一種外骨骼機器人的助行下肢的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種外骨骼機器人的助行下肢。
【背景技術】
[0002]個人助行外骨骼機器人作為一種可穿戴設備，是典型的人機混合系統，我國現在的外骨骼機器人還處在研發階段；針對膝關節的設計，基本都采用單軸輸出的鉸鏈結構，功能上可以滿足個人助行外骨骼機器人的需求，但人體膝關節有著極其復雜的運動方式，并非簡易的單軸運動，所以在小腿運動過程中，膝關節會產生運動錯位。
[0003]這種錯位將于膝關節產生沿小腿徑向和法向的作用力，長期穿戴使用，將會嚴重影響了可穿戴設備的穿戴舒適感；由于康復外骨骼面向對象為下肢運動功能障礙的殘疾人群，此類人群下肢長期無法運動，極易受損，長期使用更會對穿戴者造成肢體的二次傷害。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種外骨骼機器人的助行下肢，結合交叉四連桿結構設計了符合人體膝關節生理運動特點的仿生機構，能夠消除人機錯位產生的有害作用力，解決由人機系統微觀錯位產生的沿小腿的徑向偏差問題和切向旋轉偏差問題，提高康復外骨骼使用安全性和穿戴的舒適性。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種外骨骼機器人的助行下肢，它包括第一執行器固定件、大腿桿、仿生膝關節、小腿護板、小腿護板固定件、小腿桿、小腿護板連接件、第二執行器固定件和執行器；所述的大腿桿和小腿桿之間通過仿生膝關節連接；所述的執行器的一端通過第一執行器固定件與大腿桿連接，另一端通過第二執行器固定件與小腿桿連接；所述的小腿護板固定在小腿護板固定件上，小腿護板固定件通過小腿護板連接件與小腿桿連接；
所述的仿生膝關節為交叉四連桿結構，包括連桿、第一連架桿、機架和第二連架桿；所述的連桿包括連桿固定端和連桿轉動端；所述的機架包括機架固定端和機架轉動端；所述的第一連架桿、第二連架桿成夾角設置，第一連架桿和第二連架桿設置在連桿轉動端、機架轉動端的兩側。
[0006]所述的小腿護板為碳纖維護板。
[0007]所述的執行器包括直線推桿電機，通過推桿伸縮帶動大小腿間相對轉動。
[0008]所述的執行器的一端與第一執行器固定件通過銷釘固定，另一端與第二執行器固定件通過銷釘固定，能進行自適應旋轉運動。
[0009]所述的連桿固定端設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與大腿桿連接。
[0010]所述的機架固定端設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與小腿桿連接。
[0011]所述的第一連架桿分別與連桿轉動端、機架轉動端通過螺釘連接。
[0012]所述的第二連架桿分別與連桿轉動端、機架轉動端通過螺釘連接。
[0013]本發明的有益效果是:(I)采用交叉四連桿結構進行膝關節運動軌跡的創建，能夠通過對交叉四連桿各參數的優化，最終使交叉四連桿的交叉點運動軌跡與膝關節真實運動軌跡逼近吻合，從而消除關節間運動錯位，實現仿生的目的；(2)外骨骼機器人的助行下肢與人體關節運動相吻合，真正意義上實現了仿生的目的，解決由人機系統微觀錯位產生的沿小腿的徑向偏差問題和切向旋轉偏差問題，提高外骨骼機器人助行下肢使用的安全性和穿戴的舒適性。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為仿生膝關節的結構示意圖；
圖中，1.1-第一執行器固定件，1.2-大腿桿，1.3-仿生膝關節，1.4-小腿護板，1.5-小腿護板固定件，1.6-小腿桿，1.7-小腿護板連接件，1.8-第二執行器固定件，1.9-執行器，2.1-連桿，2.2-螺釘一，2.3-第一連架桿，2.4-螺釘二，2.5-機架，2.6-第二連架桿，2.7-螺釘四，2.8_螺釘二，2.9-螺孔—■，3.0-螺孔五，3.1-螺孔七，3.2-螺孔八，3.3-螺孔四，3.4-螺孔三，3.5-螺孔六，3.6-螺孔一，3.7-連桿固定端，3.8-連桿轉動端，3.9-機架固定端，4.0-機架轉動端。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。
[0016]如圖1所示，一種外骨骼機器人的助行下肢，它包括第一執行器固定件1.1、大腿桿1.2、仿生膝關節1.3、小腿護板1.4、小腿護板固定件1.5、小腿桿1.6、小腿護板連接件
1.7、第二執行器固定件1.8和執行器1.9 ;所述的大腿桿1.2和小腿桿1.6之間通過仿生膝關節1.3連接；所述的執行器1.9的一端通過第一執行器固定件1.1與大腿桿1.2連接，另一端通過第二執行器固定件1.8與小腿桿1.6連接；所述的小腿護板1.4固定在小腿護板固定件1.5上，小腿護板固定件1.5通過小腿護板連接件1.7與小腿桿1.6連接；
如圖2所示，所述的仿生膝關節1.3為交叉四連桿結構，包括連桿2.1、第一連架桿
2.3、機架2.5和第二連架桿2.6 ;所述的連桿2.1包括連桿固定端3.7和連桿轉動端3.8 ；所述的機架2.5包括機架固定端3.9和機架轉動端4.0 ;所述的第一連架桿2.3、第二連架桿2.6成夾角設置，第一連架桿2.3和第二連架桿2.6設置在連桿轉動端3.8、機架轉動端
4.0的兩側。
[0017]所述的小腿護板1.4為碳纖維護板。
[0018]所述的執行器1.9包括直線推桿電機，通過推桿伸縮帶動大小腿間相對轉動。
[0019]所述的執行器1.9的一端與第一執行器固定件1.1通過銷釘固定，另一端與第二執行器固定件1.8通過銷釘固定，能進行自適應旋轉運動。
[0020]所述的連桿固定端3.7設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與大腿桿1.2連接。
