一种基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人的制作方法

文档序号:12664644阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,包括中控系统(1)、髋关节连接机构(2)、髋关节驱动器(3)及设置在佩戴者大腿上的大腿连接机构;

所述中控系统(1)设置在佩戴者腰部,与所述髋关节驱动器(3)电气连接,并通过所述髋关节连接机构(2)与所述髋关节驱动器(3)物理连接,用于接收所述髋关节驱动器(3)发送的信息并控制所述髋关节驱动器(3)的运行;

所述髋关节驱动器(3)与所述大腿连接机构连接,用于通过大腿连接机构感知佩戴者腿部的运动,并为佩戴者腿部运动提供助力。

2.根据权利要求1所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述髋关节驱动器(3)包括伺服电机(10)、与所述伺服电机(10)连接的谐波减速机(12)、与所述谐波减速机(12)连接的环形力矩传感器(13)和与所述环形力矩传感器(13)连接的转矩输出盘(14);

所述环形力矩传感器(13)还与所述中控系统(1)连接,用于监测佩戴者腿部关节扭矩,获得关节扭矩数据;

所述中控系统(1)根据所述关节扭矩数据控制所述伺服电机(10)的转动,以通过所述转矩输出盘(14)带动所述大腿连接机构运动,为佩戴者腿部运动提供助力。

3.根据权利要求2所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述髋关节驱动器(3)还包括角度编码器,所述角度编码器用于监测佩戴者腿部关节位移,获得关节位移数据;

所述中控系统(1)还根据所述关节位移数据控制所述伺服电机(10)及谐波减速机(12)的转动,以带动所述大腿连接机构运动,为佩戴者腿部运动提供助力。

4.根据权利要求3所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述髋关节驱动器(3)还包括输入端外壳(15)、输入端内壳(17)和输出端外壳(16);

所述伺服电机(10)、谐波减速机(12)及环形力矩传感器(13)均设置于所述输入端内壳(17)内,所述转矩输出盘(14)设置在所述输出端外壳(16)内,所述输出端外壳(16)与所述大腿连接机构刚性连接。

5.根据权利要求4所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述输入端内壳(17)靠近所述输出端外壳(16)的侧壁上设置有限位件(19),所述输出端外壳(16)靠近所述输入端内壳(17)的一面上设置有凹槽(20),所述凹槽(20)上开设有开口(21);

当所述转矩输出盘(14)转动时,所述输出端外壳(16)随所述转矩输出盘(14)转动,所述限位件(19)在所述凹槽(20)内运动,当所述限位件(19)运动至所述开口(21)处时,被卡设在所述开口(21)中,限制了所述转矩输出盘(14)的继续转动。

6.根据权利要求4或5所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,还包括紧急解锁机构(18),所述紧急解锁机构(18)内置在所述输入端内壳(17)中;所述转矩输出盘(14)通过所述紧急解锁机构(18)与所述输出端外壳(16)连接;

当所述紧急解锁机构(18)接收到外界发来的解锁信号时,所述紧急解锁机构(18)与所述转矩输出盘(14)或与所述输出端外壳(16)断开连接,以停止对大腿连接机构的驱动。

7.根据权利要求6所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,还包括外置的紧急解锁构件,所述外置的紧急解锁构件与为所述伺服电机(10)提供电能的电池连接,用于紧急状况下断开电池与伺服电机(10)的连接。

8.根据权利要求1所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述大腿连接机构包括连杆(4)、柔性绑带(6)和用于包覆大腿的包覆式外壳(5);所述连杆(4)与所述髋关节驱动器(3)刚性连接,所述包覆式外壳(5)设置在所述连杆(4)上,并通过所述柔性绑带(6)固定在所述大腿上。

9.根据权利要求8所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述连杆(4)为可伸缩结构。

10.根据权利要求8所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述包覆式外壳(5)与大腿接触的一面上设置有软垫。

11.根据权利要求1所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述髋关节连接机构(2)为刚性结构、单自由度活动结构或两自由度活动结构。

12.根据权利要求1所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,还包括与所述大腿连接机构连接的膝关节被动机构(7)和与所述膝关节被动机构(7)连接的小腿连接机构(8),所述膝关节被动机构(7)通过所述小腿连接机构(8)设置在佩戴者的小腿上;所述小腿连接机构(8)通过可调节绑带连接在佩戴者的小腿上。

13.根据权利要求12所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述膝关节被动机构(7)为单自由度结构、两自由度结构或三自由度结构的关节。

14.根据权利要求12所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,还包括足底支撑机构,所述足底支撑机构与所述小腿连接机构(8)连接。

15.根据权利要求3所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述中控系统(1)包括行走助力单元,所述行走助力单元用于接收所述环形力矩传感器(13)发送的扭矩数据;

当所述行走助力单元接收到同向的扭矩数据大于第一预设阈值时,其控制所述伺服电机(10)转动以使得所述髋关节驱动器(3)为佩戴者髋关节的移动提供同向的助力,以增加佩戴者髋关节的出力;

当所述行走助力单元接收到反向的扭矩数据大于第二预设阈值时,其控制所述伺服电机(10)转动以使得所述髋关节驱动器(3)为佩戴者髋关节的移动提供反向的助力,以增加佩戴者髋关节的出力。

16.根据权利要求15所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述中控系统(1)还包括数据处理单元,所述数据处理单元用于接收、处理并存储所述环形力矩传感器(13)获得的关节扭矩数据和所述角度传感器获得的关节位移数据。

17.根据权利要求15所述的基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人,其特征在于,所述中控系统(1)还包括动作限定单元和过载保护单元;

所述动作限定单元用于根据所述角度编码器获得的关节位移数据监控佩戴者髋关节位移幅度;当监测到的关节位移幅度变化总量或速率大于第三预设阈值时,停止所述伺服电机(10)的驱动或断开电源;

所述过载保护单元用于根据所述环形力矩传感器(13)获得的关节扭矩数据监控佩戴者关节移动力矩变化,当监测到关节移动力矩变化总量或速率大于第四预设阈值时,停止所述伺服电机(10)的驱动或断开电源。

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