CN106182078B - 基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，包括小腿支撑部件、膝关节绞盘、大腿支撑座、大腿支撑盖及离合定位组件。小腿支撑部件的上端固定内侧和外侧顶板，内外侧顶板上均设有连接通孔。大腿支撑座、大腿支撑盖的下端均设有第一花键孔；膝关节绞盘设有第二花键孔；膝关节绞盘设在大腿支撑座和大腿支撑盖之间；大腿支撑座及大腿支撑盖设在内外侧顶板之间。连接通孔、第一花键孔与第二花键孔同轴；离合定位组件包括离合器套、离合器芯、离合器盖板、压缩弹簧和钢珠。离合定位组件穿设在连接通孔与花键孔中，能与第一花键孔或第二花键孔锁定及解锁。本发明结构简单，减轻外骨骼机器人下肢的重量；锁定和解锁结构简单，操作方便。

Description

基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节

技术领域

本发明涉及用于助行的外骨骼机器人领域，尤其涉及一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节。

背景技术

目前下肢外骨骼机器人，就驱动模式而言，主要有链条驱动式、气动式、液压驱动式、四连杆机构、减速电机直接驱动等硬体机械驱动模式。这些驱动模式具有一个共同的特点，就是各关节均配有驱动电机，导致结构体积大、重量重等不足。

中国发明专利CN 102327173 A外骨骼可穿戴下肢康复机器人，是利用谐波减速器作为驱动单元来实现关节的运动，由于谐波减速器具有一定的可逆性，即不具有完全自锁功能，使用者长久地站立时可能出现失稳缺陷，而带来安全隐患。

中国发明专利CN 1586434 A可穿戴式的下肢步行外骨骼，是利用液压缸来驱动连杆从而实现关节运动，结构松散庞大，整体结构复杂，重量偏重，不适合便携和穿戴。

中国发明专利ZL 201210370654.4便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人，其各关节采用滑块连杆机构驱动，驱动机构均设置在关节附近，增加了腿部重量，结构复杂，很难进一步优化机器人总体重量。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其结构简单，没有整合电机等驱动装置，以减轻外骨骼机器人下肢的重量。

本发明的另一目的在于提供一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其锁定和解锁结构简单，操作方便。

