CN114474021A - 一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，属于外骨骼机器人技术领域，包括背部组件、髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、足部部件、踝关节部件、浮动绑缚装置和传动‑驱动系统。本发明具有以下有益效果：驱动系统集成在腰部一定程度上实现设备的轻量化，减小关节偏转惯量，通过绳索传递动力传输力矩大、传动平稳。关节处采用刚柔混合限位的形式，减小刚性冲击，防止电机误转对使用者造成二次伤害，限位弹簧在受压时储能，回弹的恢复力起省力作用。大腿、小腿和髋关节尺寸可连续调节，适用于不同身材的使用者，穿戴通用性强。关节自由度的设定符合人体实际情况，保证外骨骼与使用者运动的一致性，增加运动的灵活性。

Description

一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，具体为一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人。

背景技术

人口老龄化问题是中国乃至世界广泛关注的社会性问题之一，伴随着老龄化的日益加剧，高龄人群由于生理机能老化或脑卒等疾病导致的下肢功能衰退给他们的生活造成了极大的困扰。有限的医疗资源和传统的康复器械已经不能够满足该类人群你对于健康的需求，市场上迫切需求一种装置来增强他们的下肢运动能力，辅助他们进行科学的康复训练。

随着现代科技的不断进步和人们对健康需求的增加，下肢外骨骼技术作为机械、电子、仿生学、人机交互、人机工程学等交叉融合的学科，近年来得到了较好的发展，其目的是研发对下肢功能障碍者进行行走能力评估、诊断、恢复、及增强的设备。下肢外骨骼在医疗领域可弥补传统康复方式的不足之处，康复效果良好。此外，在军事、工业生产等领域下肢外骨骼都有着广阔的发展前景。下肢外骨骼技术是近年来国内外学者在机器人领域研究的热点。

受多方面因素的限制，目前下肢外骨骼机器人研发和使用成本仍较高，结构设计方面，关节端电机直接驱动和齿轮传动使得下肢运动偏转惯量大、传输力矩短、关节重量和复杂程度增加。为了降低控制难度而减少关节自由度的方法使得人机匹配度降低，穿戴舒适性差。大部分外骨骼刚性关节的设计极易对使用者造成二次伤害。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，可有效的解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人包括背部组件、髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、足部部件、踝关节部件、浮动绑缚装置和传动-驱动系统，所述背部组件位于髋关节部件上方，所述大腿部件、膝关节部件、小腿部件、踝关节部件和足部部件依次连接于髋关节部件下方，所述浮动绑缚装置位于大腿部件和小腿部件内侧，所述传动-驱动系统位于髋关节部件后方，外骨骼整体为左右对称结构。

进一步，所述背部组件包括背带、背板、背部连接板、背架、铰链轴和扭簧，所述背带固定在背板前端面左右两侧，所述背架安装在背板后部用于承载重物，所述背架边缘设有通孔用于穿过绳索捆扎重物，所述背板下部设有两排螺纹孔，所述背部连接板设有四列通孔，所述背板与所述背部连接板通过螺栓连接，所述背部连接板与髋关节基座通过铰链轴连接，所述扭簧套于铰链轴上，所述扭簧两收口端分别卡在背部连接板与髋关节基座卡槽内，所述背部连接板下部与髋关节基座上部为凸台结构，所述背部连接板凸台设有通孔，所述髋关节基座凸台设有螺纹孔，二者可通过螺栓锁定，所述背部连接板、髋关节基座、铰链轴和扭簧构成异型弹簧铰链结构。

进一步，所述髋关节部件主要包括髋关节基座、宽度调整版、外展/内敛模块、外旋/内旋模块、长度调整板基座、长调整板和屈曲/伸展模块。

进一步，所述外展/内敛模块主要包括，轴承端盖一、宽度调整板末端、滚动轴承一、髋关节限位板一、髋关节限位弹簧一、髋关节连接轴一和髋关节夹板二，所述髋关节夹板二中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，所述宽度调整板末端为圆形结构，中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板二内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，所述髋关节限位板一首端为圆形结构，中心设有通孔，两侧设有与髋关节夹板二内侧凹槽等直径凹槽，凹槽外围一侧设有弧形通孔，一侧在对称位置设有限位柱，所述髋关节限位板一两侧分别与髋关节夹板二内侧和宽度调整板末端内侧贴合，所述髋关节夹板二与宽度调整板末端通过螺栓锁定，所述滚动轴承一有两个，分别与髋关节限位板一两侧凹槽、髋关节夹板二内侧凹槽和宽度调整板末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板一两限位柱分别在髋关节夹板二弧形通孔和宽度调整板末端弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板二弧形凸起在髋关节限位板一弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧一有两个，安装在髋关节限位板一弧形通孔内，在髋关节夹板二弧形凸起两侧受压，所述轴承端盖一分别安装在髋关节夹板二外侧凹槽和宽度调整板末端外侧凹槽内，所述髋关节夹板二、髋关节限位板一、宽度调整板末端的通孔和滚动轴承一内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴一连接。

进一步，所述髋关节限位板一限位柱在髋关节夹板二弧形通孔和宽度调整板末端弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板二和宽度调整板末端发生干涉，从而限制髋关节转动，髋关节在外展/内敛自由度上发生正负两个方向的运动。

进一步，所述外旋/内旋模块主要包括髋关节夹板一和髋关节限位板一末端，所述髋关节限位板一末端设有连接柱，所述髋关节夹板一为两块对称结构，通过螺栓连接，前端为弧形凸起结构，该凸起结构由一劣弧端面和和两个与劣弧端面相割的水平端面构成，所述髋关节夹板一中心设有与髋关节限位板一末端连接柱等直径的通孔，所述髋关节夹板一通过通孔与所述髋关节限位板一连接，所述通孔与所述连接柱为间隙配合，所述髋关节夹板一绕连接柱转动，前端弧形突起结构起限位作用。

