CN109646245B - 一种用于下肢外骨骼机器人转向机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,十个自由度可提高机器人的运动性能,实现完全仿生运动,舒适性好;本发明不仅设置腿部结构,还设置了腰托机构,保证仿生运动的可靠性和灵活性;本发明的护具连接组件为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制,不仅可微调穿戴护具的角度,以便适应不同的人群以及不同康复训练的要求,可根据用户的需要调节阻尼,提高稳定性;本发明还可以兼容脑波控制及按钮控制,患者可头戴脑波采集器对本机进行控制,也可利用配备的控制拐杖对本机进行控制,每根控制拐杖可以设置有两个按钮,不同按钮及其组合实现不同功能,本发明有步行,登楼梯,起坐,转向,下蹲等运动功能。

Description

一种用于下肢外骨骼机器人转向机构
技术领域
本发明涉及骨骼机器人技术领域,具体是一种用于下肢外骨骼机器人转向机构。
背景技术
智能仿生研究中心已经成功研发或正在研发的还有柔性外骨骼机器人、自平衡下肢外骨骼机器人和负重外骨骼机器人等,这些研发成果将提高行走功能障碍患者和行动不便老人的生活质量。对于下肢瘫痪的病人、残疾人和行动不便的老人来说,自主出门行走是很难实现的,为帮助他们康复训练与助力行走,设计一种下肢助行外骨骼机器人,对于患者的行走以及患者的康复具有极其重要的作用。
其中,下肢助行外骨骼机器人可以穿戴在人体上,通过膝盖和髋关节位置的驱动系统带动人体腿部运动,实现行走。机械结构的设计基于人体工程学和仿生学机理,贴合人体,保证患者穿戴的舒适性。通过分析传感器的数据,下肢外骨骼机器人可以合理规划并完善步态,同时设置了限位开关和急停开关,保障使用安全性。但是,目前的下肢助行外骨骼机器人不仅自由度较少,使得运动起来比较僵硬,穿戴起来十分不舒服,而且,目前的穿戴护具设备要么采用绑带要么采用硬质结构,绑带过于软,其难以适应康复训练,而硬质的塑料等结构,由于过硬,角度也难以适应性调节,导致康复运动时,过于僵硬,舒适性差,而如果设置普通的角度球铰等,则会导致过于灵活,不便于操控,难以满足康复训练。
因此,本发明提供了一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其包括腰托机构、左腿机构、右腿机构、穿戴护具和脚底支撑,其中,所述腰托机构的两侧的下端分别连接所述左腿机构和右腿机构,所述左腿机构、右腿机构的大腿内侧、小腿内侧以及腰托机构上均连接设置有所述穿戴护具,所述左腿机构、右腿机构的最底端均连接设置有所述脚底支撑;其特征在于,
所述腰托机构包括两个外翻转电机机构、两个侧展电机机构、一个总驱动包以及腰部连接骨骼,其中,两个侧展电机机构之间的连接骨骼上连接设置有所述穿戴护具,所述总驱动包连接布置于两个侧展电机机构之间的中间位置;所述外翻转电机机构采用腰部连接骨骼连接于所述侧展电机机构的远离所述总驱动包的一侧;
所述左腿机构和右腿机构结构相同,且均包括第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构,所述第一关节电机机构的上端采用上连接骨骼与所述外翻转电机机构连接,所述第一关节电机机构的下端采用第一连接骨骼与第二关节电机机构的上端连接,所述第二关节电机机构的下端采用第二连接骨骼与第三关节电机机构的上端连接,所述第三关节电机机构的下端采用第三连接骨骼与脚底支撑的上端连接,所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构的结构相同,且均可绕各自的中心轴线在一定角度范围内枢转转动;第一连接骨骼构设为左腿机构或右腿机构结构的大腿部分,所述第二连接骨骼设为左腿机构或右腿机构结构的小腿部分;
所述第一连接骨骼和第二连接骨骼的内侧采用护具连接组件连接设置所述穿戴护具;
所述护具连接组件为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制。
