CN104552276B - 气动肌肉驱动的外骨骼助力机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构。背部支架上部的两侧均连接有结构相同的具有四个转动自由度的单臂构件，每个单臂构件包括依次连接的肩关节部件、上臂部件、肘关节部件和小臂部件，背部支架下部的两侧均连接有结构相同的单腿构件，每个单腿构件包括髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、踝关节部件和压力鞋部件，肩关节部件和髋关节部件具有三个转动自由度，肘关节部件、膝关节部件和踝关节部件均具有一个转动自由度；所述的外骨骼助力机构总共有18个自由度。本发明结构简单，质量轻，柔顺性好，实现提升穿戴人员的机能力量的目的，可用于军事行动和灾难救援、救护等人的力量不足以支持所需负荷的场合。

Description

气动肌肉驱动的外骨骼助力机构

技术领域

本发明涉及一种肌肉助力机构，尤其是涉及了一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，采用仿生结构的人体助力装置，用于军事行动和灾难救援、救护等人的力量不足以支持所需负荷的场合。

背景技术

外骨骼技术是一种可穿戴式机器人技术，模仿生物界的外骨骼开发的一种新型机电一体化装置，可穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑、运动辅助等功能。

外骨骼的驱动大多数采用电机或液压方式完成，只有少数采用气压方式驱动，且主要见于医疗康复治疗等轻载应用场合。电机驱动的不足之处在于功率/质量比较小，有限重量的电机难以承担较大负荷。液压驱动的缺点，主要在于泄漏问题、系统工作效率较低及系统成本高。气压驱动方式，虽然具有工作介质对环境和人体友好，元器件重量轻、价格便宜等优点，但由于常规的气缸执行器与液压缸相比功率/体积质量比远远不如，无法满足有较大负荷要求但安装空间有限、对轻便性要求较高的外骨骼助力系统的需要，没能得到广泛应用。

但随着近年来新型气动元件--气动肌肉（PneumaticMuscleActuator，PMA）的出现，因其优良的功率/体积比和功率/质量比，使气压驱动在外骨骼助力系统中逐步替代液压驱动成为了可能。

发明内容

本发明的目的是提供了一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，采用仿生结构的人体助力装置，可提升穿戴人员的机能力量，完成重物托举及搬运，可用于军事行动和灾难救援、救护等人的力量不足以支持所需负荷的场合。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括背部支架、肩关节部件、上臂部件、肘关节部件、小臂部件、髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、踝关节部件和压力鞋部件；背部支架上部的两侧均连接有结构相同的单臂构件，每个单臂构件包括依次连接的肩关节部件、上臂部件、肘关节部件和小臂部件，肩关节部件具有三个转动自由度，肘关节部件具有一个转动自由度，一个单臂构件具有四个转动自由度；背部支架下部的两侧均连接有结构相同的单腿构件，每个单腿构件包括髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、踝关节部件和压力鞋部件，髋关节部件具有三个转动自由度，膝关节部件具有一个转动自由度，踝关节部件具有一个转动自由度，一个单腿构件具有五个自由度；所述的外骨骼助力机构总共有18个自由度。

所述的背部支架包括两根肩宽可调板、支撑杆和刚性腰带；两根肩宽可调板为均呈L形弯折的肩宽第一可调板和肩宽第二可调板，肩宽第一可调板和肩宽第二可调板的长边之间通过键和键槽相嵌连接，并通过螺栓定位；肩宽第一可调板和肩宽第二可调板的长边底部通过支撑杆与下方的刚性腰带固定连接。