本发明的目的是这样实现的，一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，所述外骨骼机器人膝关节包括小腿支撑部件、膝关节绞盘、大腿支撑座、大腿支撑盖及离合定位组件；所述小腿支撑部件的上端固定有相对设置的内侧顶板和外侧顶板，所述内侧顶板和所述外侧顶板上均设有同轴的连接通孔；所述大腿支撑座、所述大腿支撑盖的下端均设有贯通的第一花键孔；所述膝关节绞盘用于缠绕膝关节驱动线，且设有轴向贯通的第二花键孔；所述膝关节绞盘设置在所述大腿支撑座和所述大腿支撑盖之间；所述大腿支撑座及所述大腿支撑盖设在所述内侧顶板和所述外侧顶板之间；所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔同轴设置；所述离合定位组件穿设在所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔中，所述离合定位组件的两端分别与所述内侧顶板、所述外侧顶板固定连接，且所述离合定位组件能与所述第一花键孔或所述第二花键孔锁定及解锁。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离合定位组件包括离合器套和离合器盖板；所述离合器套包括一圆柱套筒，所述圆柱套筒具有开口端和闭口端，所述开口端的圆周边缘设有法兰盘；所述圆柱套筒同轴穿设在所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔中，所述闭口端延伸到所述外侧顶板一侧；所述法兰盘与所述内侧顶板固定连接，所述离合器盖板与所述外侧顶板及所述闭口端均固定连接；所述离合器套上设有与所述第一花键孔或所述第二花键孔锁定及解锁的锁止装置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述圆柱套筒的筒壁上沿其轴向依次设有三圈钢珠导向孔，每一圈钢珠导向孔沿圆周方向均匀分布；第一圈钢珠导向孔的位置与所述大腿支撑座上的第一花键孔对应，第二圈钢珠导向孔的位置与所述膝关节绞盘的第二花键孔对应，第三圈钢珠导向孔的位置与所述大腿支撑盖上的第一花键孔对应；所述第一花键孔、所述第二花键孔的孔壁上圆周方向均匀设有多个轴向延伸的花键槽；所述钢珠导向孔中设有钢珠，所述圆柱套筒内同轴套设有离合器芯，所述钢珠支撑在所述离合器芯的外壁上；所述离合器芯能在所述圆柱套筒内轴向往复滑动，所述离合器芯的外壁上设有钢珠活动装置，通过所述钢珠活动装置使所述钢珠沿所述钢珠导向孔伸出或缩回，所述钢珠与所述第一花键孔或所述第二花键孔内的花键槽配合形成锁定或解锁；所述离合器芯及所述钢珠构成所述锁止装置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述钢珠活动装置包括凸圆柱面和凹圆柱面，所述凸圆柱面和凹圆柱面之间为平滑过渡的圆锥面；所述离合器套的开口端设有弹簧止挡件，所述弹簧止挡件与所述离合器芯之间设有压缩弹簧；所述离合器芯与所述闭口端相对的一端设有突出的按压块；所述按压块穿过所述闭口端及所述离合器盖板伸出在外；所述离合器芯在所述按压块上的外力及所述压缩弹簧的回复力作用下往复滑动，所述钢珠在所述凸圆柱面和凹圆柱面的作用下沿所述钢珠导向孔伸出或缩回。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离合器芯的外壁上沿所述开口端到所述闭口端方向依次设有所述凹圆柱面、所述凸圆柱面、所述凹圆柱面及所述凸圆柱面；所述离合定位组件具有第一状态和第二状态；第一状态下所述离合器芯紧靠所述闭口端，第二圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凸圆柱面上，伸出第二圈钢珠导向孔与所述第二花键孔的花键槽形成锁定，第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凹圆柱面上；第二状态下所述离合器芯在外力下回缩，第二圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凹圆柱面上，第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凸圆柱面上，伸出第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔，分别与所述大腿支撑座和大腿支撑盖上的第一花键孔的花键槽形成锁定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述大腿支撑盖下端的外侧及所述大腿支撑座下端的外侧均设有一段圆弧限位槽，所述圆弧限位槽与所述第一花键孔同心设置；所述外侧顶板上与所述大腿支撑盖接触的一侧及所述内侧顶板上与所述大腿支撑座接触的一侧均固定有一限位销，所述限位销嵌入到对应的所述圆弧限位槽中。

在本发明的一较佳实施方式中，所述膝关节绞盘为圆柱体形状，所述膝关节绞盘的圆柱表面设置有螺旋槽，所述螺旋槽用于缠绕所述膝关节驱动线；所述第二花键孔的内壁沿圆周方向均匀设有多个梯形花键槽。

在本发明的一较佳实施方式中，所述膝关节绞盘的两端面与所述大腿支撑座和所述大腿支撑盖之间、所述大腿支撑座与内侧顶板之间、所述大腿支撑盖与所述外侧顶板之间均设有减摩垫片。

在本发明的一较佳实施方式中，所述小腿支撑部件包括小腿顶块，所述小腿顶块为杆状，所述小腿顶块的顶部两侧分别固定连接所述内侧顶板和所述外侧顶板；所述小腿顶块的顶部端面设有弧形槽，所述膝关节绞盘的一部分嵌入到所述弧形槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述大腿支撑盖与所述大腿支撑座的下端均嵌设有花键套镶嵌件；所述花键套镶嵌件为圆盘形，其中央设有所述第一花键孔，所述第一花键孔的内壁沿圆周方向均匀设有多个梯形花键槽；所述大腿支撑座与所述大腿支撑盖相互扣合固定，形成一盒体结构；所述内侧顶板和所述外侧顶板通过所述离合定位组件与所述第二花键孔锁定时，与所述第一花键孔之间解锁；所述内侧顶板和所述外侧顶板通过所述离合定位组件与所述第一花键孔锁定时，与所述第二花键孔之间解锁。

