CN110103207A - 一种辅助行走的柔性下肢外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助行走的柔性下肢外骨骼，该下肢外骨骼包括腰部模块、髋关节模块、腿部模块、踝关节模块和绳驱动模块；所述腰部模块的两侧分别由上至下依次设置有髋关节模块、腿部模块和踝关节模块；所述绳驱动模块有两个，每个绳驱动模块的一部分设置在腰部模块中，另一部分与各自的腿部模块相连。该下肢外骨骼通过膝关节的刚性结构实现膝关节的柔性连接，能较好地适应膝关节的变中心转动，增加了使用的舒适性。

Description

一种辅助行走的柔性下肢外骨骼

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，具体涉及一种辅助行走的柔性下肢外骨骼。

背景技术

随着对下肢外骨骼的广泛研究，越来越多的学者开始研究下肢外骨骼的某个单一关节。由于人体正常行走时，膝关节的转动中心是动态变化的，因此增加了下肢外骨骼膝关节的研究难度，与此同时如何提高刚性下肢外骨骼与人体柔性关节之间的贴合度也成了下肢外骨骼研究的热点。

目前，下肢外骨骼的膝关节大部分采用单一的铰链连接，无法满足人体膝关节的变中心转动。申请号为201721181046.3的中国专利公开了一种节流调速液压系统和助力下肢外骨骼，该下肢外骨骼通过液压杆的伸缩来实现大腿与小腿之间的旋转运动，大小腿杆之间仅仅依靠一个铰接孔进行铰接，下肢外骨骼膝关节的旋转中心不变，无法适应人体正常行走时膝关节的变中心转动，同时行走时下肢外骨骼的膝关节与人体的膝关节无法较好的贴合，使用舒适性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种辅助行走的柔性下肢外骨骼，该下肢外骨骼通过膝关节的刚性结构实现膝关节的柔性连接，能较好地适应膝关节的变中心转动，增加了使用的舒适性。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：

一种辅助行走的柔性下肢外骨骼，该下肢外骨骼包括腰部模块、髋关节模块、腿部模块、踝关节模块和绳驱动模块；所述腰部模块的两侧分别由上至下依次设置有髋关节模块、腿部模块和踝关节模块；所述绳驱动模块有两个，每个绳驱动模块的一部分设置在腰部模块中，另一部分与各自的腿部模块相连；其特征在于，

所述腿部模块包括大腿支撑杆、膝关节上连接件、膝关节中连接件、膝关节下连接件、膝关节连接杆、膝关节下连接板、膝关节上连接板、大腿绑带、小腿绑带和膝关节中连接板；所述大腿支撑杆的一端与大腿支架的一端固连，另一端与膝关节上连接板的一端相连，大腿支撑杆能相对于膝关节上连接板转动；膝关节中连接板与膝关节下连接板、膝关节上连接板均不固定，且时刻存在弧形接触面，膝关节中连接板外固定套接膝关节中连接件，膝关节中连接件的上下两端分别与膝关节上连接板、膝关节下连接板铰接；

大腿支撑杆的下端、膝关节上连接件、膝关节中连接件、膝关节下连接件及膝关节连接杆上部依次放置，且相互不固定时刻存在弧形接触面；膝关节上连接板上固定套接膝关节上连接件，膝关节上连接板的上下两端分别铰接大腿支撑杆的下端、膝关节中连接件的上端；膝关节下连接板上依次固定套接膝关节下连接件及膝关节连接杆上部，膝关节下连接件、膝关节下连接板、膝关节连接杆上部固定形成一个整体；

膝关节中连接件的长度大于膝关节中连接板，膝关节上连接件的长度小于膝关节上连接板，膝关节下连接件的长度小于膝关节下连接板。

所述绳驱动模块包括双轴承座、大滚筒、齿轮、1号轴、电机支架、电机、小滚筒、橡胶管、钢丝绳卡帽、钢丝绳和2号轴；所述双轴承座和电机支架固定在箱体内；所述双轴承座上分别安装有1号轴和2号轴，1号轴和2号轴上分别设置有齿轮；所述电机固定在电机支架上，电机的输出轴与1号轴相连；所述大滚筒固定在一个齿轮和双轴承座之间的1号轴上，小滚筒固定在另一个齿轮和双轴承座之间的2号轴上，大滚筒和小滚筒上分别缠绕有钢丝绳，两根钢丝绳的绕向相同；缠绕在大滚筒上的钢丝绳位于腿部模块的前侧，缠绕在小滚筒上的钢丝绳位于腿部模块的后侧；所述钢丝绳的一端通过钢丝绳卡帽固定在膝关节下连接板上；所述钢丝绳位于箱体之外与大腿支撑杆之间的部分套装有橡胶管。