进一步，所述屈曲/伸展模块结构与外展/内敛模块结构相似，包括轴承端盖二、髋关节夹板三、滚动轴承二、髋关节限位板二、髋关节限位弹簧二、轴承端盖三、髋关节连接轴二和连接键一，所述髋关节夹板三中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围上端设有弧形通孔，所述长度调整板末端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板三内侧凹槽等直径，所述髋关节限位板二中心设有通孔，内外两侧设有与髋关节夹板三内侧等直径凹槽，凹槽外围下端设有弧形通孔，贴近腿杆侧设有限位柱，所述髋关节限位板二两侧分别与髋关节夹板三内侧和长度调整板末端内侧贴合，所述髋关节夹板三与长度调整板末端通过螺栓连接，所述滚动轴承二有两个，分别与髋关节限位板二两侧凹槽、髋关节夹板三内侧凹槽和长度调整板末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板二限位柱在髋关节夹板三弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板三弧形凸起在髋关节限位板二弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧二有两，安装在髋关节限位板二弧形通孔内，在髋关节夹板三凸起两侧受压，所述轴承端盖二安装在髋关节夹板三外侧凹槽内，所述轴承端盖三中心设有通孔，安装在长度调整板末端外侧凹槽内，所述髋关节连接轴二为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖三、长度调整板末端、髋关节限位板二、髋关节夹板三的通孔和滚动轴承二内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴二连接，所述髋关节连接轴二设有键的一端与髋关节限位板二键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键一与髋关节索盘卡合。

进一步，所述髋关节限位板二限位柱在所述髋关节夹板三弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板三发生干涉，限制髋关节转动，从而阻止大腿部件的摆动，髋关节在屈曲/伸展自由度上发生正负两个方向的运动。

进一步，所述大腿部件为长度可调节结构，通过螺栓与髋关节部件连接，包括大腿内撑杆和大腿外撑杆，所述大腿外撑杆截面为U型结构，所述大腿内撑杆截面为方形结构，大腿内撑杆可在U型大腿外撑杆内滑动，所述大腿外撑杆设有一列螺纹孔，所述大腿内撑杆设有条形通孔，螺栓穿过大腿内撑杆条形通孔旋入大腿外撑杆螺纹孔，将所述大腿内撑杆和大腿外撑杆锁定。

进一步，所述膝关节部件主要包括膝关节连接轴、连接键二、轴承端盖四、膝关节夹板、膝关节限位弹簧、滚动轴承三和轴承端盖五，所述膝关节夹板中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，所述大腿外撑杆下端为圆形结构，中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与膝关节夹板内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，小腿内撑杆上端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有与膝关节夹板内侧等直径凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，贴近腿杆内侧端面设有限位柱，小腿内撑杆上端两侧分别与膝关节夹板内侧和大腿外撑杆下端内侧贴合，所述膝关节夹板与所述大腿外撑杆下端通过螺栓连接，所述滚动轴承三有两个，分别与小腿内撑杆两侧凹槽、膝关节夹板内侧凹槽和大腿外撑杆下端内侧凹槽过盈配合，所述小腿内撑杆上端限位柱在大腿外撑杆下端弧形通孔内滑动，所述大腿外撑杆下端凸起在小腿内撑杆上端弧形通孔内滑动，所述膝关节限位弹簧安装在小腿内撑杆上端弧形通孔内，受大腿外撑杆下端凸起挤压，所述轴承端盖四安装在大腿外撑杆下端外侧凹槽内，所述轴承端盖五中心设有通孔，安装在膝关节夹板外侧凹槽内，所述膝关节连接轴为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖五、膝关节夹板、小腿外撑杆上端、大腿外撑杆下端的通孔和滚动轴承三内径为同轴心等直径圆，通过膝关节连接轴连接，所述膝关节连接轴设有键的一端与所述小腿内撑杆上端键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键二与膝关节索盘卡合。

进一步，所述小腿内撑杆上端限位柱在所述大腿外撑杆下端弧形通孔内滑动到极限角度，与大腿内撑杆下端发生干涉，限制膝关节的转动，从而阻止小腿部件的摆动，膝关节在屈曲/伸展自由度上仅发生负向运动。

进一步，所述小腿部件为长度可调结构，包括小腿内撑杆和小腿外撑杆，小腿杆与大腿杆结构相似，所述小腿内撑杆可在U型小腿外撑杆内滑动，螺栓穿过小腿内撑杆条形通孔旋入小腿外撑杆螺纹孔，将所述小腿内撑杆和小腿外撑杆锁定。

进一步，所述足部部件包括足板、足部盖板、足部连接件、足部绑带、足部绑带卡扣和压力传感器，所述足部连接件固定在足板内侧，所述压力传感器固定在足板凹槽内，所述足部盖板嵌入足板覆盖在压力传感器上方，所述足部绑带卡扣固定在足板靠近前脚掌端两侧，所述柔性足部绑带两端分别穿过足部绑带卡扣与足板连接。

进一步，所述踝关节部件包括踝关节连接件一、踝关节限位柱、踝关节连接轴一、踝关节连接件二和踝关节连接轴二，所述踝关节部件通过踝关节连接件一与小腿外撑杆下端连接，所述小腿外撑杆下端为圆柱状套管结构，所述小腿外撑杆下端设有弧形通孔，所述踝关节连接件一上端为圆柱状结构，外侧钻有螺纹孔，所述踝关节限位柱末端车有外螺纹，所述小腿外撑杆下端套于踝关节连接件一上端外部，所述踝关节连接柱穿过小腿外撑杆下端弧形通孔旋入踝关节连接件一上端，踝关节限位柱起连接和限位作用，所述踝关节连接件二上端为弧形突起结构，该凸起结构由一弧形面和两个与弧形面相割的水平面构成，所述踝关节连接件一下端为U型结构，该U型结构凹陷的端面为一平面结构，所述踝关节连接件二弧形凸起在U型凹陷端面上滚动，当凸起结构的水平面与U型结构端面发生干涉时，踝关节在该自由度上的运动达到极限位置，所述踝关节连接件一与所述踝关节连接件二通过踝关节连接轴一连接，所述踝关节连接件二下端通过踝关节连接轴二与足部连接件连接，屈曲/伸展运动为人体下肢运动过程中踝关节的主运动，为了保证踝关节运动的灵活性，在该自由度上不设置限位结构。