由上所述，本发明的膝关节设有膝关节绞盘，其上能缠绕膝关节驱动线，通过膝关节驱动线与膝关节绞盘之间的摩擦力带动膝关节绞盘正转和反转，以进行膝关节的摆动，而驱动膝关节驱动线的电机等驱动装置可以设置在其它地方，例如穿戴者的腰部，不需要在膝关节整合电机等驱动装置，以减轻外骨骼机器人下肢的重量。其离合定位组件采用离合器套、离合器芯、压缩弹簧以及钢珠与大腿支撑座、大腿支撑盖、膝关节绞盘上的梯形花键槽配合，通过离合器芯表面的钢珠活动装置驱动钢珠伸出或回缩，结构简单，锁定和解锁操作方便。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明外骨骼机器人膝关节的分解结构示意图。

图2：为本发明中大腿支撑座和大腿支撑盖的分解结构示意图。

图3：为本发明中膝关节绞盘的结构示意图。

图4：为本发明中离合定位组件的剖面结构示意图。

图5：为本发明中小腿支撑部件的分解结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2和图3所示，与外骨骼机器人线缠绕驱动系统相配合，本发明提供了一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，该外骨骼机器人膝关节包括小腿支撑部件、膝关节绞盘4-6、大腿支撑座4-7、大腿支撑盖4-8及离合定位组件。如图2所示，所述大腿支撑座4-7与所述大腿支撑盖4-8可以通过螺钉等标准紧固件相互扣合固定在一起，形成一个盒体结构。所述大腿支撑座4-7与所述大腿支撑盖4-8形成的盒体结构可以称为大腿支撑部件。大腿支撑部件是一个杆状部件，其作用是用来支撑人的大腿，安装时设置在人体大腿的外侧，其上端与髋关节支撑部件的下端连接形成髋关节，其下端与所述小腿支撑部件的上端连接形成该膝关节。该大腿支撑部件的下端镶嵌有花键套镶嵌件4-71，即所述大腿支撑盖4-8与所述大腿支撑座4-7的下端相对，两者之间间隔一定距离；且所述大腿支撑盖4-8与所述大腿支撑座4-7的下端均嵌设有一个花键套镶嵌件4-71，两个花键套镶嵌件4-71结构相同、相对且同轴设置。每个花键套镶嵌件4-71均为圆盘形，其中央设有第一花键孔4-72，所述第一花键孔4-72的内壁沿圆周方向均匀设有多个沿轴向延伸的梯形花键槽，从而在大腿支撑部件的下端形成一个轴向贯通的第一花键孔4-72，花键套镶嵌件4-71的材料为高硬度金属材料。

所述膝关节绞盘4-6设在所述大腿支撑盖4-8与所述大腿支撑座4-7之间，能相对大腿支撑盖4-8与大腿支撑座4-7转动，在膝关节绞盘4-6的端面与大腿支撑盖4-8的内侧面，以及膝关节绞盘4-6的端面与大腿支撑座4-7的内侧面之间可以设置减摩垫片(图中未示出)，以减少滑动摩擦力，提高耐磨性，同时，减摩垫片也可以起到调整轴向间隙的作用。减摩垫片的材料可以采用锡青铜或青铜等耐磨的金属材料，也可以采用耐磨的非金属材料，本实施例采用非金属材料。如图5所示，所述小腿支撑部件包括杆状的小腿顶块4-11、内侧顶板4-9和外侧顶板4-10。小腿支撑部件用来支撑人的小腿，安装时设置在人体小腿的外侧。小腿顶块4-11的上端两侧分别固定连接内侧顶板4-9和外侧顶板4-10，内侧顶板4-9和外侧顶板4-10相对设置且之间有一定距离，所述内侧顶板4-9和所述外侧顶板4-10上各设有一个连接通孔4-101，两个连接通孔4-101同轴。所述大腿支撑座4-7及所述大腿支撑盖4-8(即大腿支撑部件的下端)设在所述内侧顶板4-9和所述外侧顶板4-10之间，能相对内侧顶板4-9和外侧顶板4-10转动。小腿顶块4-11的顶部端面设有弧形槽4-111，位于大腿支撑座4-7及大腿支撑盖4-8之间的膝关节绞盘4-6的一部分嵌入到所述弧形槽4-111内。大腿支撑座4-7与内侧顶板4-9之间、大腿支撑盖4-8与外侧顶板4-10之间还可以设有减摩垫片，以减少接触面之间的滑动摩擦力，提高耐磨性，同时也可调节膝关节的轴向间隙和尺寸。