所述髋关节模块包括髋关节连接件、套筒、大腿支架、扭矩传感器、转接法兰、谐波减速器、电机固定法兰和盘式电机；所述髋关节连接件的一端与腰部支撑杆固连，套筒分别与髋关节连接件和大腿支架的一端相连，大腿支架能相对于套筒转动；所述盘式电机通过电机固定法兰与谐波减速器的外壳相连，盘式电机的输出端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器的输出端与转接法兰固定；所述扭矩传感器分别与大腿支架的一端和转接法兰固定，扭矩传感器将动力传递至大腿支架。

所述大腿支撑杆的上端为方管，下端为开口的且具有第一弧形凸起的不规则壳体。

所述膝关节上连接件为上下两端呈开口的不规则壳体，其上端具有第一弧形凹槽。

所述膝关节中连接件为上下两端呈开口且具有第二弧形凸起不规则壳体；膝关节中连接件的两端具有两个连接孔，膝关节中连接件的两侧具有两个安装孔。

所述绳驱动模块还包括橡胶管卡帽，橡胶管的两端分别通过橡胶管卡帽与箱体和大腿支撑杆相连。

所述绳驱动模块还包括多个导向轮，多个导向轮分别设置在膝关节下连接板、膝关节上连接板和膝关节中连接板的两侧，通过导向轮对钢丝绳进行限位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过膝关节上连接板与大腿支撑杆的铰接以及膝关节中连接件分别与膝关节上连接板和膝关节下连接板的铰接来实现下肢外骨骼膝关节处的多处铰接，使下肢外骨骼膝关节的转动中心不断变化从而更好地适应人体行走时膝关节的变中心转动，避免了单一铰接导致的下肢外骨骼膝关节与人体膝关节转动中心的偏离，提高下肢外骨骼膝关节与人体膝关节之间的贴合度，增加了使用的舒适性。

2、本发明下肢外骨骼膝关节的组成部件均是刚性结构，通过膝关节上连接板与大腿支撑杆的相对转动以及膝关节中连接件与膝关节上连接板和膝关节下连接板的相对转动来实现下肢外骨骼膝关节的柔性连接，结构设计巧妙。

3、本发明膝关节各部件之间通过弧形凸起与弧形凹槽的相互配合来实现膝关节的柔性屈伸，增加了下肢外骨骼的稳定性。

4、本发明下肢外骨骼的膝关节可以作为一个模块化的结构，可应用到多种下肢外骨骼产品中；尤其针对制造业、军事等需长时间负重行走的环境下，其具有广阔的应用前景；当用于负重行走时，负重背在人背上且放置于箱体上，其重量主要作用在箱体上，负重可以通过下肢外骨骼的刚性结构进行卸载。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明腰部模块的爆炸图；

图3为本发明髋关节模块的结构示意图；

图4为本发明髋关节模块的爆炸图；

图5为本发明腿部模块的结构示意图；

图6为本发明腿部模块的剖视图；

图7为本发明伸展膝关节时腿部模块的使用状态图；

图8为本发明伸展膝关节时腿部模块使用状态的剖视图；

图9为本发明膝关节中连接件的结构示意图；

图10为本发明膝关节上连接板的结构示意图；

图11为本发明踝关节模块的安装示意图；

图12为本发明绳驱动模块的结构示意图；

图中，1、腰部模块；2、髋关节模块；3、腿部模块；4、踝关节模块；5、绳驱动模块；

11、背部靠板；12、箱体；13、套管；14、伸缩杆；15、腰部连杆；16、腰部支撑杆；

21、髋关节连接件；22、套筒；23、大腿支架；24、扭矩传感器；25、转接法兰；26、谐波减速器；27、电机固定法兰；28、盘式电机；

31、大腿支撑杆；32、膝关节上连接件；33、膝关节中连接件；34、膝关节下连接件；35、膝关节连接杆；36、膝关节下连接板；37、膝关节上连接板；38、大腿绑带；39、小腿绑带；310、膝关节中连接板；