[0021]所述的機架固定端3.9設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與小腿桿1.6連接。
[0022]所述的第一連架桿2.3分別與連桿轉動端3.8、機架轉動端4.0通過螺釘連接。
[0023]所述的第二連架桿2.6分別與連桿轉動端3.8、機架轉動端4.0通過螺釘連接。
[0024]穿戴者使用時，將人體膝關節與仿生膝關節1.3對準，小腿放置于碳纖維護板1.4內，并通過柔性捆帶進行綁縛，大腿與大腿桿1.2平行放置，同樣通過柔性捆帶進行綁縛；當執行器1.9啟動時，仿生膝關節1.3進行屈/伸運動；由于仿生膝關節1.3為交叉四連桿結構，交叉四連桿結構的仿生特性，使得仿生膝關節1.3與人體膝關節能同步運動；使人體大小腿與外骨骼大小腿桿始終保持相對靜止，從而徹底消除運動過程中由關節運動錯位帶來的穿戴不適感，消除外骨骼對人體產生的牽扯和扭轉力，最終提高了外骨骼助行下肢的舒適及安全性。
[0025]實施例一，仿生膝關節1.3中的第一連架桿2.3、第二連架桿2.6成夾角設置，第一連架桿2.3和第二連架桿2.6設置在連桿轉動端3.8、機架轉動端4.0的兩側，其具體設置方式可以如圖2所示:
所述的第一連架桿2.3的螺孔一 3.6與連桿轉動端3.8的螺孔二 2.9通過螺釘一 2.2連接；所述的第一連架桿2.3的螺孔三3.4與機架轉動端4.0的螺孔四3.3通過螺釘二 2.4連接；所述的第二連桿架2.6的螺孔五3.0與連桿轉動端3.8的螺孔六3.5通過螺釘三2.8連接；所述的第二連桿架2.6的螺孔七3.1與機架轉動端4.0的螺孔八3.2通過螺釘四2.7連接。
[0026]其中，螺孔二 2.9靠近連桿轉動端3.8的底部，螺孔六3.5靠近連桿轉動端3.8的頂部，螺孔四3.3靠近機架轉動端4.0頂部；螺孔八3.2靠近機架轉動端4.0的底部。
【主權項】
1.一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:它包括第一執行器固定件(1.1)、大腿桿(1.2)、仿生膝關節(1.3)、小腿護板(1.4)、小腿護板固定件(1.5)、小腿桿(1.6)、小腿護板連接件(1.7)、第二執行器固定件(1.8)和執行器(1.9);所述的大腿桿(1.2)和小腿桿(1.6)之間通過仿生膝關節(1.3)連接；所述的執行器(1.9)的一端通過第一執行器固定件(1.1)與大腿桿(1.2)連接，另一端通過第二執行器固定件(1.8)與小腿桿(1.6)連接；所述的小腿護板(1.4)固定在小腿護板固定件(1.5)上，小腿護板固定件(1.5)通過小腿護板連接件(1.7)與小腿桿(1.6)連接； 所述的仿生膝關節(1.3)包括連桿(2.1)、第一連架桿(2.3)、機架(2.5)和第二連架桿(2.6);所述的連桿(2.1)包括連桿固定端(3.7)和連桿轉動端(3.8);所述的機架(2.5)包括機架固定端(3.9)和機架轉動端(4.0);所述的第一連架桿(2.3)、第二連架桿(2.6)成夾角設置，第一連架桿(2.3)和第二連架桿(2.6)設置在連桿轉動端(3.8)、機架轉動端(4.0)的兩側。2.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的小腿護板(1.4)為碳纖維護板。3.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的執行器(1.9)包括直線推桿電機，通過推桿伸縮帶動大小腿間相對轉動。4.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的執行器(1.9)的一端與第一執行器固定件(1.1)通過銷釘固定，另一端與第二執行器固定件(1.8)通過銷釘固定，能進行自適應旋轉運動。5.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的連桿固定端(3.7)設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與大腿桿(1.2)連接。6.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的機架固定端(3.9)設置有內部具有螺紋的套筒，并通過套筒內部的螺紋與小腿桿(1.6)連接。7.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的第一連架桿(2.3)分別與連桿轉動端(3.8)、機架轉動端(4.0)通過螺釘連接。8.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人的助行下肢，其特征在于:所述的第二連架桿(2.6)分別與連桿轉動端(3.8)、機架轉動端(4.0)通過螺釘連接。
【專利摘要】本發明公開了一種外骨骼機器人的助行下肢，它包括第一執行器固定件（1.1）、大腿桿（1.2）、仿生膝關節（1.3）、小腿護板（1.4）、小腿護板固定件（1.5）、小腿桿（1.6）、小腿護板連接件（1.7）、第二執行器固定件(1.8)和執行器(1.9)。本發明提供了一種外骨骼機器人的助行下肢，結合交叉四連桿結構設計了符合人體膝關節生理運動特點的仿生機構，能夠消除人機錯位產生的有害作用力，解決由人機系統微觀錯位產生的沿小腿的徑向偏差問題和切向旋轉偏差問題，提高康復外骨骼使用安全性和穿戴的舒適性。
【IPC分類】A61H3/00
【公開號】CN104887461
【申請號】CN201510311272
【發明人】邱靜, 陳啟明, 潘有緣, 程洪, 張良偉
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月9日