CN106272539B - 外骨骼机器人线缠绕驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统，包括驱动组件、驱动绞盘、关节绞盘和驱动线；驱动组件具有输出轴，驱动绞盘固定在输出轴上，驱动组件促使驱动绞盘进行转动；关节绞盘设置在相应的关节处；驱动线同时缠绕在驱动绞盘和关节绞盘的外部；驱动绞盘的转动带动缠绕在其外部的驱动线作缠绕运动，通过驱动线带动关节绞盘进行同步转动，进而带动相应的关节运动。其驱动组件可以集中布置于腰部，简化了各个关节处的结构，减轻了外骨骼机器人下肢的重量。

Description

外骨骼机器人线缠绕驱动系统

技术领域

本发明涉及用于助行的外骨骼机器人领域，尤其涉及一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统。

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 102327173A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 1586434A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。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统，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外骨骼机器人线缠绕驱动系统，将各个关节驱动的动力装置集中在人体的腰部，以减轻外骨骼机器人下肢的重量。

本发明的目的是这样实现的，一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统包括驱动组件、驱动绞盘、关节绞盘和驱动线；所述驱动组件具有输出轴，所述驱动绞盘通过单向轴承连接在所述输出轴上，所述驱动组件驱动所述驱动绞盘进行转动；所述关节绞盘设置在相应的关节处；所述驱动线同时缠绕在所述驱动绞盘和所述关节绞盘的外部；所述驱动绞盘的转动带动缠绕在其外部的所述驱动线作缠绕运动，通过所述驱动线带动所述关节绞盘进行同步转动，进而带动相应的关节运动；所述驱动绞盘和所述关节绞盘均为圆柱体，所述驱动绞盘及所述关节绞盘的圆柱表面均设有螺旋槽，所述螺旋槽用于所述驱动线的缠绕和导向；其中，所述驱动组件包括髋关节驱动电机和膝关节驱动电机；所述驱动绞盘包括髋关节驱动绞盘和膝关节驱动绞盘；所述关节绞盘包括髋关节绞盘和膝关节绞盘；所述驱动线包括髋关节驱动线和膝关节驱动线；所述髋关节驱动绞盘和所述膝关节驱动绞盘分别通过第一单向轴承和第二单向轴承连接在所述髋关节驱动电机的输出轴和所述膝关节驱动电机的输出轴上；所述髋关节绞盘和所述膝关节绞盘分别设在髋关节和膝关节处；所述髋关节驱动线同时缠绕在所述髋关节驱动绞盘和所述髋关节绞盘的外部，所述膝关节驱动线同时缠绕在所述膝关节驱动绞盘和所述膝关节绞盘的外部；所述髋关节驱动绞盘通过所述髋关节驱动线带动所述髋关节绞盘进行同步转动；所述膝关节驱动绞盘通过所述膝关节驱动线带动所述膝关节绞盘进行同步转动；所述髋关节绞盘为阶梯状圆柱体，所述髋关节绞盘的中部为大直径段，所述大直径段的圆柱表面设置第三螺旋槽；所述髋关节绞盘的两端为小直径段，两端的所述小直径段上分别套设有分离定滑轮，所述分离定滑轮抵靠在所述大直径段的端面并能相对所述髋关节绞盘转动，所述膝关节驱动线分别绕过两端的所述分离定滑轮，所述分离定滑轮将所述髋关节绞盘的转动与所述膝关节驱动线的运动相互分离。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动绞盘由能分离的两段圆柱体轴向对接组成；第一段圆柱体与第二段圆柱体相对的对接端面上均设有压紧凹槽；所述驱动线的一部分嵌入所述压紧凹槽内并被所述两段圆柱体压紧，所述驱动线的另一部分缠绕在所述驱动绞盘及所述关节绞盘的所述螺旋槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动线为环形柔性线。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动线为直线型柔性线，所述驱动线的两端分别固定有圆柱接头，所述驱动线拉直状态时所述圆柱接头的轴线与所述驱动线垂直。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上还设有接头卡槽，所述驱动线第一端的所述圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体的所述接头卡槽内；所述驱动线第二端的所述圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体的所述接头卡槽内；所述压紧凹槽一端连接所述接头卡槽，另一端连接到所述驱动绞盘的所述螺旋槽，使所述驱动线顺着所述螺旋槽的旋向伸出到所述驱动绞盘的外部。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一段圆柱体与所述第二段圆柱体的对接端面之间还设有压紧垫片，所述压紧垫片用于辅助压紧嵌入到所述压紧凹槽内的所述驱动线。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统还包括定滑轮组件和张紧机构，所述定滑轮组件包括至少一个定滑轮，所述定滑轮组件用于支撑和导向所述驱动线；所述张紧机构用于向所述驱动线施加张紧力。

在本发明的一较佳实施方式中，所述髋关节驱动绞盘由能分离的第一段圆柱体与第二段圆柱体轴向对接组成；所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上均设有第一压紧凹槽；所述髋关节驱动绞盘的圆柱表面设有第一螺旋槽，所述第一螺旋槽用于所述髋关节驱动线的缠绕和导向；