41、小腿支撑杆；42、踝关节支撑杆；43、支撑脚；44、支撑座；45、连接板；46、脚底板；47、脚部绑带；

51、双轴承座；52、1号橡胶管卡帽；53、大滚筒；54、齿轮；55、1号轴；56、联轴器；57、电机支架；58、伺服电机；59、小滚筒；510、橡胶管；511、钢丝绳卡帽；512、钢丝绳；513、导向轮；514、2号轴；515、2号橡胶管卡帽；

311、第一弧形凸起；321、第一弧形凹槽；331、第二弧形凸起；341、第二弧形凹槽；371、第三弧形凸起；3101、第三弧形凹槽；

具体实施方式

为了使本发明更加通俗易懂，下文将结合实施例及附图进一步阐述本发明。

本发明提供一种辅助行走的柔性下肢外骨骼(简称下肢外骨骼，参见图1-12)，该下肢外骨骼包括腰部模块1、髋关节模块2、腿部模块3、踝关节模块4和绳驱动模块5；所述腰部模块1的两侧分别设置有髋关节模块2，两个髋关节模块2分别与各自的腿部模块3的一端相连，两个腿部模块3的另一端分别设置有踝关节模块4；所述绳驱动模块5有两个，每个绳驱动模块5的一部分设置在腰部模块1中，另一部分与相应的腿部模块3相连，用于驱动相应的腿部模块3运动；

所述腰部模块1包括背部靠板11、套管13、伸缩杆14、腰部连杆15、腰部支撑杆16及两个箱体12；所述背部靠板11的下部插入套管13内，并通过螺栓固定，背部靠板11的上部用于固定两个箱体12，通过背带(图中未画出)穿戴在人身上；两个箱体12按照上下位置分别通过螺钉固定在背部靠板11上，分别用于安装绳驱动模块5的驱动部分；所述套管13的中部与背部靠板11固定，在二者固定点左右两侧分别沿套管13长度方向设置有多个等间距的螺栓孔，通过螺栓将伸缩杆14固定在套管13的不同长度位置，进而可以调节伸缩杆14深入套管13内的长度以适应不同体态使用者；每个伸缩杆14的另一端与各自的腰部连杆15的一端铰接，为大腿提供外展自由度；所述腰部连杆15的另一端通过销轴与腰部支撑杆16的一端相连，二者能够以销轴为轴相对转动，从而实现下肢外骨骼的转弯，腰部支撑杆16另一端弯向人体正面，呈L型，弯向人体正面的腰部支撑杆16与髋关节模块2相连；

每个髋关节模块2包括髋关节连接件21、套筒22、大腿支架23、扭矩传感器24、转接法兰25、谐波减速器26、电机固定法兰27和盘式电机28；所述髋关节连接件21呈类U型，髋关节连接件21的U型一端面通过螺栓与腰部支撑杆16弯向人体正面的部分固连，在该U型端面的内侧安装套筒22，套筒22与髋关节连接件21形成过盈配合；所述大腿支架23呈Z型，使穿戴时髋关节模块2与人体的接触面和腿部模块3与人体的接触面在同一平面内；所述套筒22的另一端通过轴承与大腿支架23的一端相连，大腿支架23能相对于套筒22转动；所述盘式电机28通过电机固定法兰27与谐波减速器26的外壳相连，盘式电机28的输出端与谐波减速器26的输入端通过键连接，盘式电机28通过导线与电源相连；所述谐波减速器26的输出端通过螺栓与转接法兰25固定，大腿支架23、扭矩传感器24、转接法兰25、谐波减速器26均固定在髋关节连接件21的U型空间内部，电机固定法兰27固定在髋关节连接件21U型另一端面的外侧；所述扭矩传感器24的两端分别通过螺钉与大腿支架23的一端和转接法兰25固定，扭矩传感器24通过导线与电源相连；使用时髋关节模块2位于人体大腿根部位置，盘式电机28的动力经谐波减速器26减速后传递至转接法兰25，转接法兰25带动扭矩传感器24转动，扭矩传感器24带动大腿支架23转动，使髋关节的旋转，从而实现大腿的屈伸；

