CN117428743B - 外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供一种外骨骼机器人，包括：腰部结构和一对腿部结构，腿部结构与腰部结构连接，腰部结构包括：腰部固定件、第一滑动组件、一对第二滑动组件和第一转动组件，腰部固定件用于穿戴于人体的腰部；第一滑动组件与腰部固定件连接；一对第二滑动组件与第一滑动组件连接；第一转动组件与一对第二滑动组件连接，第一转动组件与一对腿部结构连接，第一转动组件能够在人体矢状面转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。上述的外骨骼机器人，可补偿人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中人体腰部相对于外骨骼腰部结构的扭转以及上下移动，消除了人机关节轴线不一致引起的冗余力，实现了外骨骼高效助力与人机柔顺。

Description

外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种外骨骼机器人。

背景技术

穿戴式外骨骼人机系统中，人机运动相容是确保使用者安全舒适的基础，也是人机柔顺交互的前提。因此，人机相容性机构设计尤为重要，也一直是机器人领域比较活跃的研究方向。仅从外骨骼要实现的功能来看，开发与人体运动功能/生理参数相一致的仿生机构无疑是最直接的方法。

现有商业下肢康复外骨骼机器人大多采用上述设计思想，首先对人体关节进行必要的简化，之后通过设计拟人化外骨骼机械结构复现人体简化关节的运动功能。这其中有两方面需要考虑，首先外骨骼关节需要采用相对简单的设计最大化复现人体关节的运动特性，其次，外骨骼结构参数需要与人体参数相一致，以确保外骨骼关节与人体关节转轴或转动中心重合。

从机构学角度来说，人机运动不相容本质上是由于人体和外骨骼运动的差异导致人机封闭运动链出现“超定”或过约束现象。因此，仿生外骨骼人机运动协调的必要条件是外骨骼机械关节和人体生物关节精确对齐。然而，这在现实中很难或者说几乎不可能实现。其具体原因如下：1）生物关节具有相当复杂的表面几何形状，并不是理想的 “运动副”，人体运动过程中往往伴随关节轴线的移动；2）人体生理参数在体获取难度很大；3）统计资料表明，个体体征差异和人机穿戴偏差等都会导致人机对应关节轴线偏离。人-外骨骼系统通过物理交互实现力传递，而人机运动不一致必然导致外骨骼对人体产生冗余约束力/力矩，造成人机物理连接部分产生变形或与人体发生相对移动，容易对患者造成二次伤害。基于此，提供一种能够解决上述问题的外骨骼机器人成为业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种外骨骼机器人，用以解决现有技术中外骨骼机器人人机运动不一致的缺陷。