进一步，所述浮动绑缚装置包括平衡弹簧、双头螺纹连接杆、绑带固定板、绑带卡扣、绑带、传感器盖板和角位移传感器，所述绑带固定板外侧设有凸台，所述凸台设有两个通孔，所述大腿外撑杆和小腿外撑杆外侧均设有四个开有通孔的连接柱，所述绑带固定板与腿杆通过双头螺纹连接杆连接，两端用螺母拧紧，所述绑带固定板与腿杆两端连接柱间留有一定调节余量，所述平衡弹簧安装在绑带固定板与腿杆连接柱之间，套于所述双头螺纹连接杆外部，所述截面为圆劣弧的绑带固定板主板是高刚度薄板结构，所述绑带卡扣固定在绑带固定板两侧，所述柔性绑带两端分别穿过两侧绑带卡扣用于绑缚使用者下肢，所述角位移传感器安装在绑带固定板与人体下肢接触侧凹槽内，所述传感器盖板嵌入绑带固定板覆盖在角位移传感器外侧。

进一步，所述传动-驱动系统包括传动模块、驱动模块、电机固定架和电源，所述电机固定架通过螺栓固定在髋关节基座后部，所述电源安装在电机固定架后部，所述驱动模块和所述传动模块各四组，分别驱动髋关节和膝关节的屈曲/伸展运动，所述驱动模块包括止动螺母、电机端索盘、减速器固定板、减速器和伺服电机，所述伺服电机输出轴连接减速器，所述减速器通过减速器固定板安装在电机固定板上，所述减速器输出轴末端车有螺纹，所述电机端索盘安装在减速器输出轴上，通过止动螺母限制其轴线方向的运动，所述传动模块包括套管、紧定接头、关节端紧定接头固定板、绳索、索盘端盖、索盘固定架、关节端索盘和电机端紧定接头固定板，所述关节端索盘中间设有通孔，通孔上端开有键槽，索盘两端面开有水平槽，水平槽末端设有绳索固定柱，索盘通过关节连接轴和连接键与屈曲/伸展关节同步转动，所述索盘固定架安装在屈曲/伸展关节外侧，所述索盘端盖通过螺栓固定在索盘固定架外侧，所述绳索在电机端整周环绕在电机端索盘上，在关节端一条绳索顺时针绕索盘半周固定在一端面固定柱上，一条逆时针绕索盘半周固定另一端面固定柱上，所述关节端紧定接头固定板安装在屈曲/伸展关节上部，所述电机端紧定接头固定板安装在电机固定架两侧，所述紧定接头安装在紧定接头固定板上，所述紧定接头和紧定接头固定板保证绳索以相切方向绕上索盘，所述套管包覆在绳索外侧。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：驱动系统集成在腰部一定程度上实现设备的轻量化，缩小关节结构，减小关节的运动偏转惯量，通过绳索传递动力传输力矩大、传动平稳。关节处采用刚柔混合限位形式，减小刚性冲击，防止电机误转对使用者造成二次伤害，起到安全保护作用，同时限位弹簧在受压时储能，回弹的恢复力起到省力作用。浮动绑缚装置提供辅助连接，柔性绑带方便穿脱、穿着舒适。大腿部件、小腿部件和髋关节部件尺寸可连续调节，适用于不同身材的使用者，无需专门定制，穿戴通用性强，降低制造成本。整体造型和关节自由度的设定采用拟人化设计，保证外骨骼与人体运动的一致性，增加运动的灵活性和穿戴的舒适性。