所述腿部模块3包括大腿支撑杆31、膝关节上连接件32、膝关节中连接件33、膝关节下连接件34、膝关节连接杆35、膝关节下连接板36、膝关节上连接板37、大腿绑带38、小腿绑带39和膝关节中连接板310；所述大腿支撑杆31的一端在大腿支撑杆31长度方向上设置有多个等距螺栓孔，通过螺栓将大腿支架23的下部固定在大腿支撑杆31的不同长度位置，从而可以调节大腿支架23深入大腿支撑杆31内的长度以适应不同体态使用者；所述大腿支撑杆31的另一端通过螺栓和防松螺母与膝关节上连接板37的一端相连，大腿支撑杆31与膝关节上连接板37之间无相互作用力从而使大腿支撑杆31和膝关节上连接板37均能相对于螺栓转动；所述膝关节中连接板310的上下两端分别与膝关节上连接板37的另一端和膝关节下连接板36的一端始终为面接触，膝关节上连接板37和膝关节下连接板36能相对于膝关节中连接板310转动；所述膝关节下连接板36的下部通过螺栓与膝关节连接杆35的一端固连，膝关节连接杆35的下部通过螺栓与踝关节模块4固连；所述膝关节中连接板的上下两端分别与膝关节上连接板的另一端和膝关节下连接板的一端始终为面接触，膝关节上连接板和膝关节下连接板能相对于膝关节中连接板转动；所述膝关节下连接板的另一端与膝关节连接杆的一端固连，膝关节连接杆的另一端与踝关节模块固连；

所述膝关节上连接件32套装在膝关节上连接板37上且通过螺栓与膝关节上连接板37固定，膝关节上连接件32的上端与大腿支撑杆31的下端始终为面接触，大腿支撑杆31下端能够沿膝关节上连接件32的上端转动；所述膝关节中连接件33分别套装在膝关节上连接板37、膝关节中连接板310和膝关节下连接板36上，膝关节中连接件33在竖直方向上分别通过螺栓和防松螺母与膝关节上连接板37和膝关节下连接板36相连，使用时膝关节中连接件33与膝关节上连接板37和膝关节中连接件33与膝关节下连接板36之间无相互作用力从而使膝关节中连接件33能相对于膝关节上连接板37和膝关节下连接板36转动；所述膝关节中连接件33在水平方向上通过螺栓与膝关节中连接板310固连，膝关节中连接件33的上端与膝关节上连接件32的下端始终为面接触；所述膝关节下连接件34套装在膝关节下连接板36上且通过螺栓与膝关节下连接板36固定，膝关节下连接件34的上端与膝关节中连接件33的下端始终为面接触，膝关节中连接件33能够沿膝关节上连接件32的下端和膝关节下连接件34的上端转动；所述膝关节下连接件34、膝关节下连接板36和膝关节连接杆35组成一个刚性整体，三者能够一起相对于膝关节中连接件33转动；该外骨骼通过膝关节上连接板37分别与大腿支撑杆31和膝关节中连接件33的相对转动以及膝关节下连接板36相对于膝关节中连接件33的相对转动来实现下肢外骨骼膝关节的柔性连接；所述大腿绑带38固定在大腿支撑杆31上，用于将下肢外骨骼穿戴在人大腿上；所述小腿绑带39固定在膝关节连接杆35上，用于将下肢外骨骼穿戴在人小腿上；

膝关节中连接板310与膝关节下连接板36、膝关节上连接板37均不固定，且时刻存在弧形接触面，膝关节中连接板310外固定套接膝关节中连接件33，膝关节中连接件33的上下两端分别与膝关节上连接板37、膝关节下连接板36铰接；

大腿支撑杆31的下端、膝关节上连接件32、膝关节中连接件33、膝关节下连接件34及膝关节连接杆35上部依次放置，且相互不固定时刻存在弧形接触面；膝关节上连接板37上固定套接膝关节上连接件32，膝关节上连接板37的上下两端分别铰接大腿支撑杆31的下端、膝关节中连接件33的上端；膝关节下连接板36上依次固定套接膝关节下连接件34及膝关节连接杆35上部，膝关节下连接件34、膝关节下连接板36、膝关节连接杆35上部固定形成一个整体，一起转动；

