CN111168648B - 一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，包括四自由度关节自由度配置模块、尺寸调节模块、人机交互模块、传感系统模块和腰带板，所述尺寸调节模块包括腰部调节机构和腿部调节机构，所述腰带板对称设置于腰部调节机构的两端，所述四自由度关节自由度配置模块活动连接于腰带板的侧面底部，所述人机交互模块包括腰部连接机构和腿部连接机构，所述腰部连接机构活动连接于腰带板的侧面顶部，所述腿部调节机构连接于四自由度关节自由度配置模块的底部，所述腿部连接机构设置于腿部调节机构的底部。本发明具备良好的人机交互穿戴性能，并且能够减轻人体行走负担，具备较好的安全性能和平稳性能。

Description

一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人。

背景技术

随着现代机器人技术的快速发展，机器人已经不再局限于工业生产了，在服务、医疗、娱乐等许多领域涌现出了许多新型服务机器人，特别是在康复医疗领域。据推测，中国的老龄人口在二三十年后将会达到总人口的1/3。高龄人士行动不便，四肢的承重能力明显下降。尤其是下肢的行走能力变弱，通常情况下需要行走辅助的设备，目前辅助设备通常以四轮手扶椅，拐杖等为主。此外，在医院中，由于车祸和自身疾病引起的行动障碍人也有巨大的数量，从而也会造成医院工作人员资源紧张。因此，我国目前及未来一段时间内对行走辅助设备和康复医疗设备有着较强的需求。

可穿戴式外骨骼机器人目的在于能够根据使用者的运动意图，为使用者提供一定的助力支持,以此来减轻使用者自身负担。还会在康复领域用来取代康复治疗师对患者进行康复训练，提高康复训练的效率以及治疗效果。

在下肢康复机器人与穿戴者组成的人机一体化系统，其中髋关节起到了至关重要的作用，目前国内外对于髋关节外骨骼的研究已经取得了一些不错的进展，但是这存在一些问题，比如结构过于复杂，重量过重，以及外骨骼驱动部分体积过于庞大，并不适用于助行这一用途。对于助行机器人，需要的是助力过程中对人干扰小，人机交互舒适感强，安全性高等。

因此，针对助行需要专门研究一款轻量、通用性强、人机交互安全性高的外骨骼机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，具备良好的人机交互穿戴性能，并且能够减轻人体行走负担，具备较好的安全性能和平稳性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，包括四自由度关节自由度配置模块、尺寸调节模块、人机交互模块、传感系统模块和腰带板；

所述尺寸调节模块包括腰部调节机构和腿部调节机构，用于适应人体的形体差异性；

所述腰带板对称设置于腰部调节机构的两端；

所述四自由度关节自由度配置模块活动连接于腰带板的侧面底部，用于适应人体的运动形式；

所述四自由度关节自由度配置模块内置有柔性传动模块，用于保障人机交互的安全性；

所述人机交互模块包括腰部连接机构和腿部连接机构，用于人体与外骨骼助行机器人的连接；

所述腰部连接机构活动连接于腰带板的侧面顶部；

所述腿部调节机构连接于四自由度关节自由度配置模块的底部，所述腿部连接机构设置于腿部调节机构的底部；

所述传感系统模块主要用于外骨骼助行机器人各组成模块的数据信息采集与运行控制。

进一步的，所述四自由度关节自由度配置模块包括主动自由度机构和被动自由度机构，所述被动自由度机构固定连接于腰带板上，所述主动自由度机构转动连接于被动自由度机构的底部。

进一步的，所述主动自由度机构包括安装法兰、盘式电机、固定架、谐波减速器、第一曲柄、连杆、第二曲柄、第一转轴、第二转轴、绝对式编码器和柔性传动模块；

所述盘式电机固定于固定架的一侧，其输出轴端通过谐波减速器与第一曲柄的轴端传动连接；

所述第一转轴和第二转轴分别传动连接于柔性传动模块的两端，第一转轴的另一端与第二曲柄的轴端固定连接，第二转轴的另一端贯穿绝对式编码器并与腿部调节机构的顶部传动连接；