所述膝关节驱动绞盘由能分离的第三段圆柱体与第四段圆柱体轴向对接组成；所述第三段圆柱体与第四段圆柱体的对接端面上均设有第二压紧凹槽；所述膝关节驱动绞盘的圆柱表面设有第二螺旋槽，所述第二螺旋槽用于所述膝关节驱动线的缠绕和导向。

在本发明的一较佳实施方式中，所述髋关节驱动线的一部分嵌入所述第一压紧凹槽内并被压紧固定，所述髋关节驱动线的另一部分缠绕在所述第一螺旋槽及所述第三螺旋槽内；

所述膝关节绞盘的圆柱表面设有第四螺旋槽；所述膝关节驱动线的一部分嵌入所述第二压紧凹槽内并被压紧固定，所述膝关节驱动线的另一部分缠绕在所述第二螺旋槽及所述第四螺旋槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述髋关节驱动线及所述膝关节驱动线均为直线型柔性线，所述髋关节驱动线的两端分别固定有第一圆柱接头，所述髋关节驱动线拉直状态时所述第一圆柱接头的轴线与所述髋关节驱动线垂直；所述膝关节驱动线的两端分别固定有第二圆柱接头，所述膝关节驱动线拉直状态时所述第二圆柱接头的轴线与所述膝关节驱动线垂直。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上设有第一接头卡槽，所述髋关节驱动线第一端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体的所述第一接头卡槽内；所述髋关节驱动线第二端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体的所述第一接头卡槽内；所述第一压紧凹槽一端连接所述第一接头卡槽，另一端连接到所述第一螺旋槽，使所述髋关节驱动线顺着所述第一螺旋槽的旋向伸出到所述髋关节驱动绞盘的外部；

所述第三段圆柱体与第四段圆柱体的对接端面上设有第二接头卡槽，所述膝关节驱动线第一端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第三段圆柱体的所述第二接头卡槽内；所述膝关节驱动线第二端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第四段圆柱体的所述第二接头卡槽内；所述第二压紧凹槽一端连接所述第二接头卡槽，另一端连接到所述第二螺旋槽，使所述膝关节驱动线顺着所述第二螺旋槽的旋向伸出到所述膝关节驱动绞盘的外部。

在本发明的一较佳实施方式中，在所述大直径段的端面与所述分离定滑轮之间还设有减摩垫片。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统还包括髋关节支撑座和髋关节支撑盖；所述髋关节支撑座包括座底和座体侧壁，所述座体侧壁垂直所述座底并围绕在所述座底四周形成一侧敞口的盒体结构；所述髋关节支撑盖盖在所述座体侧壁上；所述髋关节驱动电机和所述膝关节驱动电机固定在所述座底并垂直伸出在所述髋关节支撑座外部，所述髋关节驱动电机的输出轴和所述膝关节驱动电机的输出轴伸入所述髋关节支撑座内；所述髋关节驱动绞盘、所述膝关节驱动绞盘和所述髋关节绞盘均位于所述髋关节支撑座内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述座体侧壁在所述髋关节支撑座的一端部断开形成驱动线出口端；所述髋关节绞盘设在所述驱动线出口端；所述膝关节驱动线从所述驱动线出口端伸出；所述座体侧壁上对应所述髋关节驱动线的位置设有第一张紧机构，所述座体侧壁上对应所述膝关节驱动线的位置设有第二张紧机构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一张紧机构和所述第二张紧机构的结构相同，均包括张紧摆动臂、张紧滑轮和张紧力调节杆；所述张紧摆动臂的一端铰接在所述座体侧壁上，另一端转动连接所述张紧滑轮形成摆动端；所述座体侧壁上设有螺纹孔，所述张紧力调节杆螺纹连接在所述螺纹孔中，所述张紧力调节杆一端位于所述座体侧壁外面，另一端抵靠在所述张紧摆动臂上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述座底上设有第一定滑轮，所述第一定滑轮用于支撑所述膝关节驱动线；两个所述分离定滑轮的下方分别设有第二定滑轮和第三定滑轮，所述第二定滑轮和所述第三定滑轮同轴设置；所述膝关节绞盘上方设有第四定滑轮和第五定滑轮，所述第四定滑轮和所述第五定滑轮同轴设置；所述膝关节驱动线从所述膝关节驱动绞盘伸出后绕过所述第二定滑轮上方的分离定滑轮、所述第二定滑轮、所述第四定滑轮、所述膝关节绞盘、所述第五定滑轮、所述第三定滑轮、所述第三定滑轮上方的分离定滑轮、所述第一定滑轮后回到所述膝关节驱动绞盘。

在本发明的一较佳实施方式中，所述髋关节绞盘的转动方向与所述髋关节驱动绞盘的转动方向一致，所述第三螺旋槽的旋向与所述第一螺旋槽的旋向相反；所述膝关节绞盘的转动方向与所述膝关节驱动绞盘的转动方向相反，所述第四螺旋槽与所述第二螺旋槽的旋向一致。