膝关节中连接件33的长度大于膝关节中连接板310，膝关节上连接件32的长度小于膝关节上连接板37，膝关节下连接件34的长度小于膝关节下连接板36；

所述踝关节模块4包括小腿支撑杆41、踝关节支撑杆42、支撑脚43、支撑座44、连接板45、脚底板46和脚部绑带47；所述小腿支撑杆41的上部通过螺栓与膝关节连接杆35的另一端固连，下部通过销钉与踝关节支撑杆42的一端铰接，为踝关节提供被动自由度，从而实现脚的抬放；所述支撑脚43的一侧和支撑座44通过螺栓固连，踝关节支撑杆42的下端内嵌在支撑脚33和支撑座44组合形成的凹槽空间内，踝关节支撑杆42与支撑脚43、支撑座44共同构成球面副，用来实现脚的倾覆和旋转运动；所述支撑脚43和支撑座44两者与地面共同接触，为下肢外骨骼提供稳定的支撑力；所述连接板45通过螺栓与支撑脚43的内侧固定，连接板45为脚部提供支撑；所述脚底板46采用尼龙材料制成，通过胶粘固定在连接板45上；所述脚部绑带47固定在脚底板46上，用于将下肢外骨骼穿戴在人脚上；

所述绳驱动模块5包括双轴承座51、大滚筒53、齿轮54、1号轴55、联轴器56、电机支架57、伺服电机58、小滚筒59、橡胶管510、钢丝绳卡帽511、钢丝绳512和2号轴514；所述双轴承座51和电机支架57分别通过螺钉固定在箱体12内；所述双轴承座51上分别通过轴承安装有1号轴55和2号轴514，1号轴55和2号轴514上分别设置有齿轮54；所述伺服电机58固定在电机支架57上，伺服电机58的输出轴通过联轴器56与1号轴55相连，伺服电机58通过导线与电源相连；所述大滚筒53通过键固定在一个齿轮54和双轴承座之间的1号轴55上，小滚筒59通过键固定在另一个齿轮54和双轴承座之间的2号轴514上，大滚筒53和小滚筒59上分别缠绕有钢丝绳512，两根钢丝绳512的绕向相同，使用时通过两个齿轮54的啮合使两根轴的转向相反，进而使一根钢丝绳512处于伸长状态，另一根处于收缩状态；缠绕在大滚筒53上的钢丝绳512位于腿部模块3的前侧，缠绕在小滚筒59上的钢丝绳512位于腿部模块3的后侧，两个滚筒的直径不同使两根钢丝绳512的伸缩长度不同以满足膝关节屈伸时大腿前后侧所需的不同伸长量；所述钢丝绳512的一端通过钢丝绳卡帽511固定在膝关节下连接板36上，钢丝绳512分别穿过箱体12、大腿支撑杆31的下端、膝关节上连接件32、膝关节中连接件33和膝关节下连接件34；使用时通过一根钢丝绳512伸长和另一根钢丝绳512收缩使膝关节下支撑板36与膝关节连接杆35一起转动，膝关节下支撑板36转动带动膝关节中连接件33、膝关节上连接板37和大腿支撑杆31绕各自的转动中心转动，从而实现膝关节的屈伸；所述钢丝绳512位于箱体12之外与大腿支撑杆31之间的部分套装有橡胶管510，用于防止钢丝绳512弯曲。

所述大腿支撑杆31的上端为方管，下端为开口的且具有第一弧形凸起311的不规则壳体。

所述膝关节上连接件32为两端开口的不规则壳体，其上下两端分别具有第一弧形凹槽321，第一弧形凸起311与第一弧形凹槽321之间时刻存在弧形接触面，第一弧形凸起311能在膝关节上连接件32上端的第一弧形凹槽321内转动。

所述膝关节中连接件33为两端开口的不规则壳体，其上下两端分别具有第二弧形凸起331，膝关节中连接件33上端的第二弧形凸起331与膝关节上连接件32下端的第一弧形凹槽321之间时刻存在弧形接触面，膝关节中连接件33上端的第二弧形凸起331能在膝关节上连接件32下端的第一弧形凹槽321内转动；所述膝关节中连接件33在竖直方向上具有两个连接孔，分别用于与膝关节上连接板37和膝关节下连接板36的固定连接；所述膝关节中连接件33在水平方向上具有两个安装孔，用于与膝关节中连接板310的固定连接。