附图说明

图1、图2和图3为本发明的不同视角结构示意图。

图4为本发明的背部组件结构示意图。

图5为本发明的髋关节部件结构示意图。

图6为本发明的髋关节局部分解视图一。

图7为本发明的髋关节局部分解视图二。

图8为本发明的髋关节局部分解视图三。

图9为本发明的大腿部件结构示意图。

图10为本发明的膝关节部件分解视图。

图11为本发明的小腿部件结构示意图。

图12为本发明的足部部件结构示意图。

图13为本发明的踝关节部件分解视图。

图14和图15为本发明的浮动绑缚装置不同视角结构示意图。

图16和图17为本发明的传动-驱动系统不同视角结构示意图。

图18为本发明的关节端索盘结构示意图。

图中，背部组件1，髋关节部件2，大腿部件3，膝关节部件4，小腿部件5，足部部件6，踝关节部件7，浮动绑缚装置8，传动-驱动系统9，背带11，背板12，背部连接板13，背架14，铰链轴15，扭簧16，髋关节基座201，髋关节夹板一202，长度调整板基座203，长度调整板204，轴承端盖一205，宽度调整板206，滚动轴承一207，髋关节限位板一208，髋关节限位弹簧一209，髋关节连接轴一210，髋关节夹板二211，轴承端盖二212，髋关节夹板三213，滚动轴承二214，髋关节限位板二215，髋关节限位弹簧二216，轴承端盖三217，髋关节连接轴二218，连接键一219，大腿内撑杆31，大腿外撑杆32，膝关节连接轴41，连接键二42，轴承端盖四43，膝关节夹板44，膝关节限位弹簧45，滚动轴承三46，轴承端盖五47，小腿内撑杆51，小腿外撑杆52，足板61，足部盖板62，足部连接件63，足部绑带64，足部绑带卡扣65，压力传感器66，踝关节连接件一71，踝关节限位柱72，踝关节连接轴一73，踝关节连接件二74，踝关节连接轴二75，平衡弹簧81，双头螺纹连接杆82，绑带固定板83，绑带卡扣84，绑带85，传感器盖板86，角位移传感器87，止动螺母901，电机端索盘902，减速器固定板903，减速器904，伺服电机905，电机固定架906，电源907，套管908，紧定接头909，关节端紧定接头固定板910，绳索911，索盘端盖912，索盘固定架913，关节端索盘914，电机端紧定接头固定板915。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图18所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，包括背部组件1、髋关节部件2、大腿部件3、膝关节部件4、小腿部件5、足部部件6、踝关节部件7、浮动绑缚装置8和传动-驱动系统9，所述背部组件1位于髋关节部件2上方，所述大腿部件3、膝关节部件4、小腿部件5、踝关节部件7和足部部件6依次连接于髋关节部件2下方，所述浮动绑缚装置8位于大腿部件3和小腿部件5内侧，所述传动-驱动系统9位于髋关节部件2后方，外骨骼整体为左右对称结构。

具体地，所述背部组件1包括背带11、背板12、背部连接板13、背架14、铰链轴15和扭簧16，所述背带11固定在背板12前端面左右两侧，所述背架14安装在背板12后部用于承载重物，所述背架14边缘设有通孔用于穿过绳索捆扎重物，所述背板12下部设有两排螺纹孔，所述背部连接板13设有四列通孔，所述背板12与所述背部连接板13通过螺栓连接，所述背部连接板13与髋关节基座201通过铰链轴15连接，所述扭簧16套于铰链轴15上，所述扭簧16两收口端分别卡在背部连接板13与髋关节基座201卡槽内，所述背部连接板13下部与髋关节基座201上部为凸台结构，所述背部连接板13凸台设有通孔，所述髋关节基座201凸台设有螺纹孔，二者可通过螺栓锁定，所述背部连接板13、髋关节基座201、铰链轴15和扭簧16构成异型弹簧铰链结构。

具体地，所述髋关节部件2主要包括髋关节基座201、宽度调整版206、外展/内敛模块、外旋/内旋模块、长度调整板基座203、长调整板204和屈曲/伸展模块。

具体地，所述外展/内敛模块主要包括，轴承端盖一205、宽度调整板206末端、滚动轴承一207、髋关节限位板一208、髋关节限位弹簧一209、髋关节连接轴一210和髋关节夹板二211，所述髋关节夹板二211中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，所述宽度调整板206末端为圆形结构，中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板二211内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，所述髋关节限位板一208首端为圆形结构，中心设有通孔，两侧设有与髋关节夹板二211内侧凹槽等直径凹槽，凹槽外围一侧设有弧形通孔，一侧在对称位置设有限位柱，所述髋关节限位板一208两侧分别与髋关节夹板二211内侧和宽度调整板206末端内侧贴合，所述髋关节夹板二211与宽度调整板206末端通过螺栓锁定，所述滚动轴承一207有两个，分别与髋关节限位板一208两侧凹槽、髋关节夹板二211内侧凹槽和宽度调整板206末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板一208两限位柱分别在髋关节夹板二211弧形通孔和宽度调整板206末端弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板二211弧形凸起在髋关节限位板一208弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧一209有两个，安装在髋关节限位板一208弧形通孔内，在髋关节夹板二211弧形凸起两侧受压，所述轴承端盖一205分别安装在髋关节夹板二211外侧凹槽和宽度调整板206末端外侧凹槽内，所述髋关节夹板二211、髋关节限位板一208、宽度调整板206末端的通孔和滚动轴承一205内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴一210连接。

具体地，所述髋关节限位板一208限位柱在髋关节夹板二211弧形通孔和宽度调整板206末端弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板二211和宽度调整板206末端发生干涉，从而限制髋关节转动，髋关节在外展/内敛自由度上发生正负两个方向的运动。

具体地，所述外旋/内旋模块主要包括髋关节夹板一202和髋关节限位板一208末端，所述髋关节限位板一208末端设有连接柱，所述髋关节夹板一202为两块对称结构，通过螺栓连接，前端为弧形凸起结构，该凸起结构由一劣弧端面和和两个与劣弧端面相割的水平端面构成，所述髋关节夹板一202中心设有与髋关节限位板一208末端连接柱等直径的通孔，所述髋关节夹板一202通过通孔与所述髋关节限位一208板连接，所述通孔与所述连接柱为间隙配合，所述髋关节夹板一202绕连接柱转动，前端弧形突起结构起限位作用。

具体地，所述屈曲/伸展模块结构与外展/内敛模块结构相似，包括轴承端盖二212、髋关节夹板三213、滚动轴承二214、髋关节限位板二215、髋关节限位弹簧二216、轴承端盖三217、髋关节连接轴二218和连接键一219，所述髋关节夹板三213中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围上端设有弧形通孔，所述长度调整板204末端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板三213内侧凹槽等直径，所述髋关节限位板二215中心设有通孔，内外两侧设有与髋关节夹板三213内侧等直径凹槽，凹槽外围下端设有弧形通孔，贴近腿杆侧设有限位柱，所述髋关节限位板二215两侧分别与髋关节夹板三213内侧和长度调整板204末端内侧贴合，所述髋关节夹板三213与长度调整板204末端通过螺栓连接，所述滚动轴承二214有两个，分别与髋关节限位板二215两侧凹槽、髋关节夹板三213内侧凹槽和长度调整板204末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板二215限位柱在髋关节夹板三213弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板三213弧形凸起在髋关节限位板二215弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧二216有两，安装在髋关节限位板二215弧形通孔内，在髋关节夹板三213凸起两侧受压，所述轴承端盖二212安装在髋关节夹板三213外侧凹槽内，所述轴承端盖三217中心设有通孔，安装在长度调整板204末端外侧凹槽内，所述髋关节连接轴二218为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖三217、长度调整板204末端、髋关节限位板二215、髋关节夹板三213的通孔和滚动轴承二214内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴二218连接，所述髋关节连接轴二218设有键的一端与髋关节限位板二215键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键一219与髋关节索盘卡合。