所述膝关节绞盘4-6的中心设有轴向贯通的第二花键孔4-61，第二花键孔4-61的结构与第一花键孔4-72相同，其孔的内壁沿圆周方向均匀设有多个沿轴向延伸的梯形花键槽。所述连接通孔4-101、所述第一花键孔4-72与所述第二花键孔4-61同轴设置。所述离合定位组件横向穿设在所述连接通孔4-101、所述第一花键孔4-72与所述第二花键孔4-61中，所述离合定位组件的两端分别与所述内侧顶板4-9、所述外侧顶板4-10固定连接，且所述离合定位组件能与所述第一花键孔4-72或所述第二花键孔4-61锁定及解锁。大腿支撑部件下端的花键套镶嵌件4-71通过所述离合定位组件与小腿支撑部件的上端连接形成本发明的膝关节。所述小腿支撑部件通过所述离合定位组件与膝关节绞盘4-6的第二花键孔4-61锁定时，其与大腿支撑部件的第一花键孔4-72之间是解锁状态，即小腿支撑部件与膝关节绞盘4-6锁定而与大腿支撑部件之间解锁，膝关节绞盘4-6的转动能带动小腿支撑部件一起摆动。所述小腿支撑部件通过所述离合定位组件与大腿支撑部件的第一花键孔4-72锁定时，其与膝关节绞盘4-6的第二花键孔4-61之间处于解锁状态，即小腿支撑部件与大腿支撑部件之间锁定而与膝关节绞盘4-6之间解锁，膝关节绞盘4-6的转动不会带动小腿支撑部件一起摆动，此时大腿支撑部件与小腿支撑部件处于停止相对运动的锁定状态，适用于站立不动的情形。

进一步，如图3所示，膝关节绞盘4-6可以是整体结构，采用同种材料制成；也可以是组合件结构，采用不同的材料制成。本实施例中，膝关节绞盘4-6是采用不同材料制成的组合件。膝关节绞盘4-6的内圈部分4-62为一个高硬度金属材料制成的圆柱体，圆柱体的中心为轴向贯通的所述第二花键孔4-61，圆柱体的外表面光滑。膝关节绞盘4-6的外圈部分4-63也为一个圆柱体，采用低硬度金属材料制成，同轴套设在内圈部分4-62的圆柱体外部并与其紧密固定连接为一个整体，其两端面平齐。外圈部分4-63的外圆柱表面设置有螺旋槽4-64，所述螺旋槽4-64用于缠绕膝关节驱动线4-14，膝关节驱动线4-14在驱动电机的驱动下来回缠绕运动，可以利用摩擦力带动膝关节绞盘4-6一起正向和反向转动，从而带动小腿支撑部件摆动。螺旋槽4-64的横截面可以采用圆形截面、三角形截面、矩形截面、梯形截面、椭圆形截面以及异形截面等。本实施例采用圆形截面的螺旋槽4-64。