所述的肩关节部件包括肩关节轴、肩关节第一连接板、肩关节第一转轴、肩关节第二连接板、肩关节第二转轴、肩关节角位移传感器安装板、肩关节角位移传感器、肩关节关节轴承和肩关节气动肌肉；肩关节第一连接板的一端与所述背部支架的肩宽可调板的短边通过肩关节第一转轴铰接，形成肩关节的旋内旋外转动副；肩关节第一连接板的另一端与肩关节第二连接板的顶部通过肩关节第二转轴铰接，形成肩关节的内收外展转动副；肩关节第二连接板的中部与所述上臂部件的上臂顶杆通过肩关节轴铰接，形成肩关节的屈伸转动副；肩关节气动肌肉底端通过肩关节关节轴承铰接在肩关节第二连接板底端，肩关节气动肌肉顶端通过钢丝绳缠绕到肩关节轴周面，为肩关节屈伸自由度提供驱动力；用于检测肩关节转动角度的肩关节角位移传感器通过肩关节角位移传感器安装板安装在肩关节轴上。

所述的上臂部件包括上臂顶杆、上臂底杆、上臂托板、肘关节关节轴承和肘关节气动肌肉；上臂底杆安装在上臂顶杆底部，上臂顶杆下部与上臂底杆上部之间通过竖直方向的导轨槽和凸起导轨相嵌连接，并通过螺栓定位；肘关节气动肌肉顶端通过肘关节关节轴承铰接在上臂顶杆的顶端，肘关节气动肌肉底端通过钢丝绳缠绕到肘关节轴的周面，为肘关节屈伸自由度提供驱动；上臂顶杆侧面固定连接有用于承托人体上臂的上臂托板，上臂托板上安装有用于测量上臂部件与人体上臂之间压力的薄膜压力传感器；

所述的肘关节部件包括肘关节轴、肘关节角位移传感器安装板和肘关节角位移传感器；所述上臂部件的上臂底杆底端与与小臂杆后端之间通过肘关节轴铰接，形成肘关节的屈伸转动副；用于检测肘关节轴转动角度的肘关节角位移传感器通过肘关节角位移传感器安装板安装在肘关节轴上；

所述的小臂部件包括小臂杆和固定连接在小臂杆侧面的小臂托板；小臂杆前端设有用于手握的握杆，小臂托板上安装有用于测量小臂部件与人体小臂之间压力的薄膜压力传感器。

所述的髋关节部件包括髋关节第一连接板、髋关节第一转轴、髋关节第二连接板、髋关节第二转轴、髋关节第三转轴、髋关节角位移传感器安装板和髋关节角位移传感器；髋关节第一连接板呈L形，髋关节第一连接板L形的一边与刚性腰带通过髋关节第一转轴铰接，形成髋关节内收外展转动副；髋关节第一连接板L形的另一边与髋关节第二连接板的一端通过髋关节第二转轴铰接，形成髋关节旋内旋外转动副；髋关节第二连接板的另一端与大腿顶杆的顶部通过髋关节第三转轴铰接，形成髋关节屈伸转动副；用于检测髋关节第三转轴转动角度的髋关节角位移传感器通过髋关节角位移传感器安装板安装在髋关节第三转轴上。

所述的大腿部件包括大腿顶杆、大腿底杆、大腿螺母，髋关节关节轴承和髋关节气动肌肉；大腿顶杆的底部与大腿底杆顶端之间通过螺纹连接；髋关节气动肌肉的底端通过髋关节关节轴承铰接在大腿底杆的底部，髋关节气动肌肉的顶端通过钢丝绳固定缠绕到所述髋关节部件的髋关节第二连接板上，为髋关节屈伸自由度提供驱动力；

所述的膝关节部件包括膝关节轴、膝关节角位移传感器安装板和膝关节角位移传感器；所述大腿部件的大腿底杆的底部与小腿顶杆顶部通过膝关节轴铰接，形成膝关节的屈伸转动副；用于检测膝关节轴转动角度的膝关节角位移传感器通过膝关节角位移传感器安装板安装在膝关节轴上；

所述的小腿部件包括小腿顶杆、小腿底杆、小腿螺母、膝关节关节轴承和膝关节气动肌肉；小腿顶杆底部和小腿底杆顶端之间通过螺纹连接，膝关节气动肌肉的底端通过膝关节关节轴承铰接在小腿顶杆的底部上，膝关节气动肌肉的顶端通过钢丝绳缠绕到所述膝关节部件的膝关节轴周面上，为膝关节屈伸自由度提供驱动力。