所述第一曲柄和第二曲柄通过连杆传动连接。

进一步的，所述柔性传动模块包括柔性扭簧外驱和柔性扭簧；

所述柔性扭簧外驱固定于第一转轴的输出端；

所述柔性扭簧为阿基米德螺旋线结构，其外侧端与柔性扭簧外驱固定连接、内侧端与第二转轴的输入端固定连接。

进一步的，所述被动自由度机构包括被动自由度连接件、被动自由度伸缩弹簧、关节移位限位柱；

所述被动自由度连接件的侧壁开设有弧形的关节移位限位槽，所述关节移位限位柱的端部滑动插入关节移位限位槽内；

所述被动自由度伸缩弹簧的外部设置有固定于主动自由度机构顶部的弹簧外壳，所述关节移位限位柱活动嵌入弹簧外壳内并与被动自由度伸缩弹簧的底部接触。

进一步的，所述腰部调节机构包括背板、滑动嵌装于背板内的卡槽板、固定于背板侧面上的支撑外壳；

所述支撑外壳的内壁上固定有导向块，导向块内活动插接有自锁压片，自锁压片与导向块之间设置有若干个预紧弹簧；

所述卡槽板的侧面设置有若干均匀阵列分布的卡槽，自锁压片的端部活动嵌入卡槽内。

进一步的，所述支撑外壳内转动连接有调节杠杆，支撑外壳的外壁活动连接有压缩纽扣；

所述调节杠杆的一端位于自锁压片靠近卡槽板的一侧、另一端与压缩纽扣位于支撑外壳内的一端活动接触。

进一步的，所述腿部调节机构包括上腿板、下腿板和腿部中间连接件；

所述上腿板的顶部转动连接于四自由度关节自由度配置模块输出端，所述腿部中间连接件的顶部与上腿板的底部固定连接，腿部中间连接件的底部与下腿板的顶部滑动连接。

进一步的，所述腰部连接机构包括滑动连接于腰带板顶部的腰部连接件、活动插接于腰部连接件顶部的腰部固定板；

所述腰部连接件可在腰带板上的滑槽所限范围内滑动，并可通过锁紧螺钉与腰带板紧固连接。

进一步的，所述腿部连接机构包括腿部固定盒、腿部连接件、绑带固定件；

所述腿部连接件的一端插接于腿部固定盒内、另一端与绑带固定件固定连接；

所述腿部连接件与腿部固定盒的连接处设置有橡胶垫。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过双曲柄机构将主动驱动自由度采用并联形式配置，这种配置形式可以有效减小外骨骼助行机器人在电机驱动下的横向宽度，使得外骨骼助行机器人在助力过程中对人体行走时手臂正常摆动的干扰大大降低；

2.本发明通过采用改变被动自由度机构中关节移位限位柱围绕被动关节转动中心的滑动的曲率半径，实现被动关节弹簧的压缩，使得助力过程中被动自由度的转动角度不易被外界不确定因素改变，提高了外骨骼助力机器人助力过程的稳定性；同时被动自由度转角转动角度被限制在固定范围内，防止可能发生的过大的外展/内收角位移对人体的损害，以提高外骨骼助行机器人与人交互时的安全性；

3.本发明通过腰部调节机构、腿部调节机构可实现外骨骼助行机器人整体尺寸的调整，以适应不同人体的形体差异性，使外骨骼助力机器人的通用性更强，扩大了外骨骼助力机器人的应用范围；

4.本发明通过设置基于阿基米德螺旋线的柔性传动装置，将此装置内置于四自由度关节自由度配置模块的动力传动系统中，以实现驱动力的柔性输出功能，避免结构之间的刚性碰撞，提升了外骨骼助行机器人在使用过程中的安全性能。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为所述腰部调节机构的立体结构示意图；

