一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，它涉及一種外骨骼助力機(jī)器人，以解決現(xiàn)有穿戴于人體的下肢助力外骨骼機(jī)器人存在助力效果差導(dǎo)致人體的負(fù)重能力降低，以及人體穿戴舒適性差、通用性差，野外的環(huán)境適應(yīng)性差的問(wèn)題，它包括上體背部、左腿和右腿，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和小腿穿戴系統(tǒng)；所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括連接座、伸縮桿、第二彈簧和擋片，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合；每個(gè)所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括帶有編碼器的第二電機(jī)、第二減速器、第三錐齒輪、第四錐齒輪、大腿連接桿、膝關(guān)節(jié)支架、膝關(guān)節(jié)連接板、角度傳感器、串聯(lián)彈性組合體、膝關(guān)節(jié)齒輪箱體、膝關(guān)節(jié)軸和端蓋；本發(fā)明適用于野外穿戴助行。
【專利說(shuō)明】一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種外骨骼助力機(jī)器人，具體涉及一種用于供人體穿戴，適用于野外輔助人體背負(fù)重物行走的便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外在下肢外骨骼助力裝置方面進(jìn)行了大量的研究，尤其是專用于行動(dòng)不便的病人、殘疾人的康復(fù)機(jī)器人、醫(yī)療輔助器械等領(lǐng)域的研究比較普遍，這些裝置普遍具有機(jī)械強(qiáng)度不大、與人體的契合度和舒適性不高、需要量身定做和成本較高的特點(diǎn)，而對(duì)于可以在室外環(huán)境下，輔助人體運(yùn)動(dòng)的負(fù)重型助力機(jī)器人則研究較少。因此，在復(fù)雜地理環(huán)境和惡劣工況下，物資的搬運(yùn)要靠人來(lái)完成，但由于人在搬運(yùn)時(shí)體力有限，工作效率低。
[0003]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮?01310202205.3的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N外骨骼助力裝置，它采用電機(jī)及諧波減速，渦輪蝸桿減速及換向，大腿、小腿連接桿采用與人體貼合的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)繃帶縛于腿部，但沒有大小腿的伸縮機(jī)構(gòu)，人體穿戴適應(yīng)性差，野外攜帶使用不方便，而且不包含腳部的設(shè)計(jì)，其助力不能直接傳遞到地面，增加了人體腳部的負(fù)荷，導(dǎo)致人體的負(fù)重能力降低，工作效率降低。
[0004]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮?01310262919.3的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N穿戴式下肢助力外骨骼，每條腿僅用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為單自由度機(jī)械腿，使用連桿機(jī)構(gòu)配合一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)同時(shí)擬合出恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)角度曲線，控制上較為簡(jiǎn)單，但對(duì)野外的環(huán)境適應(yīng)性較差，且針對(duì)不同身高體型的穿戴者，需要針對(duì)性的設(shè)計(jì)連桿的長(zhǎng)度，不具有通用性。
[0005]所以，針對(duì)上述設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，有必有提供一種適用于野外穿戴應(yīng)用的，具有儲(chǔ)能功能節(jié)省能源消耗的，便 于拆卸和裝配組裝的低成本下肢外骨骼助力機(jī)器人，以克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有穿戴于人體的下肢助力外骨骼機(jī)器人存在助力效果差導(dǎo)致人體的負(fù)重能力降低，以及人體穿戴舒適性差、通用性差，野外的環(huán)境適應(yīng)性差的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人。
[0007]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人包括上體背部、左腿和右腿，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和小腿穿戴系統(tǒng)；
[0009]上體背部包括背部支架、背部腰帶、腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板、腰部后側(cè)連接板、調(diào)整連接板、上位機(jī)、電源模塊和兩個(gè)第一彈簧；所述腰部后側(cè)連接板為倒T形腰部后側(cè)連接板；背部腰帶固裝在水平設(shè)置的腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板上，背部支架固裝在腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板的上表面上，背部支架上固裝有上位機(jī)和電源模塊，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板的下端面上固裝有腰部后側(cè)連接板，腰部后側(cè)連接板的豎臂的上端與腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，腰部后側(cè)連接板的兩個(gè)橫臂上分別固裝有能水平伸縮的豎直設(shè)置的調(diào)整連接板，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板的下表面與腰部后側(cè)連接板的兩個(gè)橫臂之間分別安裝有與二者連接的第一彈簧；
[0010]每個(gè)髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括彎折腰帶、帶有編碼器的第一電機(jī)、第一減速器、大腿過(guò)渡連接桿、髖關(guān)節(jié)連接桿、髖關(guān)節(jié)齒輪箱和髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)；所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括連接座、伸縮桿、第二彈簧和擋片，所述伸縮桿傾斜設(shè)置，伸縮桿的一端與連接座連接，伸縮桿的另一端安裝有擋片，擋片與連接座之間的伸縮桿上套裝有第二彈簧；所述髖關(guān)節(jié)齒輪箱包括箱體、連接套、第一錐齒輪、第二錐齒輪和串聯(lián)彈性組合體，連接套與箱體連接為一體，連接座與連接套的下表面固接，擋片支撐在髖關(guān)節(jié)連接桿上，箱體上安裝有串聯(lián)彈性組合體，所述彎折腰帶的一端與調(diào)整連接板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接套固套在彎折腰帶的另一端，且彎折腰帶的伸入長(zhǎng)度可調(diào)；第一錐齒輪與第二錐齒輪的軸向均水平設(shè)置，帶有編碼器的第一電機(jī)的輸出端與第一減速器的輸入端連接，第一減速器的輸出端與第一錐齒輪連接，串聯(lián)彈性組合體的一端與第二錐齒輪連接，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合；串聯(lián)彈性組合體的另一端與豎直設(shè)置的髖關(guān)節(jié)連接桿連接，髖關(guān)節(jié)連接桿與豎直設(shè)置的大腿過(guò)渡連接桿的上部可拆卸連接；