所述的踝关节部件包括踝关节轴和踝关节连接件；所述小腿部件的小腿底杆与踝关节连接件通过踝关节轴铰接，形成踝关节的屈伸转动副。

所述的压力鞋部件包括压力鞋后脚掌、压力鞋前脚掌、微型压力传感器和脚掌连接轴；压力鞋后脚掌与踝关节连接件固定连接，压力鞋后脚掌和压力鞋前脚掌通过脚掌连接轴铰接，具有脚掌的屈伸转动副；两个微型压力传感器分别安装在压力鞋后脚掌和压力鞋前脚掌上。

本发明的有益效果是：

本发明上肢采用了一种具有类似人类肌肉输出特性的柔性执行器--气动肌肉（PneumaticMuscleActuator，PMA），使气压驱动在外骨骼助力系统中逐步替代液压驱动成为了可能。同时也满足了清洁、质量轻、价格低、柔顺性好等要求。穿戴者穿戴好基于气动肌肉的助力外骨骼后，借助气动肌肉收缩产生的拉力，在穿戴者托举重物时可大幅度提高托举强度，实现提升穿戴人员的机能力量的目的。

本发明在军事行动和灾难救援、救护等人的力量不足以支持所需负荷的场合，具有重要意义。

附图说明

图1是基于气动肌肉的助力外骨骼的结构示意图；

图2是背部支架的结构示意图；

图3是肩关节的结构示意图；

图4是上臂的结构示意图；

图5是肘关节的结构示意图；

图6是小臂的结构示意图；

图7是髋关节的结构示意图；

图8是大腿的结构示意图；

图9是膝关节的结构示意图；

图10是小腿的结构示意图；

图11是踝关节的结构示意图；

图12是压力鞋的俯视结构示意图；

图13是图12的B-B剖视示意图；

图14是上肢的单臂构件结构示意图；

图15是下肢的单腿构件结构示意图。

图中：背部支架1、肩关节2、上臂3、肘关节4、小臂5、髋关节6、大腿7、膝关节8、小腿9、踝关节10、压力鞋11、肩宽第一可调板12、肩宽第二可调板13、支撑杆14、刚性腰带15、肩关节第一转轴16、肩关节第一连接板17、肩关节第二转轴18、肩关节第二连接板19、肩关节角位移传感器20、肩关节角位移传感器安装板21、肩关节轴22、上臂顶杆23、肩关节气动肌肉24、肩关节关节轴承25、肘关节关节轴承26、肘关节气动肌肉27、上臂托板28、上臂底杆29、肘关节轴30、肘关节角位移传感器安装板31、肘关节角位移传感器32、小臂杆33、小臂托板34、髋关节第一转轴35、髋关节第一连接板36、髋关节第二转轴37、髋关节第二连接板38、髋关节角位移传感器安装板39、髋关节角位移传感器40、髋关节第三转轴41、大腿顶杆42、大腿螺母43、髋关节气动肌肉44、髋关节关节轴承45、大腿底杆46、膝关节角位移传感器安装板47、膝关节角位移传感器48、膝关节轴49、小腿顶杆50、膝关节气动肌肉51、膝关节关节轴承52、小腿螺母53、小腿底杆54、踝关节轴55、踝关节连接件56、压力鞋后脚掌57、微型压力传感器后脚掌压板58、压力鞋前脚掌59、连接轴60、微型压力传感器61、微型压力传感器前脚掌压板62，钢丝绳63、薄膜压力传感器64。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1所示，本发明包括背部支架1、肩关节部件2、上臂部件3、肘关节部件4、小臂部件5、髋关节部件6、大腿部件7、膝关节部件8、小腿部件9、踝关节部件10和压力鞋部件11；背部支架1上部的两侧均连接有结构相同的单臂构件，每个单臂构件包括依次连接的肩关节部件2、上臂部件3、肘关节部件4和小臂部件5，肩关节部件2具有三个转动自由度，肘关节部件4部件具有一个转动自由度，一个单臂构件具有四个转动自由度，单臂构件的四个自由度分别为肘关节的屈伸、肩关节的屈伸、外展内收及旋内旋外；背部支架1下部的两侧均连接有结构相同的单腿构件，每个单腿构件包括髋关节部件6、大腿部件7、膝关节部件8、小腿部件9、踝关节部件10和压力鞋部件11，髋关节部件6具有三个转动自由度，膝关节部件8具有一个转动自由度，踝关节部件10具有一个转动自由度，一个单腿构件具有五个自由度，单腿构件的五个自由度分别为踝关节的屈伸、膝关节的屈伸、髋关节的屈伸、外展内收及旋内旋外；外骨骼助力机构总共有18个自由度。