所述膝关节下连接件34为两端开口的不规则壳体，其上端具有第二弧形凹槽341，膝关节中连接件33下端的第二弧形凸起331与第二弧形凹槽341之间时刻存在弧形接触面，膝关节中连接件33下端的第二弧形凸起331能在第二弧形凹槽341内转动。

所述膝关节连接杆35的上端为开口的圆弧形不规则壳体，下端为方管，在水平方向上具有两个螺纹孔，用于与膝关节下连接板36的固连。

所述膝关节上连接板37为下端具有第三弧形凸起371的不规则多边形，在竖直方向上具有两个连接孔，用于与大腿支撑杆31和膝关节中连接件33的连接；所述膝关节上连接板37在水平方向上具有两个安装孔，用于固定膝关节上连接件32。

所述膝关节中连接板310的上下两端分别具有第三弧形凹槽3101，第三弧形凸起371与膝关节中连接板310上端的第三弧形凹槽3101之间时刻存在弧形接触面，第三弧形凸起371能在膝关节中连接板310上端的第三弧形凹槽3101内转动。

所述膝关节下连接板36为上端具有第四弧形凸起361的不规则多边形，在竖直方向上具有两个连接孔，用于与膝关节中连接件33和膝关节下连接件34的连接；所述膝关节下连接板36在水平方向上具有多个安装孔，用于安装膝关节下连接件34和膝关节连接杆35，膝关节下连接件34和膝关节连接杆35之间无相对转动。

所述盘式电机28的型号为EC 90flat 607946，谐波减速器26的型号为LHSG-20-100，扭矩传感器24的型号为M2210E，伺服电机58的型号为60HSE 4N-D25。

所述绳驱动模块5还包括1号橡胶管卡帽52和2号橡胶管卡帽515，橡胶管510的一端通过1号橡胶管卡帽52与箱体12相连，另一端通过2号橡胶管卡帽515与大腿支撑杆31相连，由于使用时两个钢丝绳512一直处于拉紧状态，通过两个橡胶管卡帽可以对橡胶管510进行定位。

所述绳驱动模块5还包括多个导向轮513，多个导向轮513分别设置在膝关节下连接板36、膝关节上连接板37和膝关节中连接板310的两侧，钢丝绳512卡在导向轮513的一侧从而对钢丝绳512进行限位，避免与其他部件产生干涉。

本发明的工作原理和工作流程是：

将下肢外骨骼通过背部靠板11上的背带、大腿绑带38、小腿绑带39和脚部绑带47将下肢外骨骼穿戴在人身上，调节伸缩杆14深入套筒13内的长度以及大腿支架23深入大腿支撑杆31内的长度使下肢外骨骼与人的体型相匹配；

启动盘式电机28，其动力经谐波减速器26减速后传递至转接法兰25，转接法兰25带动扭矩传感器24转动，扭矩传感器24带动大腿支架23转动，使髋关节的旋转，从而实现大腿的屈伸；

启动伺服电机58，1号轴55与2号轴514的转向相反，使两个滚筒的转向也相反，从而使一根钢丝绳512伸长，另一根收缩；当缠绕在小滚筒59上的钢丝绳512收缩，缠绕在大滚筒53上的钢丝绳512伸长时，两根钢丝绳512带动膝关节下支撑板36与膝关节连接杆35一起逆时针转动，膝关节下支撑板36转动带动膝关节中连接件33、膝关节上连接板37和大腿支撑杆31绕各自的转动中心顺时针转动，使膝关节屈曲，实现抬腿，此时下肢外骨骼的膝关节处于柔性拉伸状态；当缠绕在小滚筒59上的钢丝绳512伸长，缠绕在大滚筒53上的钢丝绳512收缩时，两根钢丝绳512带动膝关节下支撑板36与膝关节连接杆35一起逆时针转动，膝关节下支撑板36转动带动膝关节中连接件33、膝关节上连接板37和大腿支撑杆31绕各自的转动中心逆时针转动，使膝关节伸展，实现迈步和腿着地，此时下肢外骨骼的膝关节处于柔性缩短状态；