[0011]每個(gè)所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括帶有編碼器的第二電機(jī)、第二減速器、第三錐齒輪、第四錐齒輪、大腿連接桿、膝關(guān)節(jié)支架、膝關(guān)節(jié)連接板、角度傳感器、串聯(lián)彈性組合體、膝關(guān)節(jié)齒輪箱體、膝關(guān)節(jié)軸和端蓋；所述大腿連接桿為豎直設(shè)置的空心連接桿，大腿連接桿的上部固套在大腿過(guò)渡連接桿的下部，且大腿過(guò)渡連接桿的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，大腿連接桿的下部與膝關(guān)節(jié)齒輪箱體固接，第三錐齒輪的軸向垂直設(shè)置，第四錐齒輪的軸向水平設(shè)置，帶有編碼器的第二電機(jī)的輸出端與第二減速器的輸入端連接，第二減速器的輸出端安裝有設(shè)置在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體內(nèi)的第三錐齒輪，膝關(guān)節(jié)軸通過(guò)軸承安裝在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體內(nèi)，膝關(guān)節(jié)軸上固裝有膝關(guān)節(jié)支架、第四錐齒輪、串聯(lián)彈性組合體和膝關(guān)節(jié)連接板，第三錐齒輪與第四錐齒輪嚙合，串聯(lián)彈性組合體轉(zhuǎn)動(dòng)連接在膝關(guān)節(jié)軸上，串聯(lián)彈性組合體的一端與第四錐齒輪連接，串聯(lián)彈性組合體的另一端與豎直設(shè)置的膝關(guān)節(jié)連接板連接，膝關(guān)節(jié)軸的與膝關(guān)節(jié)連接板相鄰的一端加工有第一凹槽，第一凹槽內(nèi)安裝有與膝關(guān)節(jié)軸固接的角度傳感器，角度傳感器的輸出軸穿過(guò)蓋合在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體上的端蓋的中部，膝關(guān)節(jié)支架與膝關(guān)節(jié)軸連接，膝關(guān)節(jié)支架與膝關(guān)節(jié)連接板連接；
`[0012]每個(gè)所述小腿穿戴系統(tǒng)包括小腿過(guò)渡連接桿、小腿連接桿、弧形板、小腿后側(cè)連接桿、U形連接板、兩段式鞋底、腳底測(cè)力鞋墊和兩個(gè)鞋底支架；所述小腿過(guò)渡連接桿為豎直設(shè)置的空心連接桿，膝關(guān)節(jié)連接板與小腿過(guò)渡連接桿的上部連接，小腿過(guò)渡連接桿的下部固套在豎直設(shè)置的小腿連接桿的上部，且小腿連接桿的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，小腿連接桿的下部與豎直設(shè)置的弧形板的一側(cè)邊連接，弧形板的另一側(cè)邊與豎直設(shè)置的小腿后側(cè)連接桿的上部連接，且小腿連接桿與小腿后側(cè)連接桿之間的間距可調(diào)，小腿后側(cè)連接桿的下部與U形連接板的中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，U形連接板的兩端分別與兩個(gè)鞋底支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩段式鞋底的第一段與兩個(gè)鞋底支架連接，兩段式鞋底的第二段與第一段鉸接，腳底測(cè)力鞋墊由多個(gè)薄膜壓力傳感器陣列排布制成，腳底測(cè)力鞋墊鋪設(shè)在兩段式鞋底的上表面上；
[0013]電源模塊給上位機(jī)、帶有編碼器的第一電機(jī)、帶有編碼器的第二電機(jī)、角度傳感器和薄膜壓力傳感器供電，上位機(jī)對(duì)帶有編碼器的第一電機(jī)、帶有編碼器的第二電機(jī)、角度傳感器和薄膜壓力傳感器實(shí)行控制。[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]一、本發(fā)明的大腿連接桿固套插裝在大腿過(guò)渡連接桿上，大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拆卸組裝便捷，便于運(yùn)輸和安裝，大腿過(guò)渡連接桿的伸入長(zhǎng)度能調(diào)整，能適應(yīng)不同高矮的穿戴者，增強(qiáng)穿戴的通用性；小腿過(guò)渡連接桿固套在小腿連接桿上，小腿穿戴系統(tǒng)和大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拆卸組裝便捷，便于運(yùn)輸和安裝，大腿過(guò)渡連接桿的伸入長(zhǎng)度能調(diào)整，能適應(yīng)不同高矮的穿戴者，增強(qiáng)穿戴的通用性；調(diào)整連接板能水平伸縮，彎折腰帶能水平伸縮，能適應(yīng)不同高矮和胖瘦的穿戴者，增強(qiáng)穿戴的通用性；小腿連接桿與小腿后側(cè)連接桿之間的間距可調(diào)，能適應(yīng)不同胖瘦的穿戴者，增強(qiáng)穿戴的通用性。
[0016]二、髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，在人體支撐腿從豎直狀態(tài)到后伸這一階段內(nèi)，人體重心下降，彈簧儲(chǔ)能過(guò)程如圖7、圖8和圖9所示，從圖8到圖9的狀態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)能，反之則釋能，便于減少能耗，有助于提高電源模塊的續(xù)航時(shí)間，適應(yīng)野外工作環(huán)境的需要，提高了野外穿戴的續(xù)航能力。
[0017]三、本發(fā)明整體采用仿擬人化設(shè)計(jì)，模擬人體下肢的整體造型，每條腿包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3自由度(調(diào)整連接板8處的外展/內(nèi)收自由度，腰部外側(cè)連接桿17的伸縮自由度、髖關(guān)節(jié)連接桿20的旋轉(zhuǎn)自由度)；膝部I自由度(膝關(guān)節(jié)連接板44的旋轉(zhuǎn)自由度)；踝部3自由度(小腿連接桿62的水平伸縮自由度、小腿后側(cè)連接桿64的水平伸縮自由度、小腿后側(cè)連接桿64的旋轉(zhuǎn)自由度)，可實(shí)現(xiàn)腳部轉(zhuǎn)動(dòng)、內(nèi)翻外翻轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)，具有較高靈活性，各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)期間與人體運(yùn)動(dòng)保持良好的一致性好，位置偏差?。欢问叫椎牡谝欢螛?gòu)成腳跟，第二段構(gòu)成前腳掌，前腳掌與腳跟鉸接，使用時(shí)，通過(guò)捆綁繃帶固定，提高穿戴舒適性，提高了人體的負(fù)重能力，緩解了疲勞，外骨骼機(jī)器人助力效果增加，提高了工作效率，工作效率提高了 45%以上。
[0018]四、大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和小腿上，不安裝捆綁裝置，采用在人體腳底與外骨骼鞋底之間設(shè)置腳底測(cè)力鞋墊(圖16所示)，腳底測(cè)力鞋墊是由一個(gè)個(gè)的薄膜壓力傳感器陣列排布組成的鞋墊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)人體腳底面的接觸壓力，通過(guò)配合膝關(guān)節(jié)內(nèi)部的角度傳感器，進(jìn)行上位機(jī)的軌跡規(guī)劃，控制髖關(guān)節(jié)的帶有編碼器的第一電機(jī)和膝關(guān)節(jié)的帶有編碼器的第二電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，使外骨骼的末端腳底始終跟隨人體的腳底面，并且使二者之間的壓力維持在一個(gè)舒適的力度，從而實(shí)現(xiàn)整體上的外骨骼控制策略，使外骨骼跟隨人體運(yùn)動(dòng)并提供助力。
[0019]五、設(shè)計(jì)中選用了大量的型材，大大降低了制造成本。如背部支撐架、大腿連接桿、小腿過(guò)渡連接桿、第一彈簧和第二彈簧等零件均為常用材料，為此裝置的批量生產(chǎn)提供了可能，降低了成本，成本降低了 30%以上。