由上所述，本发明的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其驱动组件可以集中布置于腰部，只在各个关节处设置关节绞盘，通过驱动线缠绕驱动绞盘和关节绞盘，通过驱动组件带动驱动绞盘转动，利用驱动线来带动各关节处的关节绞盘同步运动，以实现外骨骼机器人的起坐行走等步态运动。简化了各个关节处的结构，减轻了外骨骼机器人下肢的重量。

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：为本发明线缠绕驱动系统的分解结构示意图。

图2：为本发明线缠绕驱动系统的主视图。

图3：为图2中A-A截面的剖视图。

图4：为本发明中髋关节驱动绞盘的结构示意图。

图5：为图4中B-B截面的剖视图。

图6：为图4中C-C截面的剖视图。

图7：为本发明中膝关节驱动绞盘的结构示意图。

图8：为图7中D-D截面的剖视图。

图9：为图7中E-E截面的剖视图。

图10：为本发明中髋关节绞盘的结构剖视图。

图11：为本发明中髋关节绞盘的分解示意图。

图12：为本发明中膝关节绞盘的结构剖视图。

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。

实施例一

本发明提供了一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统包括驱动组件、驱动绞盘、关节绞盘和驱动线。所述驱动组件具有输出轴，所述驱动绞盘通过单向轴承连接在所述输出轴上，单向轴承为现有技术，在此不做描述。所述驱动组件驱动所述驱动绞盘进行转动；设置单向轴承的目的是使驱动绞盘相对驱动组件输出轴反向转动时不会对驱动组件产生干涉。驱动组件可以采用电机或电机与减速装置的总成。所述关节绞盘设置在外骨骼机器人相应的关节处，关节绞盘与关节结构中的其它部件配合，使关节绞盘的转动转化为关节的运动。所述驱动线同时缠绕在所述驱动绞盘和所述关节绞盘的外部，通过驱动线与驱动绞盘和关节绞盘之间的摩擦力来进行传动，驱动线缠绕的圈数应满足有足够的摩擦力而不产生滑动的要求；所述驱动绞盘的转动带动缠绕在其外部的所述驱动线作缠绕运动，通过所述驱动线带动所述关节绞盘进行同步转动，进而带动相应的关节运动；驱动绞盘为主动轮，各关节转轴为从动轮，驱动线实现类似于皮带的作用，带动各关节正反摆动运动。根据各个关节之间的转动关系，可以通过改变驱动线在驱动绞盘和关节绞盘上的缠绕方向来控制驱动绞盘和关节绞盘之间转动方向是一致还是相反。这样的设计可以使控制各个关节运动的驱动组件集中设置在外骨骼机器人的腰部，从而简化了各个驱动关节的结构，减轻了外骨骼机器人下肢的重量。

进一步，所述驱动绞盘和所述关节绞盘均采用圆柱体形状，所述驱动绞盘及所述关节绞盘的圆柱表面均设有螺旋槽，螺旋槽从圆柱表面的一端盘旋环绕到另一端，所述螺旋槽用于所述驱动线的缠绕和导向，同时可以提高驱动线与驱动绞盘和关节绞盘之间的摩擦力，提高关节的传动效率。螺旋槽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。相应的驱动线可以采用封闭的环形柔性线，也可以采用断开的直线型柔性线。本实施例采用直线型柔性线，所述驱动线的每一端分别固定一个圆柱接头，所述驱动线拉直状态时所述圆柱接头的轴线与所述驱动线垂直，其接头处相当于丁字形。其中柔性线的材料可以是非金属丝、线、绳,也可以是金属丝、线、绳；本实施例采用钢丝绳。

进一步，所述驱动绞盘由能分离的两段圆柱体轴向对接组成，两段圆柱体对称，对接后通过螺钉轴向紧固在一起。第一段圆柱体与第二段圆柱体相对的对接端面上均设有压紧凹槽；所述驱动线的一部分嵌入所述压紧凹槽内并被所述两段圆柱体压紧固定，不会产生滑动，所述驱动线的另一部分缠绕在所述驱动绞盘及所述关节绞盘的所述螺旋槽内。所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上还设有接头卡槽，所述驱动线第一端的所述圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体的所述接头卡槽内，所述驱动线第二端的所述圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体的所述接头卡槽内；嵌入时圆柱接头的轴向垂直于对接端面，通过圆柱接头卡接在接头卡槽内使驱动线在受到较大拉力时也不会产生滑动。所述压紧凹槽一端连接所述接头卡槽，另一端连接到所述驱动绞盘的所述螺旋槽。压紧凹槽根据驱动线缠绕的方向设置成曲线形，使所述驱动线顺着所述螺旋槽的旋向伸出到所述驱动绞盘的外部，进而缠绕在螺旋槽内。本实施例中，压紧凹槽为S形走向。为进一步增加压紧力，所述第一段圆柱体与所述第二段圆柱体的对接端面之间还设有压紧垫片，所述压紧垫片用于辅助压紧嵌入到所述压紧凹槽内的所述驱动线。压紧垫片的形状与对接面的形状一致，需要开设穿孔的地方开设有穿孔。