进一步,作为优选,所述外翻转电机机构的翻转角度为外旋0°到30°,内旋0°到30°,所述侧展电机机构的枢转角度为外展0°到25°,内收0°到25°,所述第一关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,后伸0°到15°,所述第二关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,伸展0°到5°,所述第三关节电机机构的枢转范围为背屈0°到25°,跖屈0°到40°。
进一步,作为优选,所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构均包括第一电机、第一骨骼单元、第二骨骼单元、谐波减速器和限位圈,其中,所述第一电机和谐波减速器均固定连接在所述第一骨骼单元上,所述第一电机的输出端连接所述谐波减速器,所述谐波减速器的输出端连接在所述第二骨骼单元上,且所述谐波减速器的输出端侧还固定设置有角度限位圈,所述第二骨骼单元的转动角度范围由所述角度限位圈进行限位,且所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构选用不同的角度限位圈来实现不同枢转角度范围的控制。
进一步,作为优选,所述限位圈的紧贴所述第二骨骼单元的一侧设置有一扇形延伸的限位凸起,所述限位凸起的厚度大于所述第二骨骼单元的厚度,且所述限位凸起的两侧为斜面结构,所述第二骨骼单元的转动角度由所述限位凸起进行限位。
进一步,作为优选,所述外翻转电机机构包括组装框架、第二电机、行星减速器、联轴器、交叉滚子轴承、皮带和皮带轮,其中,组装框架的一侧设置有所述第二电机,所述组装框架的另一侧设置有所述行星减速器,且所述第二电机与所述行星减速器的轴向延伸方向平行布置,所述第二电机的输出端与所述行星减速器的输入端之间采用所述皮带和皮带轮传动连接,所述行星减速器的输出端连接有联轴器,且联轴器与所述组装框架之间设置有所述交叉滚子轴承。
进一步,作为优选,所述第二电机内部设置有刹车抱闸装置和角度编码器,且所述组装框架内部还设置有对联轴器进行机械限位的卡销。
进一步,作为优选,所述脚底支撑上设置有压力传感器和超声波传感器,以便于检测足底压力和足前的障碍物;且
骨骼结构件上布置有九轴姿态传感器,依据各传感器数据计算得出各骨骼结构位置状态及电机速度角度,从而得出用户下肢实时姿态;
小腿部分、大腿部分及腰托机构上都布置有驱动模块,驱动模块由驱动板及电池组成;其中腰托机构上为所述总驱动包,其内置总程序控制板、电机驱动板,总电源模块;腿部驱动模块包括电机驱动板及分电源;
其中总驱动包负责整机逻辑运算控制、信号处理分析及传输、电源管理及侧展电机运动,大腿驱动模块负责第一关节电机机构及外翻转电机机构,小腿驱动模块负责第二关节电机机构、第三关节电机机构及脚底支撑上传感器信号放大传输。
进一步,作为优选,总电源模块和分电源采用多点电源设计,各电源可通过电源管理互为补偿,以便于使得即使有部分电源受损本机也可以正常运行一段时间;
该转向机构还包括电流环、电压环两套电机控制方案,以便实现速度控制及力矩控制模式,实现提供给使用者被动、主动、及助动的运动模式。
进一步,作为优选,每个穿戴护具上的护具连接组件为两套,且所述穿戴护具的上端和下端各设置一套,所述护具连接组件均包括连接座、转角气缸、转动轴、阻尼调节件一、阻尼调节件二、连接头、支撑盘、伸缩轴和强力弹簧,其中,所述连接座的一端连接于机器人的骨骼上,所述连接座的另一端设置有多个安装座,所述安装座内伸缩设置有伸缩轴,所述伸缩轴的内端与所述连接座之间设置有所述强力弹簧,所述伸缩轴与所述安装座的内壁之间还设置有所述阻尼调节件二,所述阻尼调节件二调节所述伸缩轴的伸缩运动的阻尼大小,所述伸缩轴的端部固定设置在所述支撑盘上,所述支撑盘的中心设置有转动轴,所述转动轴的一端采用所述转角气缸转动调节,所述转动轴的另一端连接所述连接头,所述穿戴护具安装在所述连接头上,所述转动轴与所述支撑盘的内孔壁之间设置有所述阻尼调节件一,所述阻尼调节件一用于调节所述转动轴的转动阻尼系数。
进一步,作为优选,所述阻尼调节件一、阻尼调节件二的结构相同,均包括弹性阻尼套和调节气泵,所述弹性阻尼套内部设置有楔形腔,所述楔形腔与所述调节气泵连接,通过所述调节气泵对所述楔形腔压力的调节,实现所述楔形腔的膨胀,进而实现阻尼系数的调节
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明通过设置十个自由度,可以提高机器人的运动性能,实现完全的仿生运动,运动可靠,舒适性好;