具体地，所述髋关节限位板二215限位柱在所述髋关节夹板三213弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板三213发生干涉，限制髋关节转动，从而阻止大腿部件3的摆动，髋关节在屈曲/伸展自由度上发生正负两个方向的运动。

具体地，所述大腿部件3为长度可调节结构，通过螺栓与髋关节部件2连接，包括大腿内撑杆31和大腿外撑杆32，所述大腿外撑杆32截面为U型结构，所述大腿内撑杆31截面为方形结构，大腿内撑杆31可在U型大腿外撑杆32内滑动，所述大腿外撑杆32设有一列螺纹孔，所述大腿内撑杆31设有条形通孔，螺栓穿过大腿内撑杆31条形通孔旋入大腿外撑杆32螺纹孔，将所述大腿内撑杆31和大腿外撑杆32锁定。

具体地，所述膝关节部件4主要包括膝关节连接轴41、连接键二42、轴承端盖四43、膝关节夹板44、膝关节限位弹簧45、滚动轴承三46和轴承端盖五47，所述膝关节夹板44中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，所述大腿外撑杆32下端为圆形结构，中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与膝关节夹板44内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，小腿内撑杆51上端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有与膝关节夹板44内侧等直径凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，贴近腿杆内侧端面设有限位柱，小腿内撑杆51上端两侧分别与膝关节夹板44内侧和大腿外撑杆32下端内侧贴合，所述膝关节夹板44与所述大腿外撑杆32下端通过螺栓连接，所述滚动轴承三46有两个，分别与小腿内撑杆51上端两侧凹槽、膝关节夹板44内侧凹槽和大腿外撑杆32下端内侧凹槽过盈配合，所述小腿内撑杆51上端限位柱在大腿外撑杆32下端弧形通孔内滑动，所述大腿外撑杆32下端凸起在小腿内撑杆51上端弧形通孔内滑动，所述膝关节限位弹簧45安装在小腿内撑杆51上端弧形通孔内，受大腿外撑杆32下端凸起挤压，所述轴承端盖四43安装在大腿外撑杆32下端外侧凹槽内，所述轴承端盖五47中心设有通孔，安装在膝关节夹板外44侧凹槽内，所述膝关节连接轴41为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖五47、膝关节夹板44、小腿外撑杆上端51、大腿外撑杆32下端的通孔和滚动轴承三46内径为同轴心等直径圆，通过膝关节连接轴41连接，所述膝关节连接轴41设有键的一端与所述小腿内撑杆51上端键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键二42与膝关节索盘卡合。

具体地，所述小腿内撑杆51上端限位柱在所述大腿外撑杆32下端弧形通孔内滑动到极限角度，与大腿内撑杆32下端发生干涉，限制膝关节的转动，从而阻止小腿部件5的摆动，膝关节在屈曲/伸展自由度上仅存在负向运动。

具体地，所述小腿部件5为长度可调结构，包括小腿内撑杆51和小腿外撑杆52，小腿杆与大腿杆结构相似，所述小腿内撑杆51可在U型小腿外撑杆52内滑动，螺栓穿过小腿内撑杆51条形通孔旋入小腿外撑杆52螺纹孔，将所述小腿内撑杆51和小腿外撑杆52锁定。

具体地，所述足部部件6包括足板61、足部盖板62、足部连接件63、足部绑带64、足部绑带卡扣65和压力传感器66，所述足部连接件63固定在足板61内侧，所述压力传感器66固定在足板61凹槽内，所述足部盖板62嵌入足板61覆盖在压力传感器66上方，所述足部绑带卡扣65固定在足板61靠近前脚掌端两侧，所述柔性足部绑带64两端分别穿过足部绑带卡扣65与足板61连接。

具体地，所述踝关节部件7包括踝关节连接件一71、踝关节限位柱72、踝关节连接轴一73、踝关节连接件二74和踝关节连接轴二75，所述踝关节部件7通过踝关节连接件一71与小腿外撑杆52下端连接，所述小腿外撑杆52下端为圆柱状套管结构，所述小腿外撑杆52下端设有弧形通孔，所述踝关节连接件一71上端为圆柱状结构，外侧钻有螺纹孔，所述踝关节限位柱72末端车有外螺纹，所述小腿外撑杆52下端套于踝关节连接件一71上端外部，所述踝关节连接柱72穿过小腿外撑杆52下端弧形通孔旋入踝关节连接件一71上端，踝关节限位柱72起连接和限位作用，所述踝关节连接件二74上端为弧形突起结构，该凸起结构由一弧形面和两个与弧形面相割的水平面构成，所述踝关节连接件一71下端为U型结构，该U型结构凹陷的端面为一平面结构，所述踝关节连接件二74弧形凸起在U型凹陷端面上滚动，当凸起结构的水平面与U型结构端面发生干涉时，踝关节在该自由度上的运动达到极限位置，所述踝关节连接件一71与所述踝关节连接件二74通过踝关节连接轴一73连接，所述踝关节连接件二74下端通过踝关节连接轴二75与足部部件6连接，屈曲/伸展运动为人体下肢运动过程中踝关节的主运动，为了保证踝关节运动的灵活性，在该自由度上不设置限位结构。