本发明提供一种外骨骼机器人，包括：腰部结构和一对腿部结构，一对所述腿部结构与所述腰部结构连接，所述腰部结构包括：腰部固定件，用于穿戴于人体的腰部；第一滑动组件，与所述腰部固定件连接，所述第一滑动组件能够沿所述腰部固定件的圆周方向滑动，所述第一滑动组件用于补偿人体腰部的扭转运动；一对第二滑动组件，与所述第一滑动组件连接，所述第二滑动组件沿人体腰部所在平面上下滑动，所述第二滑动组件用于补偿人体腰部的上下运动、左右摇摆以及前倾后仰运动；第一转动组件，与一对所述第二滑动组件连接，所述第一转动组件与一对所述腿部结构连接，所述第一转动组件能够在人体矢状面转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述第一滑动组件包括：第一导轨，与所述腰部固定件连接，所述第一导轨为圆弧形导轨，所述第一导轨设有圆弧形滑槽；第一滑块，所述第一滑块为圆弧形滑块，所述第一滑块可沿所述圆弧形滑槽滑动。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，每个所述第二滑动组件包括：第二滑块，与所述第一滑块连接；第二导轨，与所述第二滑块滑动连接；第一连接件，所述第一连接件的相对两侧分别与所述第二导轨和所述第一转动组件连接。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述第一转动组件包括：腰基座，与所述第一连接件连接，所述腰基座的两端分别设有一对通孔；一对第一电机，每个所述第一电机的转动轴贯穿一个所述通孔后与一个第二连接件连接，所述第二连接件与所述腿部结构连接；其中，所述第一电机转动时，能够带动所述第二连接件转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，每个所述腿部结构包括：依次连接的大腿部、小腿部、踝关节部和脚部，所述大腿部与所述第一转动组件连接。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述大腿部包括：第三连接件，与所述第一转动组件连接，所述第三连接件上设有第二电机；第一转动件，与所述第二电机连接；所述第二电机转动时，能够带动所述第一转动件转动，为人体髋关节的前屈或后伸运动提供助力；第一调节件，所述第一调节件的两端分别与所述第一转动件和所述小腿部连接；第三滑动组件，设于所述第一调节件，所述第三滑动组件可沿人体大腿所在平面上下滑动；第二转动组件，与所述第三滑动组件连接，所述第二转动组件可沿圆周方向转动；第四滑动组件，与所述第二转动组件连接，所述第四滑动组件可沿圆周方向滑动，所述第四滑动组件用于穿戴于人体的大腿。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述第三滑动组件包括：第三导轨，设于所述第一调节件；第三滑块，与所述第三导轨滑动连接，所述第三滑块还与所述第二转动组件连接。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述第四滑动组件包括：第四导轨，与所述第二转动组件连接，所述第四导轨为圆弧形导轨；第四滑块，与所述第四导轨滑动连接，所述第四滑块为圆弧形滑块，所述第四滑块用于穿戴于人体的大腿。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述小腿部包括：第四连接件，与所述大腿部连接，所述第四连接件上设有第三电机；第二转动件，与所述第三电机连接；所述第三电机转动时，能够带动所述第二转动件转动，为人体膝关节的屈或伸运动提供助力；第二调节件，所述第二调节件的两端分别与所述第二转动件和所述踝关节部连接；第五滑动组件，设于所述第二调节件，所述第五滑动组件可沿人体小腿所在平面上下滑动；第三转动组件，与所述第五滑动组件连接，所述第三转动组件可沿圆周方向转动；第六滑动组件，与所述第三转动组件连接，所述第六滑动组件可沿圆周方向滑动，所述第六滑动组件用于穿戴于人体的小腿。

根据本发明提供的一种外骨骼机器人，所述踝关节部包括：第五连接件，与所述小腿部连接；轴承座组件，与所述第五连接件转动连接；第四转动组件，与所述轴承座组件以及所述脚部连接；其中，所述轴承座组件转动时可带动所述脚部在矢状面跖屈背屈以及在水平面内旋外旋，所述第四转动组件转动时可带动所述脚部在冠状面内翻外翻。

本发明提供的外骨骼机器人，通过设置第一滑动组件，可补偿人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中人体腰部相对于外骨骼腰部结构的扭转运动；通过设置第二滑动组件，可补偿人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中人体腰部相对于外骨骼腰部结构的上下移动、左右摇摆以及前倾后仰运动；通过设置第一转动组件，可对人体髋关节的外展或内收运动提供助力，上述结构可以使人体运动过程中，消除人机运动不一致导致非期望交互力，消除了人机关节轴线不一致引起的冗余力或冗余力矩，实现了外骨骼高效助力与人机柔顺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的外骨骼机器人的爆炸图；

图2是图1中示出的腰部结构的整体图；

图3是图2的爆炸图；

图4是图1中示出的大腿部的整体图；

图5是图4的爆炸图；

图6是图1中示出的小腿部的整体图；

图7是图6的爆炸图；

图8是图1中示出的踝关节部的整体图；

图9是图8的爆炸图；

附图标记：

10：腰部结构；11：腰部固定件；12：第一导轨；13：第一滑块；14：第二滑块；15：第二导轨；16：第一连接件；17：腰基座；18：第一电机；19：第二连接件；20：大腿部；30：小腿部；40：踝关节部；50：脚部；60：背包；121：圆弧形滑槽；201：第三连接件；202：第二电机；203：第一转动件；204：第一调节件；205：第三导轨；206：第三滑块；207：第一力传感器连接件；208：第一力传感器；209：第一回转轴承连接件；210：第一回转轴承；211：第六连接件；212：第一基座；213：第一固定件；214：第一转轴件；215：第四导轨；216：第四滑块；301：第四连接件；302：第三电机；303：第二转动件；304：第二调节件；305：第五导轨；306：第五滑块；307：第二力传感器连接件；308：第二力传感器；309：第二回转轴承连接件；310：第二回转轴承；311：第七连接件；312：第二基座；313：第二固定件；314：第二转轴件；315：第六导轨；316：第六滑块；401：第五连接件；402：轴承压盖；403：端盖；404：第一轴承；405：轴承座底座；406：第三回转轴承；407：第三回转轴承连接件；408：第八连接件；409：运动件；410：第二轴承；411：轴承座；412：第二转轴；4051：第一转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图9描述本发明的外骨骼机器人。