如图2所示，背部支架1包括两根肩宽可调板、支撑杆14和刚性腰带15；两根肩宽可调板为均呈L形弯折的肩宽第一可调杆12和肩宽第二可调杆13，肩宽第一可调杆12和肩宽第二可调杆13的短边朝向前方，肩宽第一可调杆12和肩宽第二可调杆13的长边之间通过键和键槽相嵌连接，并通过螺栓定位，改变键与键槽的配合长度，从而改变两肩关节之间的距离，可适应不同肩宽的穿戴者；肩宽第一可调杆12和肩宽第二可调杆13的长边底部通过支撑杆14与下方的刚性腰带15固定连接。

如图3所示，肩关节部件2包括肩关节轴22、肩关节第一连接板17、肩关节第一转轴16、肩关节第二连接板19、肩关节第二转轴18、肩关节角位移传感器安装板21、肩关节角位移传感器20、肩关节关节轴承25和肩关节气动肌肉24；肩关节第一连接板17的一端与所述背部支架1的肩宽可调板的短边通过肩关节第一转轴16铰接，形成肩关节的旋内旋外转动副；肩关节第一连接板17的另一端与肩关节第二连接板19的顶部通过肩关节第二转轴18铰接，形成肩关节的内收外展转动副；肩关节第二连接板19的中部与所述上臂部件3的上臂顶杆23通过肩关节轴22铰接，形成肩关节的屈伸转动副；肩关节第二连接板19的底部的朝向向所述背部支架1的中间弯折，弯折角度呈钝角；肩关节轴22的转动范围为135°；肩关节第一转轴16沿竖直方向，肩关节第二转轴18沿前后水平方向，肩关节轴22沿左右水平方向，上述三个转轴的方向垂直；肩关节气动肌肉24底端通过肩关节关节轴承25铰接在肩关节第二连接板19底端，肩关节气动肌肉24顶端通过钢丝绳63缠绕到肩关节轴22周面，为肩关节屈伸自由度提供驱动力；用于检测肩关节转动角度的肩关节角位移传感器20通过肩关节角位移传感器安装板21安装在肩关节轴22上。

如图4所示，上臂部件3包括上臂顶杆23、上臂底杆29、上臂托板28、肘关节关节轴承26和肘关节气动肌肉27；上臂底杆29安装在上臂顶杆23底部，上臂顶杆23下部与上臂底杆29上部之间通过竖直方向的导轨槽和凸起导轨相嵌连接，并通过螺栓定位；改变上臂底杆29和上臂顶杆23配合的长度即可改变整个上臂的长度，可适应不同上臂长度的穿戴者；肘关节气动肌肉27顶端通过肘关节关节轴承26铰接在上臂顶杆23的顶端，肘关节气动肌肉27底端通过钢丝绳63缠绕到肘关节轴30的周面，为肘关节屈伸自由度提供驱动；上臂顶杆23侧面固定连接有用于承托人体上臂的上臂托板28，上臂托板28上安装有用于测量上臂部件与人体上臂之间压力的薄膜压力传感器64。