图3为图2中A部的放大结构示意图；

图4为所述被动自由度机构的立体结构示意图；

图5为所述被动自由度伸缩弹簧受力示意图；

图6为所述主动自由度机构的立体爆炸结构示意图；

图7为所述腰部连接机构的立体结构示意图；

图8为所述腿部调节机构的立体结构示意图；

图9所述腿部连接机构的立体结构示意图。

图中：1四自由度关节自由度配置模块、11主动自由度机构、110安装法兰、111盘式电机、112固定架、113谐波减速器、114第一曲柄、115连杆、116第二曲柄、117第一转轴、118第二转轴、119绝对式编码器、12被动自由度机构、121被动自由度连接件、122被动自由度伸缩弹簧、123关节移位限位柱、124关节移位限位槽、125弹簧外壳、2尺寸调节模块、21腰部调节机构、211背板、212卡槽板、213支撑外壳、214导向块、215自锁压片、216调节杠杆、217压缩纽扣、218预紧弹簧、219自锁环、22腿部调节机构、221上腿板、222下腿板、223腿部中间连接件、224连接螺栓、3人机交互模块、31腰部连接机构、311腰部连接件、312腰部固定板、313锁紧螺钉、32腿部连接机构、321腿部固定盒、322腿部连接件、323绑带固定件、324橡胶垫、325绑带、4传感系统模块、5柔性传动模块、51柔性扭簧外驱、52柔性扭簧、6腰带板、7背靠挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，包括四自由度关节自由度配置模块1、尺寸调节模块2、人机交互模块3、传感系统模块4和腰带板6。

所述尺寸调节模块2包括腰部调节机构21和腿部调节机构22，用于适应人体的形体差异性。如图2和图3所示，所述腰部调节机构21包括背板211、滑动嵌装于背板211内的卡槽板212、固定于背板211侧面上的支撑外壳213。

其中，支撑外壳213的内壁上固定有导向块214，导向块214内开设有导向孔，导向块214的导向孔内活动插接有自锁压片215。自锁压片215与导向块214之间设置有四个预紧弹簧218，预紧弹簧218的两端分别与自锁压片215、导向块214相互靠近的侧面固定连接，预紧弹簧218使自锁压片215远离导向块214而趋近卡槽板212。卡槽板212的侧面设置有若干个均匀阵列分布的卡槽，自锁压片215的端部在预紧弹簧218的推力作用下紧紧卡嵌入卡槽内，使得卡槽板212不能在背板211内左右滑动，实现自锁。通过向外拉动自锁压片215，使自锁压片215与卡槽分离，可使卡槽板212处于自由滑动状态，以实现卡槽板212的位置调节；松开自锁压片215，则自锁压片215的端部再次自动卡嵌于卡槽内，形成自锁。

优选的，卡槽的间距为6mm,因而所述腰部调节机构21的最小调节分度也为6mm。

进一步的，为便于自锁压片215的外拉及松放操作，支撑外壳213内转动连接有调节杠杆216，支撑外壳213的外壁活动连接有压缩纽扣217，且压缩纽扣217的外部套设有自锁弹簧，自锁弹簧的外部卡套有自锁环219。调节杠杆216的一端位于自锁压片215靠近卡槽板212的一侧、另一端与压缩纽扣217位于支撑外壳213内的一端活动接触。自锁环219的侧部设有开口，便于自锁环219在压缩纽扣217上的放置及取下。

当腰部调节机构21处于自锁状态时，位于支撑外壳213外部的自锁弹簧和自锁环219联合作用，使得压缩纽扣217卡死固定，不能向下按动。此时，所述调节杠杆216处于静止状态，因而所述自锁压片215在四个预紧弹簧218的作用下紧紧卡在所述卡槽板212的卡槽内，使得卡槽板212不能在背板211内左右滑动，形成自锁状态。当腰部调节机构21处于调节状态时，将所述自锁环219取下，然后按压压缩纽扣217，使得压缩纽扣217向内位移并带动调节杠杆216的一端向内移动，则而调节杠杆的另一端向外移动并推动自锁压片215压缩预紧弹簧218向上移动，使自锁压片215脱离卡槽板212的卡槽，此时卡槽板212可以在背板211内自由滑动。

