CN107283395A

CN107283395A - 外骨骼机器人的下肢结构及下肢结构组件

Info

Publication number: CN107283395A
Application number: CN201610204400.3A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shenzhen Guangqi Hezhong Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Kuang Chi Hezhong Technology Ltd; Shenzhen Guangqi Hezhong Technology Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-24

Abstract

本发明涉及外骨骼机器人的下肢结构及下肢结构组件。该外骨骼机器人的下肢结构包括：用于固定在人体上的髋部驱动模块；大腿骨架，大腿骨架连接至髋部驱动模块，大腿骨架通过大腿固定件固定在人体大腿上；小腿骨架，小腿骨架与大腿骨架通过膝部驱动模块相连接，小腿骨架通过小腿固定件固定在人体小腿上；脚部鞋子，脚部鞋子与小腿骨架通过踝部驱动模块相连接，脚部鞋子内设有与髋部驱动模块、膝部驱动模块和踝部驱动模块均进行信号连接的传感器。本发明的外骨骼机器人的下肢结构及下肢结构组件能起到以下有益技术效果：能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

Description

外骨骼机器人的下肢结构及下肢结构组件

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人，尤其涉及外骨骼机器人的下肢结构及下肢结构组件。

背景技术

最早的人体外骨骼机器人是1966年通用电气公司(GE)研制的Hardman助力机器人。进入21世纪之后，随着计算机、新材料、机械工程等学科技术的进步和突破，可穿戴式外骨骼机器人的发展开始进入爆发期。其中著名的有美国国防部先进研究项目局(DAPRA)的XOS和HULC、洛克希德马丁公司FORTIS、以色列创业项目Rewalk、新西兰创业项目Rex以及日本筑波大学HAL等外骨骼机器人类型产品。

外骨骼机器人是一种能够增强人体能力的可穿戴机器。它能够帮助人们跑得更快、跳得更高、能够携带更多更重的东西，并且帮助穿戴它的人在战场、建筑工地或者其它有危险的地方生存下来。

然而，出于各种技术原因，现有外骨骼机器人的下肢结构实现类似于人下肢动作具有一定的技术难度。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的一个目的在于，提供一种外骨骼机器人的下肢结构，其能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

本发明的以上目的通过一种外骨骼机器人的下肢结构来实现，该外骨骼机器人的下肢结构包括：

用于固定在人体上的髋部驱动模块；

大腿骨架，所述大腿骨架连接至所述髋部驱动模块并由所述髋部驱动模块进行动力驱动，所述大腿骨架通过大腿固定件固定在人体大腿上；

小腿骨架，所述小腿骨架与所述大腿骨架通过膝部驱动模块相连接并由所述膝部驱动模块进行动力驱动，所述小腿骨架通过小腿固定件固定在人体小腿上；

脚部鞋子，所述脚部鞋子与所述小腿骨架通过踝部驱动模块相连接并由所述踝部驱动模块进行动力驱动，所述脚部鞋子内设有与所述髋部驱动模块、所述膝部驱动模块和所述踝部驱动模块均进行信号连接的传感器。

根据上述技术方案，本发明的外骨骼机器人的下肢结构能起到以下有益技术效果：能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

具体地说，大腿骨架与固定在人体上的髋部驱动模块相连接，髋部驱动模块作为一个驱动关节(即，髋部驱动关节)，实现大腿的屈/伸；小腿骨架与大腿骨架通过膝部驱动模块相连接，小腿骨架与大腿骨架之间形成一个驱动关节(即，膝部驱动关节)，实现小腿的屈/伸；脚部鞋子与小腿骨架通过踝部驱动模块相连接，脚部鞋子与小腿骨架之间形成一个驱动关节(即，踝部驱动关节)，实现脚部的背屈/跖屈；由传感器感测脚部压力信号，并将这些压力信号转变为电信号而传送至髋部驱动模块、膝部驱动模块和踝部驱动模块，从而较佳地实现外骨骼机器人下肢结构类似于人下肢的各种动作，并能较佳地实现人对外骨骼机器人下肢结构的随动控制。

较佳的是，所述外骨骼机器人的下肢结构还包括腰部骨架，所述髋部驱动模块与所述腰部骨架相连接固定。

较佳的是，所述腰部骨架留有安装孔位。

较佳的是，所述外骨骼机器人的下肢结构还包括腰部固定件，所述腰部骨架通过所述腰部固定件固定在人体腰部上。

较佳的是，所述大腿固定件、小腿固定件及腰部固定件均为绑带。

较佳的是，所述外骨骼机器人的下肢结构还包括位于所述髋部驱动模块与所述腰部骨架之间的髋部连接件，所述髋部连接件与所述腰部骨架之间形成一个被动关节。

较佳的是，所述髋部驱动模块包括髋部驱动关节和用于驱动所述髋部驱动关节的髋部驱动电机。

较佳的是，所述膝部驱动模块包括膝部驱动关节和用于驱动所述膝部驱动关节的膝部驱动电机。

较佳的是，所述踝部驱动模块包括踝部驱动关节和用于驱动所述踝部驱动关节的踝部驱动电机。

较佳的是，所述传感器是应变片式压力传感器。

较佳的是，所述外骨骼机器人的下肢结构还包括位于所述踝部驱动模块与所述脚部鞋子之间的脚部连接件。

较佳的是，所述大腿骨架和所述小腿骨架各自具有仿生曲面。

本发明的另一目的在于，提供一种外骨骼机器人的下肢结构组件，其能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