如图5所示，肘关节部件4包括肘关节轴30、肘关节角位移传感器安装板31和肘关节角位移传感器32；所述上臂部件3的上臂底杆29底端与与小臂杆33后端之间通过肘关节轴30铰接，形成肘关节的屈伸转动副；用于检测肘关节轴30转动角度的肘关节角位移传感器32通过肘关节角位移传感器安装板31安装在肘关节轴30上。肘关节轴30的转动范围为135°。

如图6所示，小臂部件5包括小臂杆33和固定连接在小臂杆33侧面的小臂托板34；小臂杆33前端设有用于手握的握杆，小臂托板34上安装有用于测量小臂部件与人体小臂之间压力的薄膜压力传感器64。

如图7所示，髋关节部件6包括髋关节第一连接板36、髋关节第一转轴35、髋关节第二连接板38、髋关节第二转轴37、髋关节第三转轴41、髋关节角位移传感器安装板39和髋关节角位移传感器40；髋关节第一连接板36呈L形，髋关节第一连接板36L形的一边与刚性腰带15通过髋关节第一转轴35铰接，形成髋关节内收外展转动副；髋关节第一连接板36L形的另一边与髋关节第二连接板38的一端通过髋关节第二转轴37铰接，形成髋关节旋内旋外转动副；髋关节第二连接板38的另一端与大腿顶杆42的顶部通过髋关节第三转轴41铰接，形成髋关节屈伸转动副；髋关节第一转轴35沿前后水平方向，髋关节第二转轴37沿上下竖直方向，髋关节第三转轴41沿左右水平方向，上述三个轴的方向相互垂直；用于检测髋关节第三转轴41转动角度的髋关节角位移传感器40通过髋关节角位移传感器安装板39安装在髋关节第三转轴41上。

如图8所示，大腿部件7包括大腿顶杆42、大腿底杆46，大腿螺母43，髋关节关节轴承45和髋关节气动肌肉44；大腿顶杆42的底部与大腿底杆46顶端之间通过螺纹连接，具体为大腿顶杆42有外螺纹，大腿底杆46有内螺纹，螺纹上套有大腿螺母43，用大腿螺母43紧固；改变大腿顶杆42和大腿底杆46的配合长度即可改变整个大腿长度，可适应不同大腿长度的穿戴者；髋关节气动肌肉44的底端通过髋关节关节轴承45铰接在大腿底杆46的底部，髋关节气动肌肉44的顶端通过钢丝绳固定缠绕到所述髋关节部件6的髋关节第二连接板38上，为髋关节屈伸自由度提供驱动力。

如图9所示，膝关节部件8包括膝关节轴49、膝关节角位移传感器安装板47和膝关节角位移传感器48；所述大腿部件7的大腿底杆46的底部与小腿顶杆50顶部通过膝关节轴49铰接，形成膝关节的屈伸转动副；用于检测膝关节轴49转动角度的膝关节角位移传感器48通过膝关节角位移传感器安装板47安装在膝关节轴49上。

如图10所示，小腿部件9包括小腿顶杆50、小腿底杆54、小腿螺母53、膝关节关节轴承52和膝关节气动肌肉51；小腿顶杆50底部和小腿底杆54顶端之间通过螺纹连接，具体为小腿顶杆50有外螺纹，小腿底杆54有内螺纹，螺纹上套有小腿螺母53，用小腿螺母53紧固；改变小腿顶杆50和小腿底杆54的配合长度即可改变整个小腿长度，可适应不同小腿长度的穿戴者；膝关节气动肌肉51的底端通过膝关节关节轴承52铰接在小腿顶杆50的底部上，膝关节气动肌肉51的顶端通过钢丝绳63缠绕到所述膝关节部件8的膝关节轴49周面上，为膝关节屈伸自由度提供驱动力。