优选的，腰部调节机构21内左、右两侧各配置一个卡槽板212及上述自锁机构。腰带板6为“L”型结构，并通过螺栓固定连接在卡槽板212的外端侧面上，且腰带板6的数量为两个，并对称设置于腰部调节机构21的两端，与腰部调节机构21构成“U”型结构。因此，可以通过双向或单向调节两个卡槽板212之间的距离实现外骨骼助行机器人的整体宽度的调整，以适应不同体型人群的使用需要。

所述四自由度关节自由度配置模块1活动连接于腰带板6的侧面底部，并对称分布于腰部调节机构21的两侧，用于适应人体的运动形式，具备主动自由度和被动自由度功能，其中主动自由度是与人体行走时大腿的摆动方向相适应的屈曲/伸展自由度，被动自由度是与人体腿部外展/内收运动相适应的自由度。

所述四自由度关节自由度配置模块1包括主动自由度机构11和被动自由度机构12，被动自由度机构12固定连接于腰带板6上。

如图4所示，所述被动自由度机构12包括被动自由度连接件121、被动自由度伸缩弹簧122、关节移位限位柱123。其中，每个腰带板6上配置有两个被动自由度连接件121；腰带板6的侧面开设有水平布置的腰型孔，被动自由度连接件121的顶部通过紧固螺栓实现在腰带板6内的位置移动和锁紧固定，从而调整被动自由度机构12在腰带板6上的位置，使四自由度关节自由度配置模块1可以与人体运动关节位置相匹配，防止因位置不匹配对人体造成的不适感与损伤。

被动自由度连接件121的侧壁开设有弧形的关节移位限位槽124，关节移位限位柱123的端部滑动插入关节移位限位槽124内。被动自由度伸缩弹簧122的外部设置有固定于主动自由度机构11顶部的弹簧外壳125，关节移位限位柱123活动嵌入弹簧外壳125内并与被动自由度伸缩弹簧122的底部接触。

如图5所示，关节移位限位柱123的初始位置位于关节移位限位槽124曲率半径最大处(图中所示Rmax点处)，因而当被动自由度机构12开展如图所示的外展(图中所示A方向)/内收(图中所示B方向)运动时，被动自由度伸缩弹簧122弹簧力F的作用始终使关节移位限位柱123向初始位置移动的趋势，使得被动自由度机构12具有自动复位的能力。

在所述被动自由度机构12外展/内收(与人体腿部外展/内收运动相适应的被动自由度)过程中，随着其外展/内收角度的逐渐增加，关节移位限位柱123在关节移位限位槽124内滑动，关节移位限位槽124曲线半径设计为较初始位置逐渐变小，因而关节移位限位柱123距离转动中心的距离逐渐减小，使得与关节移位限位柱123相关联的被动自由度伸缩弹簧122的逐渐被压缩。这样使得被动自由度机构12外展/内收的转动由于被动自由度伸缩弹簧122压缩量的增加逐渐变得困难，直至关节移位限位柱123到达关节移位限位槽124的边界(图中所示Lt1点、Lt2点)，彻底被阻挡，使得被动自由度机构12外展/内收的角度得以限制。

采用上述结构的优点在于：基于弹簧力的阻抗作用减少主动助力过程中灵活的被动自由度机构12对主动自由度机构11主动助力的干扰，提高助力过程的稳定性，同时外展、内收方向都有角度限位，能够防止可能发生的过大的外展/内收角位移对人体的损害，提高了助力过程中的安全性。

主动自由度机构11转动连接于被动自由度机构12的底部。如图6所示，所述主动自由度机构11包括盘式电机111、固定架112、谐波减速器113、第一曲柄114、连杆115、第二曲柄116、第一转轴117、第二转轴118、绝对式编码器119和柔性传动模块5。其中，固定架112的顶部转动连接于被动自由度机构12中被动自由度连接件121的底部。