具体地，所述浮动绑缚装置8包括平衡弹簧81、双头螺纹连接杆82、绑带固定板83、绑带卡扣84、绑带85、传感器盖板86和角位移传感器87，所述绑带固定板83外侧设有凸台，所述凸台设有两个通孔，所述大腿外撑杆32和小腿外撑杆52外侧均设有四个开有通孔的连接柱，所述绑带固定板83与腿杆通过双头螺纹连接杆82连接，两端用螺母拧紧，所述绑带固定板83与腿杆两端连接柱间留有一定调节余量，所述平衡弹簧81安装在绑带固定板83与腿杆连接柱之间，套于所述双头螺纹连接杆82外部，所述截面为圆劣弧的绑带固定板83主板是高刚度薄板结构，所述绑带卡扣84固定在绑带固定板83两侧，所述柔性绑带85两端分别穿过两侧绑带卡扣84用于绑缚使用者下肢，所述角位移传感器87安装在绑带固定板83与人体下肢接触侧凹槽内，所述传感器盖板86嵌入绑带固定板83覆盖在角位移传感器87外侧。

具体地，所述传动-驱动系统9包括传动模块、驱动模块、电机固定架906和电源907，所述电机固定架906通过螺栓固定在髋关节基座201后部，所述电源907安装在电机固定架906后部，所述驱动模块和所述传动模块各四组，分别驱动髋关节和膝关节的屈曲/伸展运动，所述驱动模块包括止动螺母901、电机端索盘902、减速器固定板903、减速器904和伺服电机905，所述伺服电机905输出轴连接减速器904，所述减速器904通过减速器固定板903安装在电机固定板906上，所述减速器904输出轴末端车有螺纹，所述电机端索盘902安装在减速器904输出轴上，通过止动螺母901限制其轴线方向的运动，所述传动模块包括套管908、紧定接头909、关节端紧定接头固定板910、绳索911、索盘端盖912、索盘固定架913、关节端索盘914和电机端紧定接头固定板915，所述关节端索盘914中间设有通孔，通孔上端开有键槽，索盘两端面开有水平槽，水平槽末端设有绳索固定柱，索盘通过关节连接轴和连接键与屈曲/伸展关节同步转动，所述索盘固定架913安装在屈曲/伸展关节外侧，所述索盘端盖912通过螺栓固定在索盘固定架913外侧，所述绳索911在电机端整周环绕在电机端索盘902上，在关节端一条绳索顺时针绕索盘半周固定在一端面固定柱上，一条逆时针绕索盘半周固定另一端面固定柱上，所述关节端紧定接头固定板910安装在屈曲/伸展关节上部，所述电机端紧定接头固定板915安装在电机固定架906两侧，所述紧定接头909安装在紧定接头固定板上，所述紧定接头909和紧定接头固定板保证绳索911以相切方向绕上索盘，所述套管908包覆在绳索911外侧。

其工作原理为：调整外骨骼背部组件1、髋关节部件2、大腿部件3和小腿部件5尺寸，使之与使用者身材相适应。通过背带11将外骨骼与使用者上半身连接，通过浮动绑缚装置8将外骨骼与使用者下肢连接，通过足部绑带64将足部部件6与使用者足部连接。外骨骼为使用者提供髋关节屈曲/伸展、外展/内敛、外旋/内旋三个自由度，膝关节屈曲/伸展一个自由度，踝关节屈曲/伸展、外展/内敛、外旋/内旋三个自由度。足部压力传感器66实时监测使用者足底压力，通过配角位移传感器87进行伺服电机905的控制，有源的髋关节和膝关节配合驱动系统带动大腿部件3和小腿部件5摆动，无源的踝关节配合髋膝两关节运动，保证外骨骼始终跟随使用者下肢运动，同时为使用者运动提供有效助力。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：包括背部组件、髋关节部件、大腿部件、膝关节部件、小腿部件、足部部件、踝关节部件、浮动绑缚装置和传动-驱动系统，所述背部组件位于髋关节部件上方，所述大腿部件、膝关节部件、小腿部件、踝关节部件和足部部件依次连接于髋关节部件下方，所述浮动绑缚装置位于大腿部件和小腿部件内侧，所述传动-驱动系统位于髋关节部件后方，外骨骼整体为左右对称结构。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述背部组件包括背带、背板、背部连接板、背架、铰链轴和扭簧，所述背带固定在背板前端面左右两侧，所述背架安装在背板后部用于承载重物，所述背架边缘设有通孔用于穿过绳索捆扎重物，所述背板下部设有两排螺纹孔，所述背部连接板设有四列通孔，所述背板与所述背部连接板通过螺栓连接，所述背部连接板与髋关节基座通过铰链轴连接，所述扭簧套于铰链轴上，所述扭簧两收口端分别卡在背部连接板与髋关节基座卡槽内，所述背部连接板下部与髋关节基座上部为凸台结构，所述背部连接板凸台设有通孔，所述髋关节基座凸台设有螺纹孔，二者可通过螺栓锁定，所述背部连接板、髋关节基座、铰链轴和扭簧构成异型弹簧铰链结构。

3.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述髋关节部件主要包括髋关节基座、宽度调整版、外展/内敛模块、外旋/内旋模块、长度调整板基座、长调整板和屈曲/伸展模块；