(2)本发明不仅设置腿部结构,还设置了腰托机构,保证了仿生运动的可靠性和灵活性;
(3)本发明的护具连接组件为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制,这样,不仅可以微调穿戴护具的角度,以便适应不同的人群以及不同康复训练的要求,同时,可以根据用户的需要调节阻尼,提高稳定性;
(4)本发明还可以兼容脑波控制及按钮控制,患者可头戴脑波采集器对本机进行控制,也可以利用配备的控制拐杖对本机进行控制,每根控制拐杖可以设置有两个按钮,不同按钮及其组合实现不同功能,本发明有步行,登楼梯,起坐,转向,下蹲等运动功能
(5)所述外翻转电机机构的翻转角度为外旋0°到30°,内旋0°到30°,所述侧展电机机构的枢转角度为外展0°到25°,内收0°到25°,所述第一关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,后伸0°到15°,所述第二关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,伸展0°到5°,所述第三关节电机机构的枢转范围为背屈0°到25°,跖屈0°到40°,提高仿生运动的性能和真实性。
附图说明
图1为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的整体结构示意图;
图2为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的腰托机构的结构示意图;
图3为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构中关节电机机构的结构示意图。
图4为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构中外翻转电机机构的结构示意图;
图5为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的各个部件的枢转角度范围结构示意图;
图6为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的护具连接组件结构示意图;
图7为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的护具连接组件放大结构示意图;
图8为一种用于下肢外骨骼机器人转向机构的阻尼调节组件结构示意图;
具体实施方式
请参阅图1~8,本发明实施例中,一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其包括腰托机构00、左腿机构01、右腿机构、穿戴护具11和脚底支撑7,其中,所述腰托机构00的两侧的下端分别连接所述左腿机构01和右腿机构02,所述左腿机构01、右腿机构02的大腿内侧、小腿内侧以及腰托机构00上均连接设置有所述穿戴护具11,所述左腿机构、右腿机构的最底端均连接设置有所述脚底支撑7;其特征在于,
所述腰托机构00包括两个外翻转电机机构3、两个侧展电机机构12、一个总驱动包2以及腰部连接骨骼,其中,两个侧展电机机构12之间的连接骨骼上连接设置有腰部穿戴护具1,所述总驱动包2连接布置于两个侧展电机机构12之间的中间位置;所述外翻转电机机构3采用腰部连接骨骼连接于所述侧展电机机构12的远离所述总驱动包的一侧;
所述左腿机构和右腿机构结构相同,且均包括第一关节电机机构8、第二关节电机机构9和第三关节电机机构10,所述第一关节电机机构8的上端采用上连接骨骼与所述外翻转电机机构3连接,所述第一关节电机机构8的下端采用第一连接骨骼4与第二关节电机机构9的上端连接,所述第二关节电机机构9的下端采用第二连接骨骼5与第三关节电机机构10的上端连接,所述第三关节电机机构10的下端采用第三连接骨骼6与脚底支撑7的上端连接,所述侧展电机机构12、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构的结构相同,且均可绕各自的中心轴线在一定角度范围内枢转转动;第一连接骨骼构设为左腿机构或右腿机构结构的大腿部分,所述第二连接骨骼设为左腿机构或右腿机构结构的小腿部分;
所述第一连接骨骼和第二连接骨骼的内侧采用护具连接组件连接设置所述穿戴护具11;
