一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114617748A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202210313022.8(22)申请日2022.03.28(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号申请人南京航空航天大学无锡研究院(72)发明人徐嘉骏陆永华黄恺真刘冠诚刘韬高铖(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师陶得天(51)Int.Cl.A61H1/02(2006.01)B25J9/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置(57)摘要本发明公开了一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，涉及外骨骼机器人技术领域。可显著减少单关节处锚点数量以及驱动装置数量，降低了外骨骼整体的重量，也降低了穿戴及使用的难度。所述双向扭绳驱动装置包括定滑轮、鲍登线以及连接在鲍登线两端的两个驱动单元，所述定滑轮与下肢外骨骼固定相连，所述鲍登线绕过所述定滑轮，通过两个驱动单元带动鲍登线的两个端头往复运动，从而带动定滑轮以及下肢外骨骼同步转动。利用扭绳本身的物理性质传递牵引力，传递效率高，且在驱动器末端使用鲍登线，避免扭绳与定滑轮直接接触，减少磨损。整体结构精简，使用便捷，实用性好。CN114617748ACN114617748A权利要求书1/1页1.一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述双向扭绳驱动装置包括定滑轮（6）、鲍登线（8）以及连接在鲍登线两端的两个驱动单元，所述定滑轮（6）与下肢外骨骼固定相连，所述鲍登线（8）绕过所述定滑轮（6），通过两个驱动单元带动鲍登线（8）的两个端头往复运动，从而带动定滑轮（6）以及下肢外骨骼同步转动。2.根据权利要求1所述的一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述驱动单元包括电机（1）、连接轴（11）、支撑壳（4）以及连接环（5），所述电机（1）的输出轴与连接轴（11）相连接，通过电机（1）带动连接轴（11）旋转，所述连接轴（11）的另一端安装扭绳（10）的始端；扭绳（10）的末端安装在连接环（5）上；所述支撑壳（4）的设置在电机（1）和定滑轮（6）之间，所述连接环（5）可滑动的连接在支撑壳（4）中，所述鲍登线（8）的端头固定连接在连接环（5）上。3.根据权利要求2所述的一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述支撑壳（4）上开有两个相平行的导向槽（9），所述连接环（5）两侧设有滑片，所述滑片伸入所述导向槽（9）中。4.根据权利要求2所述的一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述支撑壳（4）的一端固定连接在定滑轮（6）的上方，使得鲍登线（8）初始状态下保持张紧。5.根据权利要求2所述的一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述电机（1）和连接轴（11）之间通过联轴器（12）相连接。6.根据权利要求2‑5任一所述的一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置，其特征在于，所述驱动单元还包括固定连接在支撑壳（4）两端的前端盖（3）以及末端盖（7），所述前端盖（3）固定连接在电机（1）的一侧，并且所述连接轴（11）的一端伸入前端盖（3）中与扭绳（10）相连接；所述末端盖（7）则固定设置在定滑轮（6）的一侧，并且所述鲍登线（8）贯穿所述末端盖（7）；通过前端盖（3）、支撑壳（4）以及末端盖（7）形成扭绳保护机构。2CN114617748A说明书1/3页一种用于柔性下肢外骨骼的双向扭绳驱动装置技术领域[0001]本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别涉及一种柔性外骨骼驱动器的设计。背景技术[0002]目前，由衰老和中风等疾病引起的下肢运动障碍已经成为我国社会关注的主要问题。对于那些存在下肢运动障碍的群体来说，由于自身下肢肌力匮乏，在进行深蹲、跑步、爬楼梯等对下肢能力要求较高的运动时，具有较高的挑战性。因此，设计一款能够帮助那些具有下肢运动障碍的群体进行康复运动的外骨骼机器人显得尤为重要，而柔性外骨骼近几年来快速发展，柔性驱动系统作为外骨骼领域的关键技术之一，其性能很大程度上决定着外骨骼的辅助效果。[0003]目前，下肢柔性外骨骼主要的驱动方式为绳索驱牵引，而大部分绳驱是将鲍登线绕在滑轮上来拉紧，这种绳驱方式需要额外的笨重部件，如滚珠螺钉、滑轮、齿轮等，效率低下；且大部分驱动器只能实现单关节的单向运动，即通过一套绳索驱动装置只能控制单个关节的伸展或弯曲；单根绳索驱动力强度不足，难以驱动穿戴者肢体；绳索驱动刚度不可调节，无法满足不同用户需求。因此，为了控制下肢髋—膝—踝关节的运动，往往需要在同一个关节位置设置多套驱动设备来固定锚点，使得驱动装置在安装与调试阶段有着较为严格的要求和限制，