进一步，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统还包括定滑轮组件和张紧机构。所述定滑轮组件包括至少一个定滑轮，所述定滑轮组件用于支撑和导向所述驱动线。驱动绞盘和关节绞盘上的螺旋槽的旋向可以一致也可以相反，驱动线绕过定滑轮后可以产生换向，驱动线通过以上的方向变化组合来适应不同关节运动关系的情况。所述张紧机构用于向所述驱动线施加张紧力，防止驱动线变松而影响传动效率。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上，结合具体的外骨骼机器人的一个应用实例。外骨骼机器人具有腰肩绑缚系统和下肢运动系统，下肢运动系统中设有本发明的线缠绕驱动系统2.1、大腿运动部件、小腿运动部件。腰肩绑缚系统的两侧各固定有一套所述线缠绕驱动系统2.1。大腿运动部件与所述线缠绕驱动系统2.1之间由髋关节连接，大腿运动部件和小腿运动部件通过膝关节连接。

如图1、图2和图3所示，本发明的外骨骼机器人线缠绕驱动系统2.1包括髋关节支撑座2.1.19和髋关节支撑盖2.1.20；所述髋关节支撑座2.1.19包括座底和座体侧壁，所述座体侧壁垂直所述座底并在底座的一侧围绕在所述座底四周，形成一侧敞口的盒体结构；所述髋关节支撑盖2.1.20盖在所述座体侧壁上，将髋关节支撑座2.1.19一侧的敞口遮盖。其中驱动组件包括髋关节驱动电机2.1.2和膝关节驱动电机2.1.1；所述驱动绞盘包括髋关节驱动绞盘2.1.3和膝关节驱动绞盘2.1.9；所述关节绞盘包括髋关节绞盘2.1.6和膝关节绞盘2.1.11；所述驱动线包括髋关节驱动线2.1.4和膝关节驱动线2.1.10。所述髋关节驱动电机2.1.2和所述膝关节驱动电机2.1.1固定在所述座底上，并垂直伸出在所述髋关节支撑座2.1.19外部，所述髋关节驱动电机2.1.2的输出轴和所述膝关节驱动电机2.1.1的输出轴伸入所述髋关节支撑座2.1.19内；所述髋关节驱动绞盘2.1.3和所述膝关节驱动绞盘2.1.9分别通过第一单向轴承和第二单向轴承连接在所述髋关节驱动电机2.1.2的输出轴和所述膝关节驱动电机2.1.1的输出轴上；即髋关节驱动电机2.1.2的输出轴与第一单向轴承的内圈固定连接，第一单向轴承的外圈固定连接在髋关节驱动绞盘2.1.3的中心孔内。现有技术中有很多单向轴承的具体结构和应用，在此不再对单向轴承过多描述。同样，所述膝关节驱动绞盘2.1.9通过第二单向轴承连接在所述膝关节驱动电机2.1.1的输出轴上。该线缠绕驱动系统在工作中，髋关节驱动电机2.1.2和膝关节驱动电机2.1.1朝设定的一个方向转动时，相应的单向轴承闭锁，使髋关节驱动电机2.1.2和膝关节驱动电机2.1.1分别带动髋关节驱动绞盘2.1.3和膝关节驱动绞盘2.1.9转动，从而腿部运动系统带动穿戴者的腿部同步运动；而当穿戴者的腿部与腿部运动系统不同步时，单向轴承的设置可以使髋关节驱动电机2.1.2与髋关节驱动绞盘2.1.3之间以及膝关节驱动电机2.1.1与膝关节驱动绞盘2.1.9之间产生相对转动，避免穿戴者的腿部与腿部运动系统不同步时对驱动电机产生的干涉。所述髋关节驱动绞盘2.1.3、所述膝关节驱动绞盘2.1.9和所述髋关节绞盘2.1.6均位于所述髋关节支撑座2.1.19内。所述髋关节绞盘2.1.6和所述膝关节绞盘2.1.11分别设在髋关节和膝关节处。所述髋关节驱动线2.1.4同时缠绕在所述髋关节驱动绞盘2.1.3和所述髋关节绞盘2.1.6的外部，所述膝关节驱动线2.1.10同时缠绕在所述膝关节驱动绞盘2.1.9和所述膝关节绞盘2.1.11的外部。所述髋关节驱动绞盘2.1.3通过所述髋关节驱动线2.1.4带动所述髋关节绞盘2.1.6进行同步转动；所述膝关节驱动绞盘2.1.9通过所述膝关节驱动线2.1.10带动所述膝关节绞盘2.1.11进行同步转动。本实施例中，髋关节支撑座2.1.19和髋关节支撑盖2.1.20形成的盒体结构基本上呈一个长条状，即具有两个端部，其中一个端部设置髋关节驱动电机2.1.2、膝关节驱动电机2.1.1、髋关节驱动绞盘2.1.3和膝关节驱动绞盘2.1.9；膝关节驱动电机2.1.1及膝关节驱动绞盘2.1.9位于髋关节驱动电机2.1.2及髋关节驱动绞盘2.1.3的正上方。所述座体侧壁在所述髋关节支撑座2.1.19的另一端部断开形成驱动线出口端，驱动线出口端与设置髋关节驱动绞盘2.1.3和膝关节驱动绞盘2.1.9的端部相对；所述髋关节绞盘2.1.6设在所述驱动线出口端，被夹在座底和髋关节支撑盖2.1.20之间并有一部分圆柱面漏出髋关节支撑座2.1.19；所述膝关节驱动线2.1.10从所述驱动线出口端伸出。