本发明的以上目的通过一种外骨骼机器人的下肢结构组件来实现，该外骨骼机器人的下肢结构组件包括：安装在人体腰部上的腰部骨架、位于人体左腿侧的如前所述的下肢结构、以及位于人体右腿侧的如前所述的下肢结构；位于人体左腿侧及右腿侧下肢结构中的髋部驱动模块均与腰部骨架连接。

根据上述技术方案，本发明的外骨骼机器人的下肢结构组件能起到以下有益技术效果：能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各部件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的部件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是本发明一实施方式的外骨骼机器人的下肢结构组件的整体示意图。

附图标记列表

1、腰部骨架

2、髋部连接件

3、髋部驱动模块

4、腰部固定件

5、大腿骨架

6、大腿固定件

7、膝部驱动模块

8、小腿骨架

9、小腿固定件

10、踝部驱动模块

11、脚部连接件

12、脚部鞋子

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

如图1所示，外骨骼机器人的下肢结构组件可包括安装在人体腰部上的腰部骨架1、位于人体左腿侧的下肢结构、以及位于人体右腿侧的下肢结构。位于人体左腿侧的下肢结构和位于人体右腿侧的下肢结构可具有基本相同的结构，并且可相对于彼此左右对称。

下面参照图1所示的外骨骼机器人下肢结构组件的其中一个下肢结构(例如，位于人体右腿侧的下肢结构)对本发明一实施方式的外骨骼机器人下肢结构进行说明。

根据本发明一实施方式，一种外骨骼机器人的下肢结构，包括：

髋部驱动模块3，该髋部驱动模块3可直接固定在人体上进行使用，或与腰部骨架1(例如通过髋部连接件2)相连接固定进行使用；

大腿骨架5，大腿骨架5连接至髋部驱动模块3并由髋部驱动模块3进行动力驱动，大腿骨架5通过大腿固定件6固定在人体大腿上；

小腿骨架8，小腿骨架8与大腿骨架5通过膝部驱动模块7相连接并由膝部驱动模块7进行动力驱动，小腿骨架8通过小腿固定件9固定在人体小腿上；

脚部鞋子12，脚部鞋子12与小腿骨架8通过踝部驱动模块10相连接并由踝部驱动模块10进行动力驱动，脚部鞋子12内(例如在其鞋底内)设有与髋部驱动模块3、膝部驱动模块7和踝部驱动模块11均进行信号连接的传感器(例如，借助有线或无线方式实现彼此通信)。

这样，该外骨骼机器人的下肢结构能实现类似于人下肢的各种动作，并能实现人对其的随动控制。

较佳的是，大腿固定件6可以是大腿绑带；小腿固定件9可以是小腿绑带。

较佳的是，腰部骨架1可留有安装孔位，以便扩展安装能源模块、控制模块等其他模块。

较佳的是，髋部驱动模块3包括髋部驱动关节和用于驱动髋部驱动关节的髋部驱动电机。

这样，位于脚部鞋子12的鞋底内的传感器所感测到的力信号可传送至髋部驱动模块3，经由髋部驱动电机驱动髋部驱动关节。

较佳的是，膝部驱动模块7包括膝部驱动关节和用于驱动膝部驱动关节的膝部驱动电机。

这样，位于脚部鞋子12的鞋底内的传感器所感测到的力信号可传送至膝部驱动模块7，经由膝部驱动电机驱动膝部驱动关节。

较佳的是，踝部驱动模块10包括踝部驱动关节和用于驱动踝部驱动关节的踝部驱动电机。

这样，位于脚部鞋子12的鞋底内的传感器所感测到的力信号可传送至踝部驱动模块10，经由踝部驱动电机驱动踝部驱动关节。

较佳的是，髋部驱动模块3、膝部驱动模块7和踝部驱动模块10还可各自包括减速器，以用于对各自的驱动电机进行减速。

较佳的是，还可包括腰部固定件4，腰部骨架1通过腰部固定件4固定在人体腰部上。

较佳的是，腰部固定件4可以是腰部绑带。

较佳的是，位于脚部鞋子12的鞋底内的传感器是应变片式压力传感器。

这样，应变片式压力传感器可以感测脚部压力信号(压力数据)，并将这些压力信号转变为电信号而传送至髋部驱动模块3、膝部驱动模块7和踝部驱动模块10，从而较佳地实现外骨骼机器人下肢结构类似于人下肢的各种动作，并能较佳地实现人对外骨骼机器人下肢结构的随动控制。