[0020]六、對(duì)于關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)上，使用串聯(lián)彈性組合體的柔性驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速，換向，直接變?yōu)殛P(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出，結(jié)構(gòu)更加緊湊，具有緩沖減震等功能。本發(fā)明下肢外骨骼助力機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人，是將人和兩足步行機(jī)器人有機(jī)結(jié)合在一起的仿生擬人化機(jī)器人，利用人的行為來(lái)控制機(jī)器人，提供動(dòng)力協(xié)助人的行走，增強(qiáng)人的行走能力和速度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0021]圖1為發(fā)明前側(cè)看的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖2為本發(fā)明后側(cè)看的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖3為本發(fā)明上體背部的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖4為上體背部的分解示意圖，圖5為左腿的分解示意圖，圖6為髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分解示意圖，圖7為髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的髖關(guān)節(jié)連接桿與擋片分離狀態(tài)示意圖，圖8為髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的髖關(guān)節(jié)連接桿與擋片接觸狀態(tài)示意圖，圖9為髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的髖關(guān)節(jié)連接桿壓縮擋片及伸縮桿的狀態(tài)示意圖，圖10為髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)示意圖，圖11為髖關(guān)節(jié)齒輪箱的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖12為串聯(lián)彈性組合體與第二錐齒輪或第四錐齒輪連接結(jié)構(gòu)立體圖，圖13為大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分解示意圖，圖14為大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖15為串聯(lián)彈性組合體與第二錐齒輪或第四錐齒輪連接結(jié)構(gòu)的分解示意圖，圖16為小腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分解示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖16說(shuō)明，本實(shí)施方式的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人包括上體背部A、左腿和右腿，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)B、大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C和小腿穿戴系統(tǒng)D ;
[0023]上體背部A包括背部支架3、背部腰帶4、腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5、腰部后側(cè)連接板7、調(diào)整連接板8、上位機(jī)2、電源模塊I和兩個(gè)第一彈簧10 ;所述腰部后側(cè)連接板7為倒T形腰部后側(cè)連接板；背部腰帶4固裝在水平設(shè)置的腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5上，背部支架3固裝在腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5的上表面上，背部支架3上固裝有上位機(jī)2和電源模塊I，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5的下端面上固裝有腰部后側(cè)連接板7，腰部后側(cè)連接板7的豎臂的上端與腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5轉(zhuǎn)動(dòng)連接，腰部后側(cè)連接板7的兩個(gè)橫臂上分別固裝有能水平伸縮的豎直設(shè)置的調(diào)整連接板8，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5的下表面與腰部后側(cè)連接板7的兩個(gè)橫臂之間分別安裝有與二者連接的第一彈簧10 ；
[0024]每個(gè)髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)B包括彎折腰帶26、帶有編碼器的第一電機(jī)13、第一減速器15、大腿過(guò)渡連接桿21、髖關(guān)節(jié)連接桿20、髖關(guān)節(jié)齒輪箱18和髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)；所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括連接座22、伸縮桿25、第二彈簧24和擋片25-1，所述伸縮桿25傾斜設(shè)置，伸縮桿25的一端與連接座22連接，伸縮桿25的另一端安裝有擋片25-1，擋片25_1與連接座22之間的伸縮桿25上套裝有第二`彈簧24 ;所述髖關(guān)節(jié)齒輪箱18包括箱體18-2、連接套18_1、第一錐齒輪15-1、第二錐齒輪15-2和串聯(lián)彈性組合體58，連接套18-1與箱體18_2連接為一體，連接座22與連接套18-1的下表面固接，擋片25-1支撐在髖關(guān)節(jié)連接桿20上，箱體18-2上安裝有串聯(lián)彈性組合體58，所述彎折腰帶26的一端與調(diào)整連接板8轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接套18-1固套在彎折腰帶26的另一端，且彎折腰帶26的伸入長(zhǎng)度可調(diào)；第一錐齒輪15-1與第二錐齒輪15-2的軸向均水平設(shè)置,帶有編碼器的第一電機(jī)13的輸出端與第一減速器15的輸入端連接，第一減速器15的輸出端與第一錐齒輪15-1連接，串聯(lián)彈性組合體58的一端與第二錐齒輪37-2連接，第一錐齒輪15-1與第二錐齒輪15-2嚙合；串聯(lián)彈性組合體58的另一端與豎直設(shè)置的髖關(guān)節(jié)連接桿20連接，髖關(guān)節(jié)連接桿20與豎直設(shè)置的大腿過(guò)渡連接桿21的上部可拆卸連接；
[0025]每個(gè)所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C包括帶有編碼器的第二電機(jī)35、第二減速器37、第三錐齒輪37-1、第四錐齒輪37-2、大腿連接桿34、膝關(guān)節(jié)支架53、膝關(guān)節(jié)連接板44、角度傳感器47、串聯(lián)彈性組合體58、膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38、膝關(guān)節(jié)軸43和端蓋50 ;所述大腿連接桿34為豎直設(shè)置的空心連接桿，大腿連接桿34的上部固套在大腿過(guò)渡連接桿21的下部，且大腿過(guò)渡連接桿21的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，大腿連接桿34的下部與膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38固接，第三錐齒輪37-1的軸向垂直設(shè)置，第四錐齒輪37-2的軸向水平設(shè)置，帶有編碼器的第二電機(jī)35的輸出端與第二減速器37的輸入端連接，第二減速器37的輸出端安裝有設(shè)置在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38內(nèi)的第三錐齒輪37-1，膝關(guān)節(jié)軸43通過(guò)軸承安裝在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38內(nèi)，膝關(guān)節(jié)軸43上固裝有膝關(guān)節(jié)支架53、第四錐齒輪37-2、串聯(lián)彈性組合體58和膝關(guān)節(jié)連接板44，第三錐齒輪37-1與第四錐齒輪37-2嚙合，串聯(lián)彈性組合體58轉(zhuǎn)動(dòng)連接在膝關(guān)節(jié)軸43上，串聯(lián)彈性組合體58的一端與第四錐齒輪37-2連接，串聯(lián)彈性組合體58的另一端與豎直設(shè)置的膝關(guān)節(jié)連接板44連接，膝關(guān)節(jié)軸43的與膝關(guān)節(jié)連接板44相鄰的一端加工有第一凹槽43-1，第一凹槽43-1內(nèi)安裝有與膝關(guān)節(jié)軸43固接的角度傳感器47，角度傳感器47的輸出軸穿過(guò)蓋合在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38上的端蓋50的中部，膝關(guān)節(jié)支架53與膝關(guān)節(jié)軸43連接，膝關(guān)節(jié)支架53與膝關(guān)節(jié)連接板44連接；