进一步，驱动线可以采用封闭的环形柔性线，也可以采用断开的直线型柔性线。其中柔性线的材料可以是非金属丝、线、绳,也可以是金属丝、线、绳。本实施例的髋关节驱动线2.1.4及所述膝关节驱动线2.1.10均采用直线型钢丝绳，所述髋关节驱动线2.1.4的两端分别固定有第一圆柱接头，所述髋关节驱动线2.1.4拉直状态时所述第一圆柱接头的轴线与所述髋关节驱动线2.1.4垂直，形成丁字形接头。所述膝关节驱动线2.1.10的两端分别固定有第二圆柱接头，所述膝关节驱动线2.1.10拉直状态时所述第二圆柱接头的轴线与所述膝关节驱动线2.1.10垂直，形成丁字形接头。

进一步，如图4、图5和图6所示，所述髋关节驱动绞盘2.1.3由能分离的第一段圆柱体2.1.31与第二段圆柱体2.1.32轴向对接组成，第一段圆柱体2.1.31与第二段圆柱体2.1.32对称，对接之后通过螺钉轴向锁紧成一体。所述髋关节驱动绞盘2.1.3的圆柱表面设有第一螺旋槽，所述第一螺旋槽用于所述髋关节驱动线2.1.4的缠绕和导向，同时可以提高髋关节驱动线2.1.4与髋关节驱动绞盘2.1.3之间的摩擦力，提高传动效率。所述第一段圆柱体2.1.31与第二段圆柱体2.1.32的对接端面上均设有第一压紧凹槽2.1.321、第一接头卡槽2.1.322，所述髋关节驱动线2.1.4第一端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体2.1.31的所述第一接头卡槽2.1.322内，嵌入时圆柱接头的轴向都是垂直于对接端面的；所述髋关节驱动线2.1.4第二端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体2.1.32的所述第一接头卡槽2.1.322内；所述第一压紧凹槽2.1.321一端连接所述第一接头卡槽2.1.322，另一端连接到所述第一螺旋槽，使所述髋关节驱动线2.1.4顺着所述第一螺旋槽的旋向伸出到所述髋关节驱动绞盘2.1.3的外部。如图7、图8和图9所示，所述膝关节驱动绞盘2.1.9由能分离的第三段圆柱体2.1.91与第四段圆柱体2.1.92轴向对接组成；第三段圆柱体2.1.91与第四段圆柱体2.1.92对称，对接之后通过螺钉轴向锁紧成一体。所述膝关节驱动绞盘2.1.9的圆柱表面设有第二螺旋槽，所述第二螺旋槽用于所述膝关节驱动线2.1.10的缠绕和导向，同时可以提高膝关节驱动线2.1.10与膝关节驱动绞盘2.1.9之间的摩擦力，提高传动效率。所述第三段圆柱体2.1.91与第四段圆柱体2.1.92的对接端面上均设有第二压紧凹槽2.1.921、第二接头卡槽2.1.922，所述膝关节驱动线2.1.10第一端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第三段圆柱体2.1.91的所述第二接头卡槽2.1.922内；所述膝关节驱动线2.1.10第二端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第四段圆柱体2.1.92的所述第二接头卡槽2.1.922内；所述第二压紧凹槽2.1.921一端连接所述第二接头卡槽2.1.922，另一端连接到所述第二螺旋槽，使所述膝关节驱动线2.1.10顺着所述第二螺旋槽的旋向伸出到所述膝关节驱动绞盘2.1.9的外部。所述髋关节驱动线2.1.4和所述膝关节驱动线2.1.10通过端部的圆柱接头卡在相应的接头卡槽内，使驱动线收到较大拉力时也不会产生滑动。

