承套挂耳41，髋关节轴承套挂耳41与髋关节轴筒10相连接;任一个髋关节轴承套挂耳41上间隔开有两个凹槽39。
[0023]驱动器包括位于背部多功能支架21的裸关节液压驱动器19和膝关节液压驱动器20、位于刚性腰带12的髋关节后液压驱动器16和髋关节前液压驱动器17;裸关节液压驱动器19通过牵引绳143与踝关节部件100相连接，即牵引绳143的一端与裸关节液压驱动器19相连，另一端穿过定滑轮V18后经过髋关节轴承套挂耳41上的任一个凹槽后又经过定滑轮16连接到后脚板;踝关节液压驱动器19拉动牵引绳143，牵引绳143依次经过髋关节轴筒10上的凹槽及定滑轮16拉动后脚板1.1，以完成提踝动作，直到机械外骨骼脚踝部位转动幅度与人脚踝转幅相同。
[0024]膝关节液压驱动器20通过牵引绳Π 44与膝关节部件200相连接，即膝关节液压驱动器20连接齿条40，齿条40与外圈带齿定滑轮114和外圈带齿定滑轮Π 15相啮合，牵引绳Π44的一端与任一个牵引绳挂孔I相连，另一端经过其中一个定滑轮Π后、从另一个凹槽穿过后、又从外圈带齿定滑轮114和外圈带齿定滑轮Π 15穿过后、又依次经过定滑轮IV13、定滑轮ΙΠ42和另一个定滑轮Π后连接到另一个牵引绳挂孔I;牵引绳Π44随着外圈带齿定滑轮I14、外圈带齿定滑轮Π 15的转动拉动轮盘8顺时针旋转，从而实现膝关节的弯曲；当膝关节需要回复原位时，刚性齿条40推动外圈带齿定滑轮114、外圈带齿定滑轮Π 15反方向转动，通过牵引绳Π44使轮盘8逆时针转动，直到位移传感器29检测到的位移信号与人体一致为止。
[0025]髋关节后液压驱动器16和髋关节前液压驱动器17分别通过牵引绳ΙΠ45和牵引绳IV46与髋关节部件300相连接，即牵引绳ΙΠ45和牵引绳IV46分别与牵引绳挂孔ΙΠ36和牵引绳挂孔Π 37相连;穿戴者髋关节的动作被髋关节压力传感器28探知后，
控制电液伺服阀组22处理通过髋关节后液压执行器16和髋关节前液压执行器17同时执行相反的动作，实现髋关节的屈曲和伸展。
【主权项】
1.一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:该机械外骨骼包括踝关节部件(100)、膝关节部件(200)、髋关节部件(300)和控制部件(400)，所述踝关节部件(100)通过小腿支杆(34)连接膝关节部件(200)，所述膝关节部件(200)通过大腿支杆(35)连接髋关节部件(300)，所述踝关节部件(100)、膝关节部件(200)、髋关节部件(300)通过控制部件(400)实现机械外骨骼完成与人体相似的动作。2.根据权利要求1所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述踝关节部件(100)包括脚板(1)，所述脚板(I)通过回转轴承1(33)与小腿支杆(34)活动连接，所述脚板(I)上间隔固定连接有两个限位销轴(32)，在两个限位销轴(32)之间的小腿支杆(34)上固定连接一个双向限位挡块(31)，在脚板(I)的上部和小腿支杆(34)上各固定连接一个弹簧挂耳(3)，两个弹簧挂耳(3)之间悬挂一根拉伸弹簧(4)，小腿支杆(34)上还固定连接一个定滑轮1(6)。3.根据权利要求2所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述脚板(I)分为后脚板(1.1)和前脚板(1.2)，所述后脚板(1.1)和前脚板(1.2)之间通过销轴(1.3)连接，所述销轴(1.3)上套装有扭转弹簧(2)，扭转弹簧(2)—端固定在后脚板(1.1)上，另一端固定在前脚板(1.2)上。4.根据权利要求1所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述膝关节部件(200)包括轮盘(8)，所述轮盘(8)下部与小腿支杆(34)固定连接，轮盘(8)中心与大腿支杆(35)之间通过回转轴承Π (5)活动连接，所述轮盘(8)上开有两个牵引绳挂孔1(7)，所述大腿支杆(35)上固定连接有两个定滑轮Π (9)。