如图1和图2所示，在本发明的实施例中，外骨骼机器人包括：腰部结构10和一对腿部结构，一对腿部结构与腰部结构10连接，腰部结构10包括：腰部固定件11、第一滑动组件、一对第二滑动组件和第一转动组件。腰部固定件11用于穿戴于人体的腰部，第一滑动组件与腰部固定件11连接，第一滑动组件能够沿腰部固定件11的圆周方向滑动，第一滑动组件用于补偿人体腰部的扭转运动。一对第二滑动组件与第一滑动组件连接，第二滑动组件沿人体腰部所在平面上下滑动，第二滑动组件用于补偿人体腰部的上下运动、左右摇摆以及前倾后仰运动。第一转动组件与一对第二滑动组件连接，第一转动组件还与一对腿部结构连接，第一转动组件能够在人体矢状面转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

具体来说，腰部结构10用于穿戴于人体的腰部，腰部结构10连接有一对腿部结构，腿部结构用于穿戴于人体的腿部。腰部结构10的腰部固定件11具有绑带，可通过绑带将其固定于人体的腰部。第一滑动组件可沿腰部固定件11的表面滑动，从而在人体的腰部扭转时，腰部结构10可进行相应地转动。第二滑动组件可沿人体腰部所在平面上下滑动，具体地，当人体站立时，腰部所在平面为竖直平面，此时，第二滑动组件的滑动方向为纵向，在人体蹲起时，腰部结构10可跟随人体的腰部在纵向移动；当人体腰部向左或向右倾斜时，即人体腰部发生左右摇摆运动时，腰部所在平面与纵轴之间存在一定的角度，此时，第二滑动组件的滑动方向也与纵轴之间存在一定的角度，从而使第二滑动组件的滑动方向与腰部的运动方向一致；相应地，人体腰部发生前倾或后仰运动时，第二滑动组件的滑动方向也与人体腰部的运动方向一致，进而使腰部结构10的运动方向与人体腰部的运动方向一致。第一转动组件与腿部结构连接，第一转动组件转动时为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

进一步地，在本发明的实施例中，以人体处于站立状态时为参考，地面所在平面为水平面，垂直于人体背部的平面为矢状面，与人体背部平行的表面为冠状面。

本发明实施例提供的外骨骼机器人，通过设置第一滑动组件，可补偿人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中人体腰部相对于外骨骼腰部结构的扭转运动；通过设置第二滑动组件，可补偿人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中人体腰部相对于外骨骼腰部结构的上下移动、左右摇摆以及前倾后仰运动；通过设置第一转动组件，可对人体髋关节的外展或内收运动提供助力，上述结构可以使人体运动过程中，消除人机运动不一致导致非期望交互力，消除了人机关节轴线不一致引起的冗余力或冗余力矩，实现了外骨骼高效助力与人机柔顺。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一滑动组件包括：第一导轨12和第一滑块13。第一导轨12与腰部固定件11连接，第一导轨12为圆弧形导轨，第一导轨12设有圆弧形滑槽121。第一滑块13为圆弧形滑块，第一滑块13可沿圆弧形滑槽121滑动。

具体来说，第一导轨12的圆弧形与腰部固定件11的圆弧形相适配，第一导轨12固定于腰部固定件11上，第一导轨12包括圆弧形板体和弯折形凸沿，圆弧形板体设于腰部固定件11上，弯折形凸沿与圆弧形板体的顶面连接，以形成圆弧形滑槽121。进一步地，圆弧形板体的底面也连接有弯折形凸沿，形成圆弧形滑槽121。第一滑块13的圆弧形与第一导轨12的圆弧形相适配，第一滑块13的两侧嵌设于一对圆弧形滑槽121内，并能够沿该圆弧形滑槽121滑动。在人体腰部扭转时，第一滑块13滑动，从而带动腰部结构10的其他部件滑动，以补偿人体腰部的扭转运动，使人机行为一致。