所述外展/内敛模块主要包括，轴承端盖一、宽度调整板末端、滚动轴承一、髋关节限位板一、髋关节限位弹簧一、髋关节连接轴一和髋关节夹板二，所述髋关节夹板二中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，所述宽度调整板末端为圆形结构，中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板二内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，所述髋关节限位板一首端为圆形结构，中心设有通孔，两侧设有与髋关节夹板二内侧凹槽等直径凹槽，凹槽外围一侧设有弧形通孔，一侧在对称位置设有限位柱，所述髋关节限位板一两侧分别与髋关节夹板二内侧和宽度调整板末端内侧贴合，所述髋关节夹板二与宽度调整板末端通过螺栓锁定，所述滚动轴承一有两个，分别与髋关节限位板一两侧凹槽、髋关节夹板二内侧凹槽和宽度调整板末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板一两限位柱分别在髋关节夹板二弧形通孔和宽度调整板末端弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板二弧形凸起在髋关节限位板一弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧一有两个，安装在髋关节限位板一弧形通孔内，在髋关节夹板二弧形凸起两侧受压，所述轴承端盖一分别安装在髋关节夹板二外侧凹槽和宽度调整板末端外侧凹槽内，所述髋关节夹板二、髋关节限位板一、宽度调整板末端的通孔和滚动轴承一内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴一连接；

所述髋关节限位板一限位柱在髋关节夹板二弧形通孔和宽度调整板末端弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板二和宽度调整板末端发生干涉，从而限制髋关节转动，髋关节在外展/内敛自由度上发生正负两个方向的运动；

所述外旋/内旋模块主要包括髋关节夹板一和髋关节限位板一末端，所述髋关节限位板一末端设有连接柱，所述髋关节夹板一为两块对称结构，通过螺栓连接，前端为弧形凸起结构，该凸起结构由一劣弧端面和和两个与劣弧端面相割的水平端面构成，所述髋关节夹板一中心设有与髋关节限位板一末端连接柱等直径的通孔，所述髋关节夹板一通过通孔与所述髋关节限位板一连接，所述通孔与所述连接柱为间隙配合，所述髋关节夹板一绕连接柱转动，前端弧形突起结构起限位作用；

所述屈曲/伸展模块结构与外展/内敛模块结构相似，包括轴承端盖二、髋关节夹板三、滚动轴承二、髋关节限位板二、髋关节限位弹簧二、轴承端盖三、髋关节连接轴二和连接键一，所述髋关节夹板三中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，内外两侧设有圆形凹槽，凹槽外围上端设有弧形通孔，所述长度调整板末端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与髋关节夹板三内侧凹槽等直径，所述髋关节限位板二中心设有通孔，内外两侧设有与髋关节夹板三内侧等直径凹槽，凹槽外围下端设有弧形通孔，贴近腿杆侧设有限位柱，所述髋关节限位板二两侧分别与髋关节夹板三内侧和长度调整板末端内侧贴合，所述髋关节夹板三与长度调整板末端通过螺栓连接，所述滚动轴承二有两个，分别与髋关节限位板二两侧凹槽、髋关节夹板三内侧凹槽和长度调整板末端内侧凹槽过盈配合，所述髋关节限位板二限位柱在髋关节夹板三弧形通孔内滑动，所述髋关节夹板三弧形凸起在髋关节限位板二弧形通孔内滑动，所述髋关节限位弹簧二有两，安装在髋关节限位板二弧形通孔内，在髋关节夹板三凸起两侧受压，所述轴承端盖二安装在髋关节夹板三外侧凹槽内，所述轴承端盖三中心设有通孔，安装在长度调整板末端外侧凹槽内，所述髋关节连接轴二为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖三、长度调整板末端、髋关节限位板二、髋关节夹板三的通孔和滚动轴承二内径为同轴心等直径圆，通过髋关节连接轴二连接，所述髋关节连接轴二设有键的一端与髋关节限位板二键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键一与髋关节索盘卡合；

所述髋关节限位板二限位柱在所述髋关节夹板三弧形通孔内滑动到极限角度，与髋关节夹板三发生干涉，限制髋关节转动，从而阻止大腿部件的摆动，髋关节在屈曲/伸展自由度上发生正负两个方向的运动。

4.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述大腿部件为长度可调节结构，通过螺栓与髋关节部件连接，包括大腿内撑杆和大腿外撑杆，所述大腿外撑杆截面为U型结构，所述大腿内撑杆截面为方形结构，大腿内撑杆可在U型大腿外撑杆内滑动，所述大腿外撑杆设有一列螺纹孔，所述大腿内撑杆设有条形通孔，螺栓穿过大腿内撑杆条形通孔旋入大腿外撑杆螺纹孔，将所述大腿内撑杆和大腿外撑杆锁定。

5.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述膝关节部件主要包括膝关节连接轴、连接键二、轴承端盖四、膝关节夹板、膝关节限位弹簧、滚动轴承三和轴承端盖五，所述膝关节夹板中心设有通孔，内外两侧设有圆形凹槽，所述大腿外撑杆下端为圆形结构，中心设有通孔，内侧设有弧形凸起，两侧设有圆形凹槽，内侧凹槽与膝关节夹板内侧凹槽等直径，凹槽外围设有弧形通孔，小腿内撑杆上端为圆形结构，中心设有通孔，通孔顶部设有键槽，两侧设有与膝关节夹板内侧等直径凹槽，凹槽外围设有弧形通孔，贴近腿杆内侧端面设有限位柱，小腿内撑杆上端两侧分别与膝关节夹板内侧和大腿外撑杆下端内侧贴合，所述膝关节夹板与所述大腿外撑杆下端通过螺栓连接，所述滚动轴承三有两个，分别与小腿内撑杆上端两侧凹槽、膝关节夹板内侧凹槽和大腿外撑杆下端内侧凹槽过盈配合，所述小腿内撑杆上端限位柱在大腿外撑杆下端弧形通孔内滑动，所述大腿外撑杆下端凸起在小腿内撑杆上端弧形通孔内滑动，所述膝关节限位弹簧安装在小腿内撑杆上端弧形通孔内，受大腿外撑杆下端凸起挤压，所述轴承端盖四安装在大腿外撑杆下端外侧凹槽内，所述轴承端盖五中心设有通孔，安装在膝关节夹板外侧凹槽内，所述膝关节连接轴为一端设有键，一端设有键槽结构，所述轴承端盖五、膝关节夹板、小腿外撑杆上端、大腿外撑杆下端的通孔和滚动轴承三内径为同轴心等直径圆，通过膝关节连接轴连接，所述膝关节连接轴设有键的一端与所述小腿内撑杆上端键槽卡合，设有键槽的一端通过连接键二与膝关节索盘卡合；

