中央驱动式下肢外骨骼机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106943278A(43)申请公布日2017.07.14(21)申请号201710252889.6(22)申请日2017.04.18(71)申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号(72)发明人魏小东曹武警霍金月王峰喻洪流胡冰山孟青云(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001代理人吴宝根王晶(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6页(54)发明名称中央驱动式下肢外骨骼机器人(57)摘要本发明涉及一种中央驱动式下肢外骨骼机器人，背部组件中的电机通过减速器和齿轮组传动连接输出轴，输出轴通过同步带组件连接位于左、右腿上的花键组件，电机通过减速器、齿轮、输出轴、同步带组件和花键组件将力矩传递到髋关节，从而实现一个电机分别为左右两腿在摆动期时提供助力力矩。相对于多电机驱动式下肢助力外骨骼重量更轻，更节能。利用电磁推杆作为传动机构控制电机驱动力矩是否传递到髋关节，传动结构更为简单，控制更为方便。利用缆绳将两个大腿组件连接起来，实现利用人体重心的变化带动缆绳运动，起到一定助力效果。本发明可实现通过一个电机在摆动期时分别给左右两腿提供助力，也可以为截瘫患者坐下、站立提供助力。CN106943278ACN106943278A权利要求书1/1页1.一种中央驱动式下肢外骨骼机器人，包括背部组件（14）、大腿组件（10）、小腿组件（3）、脚组件（1），其特征在于：所述背部组件（14）中安装有电机（18）、减速器（17）、齿轮组（16）和输出轴（15），电机（18）通过减速器（17）和齿轮组（16）传动连接输出轴（15），输出轴（15）两端分别通过同步带组件（13）连接位于左、右腿上的花键组件（11），花键组件（11）连接大腿组件（10），所述电机（18）通过减速器（17）、齿轮（16）、输出轴（15）、同步带组件（13）和花键组件（11）将力矩传递到髋关节，从而实现一个电机（18）分别为左右两腿在摆动期时提供助力力矩。2.根据权利要求1所述的中央驱动式下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述花键组件（11）包括同步轮连接轴（111）、花键轴（113）、花键套轴（115）、电磁推杆（117），所述花键套轴（115）内装有电磁推杆（117），电磁推杆（117）连接花键轴（113），花键轴（113）与花键套轴（115）滑动配合连接；当电磁推杆（117）得电推动花键轴（113）沿花键套轴（115）运动，使花键轴（115）前端与同步轮连接轴（111）的端面齿合，使电机（18）提供的力矩传递到髋关节。3.根据权利要求1所述的中央驱动式下肢外骨骼机器人，其特征在于：两个所述大腿组件（10）通过缆绳（12）连接在一起，利用人体重心的变化带动缆绳（12）运动，起到助力效果。4.根据权利要求1-3任一所述的中央驱动式下肢外骨骼机器人，其特征在于：所述大腿组件（10）、小腿组件（3）分别装有长度调节机构，长度调节机构由螺母丝杠组成，通过调节螺母来移动丝杠，从而实现大腿和小腿长度的精确调节，以适应不同身高的患者。2CN106943278A说明书1/3页中央驱动式下肢外骨骼机器人技术领域[0001]本发明涉及一种中央驱动式下肢外骨骼机器人，尤其是一种使用单电机通过电磁推杆确定给两侧髋关节提供助力的下肢外骨骼机器人,属于机器人技术领域。背景技术[0002]下肢外骨骼机器人是穿戴在人体下肢上的仿生机器人，它融合了机器人学、机构学、仿生学、控制理论、通讯技术、信息处理技术等多学科的交叉知识，同时又涉及到传感、控制、信息耦合、移动计算等技术，还可以在使用者的操纵下完成特定的任务。目前外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，具有广泛的应用前景，比如康复医疗、单兵作战等领域。对于康复医疗领域，外骨骼的主要目的是辅助人体自身肌肉的运动，达到帮助截瘫患者进行肌肉康复训练的效果。[0003]申请号201410735565.4提出了一种用于辅助行走的下肢外骨骼机器人，其特征在于髋关节和膝关节都加有驱动器，四个驱动器增加了外骨骼机器人的重量且使电池的使用时间大大减少。[0004]申请号201410353073.9提出了一种单驱动联动式下肢助力外骨骼，虽然也采用单电机控制，但是其腰部模块的大腿驱动链轮结构笨重，体积过大，且不能给使用者提供坐下、站立的助力。[0005]申请号201310262919.3提出了一种穿戴式下肢助力外骨骼，每条腿只用一个电机驱动，利用连杆机构配合一个驱动电机，使髋关节、膝关节和踝关节同时拟合出恰当的转动角度曲线。但对不同的使用者需要针对性的设计连杆的长度，不能进行调节，不具备通用性，且两个电机也加大了