进一步，如图4所示，所述离合定位组件包括离合器套4-1、离合器芯4-2、离合器盖板4-13、压缩弹簧4-3和钢珠。所述离合器套4-1包括一个圆柱套筒，其材料为高硬度金属材料。所述圆柱套筒具有开口端和闭口端，其内部为圆柱形空腔，所述开口端的圆周边缘设有向外突出的法兰盘，法兰盘上均匀设有螺栓连接孔。所述圆柱套筒的圆柱形筒壁上沿其轴向依次设有三圈钢珠导向孔4-101，每一圈钢珠导向孔4-101沿圆周方向均匀分布；即第一圈钢珠导向孔4-101靠近开口端，第三圈钢珠导向孔4-101靠近闭口端，第二圈钢珠导向孔4-101位于中间，每一圈的钢珠导向孔4-101均设有多个，沿着圆柱形筒壁的圆周方向均匀分布。其中，第一圈钢珠导向孔4-101的位置与所述大腿支撑座4-7上的第一花键孔4-72对应，第二圈钢珠导向孔4-101的位置与所述膝关节绞盘4-6的第二花键孔4-61对应，第三圈钢珠导向孔4-101的位置与所述大腿支撑盖4-8上的第一花键孔4-72对应。在每一个钢珠导向孔4-101内设置有钢珠，钢珠的直径稍微大于钢珠导向孔4-101的内径，从而钢珠只有一部分体积能伸出到钢珠导向孔4-101的外部，而不会整体穿过钢珠导向孔4-101。所述圆柱套筒同轴穿设在所述连接通孔4-101、所述第一花键孔4-72与所述第二花键孔4-61中，开口端的法兰盘紧贴在内侧顶板4-9的外侧，并通过连接螺栓与所述内侧顶板4-9固定连接。内侧顶板4-9的外侧可以设置凹面使法兰盘嵌入其中。所述闭口端延伸到所述外侧顶板4-10的外侧并通过离合器盖板4-13与所述外侧顶板4-10固定连接。即所述离合器盖板4-13上设有螺栓连接孔，通过连接螺栓与外侧顶板4-10的外侧连接，同时所述闭口端也通过连接螺栓与离合器盖板4-13连接；外侧顶板4-10的外侧可以设置凹面使离合器盖板4-13嵌入其中。

所述圆柱套筒内的圆柱形空腔中同轴套设有离合器芯4-2。离合器芯4-2也为一个圆柱形套筒件，离合器芯4-2的一端开口，另一端封闭。在离合器芯4-2封闭一端的外侧还设有一段沿轴向向外凸伸的小直径圆柱段。所述钢珠支撑在所述离合器芯4-2的外壁上。所述离合器芯4-2能在所述圆柱套筒内轴向往复滑动，所述离合器芯4-2的外壁上设有钢珠活动装置，离合器芯4-2往复滑动时，钢珠活动装置能推动所述钢珠沿所述钢珠导向孔4-101伸出或使钢珠缩回到钢珠导向孔4-101内。将第一圈钢珠导向孔4-101和第三圈钢珠导向孔4-101内的钢珠定义为小腿定位钢珠4-5，将第二圈钢珠导向孔4-101内的钢珠定义为小腿驱动钢珠4-4。小腿定位钢珠4-5伸出后能与所述第一花键孔4-72内的梯形花键槽配合形成锁定，缩回后形成解锁；从而使小腿支撑部件与大腿支撑部件锁定或解锁。小腿驱动钢珠4-4伸出后能与所述第二花键孔4-61内的梯形花键槽配合形成锁定，缩回后形成解锁；从而使小腿支撑部件与膝关节绞盘4-6锁定或解锁。所述离合器芯4-2以及对应的钢珠形成了所述离合器套4-1上的锁止装置。