进一步地，如图3所示，在本发明的实施例中，第二滑动组件的数量为一对，一对第二滑动组件平行设置，每个第二滑动组件包括：第二滑块14、第二导轨15和第一连接件16。在本实施例中，第二滑块14与第二导轨15滑动连接。每个第二滑块14均与第一滑块13连接，第一连接件16的一侧设有凹槽，每个第二导轨15设于该凹槽内，并与第一连接件16连接，第二导轨15滑动时，可带动第一连接件16一起滑动，第一连接件16的另一侧与第一转动组件连接。

具体来说，第二导轨15可带动第一连接件16移动，从而在人体腰部上下运动、左右摇摆以及前倾后仰时，腰部结构10除腰部固定件11之外的其他部件也可进行相应地运动，使人机行为一致。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一转动组件包括：腰基座17、一对第一电机18和一对第二连接件19。腰基座17与第一连接件16连接，腰基座17的两端分别设有一对通孔，每个第一电机18的转动轴贯穿一个通孔后与一个第二连接件19连接，第二连接件19与腿部结构连接。其中，第一电机18转动时，能够带动第二连接件19转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

如图1所示，在本发明的实施例中，每个腿部结构包括依次连接的大腿部20、小腿部30、踝关节部40和脚部50，其中，大腿部20与第一转动组件连接。

具体来说，大腿部20与第一转动组件转动连接，大腿部20与小腿部30转动连接，小腿部30与踝关节部40转动连接，踝关节部40与脚部50转动连接，从而使整个腿部结构能够模拟人体腿部进行前屈或后伸等动作。

如图4和图5所示，在本发明的实施例中，每个大腿部20包括：第三连接件201、第二电机202、第一转动件203、第一调节件204、第三滑动组件、第二转动组件和第四滑动组件。第三连接件201与第一转动组件连接，第三连接件201设有第二电机202，第一转动件203与第二电机202连接。第一调节件204的两端分别与第一转动件203和小腿部30连接。第三滑动组件设于第一调节件204，第三滑动组件可沿人体大腿所在平面上下滑动，第二转动组件与第三滑动组件连接，第二转动组件用于补偿人体穿戴外骨骼机器人后在行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中，由于人机对应关节轴线不一致等因素导致人机运动产生的偏差。第四滑动组件与第二转动组件连接，第四滑动组件用于穿戴于人体的大腿。

具体来说，第三连接件201与腰部结构10的第二连接件19连接，第三连接件201上设有第二电机202，第二电机202转动时能够带动第一转动件203转动，为人体髋关节的前屈或后伸运动提供助力，第二电机202与第一转动件203形成了大腿部20的第一个转动副。第一调节件204可根据使用者的大腿的长度调节与第一转动件203的连接位置，进而使外骨骼机器人能够穿戴于不同身高的人。

进一步地，在本实施例中，第三滑动组件包括：第三导轨205和第三滑块206。第三导轨205设于第一调节件204，第三滑块206可沿第三导轨205滑动，形成大腿部20的移动副，第三滑块206与第二转动组件连接。

进一步地，第二转动组件包括：第一力传感器连接件207、第一力传感器208、第一回转轴承连接件209、第一回转轴承210、第六连接件211、第一基座212、第一固定件213和第一转轴件214。第一力传感器连接件207、第一力传感器208、第一回转轴承连接件209、第一回转轴承210以及第六连接件211依次连接，形成第二个转动副。第六连接件211上设有第一基座212，第一转轴件214的转轴嵌入第一基座212的转动轴套中，并由第一固定件213从侧面固定，形成第三个转动副，第一转轴件214与第四滑动组件转动连接。第二转动组件形成大腿部20的第二个和第三个转动副，当人体穿戴外骨骼机器人在行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中，由于人机对应关节轴线不一致等因素导致人机运动产生偏差，第二个转动副和第三个转动副转动以及第一个移动副移动，可补偿人机运动偏差，避免人机闭环产生过约束，外骨骼对人体产生冗余力/力矩。