如图10、图11所示，所述髋关节绞盘2.1.6为阶梯状圆柱体，所述髋关节绞盘2.1.6的中部为大直径段，所述大直径段的圆柱表面设置第三螺旋槽；所述髋关节绞盘2.1.6的两端为小直径段，两端的所述小直径段上分别套设有分离定滑轮2.1.8，所述分离定滑轮2.1.8抵靠在所述大直径段的端面并能相对所述髋关节绞盘2.1.6转动，所述膝关节驱动线2.1.10分别绕过两端的所述分离定滑轮2.1.8，所述分离定滑轮2.1.8将所述髋关节绞盘2.1.6的转动与所述膝关节驱动线2.1.10的运动相互分离，膝关节驱动线2.1.10通过分离定滑轮2.1.8导向，髋关节绞盘2.1.6的转动不会影响膝关节驱动线2.1.10的运动。髋关节绞盘2.1.6可以采用同一种材料制成整体件，也可以采用不同材料制成组合件，本实施例采用不同材料制成的组合件，内圈的光滑圆柱体采用高硬度金属材料，外圈的阶梯状圆柱体采用低硬度金属材料；内圈圆柱体和外圈圆柱体之间为紧密固定连接，且两端面平齐。分离定滑轮2.1.8的外圈采用但不限于低硬度金属材料，内圈采用耐磨的锡青铜或青铜金属材料。为了减小大直径段的端面与分离定滑轮2.1.8之间的摩擦力，在所述大直径段的端面与所述分离定滑轮2.1.8之间还设有减摩垫片2.1.7；减摩垫片2.1.7可以采用耐磨的锡青铜或青铜金属材料，也可以采用耐磨的非金属材料。减摩垫片2.1.7还可以调整分离定滑轮2.1.8的轴向安装尺寸。所述髋关节驱动线2.1.4的一部分嵌入所述第一压紧凹槽2.1.321内并被压紧固定，所述髋关节驱动线2.1.4的另一部分缠绕在所述第一螺旋槽及所述第三螺旋槽内。如图12所示，所述膝关节绞盘2.1.11为圆柱体，所述膝关节绞盘2.1.11的圆柱表面设有第四螺旋槽；所述膝关节驱动线2.1.10的一部分嵌入所述第二压紧凹槽2.1.921内并被压紧固定，所述膝关节驱动线2.1.10的另一部分缠绕在所述第二螺旋槽及所述第四螺旋槽内。同样，膝关节绞盘2.1.11可以采用一种材料制成整体件，也可以采用不同材料制成组合件，本实施例中的内圈圆柱体采用高硬度金属材料，外圈圆柱体采用低硬度金属材料；内圈圆柱体与外圈圆柱体之间紧密固定连接，并且两端面平齐。所述第一螺旋槽至第四螺旋槽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。

进一步，所述座体侧壁上对应所述髋关节驱动线2.1.4的位置设有第一张紧机构2.1.5，所述座体侧壁上对应所述膝关节驱动线2.1.10的位置设有第二张紧机构2.1.12。所述第一张紧机构2.1.5和所述第二张紧机构2.1.12的结构相同，均包括张紧摆动臂、张紧滑轮和张紧力调节杆；所述张紧摆动臂的一端铰接在所述座体侧壁上，另一端转动连接所述张紧滑轮形成摆动端；所述座体侧壁上设有螺纹孔，所述张紧力调节杆螺纹连接在所述螺纹孔中，所述张紧力调节杆一端位于所述座体侧壁外面，另一端抵靠在所述张紧摆动臂上。当旋转张紧力调节杆时，可以使其抵靠在张紧摆动臂的一端向里或向外移动，从而使张紧摆动臂连同张紧滑轮围绕其铰接端摆动进行张紧力的调节。第一张紧机构2.1.5安装在下部的座体侧壁上，对髋关节驱动线2.1.4进行张紧；第二张紧机构2.1.12安装在上部的座体侧壁上，对膝关节驱动线2.1.10进行张紧。

进一步，所述座底上通过滑轮支撑轴2.1.13设有第一定滑轮2.1.14，所述第一定滑轮2.1.14用于支撑所述膝关节驱动线2.1.10，避免其与髋关节驱动线2.1.4干涉。两个所述分离定滑轮2.1.8的下方分别设有第二定滑轮2.1.15和第三定滑轮2.1.16，所述第二定滑轮2.1.15和所述第三定滑轮2.1.16同轴设置，本实施例中设置在大腿运动部件上，用于膝关节驱动线2.1.10经过分离定滑轮2.1.8导向后的定位支承，使膝关节驱动线2.1.10的运动不受髋关节绞盘2.1.6运动的影响，即当髋关节绞盘2.1.6运动驱动大腿运动时，膝关节驱动线2.1.10可以独立的运动并传输膝关节驱动绞盘2.1.9的转矩。所述膝关节绞盘2.1.11上方设有第四定滑轮2.1.17和第五定滑轮2.1.18，所述第四定滑轮2.1.17和所述第五定滑轮2.1.18同轴设置，均设置在大腿运动部件上，用于改变膝关节驱动线2.1.10缠绕在膝关节绞盘2.1.11上的缠绕方向。所述膝关节驱动线2.1.10从所述膝关节驱动绞盘2.1.9伸出后绕过所述分离定滑轮2.1.8、所述第二定滑轮2.1.15、所述第四定滑轮2.1.17、所述膝关节绞盘2.1.11、所述第五定滑轮2.1.18、所述第三定滑轮2.1.16、所述分离定滑轮2.1.8、所述第一定滑轮2.1.14后回到所述膝关节驱动绞盘2.1.9。所述髋关节绞盘2.1.6的转动方向与所述髋关节驱动绞盘2.1.3的转动方向一致，所述第三螺旋槽的旋向与所述第一螺旋槽的旋向相反；将髋关节驱动电机2.1.2输出的转矩转变成髋关节驱动线2.1.4的拉力，通过其缠绕在髋关节绞盘2.1.6的螺旋槽上，将髋关节驱动线2.1.4的拉力又转变成对髋关节绞盘2.1.6的转矩，以实现转矩的远距离传输(转矩大小、方向)。所述膝关节绞盘2.1.11的转动方向与所述膝关节驱动绞盘2.1.9的转动方向相反，所述第四螺旋槽与所述第二螺旋槽的旋向一致；将膝关节驱动电机2.1.1输出的转矩转变成膝关节驱动线2.1.10的拉力，通过其缠绕在膝关节绞盘2.1.11的螺旋槽上，将膝关节驱动线2.1.10的拉力又转变成对膝关节绞盘2.1.11的转矩，以实现转矩的远距离传输(转矩大小、方向)。