进一步，如图4所示，所述钢珠活动装置可以采用在离合器芯4-2的外壁上设置各种凸出及凹陷的花纹来实现，本实施例中，钢珠活动装置包括沿其轴向间隔设置的凸圆柱面4-202和凹圆柱面4-203，每一段凸圆柱面4-202和相邻的凹圆柱面4-203之间为平滑过渡的圆锥面。所述凸圆柱面4-202和凹圆柱面4-203的设置顺序和位置是，在离合器芯4-2的外壁上从圆柱套筒开口端到圆柱套筒闭口端的方向依次设有凹圆柱面4-203、凸圆柱面4-202、凹圆柱面4-203及凸圆柱面4-202。所述离合器套4-1的开口端设有弹簧止挡件4-102，压缩弹簧4-3设置在弹簧止挡件4-102与离合器芯4-2之间，压缩弹簧4-3的一端抵靠在弹簧止挡件4-102上，另一端抵靠在离合器芯4-2上。离合器芯4-2的中部具有空腔，压缩弹簧4-3伸入到离合器芯4-2中部的空腔内，对离合器芯4-2施加一个向圆柱套筒的闭口端压紧的力。离合器芯4-2紧贴在闭口端的内侧，其端部的小直径圆柱段形成一个按压块4-201，小直径圆柱段穿过圆柱套筒的闭口端及离合器盖板4-13伸出在离合器盖板4-13的外部，可以通过手指的按压或解锁机构的推杆推动，使离合器芯4-2克服压缩弹簧4-3的弹力向图4的左侧回缩。所述离合器芯4-2在按压块4-201上的外力及压缩弹簧4-3的回复力作用下左右往复滑动，从而使小腿定位钢珠4-5和小腿驱动钢珠4-4在凸圆柱面4-202和凹圆柱面4-203的作用下沿钢珠导向孔4-101伸出或缩回。

本实施例中，离合定位组件具有第一状态和第二状态。在第一状态下，所述离合器芯4-2紧靠圆柱套筒的闭口端，此时第二圈钢珠导向孔4-101内的小腿驱动钢珠4-4支撑在对应的凸圆柱面4-202上，小腿驱动钢珠4-4大约有一半体积伸出到钢珠导向孔4-101外进入到第二花键孔4-61的梯形花键槽内，另一半体积留在离合器套4-1的钢珠导向孔4-101中，使离合器套4-1与膝关节绞盘4-6形成锁定。而第一圈钢珠导向孔4-101和第三圈钢珠导向孔4-101内的小腿定位钢珠4-5支撑在对应的凹圆柱面4-203上，小腿定位钢珠4-5缩回在钢珠导向孔4-101内，离合器套4-1与大腿支撑部件之间解锁；膝关节绞盘4-6的转动可以带动小腿支撑部件摆动。第二状态下，所述离合器芯4-2在作用在按压块4-201上的外力下回缩(向离合器套4-1的开口端滑动)，回缩到位后，第二圈钢珠导向孔4-101内的小腿驱动钢珠4-4支撑在对应的凹圆柱面4-203上，小腿驱动钢珠4-4缩回在钢珠导向孔4-101内，离合器套4-1与膝关节绞盘4-6之间解锁。而第一圈钢珠导向孔4-101和第三圈钢珠导向孔4-101内的小腿定位钢珠4-5支撑在对应的凸圆柱面4-202上，小腿定位钢珠4-5大约有一半体积伸出到钢珠导向孔4-101外进入到第一花键孔4-72的梯形花键槽内，另一半体积留在离合器套4-1的钢珠导向孔4-101中，使离合器套4-1与大腿支撑部件形成锁定，即离合器套4-1分别与所述大腿支撑盖4-8和大腿支撑座4-7上的第一花键孔4-72的梯形花键槽形成锁定。膝关节绞盘4-6的转动不能带动小腿支撑部件摆动，大腿支撑部件与小腿支撑部件之间相对固定。