具体的，盘式电机111通过安装法兰110螺栓连接固定安装于固定架112的内侧，谐波减速器113通过安装法兰110螺栓连接固定于固定架112的外侧，盘式电机111的输出轴端通过谐波减速器113与第一曲柄114的轴端传动连接。第一转轴117和第二转轴118的首先与盘式电机111的轴线位于同一水平面内。第一转轴117和第二转轴118分别传动连接于柔性传动模块5的两端，第一转轴117的另一端与第二曲柄116的轴端固定连接，第二转轴118的另一端贯穿绝对式编码器119并与腿部调节机构22的顶部传动连接。第一曲柄114和第二曲柄116通过连杆115传动连接，形成双曲柄机构。

所述第二转轴118的输出端为花键轴，其通过花键连接与腿部调节机构22的顶部固定连接，从而带动腿部调节机构22做外骨骼主动自由度的屈曲/伸展运动。绝对式编码器119通过编码器固定架固定于固定架112上。

如图6所示，所述柔性传动模块5包括柔性扭簧外驱51和柔性扭簧52，柔性扭簧外驱51通过花键连接固定于第一转轴117的输出端。柔性扭簧52为阿基米德螺旋线结构，其外侧端与柔性扭簧外驱51嵌装式固定连接、内侧端与第二转轴118的输入端嵌装式固定连接。所述柔性扭簧52的侧面设置有电机编码器(图中未示出)，电机编码器与绝对式编码器119相配合可测得柔性扭簧52在两侧的转角差，进而根据柔性扭簧52刚度可以计算柔性驱动模块输出扭矩，便于输出力矩的测量监控。

在四自由度关节自由度配置模块1内置有柔性传动模块5，用于保障人机交互的安全性。通过柔性传动模块5将电机驱动机构输出的刚性输出力矩，转化为经柔性驱动模块输出的柔性输出力矩，使得助力过程中克服了传统外骨骼装置刚性输出由于刚度大、易造成碰撞而存在安全性差的缺点。

主动自由度机构11的传动过程为：转动力矩通过盘式电机111传递到谐波减速器113的波发生器上，然后通过谐波减速器113的柔轮输出传递到第一曲柄114上，通过双曲柄机构将力矩传递到第二曲柄116；转动力矩再通过第二曲柄116带动第一转轴117，第一转轴117通过花键连接传递力矩到柔性扭簧外驱51上，再由柔性扭簧52传递到第二转动轴118上，达到力矩柔性输出的目的。

主动自由度机构采用上述结构的优点在于：扭矩传递采用基于双曲柄机构的并联配置，结构紧凑，减少了助力行走过程中对人体手臂自然摆动造成阻碍所带来的不便感；使得主动自由度机构横向长度变为原来一半，克服了目前多数电机驱动髋关节外骨骼助力装置穿戴于人体所造成的不便感，提高了穿戴的舒适性。

人机交互模块3用于人体与助行机器人的连接，包括腰部连接机构31和腿部连接机构32，用于外骨骼助力机器人与人体之间的连接。

腰部连接机构31活动连接于腰带板6的侧面顶部。如图7所示，所述腰部连接机构31包括滑动连接于腰带板6顶部的腰部连接件311、活动插接于腰部连接件311顶部的腰部固定板312。腰带板6的侧面顶部开设有水平的腰型孔，腰部连接件311的底部嵌入腰型孔内，使腰部连接件311可在腰型孔内滑动，具备位置调节功能。腰部连接件311的顶部设置有锁紧螺钉313，通过锁紧螺钉313实现腰部连接件311在腰带板6上的紧固连接。

腰部固定板312为根据人体腰部尺寸设计，设置有四块弧形板的柔性板，能够很好的与人体腰部贴合。腰部连接件311的内侧顶部设置有插接槽口，腰部固定板312的外侧底部活动插接于插接槽口内。腰部连接机构31整体为可拆卸式结构，且在腰带板6上可拆卸，便于根据实际的使用需求进行更换。

优选的，在腰部调节机构21的背板211内侧顶部转动连接有弧形结构的背靠挡板7，用于人体腰部背面的定位和防护。背靠挡板7的背面转动连接有连接杆，连接杆的底端与背板211的顶部转动连接，且在连接处设置扭簧，使背靠挡板7能够自动与腰部背面相适应，且具备自动复位的功能。