5.根据权利要求1所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述髋关节部件(300)包括髋关节轴筒(10)，所述髋关节轴筒(10)的下部与大腿支杆(35)固定连接，髋关节轴筒(10)的上部与髋关节轴承套(11)活动连接，髋关节轴承套(11)内安装有回转轴承m(38)，髋关节轴承套(11)连接有一个定滑轮ΙΠ(42)，髋关节轴承套(11)的顶部固定连接一个牵引绳挂孔Π (37)，髋关节轴承套(11)的底部固定连接一个牵引绳挂孔ΠΚ36);还包括一个刚性腰带(12)，所述刚性腰带(12)的前端短轴与回转轴承ΠΚ38)内圈相连接，所述刚性腰带(12)的后端固定连接背部多功能支架(21)，所述背部多功能支架(21)上安装有呈T型布置的定滑轮组，所述定滑轮组包括外圈带齿定滑轮1(14)、位于外圈带齿定滑轮1(14)上方的外圈带齿定滑轮Π (15)以及位于外圈带齿定滑轮I(14)两侧的定滑轮IV(13)和定滑轮 V(18)。6.根据权利要求5所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述髋关节轴承套(II)上连接有两个髋关节轴承套挂耳(41)，所述髋关节轴承套挂耳(41)与髋关节轴筒(10)相连接;靠近后背的髋关节轴承套挂耳(41)上间隔开有两个凹槽(39)。7.根据权利要求1所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述控制部件(400)包括位于各个关节处的接收传感器，所述接收传感器与AD数模转换组(26)相连，所述AD数模转换组(26 )与模拟比较器组(25 )相连，所述模拟比较器组(25 )与DA数模转换组(24 )相连，所述DA数模转换组(24)与信号放大器组(23)相连，所述信号放大器组(23)与电液伺服阀组(22)相连，所述电液伺服阀组(22)与各个关节处的驱动器相连。8.根据权利要求7所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述接收传感器包括位于踝关节处的踝关节压力传感器(30)，位于膝关节处的位移传感器(29)和位于髋关节处的髋关节压力传感器(28)。9.根据权利要求7所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:所述驱动器包括裸关节液压驱动器(19)、膝关节液压驱动器(20)、髋关节后液压驱动器(16)和髋关节前液压驱动器(17);所述裸关节液压驱动器(19)通过牵引绳1(43)与踝关节部件(100)相连接;所述膝关节液压驱动器(20)通过牵引绳Π (44)与膝关节部件(200)相连接;所述髋关节后液压驱动器(16)和髋关节前液压驱动器(17)分别通过牵引绳ΠΚ45)和牵引绳IV(46)与髋关节部件(300)相连接。10.根据权利要求1所述一种线传动穿戴式机械外骨骼，其特征在于:还包括一块为机械外骨骼提供动力的混合动力模块(27)。
【专利摘要】一种线传动穿戴式机械外骨骼，该机械外骨骼包括踝关节部件、膝关节部件、髋关节部件和控制部件，踝关节部件通过小腿支杆连接膝关节部件，膝关节部件通过大腿支杆连接髋关节部件，踝关节部件、膝关节部件、髋关节部件通过控制部件实现机械外骨骼完成与人体相似的动作。在膝关节处采用轮盘设计，保证了线传动机械外骨骼膝关节的弯曲度，有效避免了涉水时马达驱动膝关节的安全问题，大幅度地增加了恶劣环境下的可靠性；将牵引绳配合定滑轮组用于机械外骨骼，相比膝关节直接放置液压驱动器驱动，相关机构大为简化，并且液压驱动器布置的离混合动力模块很近，降低了液压油在油管路中的能量损失，提高了能量利用率。
【IPC分类】B25J9/00
【公开号】CN105500343
【申请号】CN201610026011
【发明人】陈宁, 李琦, 朱广宇, 彭伟, 刘爽
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月15日