【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及外骨骼機器人領域，尤其是涉及一種下肢助力外骨骼機器人。
技術介紹
1、外骨骼機器人是一種能夠提升人體運動能力、輔助或恢復體能的可穿戴機械裝置。隨著生物醫學工程技術的發展，外骨骼機器人被廣泛應用于康復醫學、老年人護理、軍事領域以及工業生產等多個領域，特別是在幫助行動不便的患者恢復運動功能以及為勞動者提供外部助力方面，外骨骼展現了巨大的應用潛力。
2、根據驅動方式可以將外骨骼助力裝置分為有源外骨骼裝置和無源外骨骼裝置，無源外骨骼裝置一般通過儲能機構或適當的力傳遞將運動中被動消耗的能量儲存起來，并在運動中需要人體肌肉做出正功的時候釋放這些能量、輸出助力。這類裝置結構簡單、重量輕，但助力效果有限，通常適用于較輕的輔助需求。有源外骨骼裝置則使用電動或氣動系統驅動，使裝置中的各個關節主動產生運動，這種技術可以大幅提升穿戴者的負載能力，助力效果明顯，特別適用于康復治療和重體力勞動中。但有源外骨骼也存在一些技術難題，主要表現在：設備重量較重、控制系統復雜、與人體運動的協同性差、使用時的舒適度差等。
3、近年來，設計者們通過多種手段優化驅動系統、改進控制算法，并結合人體工程學原理，致力于提升外骨骼的適應性、協同性及便捷性。
4、中國專利申請cn?118078585?a公開了一種下肢外骨骼裝置及腿部康復器械，其髖關節和膝關節的運動以及腿部長度調節均通過電機實現，從而能在控制模塊的控制下驅動關節運動和腿長的自動調節。中國專利申請cn?115582825?a公開了一種無源下肢外骨骼，其在髖關節助力模塊、
5、雖然現有的外骨骼設計在助力功能和協同運動上有所改進，但普遍存在重量大、操作復雜、適應性差等問題。尤其是對于下肢助力外骨骼，如何使結構更加符合人體生物力學，提升與穿戴者的運動協同性，并在保證助力效果的同時降低系統的復雜度和重量，仍然是一個亟待解決的技術難題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供了一種穿戴助力效果好、與穿戴者協同性好以及控制簡便的下肢助力外骨骼機器人。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、一種下肢助力外骨骼機器人，包括帶控制器的箱體式靠背組件，所述箱體式靠背組件的兩側通過髖關節運動機構與腿部組件連接，每側腿部組件包括自上而下依次設置的大腿外骨骼機構、小腿外骨骼機構和足部助力機構；所述大腿外骨骼機構包括第一端和第二端，所述小腿外骨骼機構包括第三端和第四端，所述第一端與髖關節運動機構連接，所述第四端與足部助力機構連接；所述第二端和第三端通過助力彈簧連接，形成膝關節助力機構；
4、所述第二端的外輪廓為j型，且勾體朝向膝蓋后側，包括左右側板，所述左右設置的側板上開設有用于限制膝關節運動范圍的第一弧形槽，所述第一弧形槽與左右側板下邊緣的距離相等，所述左右側板之間安裝有橢圓形塊和圓柱塊，所述圓柱塊上開設有用于安裝助力彈簧上端并進行運動限位的槽；
5、所述第三端包括弧形凸臺，所述弧形凸臺上方固定有左右兩側外擴于弧形凸臺設置的弧形板，所述弧形板的上端面與橢圓形塊配合，所述弧形板和弧形凸臺之間形成第二弧形槽，所述左右側板的下邊緣位于所述第二弧形槽內，所述弧形板的左右側邊位于所述第一弧形槽內，所述第三端前側開設有用于安裝助力彈簧下端的彈簧安裝孔。
6、優選地，所述大腿外骨骼機構包括通過外管與內管組成的第一長度調節組件，用于調節第一端與第二端間的距離；所述小腿外骨骼機構包括外管與內管組成第二長度調節組件，用于調節第三端與第四端之間的距離。
7、優選地，所述第一端位于內管上，所述第二端位于外管上，所述第三端位于外管上，所述第四端位于內管上。
8、優選地，所述髖關節運動機構包括兩側對稱設置的髖板，兩側設置的髖板靠近所述箱體式靠背組件的一端分別貫穿所述箱體式靠背組件兩側設置的孔進入所述箱體式靠背組件后，通過設有的長孔連接以調節兩個髖板之間的距離。