所述腿部调节机构22连接于四自由度关节自由度配置模块1的底部。如图8所示，所述腿部调节机构22包括上腿板221、下腿板222和腿部中间连接件223。

上腿板221的顶部转动连接于四自由度关节自由度配置模块1输出端，具体的，上腿板221的顶部通过花键连接固定于第二转轴118的输出轴端。第二转轴118输出的转动力矩带动上腿板221做与人体外骨骼主动自由度相对应的屈曲/伸展运动。腿部中间连接件223的顶部与上腿板221的底部通过螺栓固定连接。

腿部中间连接件223的底部与下腿板222的顶部滑动连接，具体的，腿部中间连接件223的底部设置有插接口，下腿板222的顶部活动插入插接口内；腿部中间连接件223的侧面底部连接有两个垂向分布的连接螺栓224，下腿板222的侧面顶部开设有垂向设置的腰型孔，两个连接螺栓224位于腰型孔内，使下腿板222可在腿部中间连接件223内上、下移动，并通过连接螺栓224上的螺母使下腿板222紧固在腿部中间连接件223上，从而实现通过调节腿部调节机构22的整体长度来适应不同人体的腿部长度。

所述腿部连接机构32设置于腿部调节机构22的底部。如图9所示，所述腿部连接机构32包括腿部固定盒321、腿部连接件322、绑带固定件323。

腿部固定盒321通过螺栓连接固定于下腿板22的内侧底部。腿部连接件322的一端插接固定于腿部固定盒321内、另一端与绑带固定件323粘结固定连接。绑带固定件323上设置有绑带325，用于腿部连接机构32与人体腿部的绑定连接。

优选的，腿部连接件322与腿部固定盒321的连接处设置有橡胶垫325，使得腿部固定盒321与腿部连接件322之间为柔性连接，能够减弱二者之间的碰撞力，从而有效减少人机交互过程中对人体造成的损伤。

传感系统模块4用于外骨骼助行机器人各组成模块的控制。本实施例中，传感系统模块4包括背部电源及控制器安装包、人体惯性传感器安装包(图中未显示)、足底压力传感器安装包(图中未显示)。其中，背部电源及控制器安装包安装于所述腰部调节机构21的顶部外侧，其通过滑槽嵌装的方式安装于支撑外壳213的顶部，可以滑动拆卸。所述惯性传感器安装包安装于上腿板221上，用于测量人体腿部运动过程中，腿部连接机构32转动过程中的角度、角速度及角加速度。所述足底压力传感器安装包放置于使用者的足底，用于测量行走过程中足底压力的变化。通过上述安装传感器配置测量人体角度信息、足底压力信息，为外骨骼助力机器人提供人体运动意图信息，便于通过数据的采集、分析为助力控制提供决策依据。

上述传感系统模块4中，背部电源及控制器安装包内设置有电源模块、控制器模块，惯性传感器安装包内设置有惯性传感器，足底压力传感器安装包内设置有压力传感器，惯性传感器和压力传感器均与控制器模块电性连接，具体的连接方式、数据采集和分析方式均为现有技术，此处不作赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：包括四自由度关节自由度配置模块(1)、尺寸调节模块(2)、人机交互模块(3)、传感系统模块(4)和腰带板(6)；

所述尺寸调节模块(2)包括腰部调节机构(21)和腿部调节机构(22)，用于适应人体的形体差异性；

所述腰带板(6)对称设置于腰部调节机构(21)的两端；

所述四自由度关节自由度配置模块(1)活动连接于腰带板(6)的侧面底部，用于适应人体的运动形式；

所述四自由度关节自由度配置模块(1)内置有柔性传动模块(5)，用于保障人机交互的安全性；

所述四自由度关节自由度配置模块(1)包括主动自由度机构(11)和被动自由度机构(12)，所述被动自由度机构(12)固定连接于腰带板(6)上，所述主动自由度机构(11)转动连接于被动自由度机构(12)的底部；