所述小腿内撑杆上端限位柱在所述大腿外撑杆下端弧形通孔内滑动到极限角度，与大腿内撑杆下端发生干涉，限制膝关节的转动，从而阻止小腿部件的摆动，膝关节在屈曲/伸展自由度上仅发生负向运动。

6.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述小腿部件为长度可调结构，包括小腿内撑杆和小腿外撑杆，小腿杆与大腿杆结构相似，所述小腿内撑杆可在U型小腿外撑杆内滑动，螺栓穿过小腿内撑杆条形通孔旋入小腿外撑杆螺纹孔，将所述小腿内撑杆和小腿外撑杆锁定。

7.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述足部部件包括足板、足部盖板、足部连接件、足部绑带、足部绑带卡扣和压力传感器，所述足部连接件固定在足板内侧，所述压力传感器固定在足板凹槽内，所述足部盖板嵌入足板覆盖在压力传感器上方，所述足部绑带卡扣固定在足板靠近前脚掌端两侧，所述柔性足部绑带两端分别穿过足部绑带卡扣与足板连接。

8.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述踝关节部件包括踝关节连接件一、踝关节限位柱、踝关节连接轴一、踝关节连接件二和踝关节连接轴二，所述踝关节部件通过踝关节连接件一与小腿外撑杆下端连接，所述小腿外撑杆下端为圆柱状套管结构，所述小腿外撑杆下端设有弧形通孔，所述踝关节连接件一上端为圆柱状结构，外侧钻有螺纹孔，所述踝关节限位柱末端车有外螺纹，所述小腿外撑杆下端套于踝关节连接件一上端外部，所述踝关节连接柱穿过小腿外撑杆下端弧形通孔旋入踝关节连接件一上端，踝关节限位柱起连接和限位作用，所述踝关节连接件二上端为弧形突起结构，该凸起结构由一弧形面和两个与弧形面相割的水平面构成，所述踝关节连接件一下端为U型结构，该U型结构凹陷的端面为一平面结构，所述踝关节连接件二弧形凸起在U型凹陷端面上滚动，当凸起结构的水平面与U型结构端面发生干涉时，踝关节在该自由度上的运动达到极限位置，所述踝关节连接件一与所述踝关节连接件二通过踝关节连接轴一连接，所述踝关节连接件二下端通过踝关节连接轴二与足部连接件连接，屈曲/伸展运动为人体下肢运动过程中踝关节的主运动，为了保证踝关节运动的灵活性，在该自由度上不设置限位结构。

9.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述浮动绑缚装置包括平衡弹簧、双头螺纹连接杆、绑带固定板、绑带卡扣、绑带、传感器盖板和角位移传感器，所述绑带固定板外侧设有凸台，所述凸台设有两个通孔，所述大腿外撑杆和小腿外撑杆外侧均设有四个开有通孔的连接柱，所述绑带固定板与腿杆通过双头螺纹连接杆连接，两端用螺母拧紧，所述绑带固定板与腿杆两端连接柱间留有一定调节余量，所述平衡弹簧安装在绑带固定板与腿杆连接柱之间，套于所述双头螺纹连接杆外部，所述截面为圆劣弧的绑带固定板主板是高刚度薄板结构，所述绑带卡扣固定在绑带固定板两侧，所述柔性绑带两端分别穿过两侧绑带卡扣用于绑缚使用者下肢，所述角位移传感器安装在绑带固定板与人体下肢接触侧凹槽内，所述传感器盖板嵌入绑带固定板覆盖在角位移传感器外侧。

10.根据权利要求1所述的一种穿戴式柔性下肢助力外骨骼机器人，其特征在于：所述传动-驱动系统包括传动模块、驱动模块、电机固定架和电源，所述电机固定架通过螺栓固定在髋关节基座后部，所述电源安装在电机固定架后部，所述驱动模块和所述传动模块各四组，分别驱动髋关节和膝关节的屈曲/伸展运动，所述驱动模块包括止动螺母、电机端索盘、减速器固定板、减速器和伺服电机，所述伺服电机输出轴连接减速器，所述减速器通过减速器固定板安装在电机固定板上，所述减速器输出轴末端车有螺纹，所述电机端索盘安装在减速器输出轴上，通过止动螺母限制其轴线方向的运动，所述传动模块包括套管、紧定接头、关节端紧定接头固定板、绳索、索盘端盖、索盘固定架、关节端索盘和电机端紧定接头固定板，所述关节端索盘中间设有通孔，通孔上端开有键槽，索盘两端面开有水平槽，水平槽末端设有绳索固定柱，索盘通过关节连接轴和连接键与屈曲/伸展关节同步转动，所述索盘固定架安装在屈曲/伸展关节外侧，所述索盘端盖通过螺栓固定在索盘固定架外侧，所述绳索在电机端整周环绕在电机端索盘上，在关节端一条绳索顺时针绕索盘半周固定在一端面固定柱上，一条逆时针绕索盘半周固定另一端面固定柱上，所述关节端紧定接头固定板安装在屈曲/伸展关节上部，所述电机端紧定接头固定板安装在电机固定架两侧，所述紧定接头安装在紧定接头固定板上，所述紧定接头和紧定接头固定板保证绳索以相切方向绕上索盘，所述套管包覆在绳索外侧。

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