所述护具连接组件26为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制。
在本实施例中,所述外翻转电机机构3的翻转角度为外旋0°到30°,内旋0°到30°,所述侧展电机机构12的枢转角度为外展0°到25°,内收0°到25°,所述第一关节电机机构8的枢转范围为屈曲0°到130°,后伸0°到15°,所述第二关节电机机构9的枢转范围为屈曲0°到130°,伸展0°到5°,所述第三关节电机机构10的枢转范围为背屈0°到25°,跖屈0°到40°。
作为更佳的实施例,所述侧展电机机构12、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构均包括第一电机13、第一骨骼单元14、第二骨骼单元18、谐波减速器15和限位圈16,其中,所述第一电机13和谐波减速器15均固定连接在所述第一骨骼单元14上,所述第一电机13的输出端连接所述谐波减速器15,所述谐波减速器的输出端连接在所述第二骨骼单元18上,且所述谐波减速器15的输出端侧还固定设置有角度限位圈16,所述第二骨骼单元的转动角度范围由所述角度限位圈16进行限位,且所述侧展电机机构12、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构选用不同的角度限位圈16来实现不同枢转角度范围的控制。
其中,所述限位圈的紧贴所述第二骨骼单元的一侧设置有一扇形延伸的限位凸起17,所述限位凸起17的厚度大于所述第二骨骼单元的厚度,且所述限位凸起的两侧为斜面结构,所述第二骨骼单元的转动角度由所述限位凸起进行限位。
所述外翻转电机机构包括组装框架21、第二电机22、行星减速器25、联轴器23、交叉滚子轴承24、皮带19和皮带轮20,其中,组装框架21的一侧设置有所述第二电机22,所述组装框架21的另一侧设置有所述行星减速器25,且所述第二电机22与所述行星减速器25的轴向延伸方向平行布置,所述第二电机22的输出端与所述行星减速器25的输入端之间采用所述皮带19和皮带轮20传动连接,所述行星减速器25的输出端连接有联轴器23,且联轴器23与所述组装框架21之间设置有所述交叉滚子轴承24。
为了便于限位,所述第二电机内部设置有刹车抱闸装置和角度编码器,且所述组装框架内部还设置有对联轴器进行机械限位的卡销。
在本实施例中,所述脚底支撑上设置有压力传感器和超声波传感器,以便于检测足底压力和足前的障碍物;且骨骼结构件上布置有九轴姿态传感器,依据各传感器数据计算得出各骨骼结构位置状态及电机翻转角度,从而得出用户下肢实时姿态;小腿部分、大腿部分及腰托机构上都布置有驱动模块,驱动模块由驱动板及电池组成;其中腰托机构上为所述总驱动包,其内置总程序控制板、电机驱动板,总电源模块;腿部驱动模块包括电机驱动板及分电源;
其中总驱动包负责整机逻辑运算控制、信号处理分析及传输、电源管理及侧展电机运动,大腿驱动模块负责第一关节电机机构及外翻转电机驱动,小腿驱动模块负责第二关节电机机构、第三关节电机机构及脚底支撑上传感器信号放大传输。
此外,本发明总电源模块和分电源采用多点电源设计,各电源可通过电源管理互为补偿,以便于使得即使有部分电源受损本机也可以正常运行一段时间;该转向机构还包括电流环、电压环两套电机控制方案,以便实现速度控制及力矩控制模式,实现提供给使用者被动、主动、及助动的运动模式。
作为更佳的实施例,每个穿戴护具上的护具连接组件26为两套,且所述穿戴护具的上端和下端各设置一套,所述护具连接组件均包括连接座27、转角气缸28、转动轴29、阻尼调节件一30、阻尼调节件二34、连接头31、支撑盘32、伸缩轴33和强力弹簧35,其中,所述连接座27的一端连接于机器人的骨骼上,所述连接座27的另一端设置有多个安装座,所述安装座内伸缩设置有伸缩轴33,所述伸缩轴33的内端与所述连接座之间设置有所述强力弹簧35,所述伸缩轴33与所述安装座的内壁之间还设置有所述阻尼调节件二34,所述阻尼调节件二34调节所述伸缩轴的伸缩运动的阻尼大小,所述伸缩轴33的端部固定设置在所述支撑盘32上,所述支撑盘32的中心设置有转动轴29,所述转动轴29的一端采用所述转角气缸28转动调节,所述转动轴29的另一端连接所述连接头31,所述穿戴护具安装在所述连接头31上,所述转动轴29与所述支撑盘32的内孔壁之间设置有所述阻尼调节件一30,所述阻尼调节件一30用于调节所述转动轴的转动阻尼系数。