进一步地，在本发明的实施例中，第四滑动组件包括：第四导轨215和第四滑块216。第四导轨215与第二转动组件连接，第四导轨215为圆弧形导轨，第四滑块216与第四导轨215滑动连接，第四滑块216为圆弧形滑块，第四滑块216用于穿戴于人体的大腿。

具体来说，第四滑块216上设有圆弧形滑槽，第四导轨215的部分嵌设于该圆弧形滑槽内，从而使第四滑块216可沿第四导轨215滑动，第四滑块216用于绑扎于人体的大腿部，当人体的大腿绕自身轴线转动时，第四滑块216可沿第四导轨215滑动，第四滑动组件形成大腿部20的第四个转动副。

本发明实施例提供的外骨骼机器人，第二电机与第一转动件连接，形成第一个转动副；第二转动组件形成第二个及第三个转动副，第四滑动组件形成第四个转动副；第三滑动组件形成移动副，使大腿部具有四个转动副、一个移动副，补偿了人体行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动时，外骨骼大腿部与人体大腿之间的相对运动，补偿人机运动偏差，避免人机闭环产生过约束，外骨骼对人体产生冗余力/力矩。

如图6和图7所示，在本发明的实施例中，小腿部30包括：第四连接件301、第三电机302、第二转动件303、第二调节件304、第五滑动组件、第三转动组件和第六滑动组件。第四连接件301与大腿部20的第一调节件204连接，第四连接件301设有第三电机302，第二转动件303与第三电机302连接。第二调节件304的两端分别与第二转动件303和踝关节部40连接。第五滑动组件设于第二调节件304，第五滑动组件可沿人体小腿所在平面上下滑动，第三转动组件与第五滑动组件连接，第三转动组件可沿圆周方向转动，第五滑动组件、第三转动组件以及第六滑动组件用于补偿人穿戴外骨骼机器人行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中，由于人机对应关节轴线不一致等因素导致人机运动产生偏差。第六滑动组件与第三转动组件连接，第六滑动组件可沿圆周方向滑动，第六滑动组件用于穿戴于人体的小腿。

具体来说，第四连接件301与大腿部20的第一调节件204连接。第四连接件301上设有第三电机302，第三电机302转动时能够带动第二转动件303转动，为人体膝关节的前屈或后伸运动提供助力，第二转动件303与第三电机302形成小腿部30的第一个转动副。第二调节件304与第二转动件303连接时，可根据使用者小腿的长度调节连接位置，以使外骨骼机器人能够满足不同身高的人使用。

进一步地，在本实施例中，第五滑动组件包括：第五导轨305和第五滑块306。第五导轨305设于第二调节件304，第五滑块306可沿第五导轨305滑动，形成小腿部30的移动副，第五滑块306与第三转动组件连接。

进一步地，第三转动组件包括：第二力传感器连接件307、第二力传感器308、第二回转轴承连接件309、第二回转轴承310、第七连接件311、第二基座312、第二固定件313和第二转轴件314。第二力传感器连接件307、第二力传感器308、第二回转轴承连接件309、第二回转轴承310以及第七连接件311依次连接，形成小腿部30的第二个转动副。第七连接件311上设有第二基座312，第二转轴件314的转轴嵌入第二基座312的转动轴套中，并由第二固定件313从侧面固定，形成小腿部30的第三个转动副，第二转轴件314与第六滑动组件转动连接。当人体穿戴外骨骼机器人在行走、上下楼梯、蹲起以及转身等运动过程中，由于人机对应关节轴线不一致等因素导致人机运动产生偏差，第二个转动副和第三个转动副转动以及一个移动副移动，可补偿人机运动偏差，避免人机闭环产生过约束，外骨骼对人体产生冗余力/力矩。

进一步地，在本发明的实施例中，第六滑动组件包括：第六导轨315和第六滑块316。第六导轨315与第三转动组件连接，第六导轨315为圆弧形导轨，第六滑块316与第六导轨315滑动连接，第六滑块316为圆弧形滑块，第六滑块316用于穿戴于人体的小腿。