[0026]每個(gè)所述小腿穿戴系統(tǒng)D包括小腿過(guò)渡連接桿51、小腿連接桿62、弧形板63、小腿后側(cè)連接桿64、U形連接板68、兩段式鞋底、腳底測(cè)力鞋墊74和兩個(gè)鞋底支架70 ;所述小腿過(guò)渡連接桿51為豎直設(shè)置的空心連接桿，膝關(guān)節(jié)連接板44與小腿過(guò)渡連接桿51的上部連接，小腿過(guò)渡連接桿51的下部固套在豎直設(shè)置的小腿連接桿62的上部，且小腿連接桿62的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，小腿連接桿62的下部與豎直設(shè)置的弧形板63的一側(cè)邊連接，弧形板63的另一側(cè)邊與豎直設(shè)置的小腿后側(cè)連接桿64的上部連接，且小腿連接桿62與小腿后側(cè)連接桿64之間的間距可調(diào)，小腿后側(cè)連接桿64的下部與U形連接板68的中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，U形連接板68的兩端分別與兩個(gè)鞋底支架70轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩段式鞋底的第一段73與兩個(gè)鞋底支架70連接，兩段式鞋底的第二段72與第一段73鉸接，腳底測(cè)力鞋墊74由多個(gè)薄膜壓力傳感器陣列排布制成，腳底測(cè)力鞋墊74鋪設(shè)在兩段式鞋底的上表面上；
[0027]電源模塊I給上位機(jī)2、帶有編碼器的第一電機(jī)13、帶有編碼器的第二電機(jī)35、角度傳感器47和薄膜壓力傳感 器供電，上位機(jī)2對(duì)帶有編碼器的第一電機(jī)13、帶有編碼器的第二電機(jī)35、角度傳感器47和薄膜壓力傳感器實(shí)行控制。
[0028]本實(shí)施方式的腰 部后側(cè)連接板7的豎臂與腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5可通過(guò)圓柱銷6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成一個(gè)上體左右傾斜的自由度；兩個(gè)第一彈簧的作用是保持上體背部的平衡；本實(shí)施方式的第四錐齒輪37-2通過(guò)兩個(gè)第五軸承41支撐在膝關(guān)節(jié)軸43上，本實(shí)施方式的U形連接板68的兩端分別與兩個(gè)鞋底支架72可通過(guò)兩個(gè)銷子69連接。兩段式鞋底的第二段72與第一段73通過(guò)合頁(yè)71鉸接。本實(shí)施方式大腿過(guò)渡連接桿21通過(guò)推力球軸承27支撐，大腿過(guò)渡連接桿21通過(guò)內(nèi)軸套31、外軸套32以及二者之間設(shè)置的兩個(gè)第七軸承28支撐并固定在髖關(guān)節(jié)連接桿20內(nèi)，并通過(guò)支撐蓋32壓緊防止脫出，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活方便。本實(shí)施方式髖關(guān)節(jié)連接桿20轉(zhuǎn)動(dòng)后能壓縮擋片25-1，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伸縮桿25以及第二彈簧24的收縮，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。髖關(guān)節(jié)連接桿20轉(zhuǎn)動(dòng)后脫離擋片25-1后，實(shí)現(xiàn)伸縮桿25以及第二彈簧24的拉伸。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖11-圖15說(shuō)明，本實(shí)施方式所述串聯(lián)彈性組合體58包括多個(gè)串聯(lián)彈性體54，每個(gè)串聯(lián)彈性體54包括內(nèi)環(huán)59、外環(huán)61和十條第三彈簧57，內(nèi)環(huán)59的外壁上沿其周向均布設(shè)置有五個(gè)外卡座60，外環(huán)61的內(nèi)壁上沿其周向均布設(shè)置有五個(gè)內(nèi)卡座61-1，內(nèi)環(huán)59和外環(huán)61同軸設(shè)置，外環(huán)61套裝在內(nèi)環(huán)59上，五個(gè)外卡座60和五個(gè)內(nèi)卡座61-1相間布置,每個(gè)內(nèi)卡座61-1與相鄰的一個(gè)外卡座60之間安裝有一個(gè)第三彈簧57，相鄰兩個(gè)串聯(lián)彈性體54的其中一個(gè)串聯(lián)彈性體54的外環(huán)61上沿軸向加工有多個(gè)卡爪61-2，相鄰兩個(gè)串聯(lián)彈性體54中余下的一個(gè)串聯(lián)彈性體54的外環(huán)61上沿軸向加工有與卡爪61-2相插接的卡槽61-3，多個(gè)串聯(lián)彈性體54通過(guò)卡爪61_2和卡槽61_3的插接相連為一個(gè)串聯(lián)彈性組合體；串聯(lián)彈性組合體58的一端的串聯(lián)彈性體54的外環(huán)61與第二錐齒輪15-2或第四錐齒輪37-2連接，串聯(lián)彈性組合體58的另一端的串聯(lián)彈性體54的內(nèi)環(huán)59通過(guò)第六軸承77支撐在膝關(guān)節(jié)軸43上并與髖關(guān)節(jié)連接桿20或膝關(guān)節(jié)連接板44連接。
[0030]本實(shí)施方式的有益效果是:本實(shí)施方式基于對(duì)傳統(tǒng)柔性驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)和串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器(SEA)機(jī)理的研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，修改了串聯(lián)彈簧的連接形式，把串聯(lián)彈簧設(shè)計(jì)成多個(gè)獨(dú)立的串聯(lián)彈性體，每個(gè)串聯(lián)彈性體由十個(gè)彈簧及其內(nèi)外環(huán)組成，外環(huán)和內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，可以減小突然啟動(dòng)或者突然接觸對(duì)關(guān)節(jié)以及電機(jī)的沖擊；每個(gè)串聯(lián)彈性體的變形量和扭矩之間的線性關(guān)系是多對(duì)彈簧線性度的平均值，串聯(lián)彈性體傳動(dòng)平穩(wěn)，線性度較高，直接進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式扭矩輸出，具有很高的傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性，傳動(dòng)精度提高了 15%以上，使用使用壽命提高了 3倍，輸入和輸出通過(guò)多個(gè)串聯(lián)彈性體相連接，動(dòng)力傳遞時(shí)，第二錐齒輪15-2或第四錐齒輪37-2將動(dòng)力傳遞給串聯(lián)彈性體54的外環(huán)61，外環(huán)61獲得的動(dòng)力通過(guò)第三彈簧57傳遞扭矩到內(nèi)環(huán)60，內(nèi)環(huán)60再把扭矩傳遞到髖關(guān)節(jié)連接桿21或膝關(guān)節(jié)連接桿44上。通過(guò)增減串聯(lián)彈性體的個(gè)數(shù)來(lái)達(dá)到適應(yīng)不同程度緩沖和改變系統(tǒng)剛度的目的。 [0031]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖13說(shuō)明，本實(shí)施方式的串聯(lián)彈性組合體58的另一端的串聯(lián)彈性體54的內(nèi)環(huán)59加工有多個(gè)第二凹槽59-1，膝關(guān)節(jié)連接板44上加工有與第二凹槽59-1數(shù)量相一致的凸起44-1，凸起44-1卡合在相應(yīng)的第二凹槽59_1內(nèi)。