如图11所示，踝关节部件10包括踝关节轴55和踝关节连接件56；所述小腿部件9的小腿底杆54与踝关节连接件56通过踝关节轴55铰接，形成踝关节的屈伸转动副。

如图12和图13所示，压力鞋部件11包括压力鞋后脚掌57、压力鞋前脚掌59、微型压力传感器61和脚掌连接轴60；压力鞋后脚掌57与踝关节连接件56固定连接，压力鞋后脚掌57和压力鞋前脚掌59通过脚掌连接轴60铰接，具有脚掌的屈伸转动副；两个微型压力传感器61分别通过微型压力传感器后脚掌压板58、微型压力传感器前脚掌压板62安装在压力鞋后脚掌57和压力鞋前脚掌59上。

如图14所示，上肢单臂构件包括依次连接的肩关节部件2、上臂部件3、肘关节部件4和小臂部件5，肩关节部件2具有三个转动自由度，肘关节部件4部件具有一个转动自由度，一个单臂构件具有四个转动自由度，单臂构件的四个自由度分别为肘关节的屈伸、肩关节的屈伸、外展内收及旋内旋外。

如图15所示，下肢单腿构件包括髋关节部件6、大腿部件7、膝关节部件8、小腿部件9、踝关节部件10和压力鞋部件11，髋关节部件6具有三个转动自由度，膝关节部件8具有一个转动自由度，踝关节部件10具有一个转动自由度，一个单腿构件具有五个自由度，单腿构件的五个自由度分别为踝关节的屈伸、膝关节的屈伸、髋关节的屈伸、外展内收及旋内旋外。

本发明的具体实施工作过程如下：

当穿戴者需要助力时，穿戴者穿上本发明，将背部支架1和人体背部柔性连接，肩关节部件2与人体肩关节柔性连接，上臂部件3与人体上臂柔性连接，肘关节部件4和人体肘关节柔性连接，小臂部件5与人体小臂柔性连接，髋关节部件6与人体髋关节柔性连接，大腿部件7与人体大腿柔性连接，膝关节部件8与人体膝关节柔性连接，小腿部件9与人体小腿柔性连接，踝关节部件10与人体踝关节柔性连接，压力鞋部件11与人体脚掌柔性连接。

当人体上肢开始托举重物时，给对应驱动肘关节轴30的肘关节气动肌肉27充气，肘关节气动肌肉27末端的钢丝绳63通过螺栓直接固定在肘关节轴30上,当其收缩时，对肘关节轴30产生辅助力矩，从而减轻穿戴者托举重物时人体肘关节的负担。同时也给对应驱动肩关节轴22的肩关节气动肌肉24充气，肩关节气动肌肉24末端的钢丝绳63通过螺栓直接固定在肩关节轴22上，当其收缩时，对肩关节轴22产生辅助力矩，从而减轻穿戴者托举重物时人体肩关节的负担。同时也给对应髋关节第三转轴41的髋关节气动肌肉44充气，髋关节气动肌肉44末端的钢丝绳63通过螺栓直接固定在髋关节第二连接板上，当其收缩时，对髋关节第三转轴41产生辅助力矩，从而减轻穿戴者托举重物时人体髋关节的负担，维持人体平衡，并确保使负载经下肢外骨骼顺利传到地面上。当人体处于蹲下状态时，也要给对应驱动膝关节轴49的膝关节气动肌肉51充气，膝关节气动肌肉51末端的钢丝绳63通过螺栓直接固定在大腿底杆上，当其收缩时，对膝关节轴49产生辅助力矩，从而减轻穿戴者托举重物且处于蹲下状态时人体膝关节的负担，维持人体平衡，并确保使负载经下肢外骨骼顺利传到地面上。

本发明借助气动肌肉收缩产生的拉力，对相应关节轴产生辅助力矩，在穿戴者托举重物时可大幅度提高托举强度，并将负载重力经下肢外骨骼传导到地面上，实现提升穿戴人员的机能力量的目的。

由此穿戴者穿戴好本发明后，借助气动肌肉收缩产生的拉力，对相应的关节轴产生辅助力矩，在穿戴者托举重物时可大幅度提高托举强度，并能轻松负重行走，实现提升穿戴人员的机能力量的目的，可用于军事行动和灾难救援、救护等人的力量不足以支持所需负荷的场合。本发明结构简单，质量轻，柔顺性好，具有显著突出的技术效果。