具体来说，第六滑块316上设有圆弧形滑槽，第六导轨315的部分嵌设于该圆弧形滑槽内，从而使第六滑块316可沿第六导轨315滑动，第六滑块316用于绑扎于人体的小腿，当人体的小腿绕自身轴线转动时，第六滑块316可沿第六导轨315滑动，第六滑动组件形成小腿部30的第四个转动副。

本发明实施例提供的外骨骼机器人，第二转动件与第三电机连接，形成小腿部的第一个转动副；第三转动组件形成第二个及第三个转动副，第六滑动组件形成第四个转动副；第五滑动组件形成移动副，使小腿部具有四个转动副、一个移动副，补偿了人体行走、上下楼梯、蹲起等运动时，外骨骼小腿部与人体小腿之间的相对运动，补偿人机运动偏差，避免人机闭环产生过约束，外骨骼对人体产生冗余力/力矩。

如图8和9所示，在本发明的实施例中，踝关节部40包括：第五连接件401、轴承座组件和第四转动组件，第五连接件401与小腿部30连接，轴承座组件与第五连接件401转动连接，第四转动组件与轴承座组件以及脚部50连接。其中，轴承座组件转动时可带动脚部50在矢状面跖屈背屈以及在水平面内旋外旋，第四转动组件转动时可带动脚部50在冠状面内翻外翻。

具体来说，在本实施例中，轴承座组件包括：一对轴承压盖402、一对端盖403、一对第一轴承404和轴承座底座405。轴承座底座405上设有一对半圆形凸起，每个轴承压盖402分别与一个半圆形凸起连接，形成圆形容置空间，一对第一轴承404安装于该圆形容置空间内，轴承座底座405的第一转轴4051安装于一对第一轴承404内，一对端盖403安装于圆形容置空间的两侧。第五连接件401的第一端与小腿部30的第二调节件304连接，第五连接件401的第二端与轴承座底座405的第一转轴4051连接，从而使第五连接件401与轴承座组件转动连接，第五连接件401与轴承座组件之间形成踝关节部40的第一个转动副，以带动脚部50进行前后摆动，即矢状面内跖屈背屈运动。

进一步地，轴承座组件还包括：第三回转轴承406、第三回转轴承连接件407和第八连接件408。第三回转轴承406与轴承座底座405连接，第三回转轴承连接件407与第三回转轴承406连接，从而使轴承座底座405可相对于第三回转轴承连接件407在水平面进行圆周运动，进而带动脚部50进行外旋内旋运动，此为踝关节部40的第二个转动副。第八连接件408的两端分别与第三回转轴承连接件407和第四转动组件连接。

进一步地，第四转动组件包括：运动件409、一对第二轴承410和轴承座411。一对第二轴承410设置于轴承座411内，轴承座411设有第二转轴412，第二转轴412穿设于一对第二轴承410，运动件409与第二转轴412连接，从而使轴承座411与运动件409之间形成踝关节部40的第三个转动副，进而使轴承座411可允许脚部50冠状面内翻外翻运动。

进一步地，第二转轴412上还可安装弹簧，形成弹性欠驱动转动副，通过弹簧力补偿脚部50的重力。

本发明实施例提供的外骨骼机器人，轴承座组件可允许脚部矢状面跖屈背屈运动以及水平面内旋外旋，从而使轴承座组件具有两个转动副，第四转动组件可允许脚部冠状面内翻外翻，形成第三个转动副，补偿了人体运动过程中脚踝的全部自由度，实现了外骨骼踝关节部与人体脚踝运动相容。

在本发明的实施例中，脚部包括：脚部承载组件及弹性缓冲件，脚部承载组件与弹性缓冲件连接，脚部承载组件用于穿戴于人体的脚部，弹性缓冲件用于在人体脚部进行落地动作时，对人体脚部起到缓冲的作用。

进一步地，如图1所示，外骨骼机器人还包括背包60，背包60与腰部固定件11连接，背包60内装有动力电池和控制器，动力电池为外骨骼机器人供电，控制器用于控制外骨骼机器人运动。同时，背包60内还设有电路，以确保外骨骼机器人安全高效地运行，进一步地，背包60的表面还设有电源指示灯、充电口和网口等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括：腰部结构和一对腿部结构，一对所述腿部结构与所述腰部结构连接，所述腰部结构包括：