具体的,所述阻尼调节件一、阻尼调节件二的结构相同,均包括弹性阻尼套和调节气泵,所述弹性阻尼套36内部设置有楔形腔37,所述楔形腔37与所述调节气泵连接,通过所述调节气泵对所述楔形腔37压力的调节,实现所述楔形腔的膨胀,进而实现阻尼系数的调节
本发明通过设置十个自由度,可以提高机器人的运动性能,实现完全的仿生运动,运动可靠,舒适性好;本发明不仅设置腿部结构,还设置了腰托机构,保证了仿生运动的可靠性和灵活性;本发明的护具连接组件为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制,这样,不仅可以微调穿戴护具的角度,以便适应不同的人群以及不同康复训练的要求,同时,可以根据用户的需要调节阻尼,提高稳定性;本发明还可以兼容脑波控制及按钮控制,患者可头戴脑波采集器对本机进行控制,也可以利用配备的控制拐杖对本机进行控制,每根控制拐杖可以设置有两个按钮,不同按钮及其组合实现不同功能,本发明有步行,登楼梯,起坐,转向,下蹲等运动功能。所述外翻转电机机构的翻转角度为外旋0°到30°,内旋0°到30°,所述侧展电机机构的枢转角度为外展0°到25°,内收0°到25°,所述第一关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,后伸0°到15°,所述第二关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,伸展0°到5°,所述第三关节电机机构的枢转范围为背屈0°到25°,跖屈0°到40°,提高仿生运动的性能和真实性。
以上所述的,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其包括腰托机构、左腿机构、右腿机构、穿戴护具和脚底支撑,其中,所述腰托机构的两侧的下端分别连接所述左腿机构和右腿机构,所述左腿机构、右腿机构的大腿内侧、小腿内侧以及腰托机构上均连接设置有所述穿戴护具,所述左腿机构、右腿机构的最底端均连接设置有所述脚底支撑;其特征在于,
所述腰托机构包括两个外翻转电机机构、两个侧展电机机构、一个总驱动包以及腰部连接骨骼,其中,两个侧展电机机构之间的连接骨骼上连接设置有所述穿戴护具,所述总驱动包连接布置于两个侧展电机机构之间的中间位置;所述外翻转电机机构采用腰部连接骨骼连接于所述侧展电机机构的远离所述总驱动包的一侧;
所述左腿机构和右腿机构结构相同,且均包括第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构,所述第一关节电机机构的上端采用上连接骨骼与所述外翻转电机机构连接,所述第一关节电机机构的下端采用第一连接骨骼与第二关节电机机构的上端连接,所述第二关节电机机构的下端采用第二连接骨骼与第三关节电机机构的上端连接,所述第三关节电机机构的下端采用第三连接骨骼与脚底支撑的上端连接,所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构的结构相同,且均可绕各自的中心轴线在一定角度范围内枢转转动;第一连接骨骼构设为左腿机构或右腿机构结构的大腿部分,所述第二连接骨骼设为左腿机构或右腿机构结构的小腿部分;
所述第一连接骨骼和第二连接骨骼的内侧采用护具连接组件连接设置所述穿戴护具;
所述护具连接组件为可调节角度的伸缩设置,且角度调节和伸缩调节的阻尼均可控制;
每个穿戴护具上的护具连接组件为两套,且所述穿戴护具的上端和下端各设置一套,所述护具连接组件均包括连接座、转角气缸、转动轴、阻尼调节件一、阻尼调节件二、连接头、支撑盘、伸缩轴和强力弹簧,其中,所述连接座的一端连接于机器人的骨骼上,所述连接座的另一端设置有多个安装座,所述安装座内伸缩设置有伸缩轴,所述伸缩轴的内端与所述连接座之间设置有所述强力弹簧,所述伸缩轴与所述安装座的内壁之间还设置有所述阻尼调节件二,所述阻尼调节件二调节所述伸缩轴的伸缩运动的阻尼大小,所述伸缩轴的端部固定设置在所述支撑盘上,所述支撑盘的中心设置有转动轴,所述转动轴的一端采用所述转角气缸转动调节,所述转动轴的另一端连接所述连接头,所述穿戴护具安装在所述连接头上,所述转动轴与所述支撑盘的内孔壁之间设置有所述阻尼调节件一,所述阻尼调节件一用于调节所述转动轴的转动阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述外翻转电机机构的翻转角度为外旋0°到30°,内旋0°到30°,所述侧展电机机构的枢转角度为外展0°到25°,内收0°到25°,所述第一关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,后伸0°到15°,所述第二关节电机机构的枢转范围为屈曲0°到130°,伸展0°到5°,所述第三关节电机机构的枢转范围为背屈0°到25°,跖屈0°到40°。