[0032]本實(shí)施方式的有益效果是:串聯(lián)彈性體與膝關(guān)節(jié)連接板通過(guò)凸起和凹槽的配合連接來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞扭矩，結(jié)構(gòu)更加緊湊，柔性變形好。其它與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖2、圖4和圖6說(shuō)明，本實(shí)施方式的每個(gè)彎折腰帶26包括角鋼16、腰部外側(cè)連接桿17、連接桿12、第三彈性卡圈78和兩個(gè)第四軸承11，調(diào)整連接板8的端部加工有豎直設(shè)置的兩個(gè)圓環(huán)76，角鋼16的一端與連接桿12連接，連接桿12的另一端安裝有兩個(gè)第四軸承11，兩個(gè)第四軸承11卡裝在兩個(gè)圓環(huán)76內(nèi)，角鋼16的另一端安裝有腰部外側(cè)連接桿17，連接套18-1通過(guò)卡接在連接套18-1上的第三彈性卡圈78固套在腰部外側(cè)連接桿17上，所述調(diào)整連接板8的板面上加工有向其長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)孔8-2，腰部后側(cè)連接板7的兩個(gè)橫臂分別通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)孔8-2內(nèi)的第一螺栓8-1與調(diào)整連接板8連接。
[0034]本實(shí)施方式的有益效果是:兩個(gè)第四軸承11安裝在與調(diào)整連接板8連接的圓環(huán)76內(nèi)，形成髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收自由度，適合不同穿戴者的需要；調(diào)整連接板8插入或拔出腰部后側(cè)連接板7的兩個(gè)橫臂一定長(zhǎng)度并通過(guò)第一螺栓8-1緊固，實(shí)現(xiàn)調(diào)整連接板8的伸縮，滿足不同胖瘦穿戴者的需要；腰部外側(cè)連接桿17插裝或拔出在連接套18-1的一定長(zhǎng)度并通過(guò)第三彈性卡圈78緊固，實(shí)現(xiàn)腰部外側(cè)連接桿17的伸縮，滿足不同胖瘦者的穿戴需要，方便實(shí)用，簡(jiǎn)單可靠。其它與【具體實(shí)施方式】一、二或三相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖4說(shuō)明，本實(shí)施方式所述背部支架3為二臺(tái)階式背部支架，一階的下表面固裝在腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板5的上表面上，一階的上表面上安裝有電源模塊I，二階的上表面上安裝有上位機(jī)2。
[0036]本實(shí)施方式的有益效果是:背部支架仿生人體背部的擬人化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，便于攜帶，實(shí)際使用時(shí)，優(yōu)先選用帶有充電接口 1-1的電源模塊。其它與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖8和圖10說(shuō)明，本實(shí)施方式所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)還包括橡膠柱23，所述連接座22為三角形連接座，所述連接套18-1的下表面加工有豎直設(shè)置的兩個(gè)支耳18-4，連接座22的一個(gè)尖端置于兩個(gè)支耳18-4內(nèi)并頂靠在連接套18_1的下表面，連接座22與兩個(gè)支耳18-4通過(guò)銷釘18-3固接，連接座22的一個(gè)尖端和兩個(gè)支耳18_4設(shè)置有同軸的通孔22-1，通孔22-1內(nèi)插裝有橡膠柱23。
[0038]本實(shí)施方式的有益效果是:支耳和銷釘?shù)脑O(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用，可借助螺釘擰入橡膠柱，可使髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)保持一定的平衡位置，并可以隨著髖關(guān)節(jié)的角度變化作出微調(diào)，以適應(yīng)野外工作環(huán)境的需要。其它與【具體實(shí)施方式】一、二、三或五相同。
[0039]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖11和圖13說(shuō)明，本實(shí)施方式所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C還包括第一彈性卡圈33，大腿連接桿34的上部的桿壁上沿其軸向開有第一裂縫34-1，大腿連接桿34通過(guò)卡接在大腿連接桿34的上部的第一彈性卡圈33固套在大腿過(guò)渡連接桿21的下部。
[0040]本實(shí)施方式的有益效果是:大腿連接桿插裝在大腿過(guò)渡連接桿的一定高度后，在第一裂縫處加裝第一彈性卡圈，鎖緊第一彈性卡圈將大腿過(guò)渡連接桿固定，需要調(diào)節(jié)大腿過(guò)渡連接桿的插入高度時(shí)，可松開第一彈性卡圈，如此反復(fù)使用，方便實(shí)用，簡(jiǎn)單可靠。其它與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0041]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖13和圖16說(shuō)明，本實(shí)施方式所述小腿穿戴系統(tǒng)D還包括第二彈性卡圈52，小腿過(guò)渡連接桿51的下部的桿壁上沿其軸向開有第二裂縫51-1，小腿過(guò)渡連接桿51通過(guò)卡接在小腿過(guò)渡連接桿51的下部的第二彈性卡圈52固套在小腿連接桿62的上部。
[0042]本實(shí)施方式的有益效果是:小腿過(guò)渡連接桿插裝在小腿連接桿的一定高度后，在第二裂縫處加裝第二彈性卡圈，鎖緊第二彈性卡圈將小腿連接桿固定，需要調(diào)節(jié)大腿過(guò)渡連接桿的插入高度時(shí)，可松開第二彈性卡圈，如此反復(fù)使用，方便實(shí)用，簡(jiǎn)單可靠。其它與【具體實(shí)施方式】七相同。`
[0043]【具體實(shí)施方式】九:結(jié)合圖13說(shuō)明，本實(shí)施方式所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C還包括支撐板46、支撐罩48和螺母49，膝關(guān)節(jié)軸43的一端通過(guò)第一軸承39支撐在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38上，膝關(guān)節(jié)軸43的另一端通過(guò)第二軸承45支撐在與膝關(guān)節(jié)齒輪箱體38連接的支撐板46上，角度傳感器47和支撐罩48設(shè)置在端蓋50與支撐板46之間，所述支撐罩48為圓筒形支撐罩，支撐罩48為一端開口而另一端封閉的支撐罩,支撐罩48的另一端的中部加工有軸孔48-1，支撐罩48設(shè)置在第一凹槽43-1內(nèi)且與關(guān)節(jié)軸43可拆卸連接，角度傳感器47的輸出軸穿出支撐罩48的軸孔48-1伸入端蓋50的中部，且角度傳感器47通過(guò)螺母49與支撐罩48固接，端蓋50與支撐板46固接。