9、優選地，所述髖關節運動機構還包括兩側對稱設置的電機安裝座、驅動電機、連接法蘭、護板、力傳感裝置和大腿外骨骼安裝座；
10、所述髖板遠離所述箱體式靠背組件的一端連接電機安裝座，所述電機安裝座上安裝所述驅動電機，所述連接法蘭安裝在所述驅動電機的輸出端面上，所述護板與所述髖板連接后封蓋所述驅動電機和連接法蘭；
11、所述力傳感裝置的一側與連接法蘭連接，另一側與大腿外骨骼安裝座連接，所述力傳感裝置與箱體式靠背組件中的控制器電路連接，所述控制器根據采集到的大腿外骨骼承受扭力值調節驅動電機的輸出強度，所述第一端與大腿外骨骼安裝座通過圓軸連接。
12、優選地，所述箱體式靠背組件與穿戴者的接觸面為曲面，所述曲面與人體腰部曲面相適應。
13、優選地，所述足部助力機構包括足部支撐板，所述足部支撐板底部設置有足部助力裝置，所述足部助力裝置包括前足彈性板、前足支撐桿、后足彈性板和后足支撐桿；
14、所述前足彈性板和前足支撐桿通過前足彈性鉸鏈連接，所述前足彈性板、后足彈性板和后足支撐桿通過足跟彈性鉸鏈連接，所述后足支撐桿與足部支撐板之間通過轉軸連接。
15、優選地，所述前足彈性板和前足支撐桿之間的夾角為銳角，所述后足彈性板和后足支撐桿之間的夾角為銳角。
16、優選地，所述足部助力機構與第四端通過卷簧連接，所述卷簧位于第四端的空腔內，所述卷簧的一端固定在所述第四端的側面開孔內，另一端安裝在足部助力機構的轉軸槽內。
17、優選地，所述大腿外骨骼機構和/或小腿外骨骼機構上安裝有用于與穿戴者腿部綁定的自適應綁縛裝置；
18、所述自適應綁縛裝置包括用于與外骨骼結構固定的固定板，所述固定板兩側通過彈性鉸鏈連接有側板，兩個所述側板的另一端通過綁帶連接，通過綁帶纏繞在穿戴者腿部完成綁定。
19、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
20、(1)膝關節助力機構上端的外輪廓為“j”型，使膝關節的運動軌跡接近人體膝關節的自然運動軌跡，降低協調性差異，并且關節中含有儲能彈簧，實現對膝關節運動的助力。
21、(2)足部助力機構的上端與小腿外骨骼通過卷簧連接實現踝關節助力，足部助力機構下端含有足底支撐裝置，由前足彈性板、前足支撐桿、后足彈性板和后足支撐桿組成，通過之間的轉軸連接，并且連接軸上有彈簧，分別實現對前足和后足的支撐助力，即足部助力機構在踝關節轉動和足底支撐方面為穿戴者提供助力。
22、(3)整個下肢外骨骼機器人僅在髖本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，包括帶控制器的箱體式靠背組件(1)，所述箱體式靠背組件(1)的兩側通過髖關節運動機構(2)與腿部組件連接，每側腿部組件包括自上而下依次設置的大腿外骨骼機構(3)、小腿外骨骼機構(5)和足部助力機構(6)；所述大腿外骨骼機構(3)包括第一端(31)和第二端(32)，所述小腿外骨骼機構(5)包括第三端(51)和第四端(53)，所述第一端(31)與髖關節運動機構(2)連接，所述第四端(53)與足部助力機構(6)連接；所述第二端(32)和第三端(51)通過助力彈簧(41)連接，形成膝關節助力機構(4)；
2.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述大腿外骨骼機構(3)包括通過外管與內管組成的第一長度調節組件(33)，用于調節第一端(31)與第二端(32)間的距離；所述小腿外骨骼機構(5)包括外管與內管組成第二長度調節組件(52)，用于調節第三端(51)與第四端(53)之間的距離。
3.根據權利要求2所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述第一端(31)位于內管上，所述第二端(32)位于外管上，
4.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述髖關節運動機構(2)包括兩側對稱設置的髖板(21)，兩側設置的髖板(21)靠近所述箱體式靠背組件(1)的一端分別貫穿所述箱體式靠背組件(1)兩側設置的孔(11)進入所述箱體式靠背組件(1)后，通過設有的長孔(13)連接以調節兩個髖板(21)之間的距離。