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 (17)

1.一种外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统包括驱动组件、驱动绞盘、关节绞盘和驱动线；所述驱动组件具有输出轴，所述驱动绞盘通过单向轴承连接在所述输出轴上，所述驱动组件驱动所述驱动绞盘进行转动；所述关节绞盘设置在相应的关节处；所述驱动线同时缠绕在所述驱动绞盘和所述关节绞盘的外部；所述驱动绞盘的转动带动缠绕在其外部的所述驱动线作缠绕运动，通过所述驱动线带动所述关节绞盘进行同步转动，进而带动相应的关节运动；所述驱动绞盘和所述关节绞盘均为圆柱体，所述驱动绞盘及所述关节绞盘的圆柱表面均设有螺旋槽，所述螺旋槽用于所述驱动线的缠绕和导向；

其中，所述驱动组件包括髋关节驱动电机和膝关节驱动电机；所述驱动绞盘包括髋关节驱动绞盘和膝关节驱动绞盘；所述关节绞盘包括髋关节绞盘和膝关节绞盘；所述驱动线包括髋关节驱动线和膝关节驱动线；所述髋关节驱动绞盘和所述膝关节驱动绞盘分别通过第一单向轴承和第二单向轴承连接在所述髋关节驱动电机的输出轴和所述膝关节驱动电机的输出轴上；所述髋关节绞盘和所述膝关节绞盘分别设在髋关节和膝关节处；所述髋关节驱动线同时缠绕在所述髋关节驱动绞盘和所述髋关节绞盘的外部，所述膝关节驱动线同时缠绕在所述膝关节驱动绞盘和所述膝关节绞盘的外部；所述髋关节驱动绞盘通过所述髋关节驱动线带动所述髋关节绞盘进行同步转动；所述膝关节驱动绞盘通过所述膝关节驱动线带动所述膝关节绞盘进行同步转动；

所述髋关节绞盘为阶梯状圆柱体，所述髋关节绞盘的中部为大直径段，所述大直径段的圆柱表面设置第三螺旋槽；所述髋关节绞盘的两端为小直径段，两端的所述小直径段上分别套设有分离定滑轮，所述分离定滑轮抵靠在所述大直径段的端面并能相对所述髋关节绞盘转动，所述膝关节驱动线分别绕过两端的所述分离定滑轮，所述分离定滑轮将所述髋关节绞盘的转动与所述膝关节驱动线的运动相互分离。

2.如权利要求1所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述驱动绞盘由能分离的两段圆柱体轴向对接组成；第一段圆柱体与第二段圆柱体相对的对接端面上均设有压紧凹槽；所述驱动线的一部分嵌入所述压紧凹槽内并被所述两段圆柱体压紧，所述驱动线的另一部分缠绕在所述驱动绞盘及所述关节绞盘的所述螺旋槽内。

3.如权利要求2所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述驱动线为环形柔性线。

4.如权利要求2所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述驱动线为直线型柔性线，所述驱动线的两端分别固定有圆柱接头，所述驱动线拉直状态时所述圆柱接头的轴线与所述驱动线垂直。

5.如权利要求4所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上还设有接头卡槽，所述驱动线第一端的所述圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体的所述接头卡槽内；所述驱动线第二端的所述圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体的所述接头卡槽内；所述压紧凹槽一端连接所述接头卡槽，另一端连接到所述驱动绞盘的所述螺旋槽，使所述驱动线顺着所述螺旋槽的旋向伸出到所述驱动绞盘的外部。

6.如权利要求5所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述第一段圆柱体与所述第二段圆柱体的对接端面之间还设有压紧垫片，所述压紧垫片用于辅助压紧嵌入到所述压紧凹槽内的所述驱动线。

7.如权利要求1所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统还包括定滑轮组件和张紧机构，所述定滑轮组件包括至少一个定滑轮，所述定滑轮组件用于支撑和导向所述驱动线；所述张紧机构用于向所述驱动线施加张紧力。

8.如权利要求1所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述髋关节驱动绞盘由能分离的第一段圆柱体与第二段圆柱体轴向对接组成；所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上均设有第一压紧凹槽；所述髋关节驱动绞盘的圆柱表面设有第一螺旋槽，所述第一螺旋槽用于所述髋关节驱动线的缠绕和导向；

所述膝关节驱动绞盘由能分离的第三段圆柱体与第四段圆柱体轴向对接组成；所述第三段圆柱体与第四段圆柱体的对接端面上均设有第二压紧凹槽；所述膝关节驱动绞盘的圆柱表面设有第二螺旋槽，所述第二螺旋槽用于所述膝关节驱动线的缠绕和导向。