[0044]本實(shí)施方式的有益效果是:本實(shí)施方式采用螺母和軸承等常用的標(biāo)準(zhǔn)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，為批量生產(chǎn)提供了可能，降低了制造成本，膝關(guān)節(jié)軸的一端通過(guò)第一軸承支撐在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體上，可通過(guò)封蓋40壓緊；第三錐齒輪將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給串聯(lián)彈性組合體58的一端的串聯(lián)彈性體54的外環(huán)61，串聯(lián)彈性組合體58的外環(huán)61通過(guò)第三彈簧57將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞另一端的串聯(lián)彈性體54的內(nèi)環(huán)60，內(nèi)環(huán)60將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給膝關(guān)節(jié)支架53與膝關(guān)節(jié)連接板44，膝關(guān)節(jié)支架53將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給膝關(guān)節(jié)軸43，膝關(guān)節(jié)軸43將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給角度傳感器47，角度傳感器47的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)膝關(guān)節(jié)的整個(gè)旋轉(zhuǎn)角度；膝關(guān)節(jié)連接板44將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給小腿過(guò)渡連接桿51和小腿連接桿62，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小腿穿戴系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。其它與【具體實(shí)施方式】一、二、三、五、七或八相同。
[0045]【具體實(shí)施方式】十:結(jié)合圖16說(shuō)明，本實(shí)施方式所述小腿穿戴系統(tǒng)D還包括踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸65、踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套66和踝關(guān)節(jié)端蓋67，所述小腿后側(cè)連接桿64為空心連接桿，小腿后側(cè)連接桿64套裝在踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸65上，踝關(guān)節(jié)端蓋67安裝在U形連接板68的中部，踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸65通過(guò)踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套66與踝關(guān)節(jié)端蓋67連接；弧形板63的兩端分別加工有水平設(shè)置的長(zhǎng)條孔63-1，小腿連接桿62的下部與豎直設(shè)置的弧形板63的一端通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)條孔63-1內(nèi)的第二螺栓75連接，弧形板63的另一端與豎直設(shè)置的小腿后側(cè)連接桿64的上部通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)條孔63-1內(nèi)的第二螺栓75連接。
[0046]本實(shí)施方式的有益效果是:踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸65和踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套66形成踝關(guān)節(jié)的旋內(nèi)和旋外轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，踝關(guān)節(jié)端蓋67安裝在U形連接板68的中部，踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸65通過(guò)踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套66與踝關(guān)節(jié)端蓋67連接，形成踝關(guān)節(jié)的外展和內(nèi)收自由度，弧形板63的兩端分別加工有水平設(shè)置的長(zhǎng)條孔63-1，實(shí)現(xiàn)小腿連接桿62和小腿后側(cè)連接桿64的間距可調(diào)，適應(yīng)不同胖瘦穿戴者的需要。
[0047]工作過(guò)程
[0048]結(jié)合圖1-圖16說(shuō)明，穿戴者穿戴上本發(fā)明的助力外骨骼機(jī)器人后，背部腰帶4與人體的腰部捆綁，穿戴者的腳置入U(xiǎn)形連接板68、兩個(gè)腳底支架70、兩段式鞋底形成的鞋體內(nèi)并捆綁，髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的帶有編碼器的第一電機(jī)13帶動(dòng)第一減速器15轉(zhuǎn)動(dòng)，第一減速器15的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第一錐齒輪15-1及第二錐齒輪15-2轉(zhuǎn)動(dòng)，第二錐齒輪15-2將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給串聯(lián)彈性組合體58，串聯(lián)彈性組合體58將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給大腿連接桿20和大腿過(guò)渡連接桿21，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)C中的編碼器的第二電機(jī)35帶動(dòng)第二減速器37轉(zhuǎn)動(dòng)，第二減速器37的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第三錐齒輪37-1及第四錐齒輪37-2轉(zhuǎn)動(dòng)，第四錐齒輪37-2將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給串聯(lián)彈性組合體58，串聯(lián)彈性組合體58將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給膝關(guān)節(jié)支架 53與膝關(guān)節(jié)連接板44，膝關(guān)節(jié)支架53將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給膝關(guān)節(jié)軸43，膝關(guān)節(jié)軸43將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給角度傳感器47，角度傳感器47的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)膝關(guān)節(jié)的整個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，膝關(guān)節(jié)連接板44將旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給小腿過(guò)渡連接桿51和小腿連接桿62，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小腿穿戴系統(tǒng)D的運(yùn)動(dòng)；小腿穿戴系統(tǒng)D中的腳底測(cè)力鞋墊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)人體腳底面的接觸壓力，通過(guò)配合膝關(guān)節(jié)內(nèi)部的角度傳感器47，進(jìn)行上位機(jī)的軌跡規(guī)劃，控制髖關(guān)節(jié)的帶有編碼器的第一電機(jī)和膝關(guān)節(jié)的帶有編碼器的第二電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，使外骨骼的末端腳底始終跟隨人體的腳底面，并且使二者之間的壓力維持在一個(gè)舒適的力度，從而實(shí)現(xiàn)整體上的外骨骼控制策略，使外骨骼跟隨人體運(yùn)動(dòng)并提供助力。