较佳的是，髋部连接件2与腰部骨架1之间形成一个被动关节(未图示)，例如铰链，可使髋部连接件2绕垂直于人体背部的水平轴转动，实现大腿的外展/内收。

较佳的是，该外骨骼机器人的下肢结构还包括位于踝部驱动模块10与脚部鞋子12之间的脚部连接件11。

较佳的是，大腿骨架5与腰部骨架1通过髋部驱动模块3相连接，大腿骨架5与腰部骨架1之间形成一个驱动关节(即，髋部驱动关节)，实现大腿的屈/伸。

较佳的是，小腿骨架8与大腿骨架5通过膝部驱动模块7相连接，小腿骨架8与大腿骨架5之间形成一个驱动关节(即，膝部驱动关节)，实现小腿的屈/伸。

较佳的是，脚部鞋子12与小腿骨架8通过踝部驱动模块10相连接，脚部鞋子12与小腿骨架8之间形成一个驱动关节(即，踝部驱动关节)，实现脚部的背屈/跖屈。

这样，对于一个外骨骼机器人下肢结构而言，其可具有位于髋部的一个驱动关节和一个被动关节(即，位于髋部的一个驱动自由度和一个被动自由度)、位于膝部的一个驱动关节(即，位于膝部的一个驱动自由度)、以及位于踝部的一个驱动关节(即，位于踝部的一个驱动自由度)，总计具有三个驱动自由度和一个被动自由度，即，具有类似于人下肢的多自由度。

对于包括位于人体左腿侧的下肢结构和位于人体右腿侧的下肢结构的外骨骼机器人下肢结构组件而言，其可相应地总计具有六个驱动自由度和两个被动自由度。

较佳的是，大腿骨架5和小腿骨架8各自具有仿生曲面。

这样，大腿骨架5和小腿骨架8采用符合人机工程学的设计，使得整体下肢结构美观、紧凑，同时具有较好的穿戴适应性。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域技术人员将会理解，上述具体实施方式并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。

Claims

1.一种外骨骼机器人的下肢结构，其特征在于，所述下肢结构包括：

用于固定在人体上的髋部驱动模块；

大腿骨架，所述大腿骨架连接至所述髋部驱动模块并由所述髋部驱动模块进行动力驱动，所述大腿骨架上设置有用于固定在人体大腿上的大腿固定件；

小腿骨架，所述小腿骨架与所述大腿骨架通过膝部驱动模块相连接并由所述膝部驱动模块进行动力驱动，所述小腿骨架上设置有用于固定在人体小腿上的小腿固定件；

2.如权利要求1所述的外骨骼机器人的下肢结构，其特征在于，还包括腰部骨架，所述髋部驱动模块与所述腰部骨架相连接固定。

3.如权利要求2所述的外骨骼机器人的下肢结构组件，其特征在于，所述腰部骨架留有安装孔位。

4.如权利要求2或3所述的外骨骼机器人的下肢结构组件，其特征在于，还包括设置在腰部骨架上的腰部固定件。

5.如权利要求4所述的外骨骼机器人的下肢结构组件，其特征在于，所述大腿固定件、小腿固定件及腰部固定件均为绑带。

6.如权利要求4所述的外骨骼机器人的下肢结构组件，其特征在于，还包括位于所述髋部驱动模块与所述腰部骨架之间的髋部连接件，所述髋部连接件与所述腰部骨架之间形成一个被动关节。

7.如权利要求1所述的外骨骼机器人的下肢结构，其特征在于，所述髋部驱动模块包括髋部驱动关节和用于驱动所述髋部驱动关节的髋部驱动电机；所述膝部驱动模块包括膝部驱动关节和用于驱动所述膝部驱动关节的膝部驱动电机；所述踝部驱动模块包括踝部驱动关节和用于驱动所述踝部驱动关节的踝部驱动电机。

8.如权利要求1所述的外骨骼机器人的下肢结构，其特征在于，所述传感器是应变片式压力传感器。

9.如权利要求1所述的外骨骼机器人的下肢结构，其特征在于，所述大腿骨架和所述小腿骨架各自具有仿生曲面。

10.一种外骨骼机器人的下肢结构组件，其特征在于，包括：安装在人体腰部上的腰部骨架、位于人体左腿侧的如权利要求1-9任一项所述的下肢结构、以及位于人体右腿侧的如权利要求1-9任一项所述的下肢结构；位于人体左腿侧及右腿侧下肢结构中的髋部驱动模块均与腰部骨架连接。