3.根据权利要求2所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构均包括第一电机、第一骨骼单元、第二骨骼单元、谐波减速器和限位圈,其中,所述第一电机和谐波减速器均固定连接在所述第一骨骼单元上,所述第一电机的输出端连接所述谐波减速器,所述谐波减速器的输出端连接在所述第二骨骼单元上,且所述谐波减速器的输出端侧还固定设置有角度限位圈,所述第二骨骼单元的转动角度范围由所述角度限位圈进行限位,且所述侧展电机机构、第一关节电机机构、第二关节电机机构和第三关节电机机构选用不同的角度限位圈来实现不同枢转角度范围的控制。
4.根据权利要求3所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述限位圈的紧贴所述第二骨骼单元的一侧设置有一扇形延伸的限位凸起,所述限位凸起的厚度大于所述第二骨骼单元的厚度,且所述限位凸起的两侧为斜面结构,所述第二骨骼单元的转动角度由所述限位凸起进行限位。
5.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述外翻转电机机构包括组装框架、第二电机、行星减速器、联轴器、交叉滚子轴承、皮带和皮带轮,其中,组装框架的一侧设置有所述第二电机,所述组装框架的另一侧设置有所述行星减速器,且所述第二电机与所述行星减速器的轴向延伸方向平行布置,所述第二电机的输出端与所述行星减速器的输入端之间采用所述皮带和皮带轮传动连接,所述行星减速器的输出端连接有联轴器,且联轴器与所述组装框架之间设置有所述交叉滚子轴承。
6.根据权利要求5所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述第二电机内部设置有刹车抱闸装置和角度编码器,且所述组装框架内部还设置有对联轴器进行机械限位的卡销。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述脚底支撑上设置有压力传感器和超声波传感器,以便于检测足底压力和足前的障碍物;且
骨骼结构件上布置有九轴姿态传感器,依据各传感器数据计算得出各骨骼结构位置状态及电机翻转角度,从而得出用户下肢实时姿态;
小腿部分、大腿部分及腰托机构上都布置有驱动模块,驱动模块由驱动板及电池组成;其中腰托机构上为所述总驱动包,其内置总程序控制板、电机驱动板,总电源模块;腿部驱动模块包括电机驱动板及分电源;
其中总驱动包负责整机逻辑运算控制、信号处理分析及传输、电源管理及侧展电机运动,大腿驱动模块负责第一关节电机机构及外翻转电机机构,小腿驱动模块负责第二关节电机机构、第三关节电机机构及脚底支撑上传感器信号放大传输。
8.根据权利要求7所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,总电源模块和分电源采用多点电源设计,各电源可通过电源管理互为补偿,以便于使得即使有部分电源受损本机也可以正常运行一段时间;
该转向机构还包括电流环、电压环两套电机控制方案,以便实现速度控制及力矩控制模式,实现提供给使用者被动、主动、及助动的运动模式。
9.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼机器人转向机构,其特征在于,所述阻尼调节件一、阻尼调节件二的结构相同,均包括弹性阻尼套和调节气泵,所述弹性阻尼套内部设置有楔形腔,所述楔形腔与所述调节气泵连接,通过所述调节气泵对所述楔形腔压力的调节,实现所述楔形腔的膨胀,进而实现阻尼系数的调节。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111603362A (zh) * 2020-05-25 2020-09-01 上海壹佰米网络科技有限公司 一种下肢骨骼机器人