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:它包括上體背部(A)、左腿和右腿，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(B)、大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(C)和小腿穿戴系統(tǒng)(D)； 上體背部(A)包括背部支架(3)、背部腰帶(4)、腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)、腰部后側(cè)連接板(7)、調(diào)整連接板(8)、上位機(jī)(2)、電源模塊(I)和兩個(gè)第一彈簧(10);所述腰部后側(cè)連接板(7)為倒T形腰部后側(cè)連接板；背部腰帶(4)固裝在水平設(shè)置的腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)上，背部支架(3 )固裝在腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5 )的上表面上，背部支架(3 )上固裝有上位機(jī)(2 )和電源模塊(1)，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)的下端面上固裝有腰部后側(cè)連接板(7)，腰部后側(cè)連接板(7)的豎臂的上端與腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，腰部后側(cè)連接板(7)的兩個(gè)橫臂上分別固裝有能水平伸縮的豎直設(shè)置的調(diào)整連接板(8)，腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)的下表面與腰部后側(cè)連接板(7)的兩個(gè)橫臂之間分別安裝有與二者連接的第一彈簧(10)； 每個(gè)髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(B)包括彎折腰帶(26)、帶有編碼器的第一電機(jī)(13)、第一減速器(15)、大腿過(guò)渡連接桿(21)、髖關(guān)節(jié)連接桿(20)、髖關(guān)節(jié)齒輪箱(18)和髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)；所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括連接座(22)、伸縮桿(25)、第二彈簧(24)和擋片(25-1)，所述伸縮桿(25)傾斜設(shè)置，伸縮桿(25)的一端與連接座(22)連接，伸縮桿(25)的另一端安裝有擋片(25-1 )，擋片(25-1)與連接座(22)之間的伸縮桿(25)上套裝有第二彈簧(24);所述髖關(guān)節(jié)齒輪箱(18)包括箱體(18-2)、連接套(18-1)、第一錐齒輪(15-1)、第二錐齒輪(15-2)和串聯(lián)彈性組合體(58)，連接套(18-1)與箱體(18-2)連接為一體，連接座(22)與連接套(18-1)的下表面固接，擋片(25-1)支撐在髖關(guān)節(jié)連接桿(20)上，箱體(18-2)上安裝有串聯(lián)彈性組合體(58)，所述彎折腰帶(26)的一端與調(diào)整連接板(8)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接套(18-1)固套在彎折腰帶(26)的另一端，且彎折腰帶(26)的伸入長(zhǎng)度可調(diào)；第一錐齒輪(15-1)與第二錐齒輪(15-2)的軸向均水平設(shè)置，帶有編碼器的第一電機(jī)(13)的輸出端與第一減速器(15)的輸入端連接，第一減速器(15)的輸出端與第一錐齒輪(15-1)連接，串聯(lián)彈性組合體(58)的一端與第二錐齒輪(37-2)連接，第一錐齒輪(15-1)與第二錐齒輪(15_2)嚙合；串聯(lián)彈性組合體(58)的另一端與豎直設(shè)置的髖關(guān)節(jié)連接桿(20)連接，髖關(guān)節(jié)連接桿(20)與豎直設(shè)置的大腿過(guò)渡連接桿(21)的上部可拆卸連接； 每個(gè)所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(C)包括帶有編碼器的第二電機(jī)(35)、第二減速器(37)、第三錐齒輪(37-1)、第四錐齒輪(37-2)、大腿連接桿(34)、膝關(guān)節(jié)支架(53)、膝關(guān)節(jié)連接板(44)、角度傳感器(47)、串聯(lián)彈性組合體(58)、膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38)、膝關(guān)節(jié)軸(43)和端蓋(50);所述大腿連接桿(34)為豎直設(shè)置的空心連接桿，大腿連接桿(34)的上部固套在大腿過(guò)渡連接桿(21)的下部，且大腿過(guò)渡連接桿(21)的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，大腿連接桿(34)的下部與膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38)固接，第三錐齒輪(37-1)的軸向垂直設(shè)置，第四錐齒輪(37-2)的軸向水平設(shè)置，帶有編碼器的第二電機(jī)(35)的輸出端與第二減速器(37)的輸入端連接，第二減速器(37)的輸出端安裝有設(shè)置在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38)內(nèi)的第三錐齒輪(37-1)，膝關(guān)節(jié)軸(43 )通過(guò)軸承安裝在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38 )內(nèi)，膝關(guān)節(jié)軸(43 )上固裝有膝關(guān)節(jié)支架(53)、第四錐齒輪(37-2)、串聯(lián)彈性組合體(58)和膝關(guān)節(jié)連接板(44)，第三錐齒輪(37_1)與第四錐齒輪(37-2)嚙合，串聯(lián)彈性組合體(58)轉(zhuǎn)動(dòng)連接在膝關(guān)節(jié)軸(43)上，串聯(lián)彈性組合體(58)的一端與第四錐齒輪(37-2)連接，串聯(lián)彈性組合體(58)的另一端與豎直設(shè)置的膝關(guān)節(jié)連接板(44 )連接，膝關(guān)節(jié)軸(43 )的與膝關(guān)節(jié)連接板(44 )相鄰的一端加工有第一凹槽(43-1)，第一凹槽(43-1)內(nèi)安裝有與膝關(guān)節(jié)軸(43)固接的角度傳感器(47)，角度傳感器(47)的輸出軸穿過(guò)蓋合在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38)上的端蓋(50)的中部，膝關(guān)節(jié)支架(53)與膝關(guān)節(jié)軸(43)連接,膝關(guān)節(jié)支架(53)與膝關(guān)節(jié)連接板(44)連接； 每個(gè)所述小腿穿戴系統(tǒng)(D)包括小腿過(guò)渡連接桿(51)、小腿連接桿(62)、弧形板(63)、小腿后側(cè)連接桿(64)、U形連接板(68)、兩段式鞋底、腳底測(cè)力鞋墊(74)和兩個(gè)鞋底支架(70);所述小腿過(guò)渡連接桿(51)為豎直設(shè)置的空心連接桿，膝關(guān)節(jié)連接板(44)與小腿過(guò)渡連接桿(51)的上部連接，小腿過(guò)渡連接桿(51)的下部固套在豎直設(shè)置的小腿連接桿(62)的上部，且小腿連接桿(62)的伸入長(zhǎng)度可調(diào)，小腿連接桿(62)的下部與豎直設(shè)置的弧形板(63)的一側(cè)邊連接，弧形板(63)的另一側(cè)邊與豎直設(shè)置的小腿后側(cè)連接桿(64)的上部連接，且小腿連接桿(62)與小腿后側(cè)連接桿(64)之間的間距可調(diào)，小腿后側(cè)連接桿(64)的下部與U形連接板(68)的中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，U形連接板(68)的兩端分別與兩個(gè)鞋底支架(70)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩段式鞋底的第一段(73)與兩個(gè)鞋底支架(70)連接，兩段式鞋底的第二段(72)與第一段(73)鉸接，腳底測(cè)力鞋墊(74)由多個(gè)薄膜壓力傳感器陣列排布制成，腳底測(cè)力鞋墊(74)鋪設(shè)在兩段式鞋底的上表面上； 