腰部固定件，用于穿戴于人体的腰部；

第一滑动组件，与所述腰部固定件连接，所述第一滑动组件能够沿所述腰部固定件的圆周方向滑动，所述第一滑动组件用于补偿人体腰部的扭转运动；

一对第二滑动组件，与所述第一滑动组件连接，所述第二滑动组件沿人体腰部所在平面上下滑动，所述第二滑动组件用于补偿人体腰部的上下运动、左右摇摆以及前倾后仰运动；

第一转动组件，与一对所述第二滑动组件连接，所述第一转动组件与一对所述腿部结构连接，所述第一转动组件能够在人体矢状面转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力；

其中，所述第一滑动组件包括：第一导轨，与所述腰部固定件连接，所述第一导轨为圆弧形导轨，所述第一导轨设有圆弧形滑槽；第一滑块，所述第一滑块为圆弧形滑块，所述第一滑块可沿所述圆弧形滑槽滑动；

每个所述第二滑动组件包括：第二滑块，与所述第一滑块连接；第二导轨，与所述第二滑块滑动连接；第一连接件，所述第一连接件的相对两侧分别与所述第二导轨和所述第一转动组件连接；

所述第一转动组件包括：腰基座，与所述第一连接件连接，所述腰基座的两端分别设有一对通孔；一对第一电机，每个所述第一电机的转动轴贯穿一个所述通孔后与一个第二连接件连接，所述第二连接件与所述腿部结构连接；其中，所述第一电机转动时，能够带动所述第二连接件转动，为人体髋关节的外展或内收运动提供助力。

2.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，每个所述腿部结构包括：依次连接的大腿部、小腿部、踝关节部和脚部，所述大腿部与所述第一转动组件连接。

3.根据权利要求2所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿部包括：

第三连接件，与所述第一转动组件连接，所述第三连接件上设有第二电机；

第一转动件，与所述第二电机连接；

所述第二电机转动时，能够带动所述第一转动件转动，为人体髋关节的前屈或后伸运动提供助力；

第一调节件，所述第一调节件的两端分别与所述第一转动件和所述小腿部连接；

第三滑动组件，设于所述第一调节件，所述第三滑动组件可沿人体大腿所在平面上下滑动；

第二转动组件，与所述第三滑动组件连接，所述第二转动组件可沿圆周方向转动；

第四滑动组件，与所述第二转动组件连接，所述第四滑动组件可沿圆周方向滑动，所述第四滑动组件用于穿戴于人体的大腿。

4.根据权利要求3所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述第三滑动组件包括：

第三导轨，设于所述第一调节件；

第三滑块，与所述第三导轨滑动连接，所述第三滑块还与所述第二转动组件连接。

5.根据权利要求4所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述第四滑动组件包括：

第四导轨，与所述第二转动组件连接，所述第四导轨为圆弧形导轨；

第四滑块，与所述第四导轨滑动连接，所述第四滑块为圆弧形滑块，所述第四滑块用于穿戴于人体的大腿。

6.根据权利要求2所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿部包括：

第四连接件，与所述大腿部连接，所述第四连接件上设有第三电机；

第二转动件，与所述第三电机连接；

所述第三电机转动时，能够带动所述第二转动件转动，为人体膝关节的屈或伸运动提供助力；

第二调节件，所述第二调节件的两端分别与所述第二转动件和所述踝关节部连接；

第五滑动组件，设于所述第二调节件，所述第五滑动组件可沿人体小腿所在平面上下滑动；

第三转动组件，与所述第五滑动组件连接，所述第三转动组件可沿圆周方向转动；

第六滑动组件，与所述第三转动组件连接，所述第六滑动组件可沿圆周方向滑动，所述第六滑动组件用于穿戴于人体的小腿。

7.根据权利要求2所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述踝关节部包括：

第五连接件，与所述小腿部连接；

轴承座组件，与所述第五连接件转动连接；

第四转动组件，与所述轴承座组件以及所述脚部连接；其中，所述轴承座组件转动时可带动所述脚部在矢状面跖屈背屈以及在水平面内旋外旋，所述第四转动组件转动时可带动所述脚部在冠状面内翻外翻。