Claims (7)

1.一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：包括背部支架（1）、肩关节部件（2）、上臂部件（3）、肘关节部件（4）、小臂部件（5）、髋关节部件（6）、大腿部件（7）、膝关节部件（8）、小腿部件（9）、踝关节部件（10）和压力鞋部件（11）；

背部支架（1）上部的两侧均连接有结构相同的单臂构件，每个单臂构件包括依次连接的肩关节部件（2）、上臂部件（3）、肘关节部件（4）和小臂部件（5），肩关节部件（2）具有三个转动自由度，肘关节部件（4）具有一个转动自由度，一个单臂构件具有四个转动自由度；

背部支架（1）下部的两侧均连接有结构相同的单腿构件，每个单腿构件包括髋关节部件（6）、大腿部件（7）、膝关节部件（8）、小腿部件（9）、踝关节部件（10）和压力鞋部件（11），髋关节部件（6）具有三个转动自由度，膝关节部件（8）具有一个转动自由度，踝关节部件（10）具有一个转动自由度，一个单腿构件具有五个自由度；所述的外骨骼助力机构总共有18个自由度；

所述的肩关节部件（2）包括肩关节轴（22）、肩关节第一连接板（17）、肩关节第一转轴（16）、肩关节第二连接板（19）、肩关节第二转轴（18）、肩关节角位移传感器安装板（21）、肩关节角位移传感器（20）、肩关节关节轴承（25）和肩关节气动肌肉（24）；肩关节第一连接板（17）的一端与所述背部支架（1）的肩宽可调板的短边通过肩关节第一转轴（16）铰接，形成肩关节的旋内旋外转动副；肩关节第一连接板（17）的另一端与肩关节第二连接板（19）的顶部通过肩关节第二转轴（18）铰接，形成肩关节的内收外展转动副；肩关节第二连接板（19）的中部与所述上臂部件（3）的上臂顶杆（23）通过肩关节轴（22）铰接，形成肩关节的屈伸转动副；肩关节气动肌肉（24）底端通过肩关节关节轴承（25）铰接在肩关节第二连接板（19）底端，肩关节气动肌肉（24）顶端通过钢丝绳（63）缠绕到肩关节轴（22）周面，为肩关节屈伸自由度提供驱动力；用于检测肩关节转动角度的肩关节角位移传感器（20）通过肩关节角位移传感器安装板（21）安装在肩关节轴（22）上。

2.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的背部支架（1）包括两根肩宽可调板、支撑杆（14）和刚性腰带（15）；两根肩宽可调板为均呈L形弯折的肩宽第一可调板（12）和肩宽第二可调板（13），肩宽第一可调板（12）和肩宽第二可调板（13）的长边之间通过键和键槽相嵌连接，并通过螺栓定位；肩宽第一可调板（12）和肩宽第二可调板（13）的长边底部通过支撑杆（14）与下方的刚性腰带（15）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的上臂部件（3）包括上臂顶杆（23）、上臂底杆（29）、上臂托板（28）、肘关节关节轴承（26）和肘关节气动肌肉（27）；上臂底杆（29）安装在上臂顶杆（23）底部，上臂顶杆（23）下部与上臂底杆（29）上部之间通过竖直方向的导轨槽和凸起导轨相嵌连接，并通过螺栓定位；肘关节气动肌肉（27）顶端通过肘关节关节轴承（26）铰接在上臂顶杆（23）的顶端，肘关节气动肌肉（27）底端通过钢丝绳（63）缠绕到肘关节轴（30）的周面，为肘关节屈伸自由度提供驱动；上臂顶杆（23）侧面固定连接有用于承托人体上臂的上臂托板（28），上臂托板（28）上安装有用于测量上臂部件与人体上臂之间压力的薄膜压力传感器（64）；