電源模塊(I)給上位機(jī)(2)、帶有編碼器的第一電機(jī)(13)、帶有編碼器的第二電機(jī)(35)、角度傳感器(47)和薄膜壓力傳感器供電，上位機(jī)(2)對(duì)帶有編碼器的第一電機(jī)(13)、帶有編碼器的第二電機(jī)(35)、角度傳感器(47)和薄膜壓力傳感器實(shí)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述串聯(lián)彈性組合體(58)包括多個(gè)串聯(lián)彈性體(54)，每個(gè)串聯(lián)彈性體(54)包括內(nèi)環(huán)(59)、外環(huán)(61)和十條第三彈簧(57)，內(nèi)環(huán)(59)的外壁上沿其周向均布設(shè)置有五個(gè)外卡座(60)，外環(huán)(61)的內(nèi)壁上沿其周向均布設(shè)置有五個(gè)內(nèi)卡座(61-1)，內(nèi)環(huán)(59)和外環(huán)(61)同軸設(shè)置，外環(huán)(61)套裝在內(nèi)環(huán)(59)上，五個(gè)外卡座(60)和五個(gè)內(nèi)卡座(61-1)相間布置，每個(gè)內(nèi)卡座(61-1)與相鄰的一個(gè)外卡座(60)之間安裝有一個(gè)第三彈簧(57)，相鄰兩個(gè)串聯(lián)彈性體(54)的其中一個(gè)串聯(lián)彈性體(54)的外環(huán)(61)上沿軸向加工有多個(gè)卡爪(61-2)，相鄰兩個(gè)串聯(lián)彈性體(54)中余下的一個(gè)串聯(lián)彈性體(54)的外環(huán)(61)上沿軸向加工有與卡爪(61-2)相插接的卡槽(61-3),多個(gè)串聯(lián)彈性體(54)通過(guò)卡爪(61-2)和卡槽(61_3)的插接相連為一個(gè)串聯(lián)彈性組合體；串聯(lián)彈性組合體(58)的一端的串聯(lián)彈性體(54)的外環(huán)(61)與第二錐齒輪(15-2)或第四錐齒輪(37-2)連接，串聯(lián)彈性組合體(58)的另一端的串聯(lián)彈性體(54)的內(nèi)環(huán)(59)通過(guò)第六軸承(77)支撐在膝關(guān)節(jié)軸(43)上并與髖關(guān)節(jié)連接桿(20)或膝關(guān)節(jié)連接板(44)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:串聯(lián)彈性組合體(58)的另一端的內(nèi)環(huán)(59)加工有多個(gè)第二凹槽(59-1)，膝關(guān)節(jié)連接板(44)上加工有與第二凹槽(59-1)數(shù)量相一致的凸起(44-1)，凸起(44-1)卡合在相應(yīng)的第二凹槽(59-1)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述彎折腰帶(26)包括角鋼(16)、腰部外側(cè)連接桿(17)、連接桿(12)、第三彈性卡圈(78)和兩個(gè)第四軸承(11)，調(diào)整連接板(8)的端部加工有豎直設(shè)置的兩個(gè)圓環(huán)(76)，角鋼(16)的一端與連接桿(12)連接，連接桿(12)的另一端安裝有兩個(gè)第四軸承(11)，兩個(gè)第四軸承(11)卡裝在兩個(gè)圓環(huán)(76)內(nèi)，角鋼(16)的另一端安裝有腰部外側(cè)連接桿(17)，連接套(18-1)通過(guò)卡接在連接套(18-1)上的第三彈性卡圈(78)固套在腰部外側(cè)連接桿(17)上，所述調(diào)整連接板(8 )的板面上加工有向其長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)孔(8-2 )，腰部后側(cè)連接板(7 )的兩個(gè)橫臂分別通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)孔(8-2)內(nèi)的第一螺栓(8-1)與調(diào)整連接板(8)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述背部支架(3)為二臺(tái)階式背部支架，一階的下表面固裝在腰部后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)板(5)的上表面上，一階的上表面上安裝有電源模塊(I)，二階的上表面上安裝有上位機(jī)(2 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述髖關(guān)節(jié)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)還包括橡膠柱(23)，所述連接座(22)為三角形連接座，所述連接套(18-1)的下表面加工有豎直設(shè)置的兩個(gè)支耳(18-4)，連接座(22)的一個(gè)尖端置于兩個(gè)支耳(18-4)內(nèi)并頂靠在連接套(18-1)的下表面，連接座(22)與兩個(gè)支耳(18-4)通過(guò)銷釘(18-3)固接，連接座(22)的一個(gè)尖端和兩個(gè)支耳(18-4)設(shè)置有同軸的通孔(22_1)，通孔(22-1)內(nèi)插裝有橡膠柱(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(C)還包括第一彈性卡圈(33)，大腿連接桿(34)的上部的桿壁上沿其軸向開有第一裂縫(34-1)，大腿連接桿(34)通過(guò)卡接在大腿連接桿(34)的上部的第一彈性卡圈(33)固套在大腿過(guò)渡連接桿(21)的下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述小腿穿戴系統(tǒng)(D)還包括第二彈性卡圈(52)，小腿過(guò)渡連接桿(51)的下部的桿壁上沿其軸向開有第二裂縫(51-1)，小腿過(guò)渡連接桿(51)通過(guò)卡接在小腿過(guò)渡連接桿(51)的下部的第二彈性卡圈(52)固套在小腿連接桿(62)的上部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5、7或8所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述大腿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(C)還包括 支撐板(46)、支撐罩(48)和螺母(49)，膝關(guān)節(jié)軸(43)的一端通過(guò)第一軸承(39 )支撐在膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38 )上，膝關(guān)節(jié)軸(43 )的另一端通過(guò)第二軸承(45 )支撐在與膝關(guān)節(jié)齒輪箱體(38 )連接的支撐板(46 )上，角度傳感器(47 )和支撐罩(48)設(shè)置在端蓋(50)與支撐板(46)之間,所述支撐罩(48)為圓筒形支撐罩,支撐罩(48)為一端開口而另一端封閉的支撐罩，支撐罩(48 )的另一端的中部加工有軸孔(48-1),支撐罩(48 )設(shè)置在第一凹槽(43-1)內(nèi)且與關(guān)節(jié)軸(43 )可拆卸連接，角度傳感器(47 )的輸出軸穿出支撐罩(48)的軸孔(48-1)伸入端蓋(50)的中部，且角度傳感器(47)通過(guò)螺母(49)與支撐罩(48)固接,端蓋(50)與支撐板(46)固接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種便攜儲(chǔ)能式外骨骼助力機(jī)器人，其特征在于:所述小腿穿戴系統(tǒng)(D)還包括踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(65)、踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套(66)和踝關(guān)節(jié)端蓋(67)，所述小腿后側(cè)連接桿(64)為空心連接桿，小腿后側(cè)連接桿(64)套裝在踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(65)上，踝關(guān)節(jié)端蓋(67)安裝在U形連接板(68)的中部，踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(65)通過(guò)踝關(guān)節(jié)后側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸套(66)與踝關(guān)節(jié)端蓋(67)連接；弧形板(63)的兩端分別加工有水平設(shè)置的長(zhǎng)條孔(63-1)，小腿連接桿(62)的下部與豎直設(shè)置的弧形板(63)的一端通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)條孔(63-1)內(nèi)的第二螺栓(75)連接，弧形板(63)的另一端與豎直設(shè)置的小腿后側(cè)連接桿(64)的上部通過(guò)設(shè)置在長(zhǎng)條孔(63-1)內(nèi)的第二螺栓(75)連接。
【文檔編號(hào)】A61F2/60GK103610524SQ201310686549
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】朱延河, 趙杰, 張超 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)