下肢外骨骼的踝关节为被动关节，通过人体踝关节的跖屈与背屈来实现下肢外骨骼踝关节的跖屈与背屈；本发明通过下肢外骨骼左右侧关节的相互协调运动来辅助人行走。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种辅助行走的柔性下肢外骨骼，该下肢外骨骼包括腰部模块、髋关节模块、腿部模块、踝关节模块和绳驱动模块；所述腰部模块的两侧分别由上至下依次设置有髋关节模块、腿部模块和踝关节模块；所述绳驱动模块有两个，每个绳驱动模块的一部分设置在腰部模块中，另一部分与各自的腿部模块相连；其特征在于，

所述腿部模块包括大腿支撑杆、膝关节上连接件、膝关节中连接件、膝关节下连接件、膝关节连接杆、膝关节下连接板、膝关节上连接板、大腿绑带、小腿绑带和膝关节中连接板；所述大腿支撑杆的一端与大腿支架的一端固连，另一端与膝关节上连接板的一端相连，大腿支撑杆能相对于膝关节上连接板转动；膝关节中连接板与膝关节下连接板、膝关节上连接板均不固定，且时刻存在弧形接触面，膝关节中连接板外固定套接膝关节中连接件，膝关节中连接件的上下两端分别与膝关节上连接板、膝关节下连接板铰接；

大腿支撑杆的下端、膝关节上连接件、膝关节中连接件、膝关节下连接件及膝关节连接杆上部依次放置，且相互不固定时刻存在弧形接触面；膝关节上连接板上固定套接膝关节上连接件，膝关节上连接板的上下两端分别铰接大腿支撑杆的下端、膝关节中连接件的上端；膝关节下连接板上依次固定套接膝关节下连接件及膝关节连接杆上部，膝关节下连接件、膝关节下连接板、膝关节连接杆上部固定形成一个整体；

膝关节中连接件的长度大于膝关节中连接板，膝关节上连接件的长度小于膝关节上连接板，膝关节下连接件的长度小于膝关节下连接板。

2.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述绳驱动模块包括双轴承座、大滚筒、齿轮、1号轴、电机支架、电机、小滚筒、橡胶管、钢丝绳卡帽、钢丝绳和2号轴；所述双轴承座和电机支架固定在箱体内；所述双轴承座上分别安装有1号轴和2号轴，1号轴和2号轴上分别设置有齿轮；所述电机固定在电机支架上，电机的输出轴与1号轴相连；所述大滚筒固定在一个齿轮和双轴承座之间的1号轴上，小滚筒固定在另一个齿轮和双轴承座之间的2号轴上，大滚筒和小滚筒上分别缠绕有钢丝绳，两根钢丝绳的绕向相同；缠绕在大滚筒上的钢丝绳位于腿部模块的前侧，缠绕在小滚筒上的钢丝绳位于腿部模块的后侧；所述钢丝绳的一端通过钢丝绳卡帽固定在膝关节下连接板上；所述钢丝绳位于箱体之外与大腿支撑杆之间的部分套装有橡胶管。

3.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述髋关节模块包括髋关节连接件、套筒、大腿支架、扭矩传感器、转接法兰、谐波减速器、电机固定法兰和盘式电机；所述髋关节连接件的一端与腰部支撑杆固连，套筒分别与髋关节连接件和大腿支架的一端相连，大腿支架能相对于套筒转动；所述盘式电机通过电机固定法兰与谐波减速器的外壳相连，盘式电机的输出端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器的输出端与转接法兰固定；所述扭矩传感器分别与大腿支架的一端和转接法兰固定，扭矩传感器将动力传递至大腿支架。

4.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述大腿支撑杆的上端为方管，下端为开口的且具有第一弧形凸起的不规则壳体。

5.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述膝关节上连接件为上下两端呈开口的不规则壳体，其上端具有第一弧形凹槽。

6.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述膝关节中连接件为上下两端呈开口且具有第二弧形凸起不规则壳体；膝关节中连接件的两端具有两个连接孔，膝关节中连接件的两侧具有两个安装孔。

7.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述绳驱动模块还包括橡胶管卡帽，橡胶管的两端分别通过橡胶管卡帽与箱体和大腿支撑杆相连。

8.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述绳驱动模块还包括多个导向轮，多个导向轮分别设置在膝关节下连接板、膝关节上连接板和膝关节中连接板的两侧，通过导向轮对钢丝绳进行限位。