US11298287B2 (en) 2020-06-02 2022-04-12 Dephy, Inc. Systems and methods for a compressed controller for an active exoskeleton
US11147733B1 (en) 2020-06-04 2021-10-19 Dephy, Inc. Systems and methods for bilateral wireless communication
US11148279B1 (en) 2020-06-04 2021-10-19 Dephy, Inc. Customized configuration for an exoskeleton controller
US11389367B2 (en) 2020-06-05 2022-07-19 Dephy, Inc. Real-time feedback-based optimization of an exoskeleton
US11173093B1 (en) 2020-09-16 2021-11-16 Dephy, Inc. Systems and methods for an active exoskeleton with local battery
CN111920655B (zh) * 2020-09-27 2021-03-02 上海傅利叶智能科技有限公司 一种足托初始角度可调的踝关节装置
CN114224689A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 广州中医药大学(广州中医药研究院) 一种下肢康复外骨骼装置及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105997441A (zh) * 2016-05-07 2016-10-12 南京理工大学 基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人
CN106691454A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 深圳市肯綮科技有限公司 人体下肢运动助力装置
CN107126344A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 天津科技大学 下肢行走功能康复用外骨骼康复机器人与控制系统及方法
CN108186294A (zh) * 2018-01-16 2018-06-22 浙江大学 一种下肢康复外骨骼系统及其主从动性可调关节
CN109172289A (zh) * 2018-10-16 2019-01-11 合肥工业大学 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102172975B1 (ko) * 2013-12-10 2020-11-02 삼성전자주식회사 착용형 로봇 및 그 제어 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106691454A (zh) * 2015-11-13 2017-05-24 深圳市肯綮科技有限公司 人体下肢运动助力装置
CN105997441A (zh) * 2016-05-07 2016-10-12 南京理工大学 基于外骨骼的穿戴式下肢康复机器人
CN107126344A (zh) * 2017-07-05 2017-09-05 天津科技大学 下肢行走功能康复用外骨骼康复机器人与控制系统及方法
CN108186294A (zh) * 2018-01-16 2018-06-22 浙江大学 一种下肢康复外骨骼系统及其主从动性可调关节
CN109172289A (zh) * 2018-10-16 2019-01-11 合肥工业大学 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法

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