所述的肘关节部件（4）包括肘关节轴（30）、肘关节角位移传感器安装板（31）和肘关节角位移传感器（32）；所述上臂部件（3）的上臂底杆（29）底端与小臂杆（33）后端之间通过肘关节轴（30）铰接，形成肘关节的屈伸转动副；用于检测肘关节轴（30）转动角度的肘关节角位移传感器（32）通过肘关节角位移传感器安装板（31）安装在肘关节轴（30）上；

所述的小臂部件（5）包括小臂杆（33）和固定连接在小臂杆（33）侧面的小臂托板（34）；小臂杆（33）前端设有用于手握的握杆，小臂托板（34）上安装有用于测量小臂部件与人体小臂之间压力的薄膜压力传感器（64）。

4.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的髋关节部件（6）包括髋关节第一连接板（36）、髋关节第一转轴（35）、髋关节第二连接板（38）、髋关节第二转轴（37）、髋关节第三转轴（41）、髋关节角位移传感器安装板（39）和髋关节角位移传感器（40）；髋关节第一连接板（36）呈L形，髋关节第一连接板（36）L形的一边与刚性腰带（15）通过髋关节第一转轴（35）铰接，形成髋关节内收外展转动副；髋关节第一连接板（36）L形的另一边与髋关节第二连接板（38）的一端通过髋关节第二转轴（37）铰接，形成髋关节旋内旋外转动副；髋关节第二连接板（38）的另一端与大腿顶杆（42）的顶部通过髋关节第三转轴（41）铰接，形成髋关节屈伸转动副；用于检测髋关节第三转轴（41）转动角度的髋关节角位移传感器（40）通过髋关节角位移传感器安装板（39）安装在髋关节第三转轴（41）上。

5.根据权利要求4所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的大腿部件（7）包括大腿顶杆（42）、大腿底杆（46）、大腿螺母（43），髋关节关节轴承（45）和髋关节气动肌肉（44）；大腿顶杆（42）的底部与大腿底杆（46）顶端之间通过螺纹连接；髋关节气动肌肉（44）的底端通过髋关节关节轴承（45）铰接在大腿底杆（46）的底部，髋关节气动肌肉（44）的顶端通过钢丝绳（63）固定缠绕到所述髋关节部件（6）的髋关节第二连接板（38）上，为髋关节屈伸自由度提供驱动力；

所述的膝关节部件（8）包括膝关节轴（49）、膝关节角位移传感器安装板（47）和膝关节角位移传感器（48）；所述大腿部件（7）的大腿底杆（46）的底部与小腿顶杆（50）顶部通过膝关节轴（49）铰接，形成膝关节的屈伸转动副；用于检测膝关节轴（49）转动角度的膝关节角位移传感器（48）通过膝关节角位移传感器安装板（47）安装在膝关节轴（49）上；

所述的小腿部件（9）包括小腿顶杆（50）、小腿底杆（54）、小腿螺母（53）、膝关节关节轴承（52）和膝关节气动肌肉（51）；小腿顶杆（50）底部和小腿底杆（54）顶端之间通过螺纹连接，膝关节气动肌肉（51）的底端通过膝关节关节轴承（52）铰接在小腿顶杆（50）的底部上，膝关节气动肌肉（51）的顶端通过钢丝绳（63）缠绕到所述膝关节部件（8）的膝关节轴（49）周面上，为膝关节屈伸自由度提供驱动力。

6.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的踝关节部件（10）包括踝关节轴（55）和踝关节连接件（56）；所述小腿部件（9）的小腿底杆（54）与踝关节连接件（56）通过踝关节轴（55）铰接，形成踝关节的屈伸转动副。

7.根据权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构，其特征是：所述的压力鞋部件（11）包括压力鞋后脚掌（57）、压力鞋前脚掌（59）、微型压力传感器（61）和脚掌连接轴（60）；压力鞋后脚掌（57）与踝关节连接件（56）固定连接，压力鞋后脚掌（57）和压力鞋前脚掌（59）通过脚掌连接轴（60）铰接，具有脚掌的屈伸转动副；两个微型压力传感器（61）分别安装在压力鞋后脚掌（57）和压力鞋前脚掌（59）上。