进一步，为了限制小腿支撑部件和大腿支撑部件之间的相对摆动角度，所述大腿支撑盖4-8的外侧及所述大腿支撑座4-7的外侧均设有一段圆弧限位槽4-73，所述圆弧限位槽4-73与所述第一花键孔4-72为同心设置。所述外侧顶板4-10上与大腿支撑盖4-8相对的一侧及所述内侧顶板4-9上与大腿支撑座4-7相对的一侧均固定有一限位销4-12，所述限位销4-12嵌入到对应的所述圆弧限位槽4-73中。当小腿支撑部件相对大腿支撑部件摆动时，限位销4-12在圆弧限位槽4-73内滑动，限位销4-12滑动到圆弧限位槽4-73的端部后被圆弧限位槽4-73止挡，从而限制小腿支撑部件相对大腿支撑部件继续摆动。可以根据需要限制的摆动角度来设置圆弧限位槽4-73的长度和位置。

由上所述，本发明的膝关节设有膝关节绞盘4-6，其上能缠绕膝关节驱动线4-14，通过膝关节驱动线4-14与膝关节绞盘4-6之间的摩擦力带动膝关节绞盘4-6正转和反转，以进行膝关节的摆动，而驱动膝关节驱动线4-14的电机等驱动装置可以设置在其它地方，例如穿戴者的腰部，不需要在膝关节整合电机等驱动装置，以减轻外骨骼机器人下肢的重量。其离合定位组件采用离合器套4-1、离合器芯4-2、压缩弹簧4-3以及钢珠与大腿支撑座4-7、大腿支撑盖4-8、膝关节绞盘4-6上的梯形花键槽配合，通过离合器芯4-2表面的钢珠活动装置驱动钢珠伸出或回缩，结构简单，锁定和解锁操作方便。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述外骨骼机器人膝关节包括小腿支撑部件、膝关节绞盘、大腿支撑座、大腿支撑盖及离合定位组件；所述小腿支撑部件的上端固定有相对设置的内侧顶板和外侧顶板，所述内侧顶板和所述外侧顶板上均设有同轴的连接通孔；所述大腿支撑座、所述大腿支撑盖的下端均设有贯通的第一花键孔；所述膝关节绞盘用于缠绕膝关节驱动线，且设有轴向贯通的第二花键孔；所述膝关节绞盘设置在所述大腿支撑座和所述大腿支撑盖之间；所述大腿支撑座及所述大腿支撑盖设在所述内侧顶板和所述外侧顶板之间；所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔同轴设置；所述离合定位组件穿设在所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔中，所述离合定位组件的两端分别与所述内侧顶板、所述外侧顶板固定连接，且所述离合定位组件能与所述第一花键孔或所述第二花键孔锁定及解锁；其中，所述大腿支撑座与所述大腿支撑盖相互扣合固定形成的盒体结构为大腿支撑部件，所述大腿支撑部件为杆状部件。

2.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述离合定位组件包括离合器套和离合器盖板；所述离合器套包括一圆柱套筒，所述圆柱套筒具有开口端和闭口端，所述开口端的圆周边缘设有法兰盘；所述圆柱套筒同轴穿设在所述连接通孔、所述第一花键孔与所述第二花键孔中，所述闭口端延伸到所述外侧顶板一侧；所述法兰盘与所述内侧顶板固定连接，所述离合器盖板与所述外侧顶板及所述闭口端均固定连接；所述离合器套上设有与所述第一花键孔或所述第二花键孔锁定及解锁的锁止装置。