所述主动自由度机构(11)包括安装法兰(110)、盘式电机(111)、固定架(112)、谐波减速器(113)、第一曲柄(114)、连杆(115)、第二曲柄(116)、第一转轴(117)、第二转轴(118)、绝对式编码器(119)和柔性传动模块(5)；

所述盘式电机(111)通过安装法兰(110)固定于固定架(112)的一侧，其输出轴端通过谐波减速器(113)与第一曲柄(114)的轴端传动连接；

所述第一转轴(117)和第二转轴(118)分别传动连接于柔性传动模块(5)的两端，第一转轴(117)的另一端与第二曲柄(116)的轴端固定连接，第二转轴(118)的另一端贯穿绝对式编码器(119)并与腿部调节机构(22)的顶部传动连接；

所述第一曲柄(114)和第二曲柄(116)通过连杆(115)传动连接；

所述人机交互模块(3)包括腰部连接机构(31)和腿部连接机构(32)，用于人体与外骨骼助行机器人的连接；

所述腰部连接机构(31)活动连接于腰带板(6)的侧面顶部；

所述腿部调节机构(22)连接于四自由度关节自由度配置模块(1)的底部，所述腿部连接机构(32)设置于腿部调节机构(22)的底部；

所述传感系统模块(4)用于外骨骼助行机器人各组成模块的数据信息采集与运行控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述柔性传动模块(5)包括柔性扭簧外驱(51)和柔性扭簧(52)；

所述柔性扭簧外驱(51)固定于第一转轴(117)的输出端；

所述柔性扭簧(52)为阿基米德螺旋线结构，其外侧端与柔性扭簧外驱(51)固定连接、内侧端与第二转轴(118)的输入端固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述被动自由度机构(12)包括被动自由度连接件(121)、被动自由度伸缩弹簧(122)、关节移位限位柱(123)；

所述被动自由度连接件(121)的侧壁开设有弧形的关节移位限位槽(124)，所述关节移位限位柱(123)的端部滑动插入关节移位限位槽(124)内；

所述被动自由度伸缩弹簧(122)的外部设置有固定于主动自由度机构(11)顶部的弹簧外壳(125)，所述关节移位限位柱(123)活动嵌入弹簧外壳(125)内并与被动自由度伸缩弹簧(122)的底部接触。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述腰部调节机构(21)包括背板(211)、滑动嵌装于背板(211)内的卡槽板(212)、固定于背板(211)侧面上的支撑外壳(213)；

所述支撑外壳(213)的内壁上固定有导向块(214)，导向块(214)内活动插接有自锁压片(215)，自锁压片(215)与导向块(214)之间设置有若干个预紧弹簧(218)；

所述卡槽板(212)的侧面设置有若干均匀阵列分布的卡槽，自锁压片(215)的端部活动嵌入卡槽内。

5.根据权利要求4所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述支撑外壳(213)内转动连接有调节杠杆(216)，支撑外壳(213)的外壁活动连接有压缩纽扣(217)；

所述调节杠杆(216)的一端位于自锁压片(215)靠近卡槽板(212)的一侧、另一端与压缩纽扣(217)位于支撑外壳(213)内的一端活动接触。

6.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述腿部调节机构(22)包括上腿板(221)、下腿板(222)和腿部中间连接件(223)；

所述上腿板(221)的顶部转动连接于四自由度关节自由度配置模块(1)输出端，所述腿部中间连接件(223)的顶部与上腿板(221)的底部固定连接，腿部中间连接件(223)的底部与下腿板(222)的顶部滑动连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述腰部连接机构(31)包括滑动连接于腰带板(6)顶部的腰部连接件(311)、活动插接于腰部连接件(311)顶部的腰部固定板(312)；

所述腰部连接件(311)通过锁紧螺钉与腰带板(6)紧固连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的四自由度髋关节外骨骼助行机器人，其特征在于：所述腿部连接机构(32)包括腿部固定盒(321)、腿部连接件(322)、绑带固定件(323)；

所述腿部连接件(322)的一端插接于腿部固定盒(321)内、另一端与绑带固定件(323)固定连接；

所述腿部连接件(322)与腿部固定盒(321)的连接处设置有橡胶垫(324)。

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