9.如权利要求8所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述髋关节驱动线的一部分嵌入所述第一压紧凹槽内并被压紧固定，所述髋关节驱动线的另一部分缠绕在所述第一螺旋槽及所述第三螺旋槽内；

所述膝关节绞盘的圆柱表面设有第四螺旋槽；所述膝关节驱动线的一部分嵌入所述第二压紧凹槽内并被压紧固定，所述膝关节驱动线的另一部分缠绕在所述第二螺旋槽及所述第四螺旋槽内。

10.如权利要求9所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述髋关节驱动线及所述膝关节驱动线均为直线型柔性线，所述髋关节驱动线的两端分别固定有第一圆柱接头，所述髋关节驱动线拉直状态时所述第一圆柱接头的轴线与所述髋关节驱动线垂直；所述膝关节驱动线的两端分别固定有第二圆柱接头，所述膝关节驱动线拉直状态时所述第二圆柱接头的轴线与所述膝关节驱动线垂直。

11.如权利要求10所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述第一段圆柱体与第二段圆柱体的对接端面上设有第一接头卡槽，所述髋关节驱动线第一端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第一段圆柱体的所述第一接头卡槽内；所述髋关节驱动线第二端的所述第一圆柱接头嵌入到所述第二段圆柱体的所述第一接头卡槽内；所述第一压紧凹槽一端连接所述第一接头卡槽，另一端连接到所述第一螺旋槽，使所述髋关节驱动线顺着所述第一螺旋槽的旋向伸出到所述髋关节驱动绞盘的外部；

所述第三段圆柱体与第四段圆柱体的对接端面上设有第二接头卡槽，所述膝关节驱动线第一端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第三段圆柱体的所述第二接头卡槽内；所述膝关节驱动线第二端的所述第二圆柱接头嵌入到所述第四段圆柱体的所述第二接头卡槽内；所述第二压紧凹槽一端连接所述第二接头卡槽，另一端连接到所述第二螺旋槽，使所述膝关节驱动线顺着所述第二螺旋槽的旋向伸出到所述膝关节驱动绞盘的外部。

12.如权利要求11所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，在所述大直径段的端面与所述分离定滑轮之间还设有减摩垫片。

13.如权利要求11所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述外骨骼机器人线缠绕驱动系统还包括髋关节支撑座和髋关节支撑盖；所述髋关节支撑座包括座底和座体侧壁，所述座体侧壁垂直所述座底并围绕在所述座底四周形成一侧敞口的盒体结构；所述髋关节支撑盖盖在所述座体侧壁上；所述髋关节驱动电机和所述膝关节驱动电机固定在所述座底并垂直伸出在所述髋关节支撑座外部，所述髋关节驱动电机的输出轴和所述膝关节驱动电机的输出轴伸入所述髋关节支撑座内；所述髋关节驱动绞盘、所述膝关节驱动绞盘和所述髋关节绞盘均位于所述髋关节支撑座内。

14.如权利要求13所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述座体侧壁在所述髋关节支撑座的一端部断开形成驱动线出口端；所述髋关节绞盘设在所述驱动线出口端；所述膝关节驱动线从所述驱动线出口端伸出；所述座体侧壁上对应所述髋关节驱动线的位置设有第一张紧机构，所述座体侧壁上对应所述膝关节驱动线的位置设有第二张紧机构。

15.如权利要求14所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述第一张紧机构和所述第二张紧机构的结构相同，均包括张紧摆动臂、张紧滑轮和张紧力调节杆；所述张紧摆动臂的一端铰接在所述座体侧壁上，另一端转动连接所述张紧滑轮形成摆动端；所述座体侧壁上设有螺纹孔，所述张紧力调节杆螺纹连接在所述螺纹孔中，所述张紧力调节杆一端位于所述座体侧壁外面，另一端抵靠在所述张紧摆动臂上。

16.如权利要求15所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述座底上设有第一定滑轮，所述第一定滑轮用于支撑所述膝关节驱动线；两个所述分离定滑轮的下方分别设有第二定滑轮和第三定滑轮，所述第二定滑轮和所述第三定滑轮同轴设置；所述膝关节绞盘上方设有第四定滑轮和第五定滑轮，所述第四定滑轮和所述第五定滑轮同轴设置；所述膝关节驱动线从所述膝关节驱动绞盘伸出后绕过所述第二定滑轮上方的分离定滑轮、所述第二定滑轮、所述第四定滑轮、所述膝关节绞盘、所述第五定滑轮、所述第三定滑轮、所述第三定滑轮上方的分离定滑轮、所述第一定滑轮后回到所述膝关节驱动绞盘。

17.如权利要求16所述的外骨骼机器人线缠绕驱动系统，其特征在于，所述髋关节绞盘的转动方向与所述髋关节驱动绞盘的转动方向一致，所述第三螺旋槽的旋向与所述第一螺旋槽的旋向相反；所述膝关节绞盘的转动方向与所述膝关节驱动绞盘的转动方向相反，所述第四螺旋槽与所述第二螺旋槽的旋向一致。