3.如权利要求2所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述圆柱套筒的筒壁上沿其轴向依次设有三圈钢珠导向孔，每一圈钢珠导向孔沿圆周方向均匀分布；第一圈钢珠导向孔的位置与所述大腿支撑座上的第一花键孔对应，第二圈钢珠导向孔的位置与所述膝关节绞盘的第二花键孔对应，第三圈钢珠导向孔的位置与所述大腿支撑盖上的第一花键孔对应；所述第一花键孔、所述第二花键孔的孔壁上圆周方向均匀设有多个轴向延伸的花键槽；所述钢珠导向孔中设有钢珠，所述圆柱套筒内同轴套设有离合器芯，所述钢珠支撑在所述离合器芯的外壁上；所述离合器芯能在所述圆柱套筒内轴向往复滑动，所述离合器芯的外壁上设有钢珠活动装置，通过所述钢珠活动装置使所述钢珠沿所述钢珠导向孔伸出或缩回，所述钢珠与所述第一花键孔或所述第二花键孔内的花键槽配合形成锁定或解锁；所述离合器芯及所述钢珠构成所述锁止装置。

4.如权利要求3所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述钢珠活动装置包括凸圆柱面和凹圆柱面，所述凸圆柱面和凹圆柱面之间为平滑过渡的圆锥面；所述离合器套的开口端设有弹簧止挡件，所述弹簧止挡件与所述离合器芯之间设有压缩弹簧；所述离合器芯与所述闭口端相对的一端设有突出的按压块；所述按压块穿过所述闭口端及所述离合器盖板伸出在外；所述离合器芯在所述按压块上的外力及所述压缩弹簧的回复力作用下往复滑动，所述钢珠在所述凸圆柱面和凹圆柱面的作用下沿所述钢珠导向孔伸出或缩回。

5.如权利要求4所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述离合器芯的外壁上沿所述开口端到所述闭口端方向依次设有所述凹圆柱面、所述凸圆柱面、所述凹圆柱面及所述凸圆柱面；所述离合定位组件具有第一状态和第二状态；第一状态下所述离合器芯紧靠所述闭口端，第二圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凸圆柱面上，伸出第二圈钢珠导向孔与所述第二花键孔的花键槽形成锁定，第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凹圆柱面上；第二状态下所述离合器芯在外力下回缩，第二圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凹圆柱面上，第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔内的钢珠支撑在所述凸圆柱面上，伸出第一圈钢珠导向孔和第三圈钢珠导向孔，分别与所述大腿支撑座和大腿支撑盖上的第一花键孔的花键槽形成锁定。

6.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述大腿支撑盖下端的外侧及所述大腿支撑座下端的外侧均设有一段圆弧限位槽，所述圆弧限位槽与所述第一花键孔同心设置；所述外侧顶板上与所述大腿支撑盖接触的一侧及所述内侧顶板上与所述大腿支撑座接触的一侧均固定有一限位销，所述限位销嵌入到对应的所述圆弧限位槽中。

7.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述膝关节绞盘为圆柱体形状，所述膝关节绞盘的圆柱表面设置有螺旋槽，所述螺旋槽用于缠绕所述膝关节驱动线；所述第二花键孔的内壁沿圆周方向均匀设有多个梯形花键槽。

8.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述膝关节绞盘的两端面与所述大腿支撑座和所述大腿支撑盖之间、所述大腿支撑座与内侧顶板之间、所述大腿支撑盖与所述外侧顶板之间均设有减摩垫片。

9.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述小腿支撑部件包括小腿顶块，所述小腿顶块为杆状，所述小腿顶块的顶部两侧分别固定连接所述内侧顶板和所述外侧顶板；所述小腿顶块的顶部端面设有弧形槽，所述膝关节绞盘的一部分嵌入到所述弧形槽内。

10.如权利要求1所述的基于线缠绕驱动的外骨骼机器人膝关节，其特征在于，所述大腿支撑盖与所述大腿支撑座的下端均嵌设有花键套镶嵌件；所述花键套镶嵌件为圆盘形，其中央设有所述第一花键孔，所述第一花键孔的内壁沿圆周方向均匀设有多个梯形花键槽；所述内侧顶板和所述外侧顶板通过所述离合定位组件与所述第二花键孔锁定时，与所述第一花键孔之间解锁；所述内侧顶板和所述外侧顶板通过所述离合定位组件与所述第一花键孔锁定时，与所述第二花键孔之间解锁。