5.根據權利要求4所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述髖關節運動機構(2)還包括兩側對稱設置的電機安裝座(26)、驅動電機(22)、連接法蘭(25)、護板(24)、力傳感裝置(27)和大腿外骨骼安裝座(23)；
6.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述箱體式靠背組件(1)與穿戴者的接觸面為曲面，所述曲面與人體腰部曲面相適應。
7.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述足部助力機構(6)包括足部支撐板(61)，所述足部支撐板(61)底部設置有足部助力裝置(65)，所述足部助力裝置(65)包括前足彈性板(654)、前足支撐桿(655)、后足彈性板(652)和后足支撐桿(651)；
8.根據權利要求7所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述前足彈性板(654)和前足支撐桿(655)之間的夾角為銳角，所述后足彈性板(652)和后足支撐桿(651)之間的夾角為銳角。
9.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述足部助力機構(6)與第四端(53)通過卷簧(62)連接，所述卷簧(62)位于第四端(53)的空腔內，所述卷簧(62)的一端固定在所述第四端(53)的側面開側面開孔(521)內，另一端安裝在足部助力機構(6)的轉軸槽(63)內。
10.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述大腿外骨骼機構(3)和/或小腿外骨骼機構(5)上安裝有用于與穿戴者腿部綁定的自適應綁縛裝置(7)；
...【技術特征摘要】
1.一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，包括帶控制器的箱體式靠背組件(1)，所述箱體式靠背組件(1)的兩側通過髖關節運動機構(2)與腿部組件連接，每側腿部組件包括自上而下依次設置的大腿外骨骼機構(3)、小腿外骨骼機構(5)和足部助力機構(6)；所述大腿外骨骼機構(3)包括第一端(31)和第二端(32)，所述小腿外骨骼機構(5)包括第三端(51)和第四端(53)，所述第一端(31)與髖關節運動機構(2)連接，所述第四端(53)與足部助力機構(6)連接；所述第二端(32)和第三端(51)通過助力彈簧(41)連接，形成膝關節助力機構(4)；
2.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述大腿外骨骼機構(3)包括通過外管與內管組成的第一長度調節組件(33)，用于調節第一端(31)與第二端(32)間的距離；所述小腿外骨骼機構(5)包括外管與內管組成第二長度調節組件(52)，用于調節第三端(51)與第四端(53)之間的距離。
3.根據權利要求2所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述第一端(31)位于內管上，所述第二端(32)位于外管上，所述第三端(51)位于外管上，所述第四端(53)位于內管上。
4.根據權利要求1所述的一種下肢助力外骨骼機器人，其特征在于，所述髖關節運動機構(2)包括兩側對稱設置的髖板(21)，兩側設置的髖板(21)靠近所述箱體式靠背組件(1)的一端分別貫穿所述箱體式靠背組件(1)兩側設置的孔(11)進入所述箱體式靠背組件(1)后，通過設有的長孔(13)連接以調節兩個髖板(21)之間的...
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