一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及外骨骼機械結構領域，特別是一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設
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【背景技術】
[0002]康復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。對于小腿綁縛基本都是使用固定式的方案，將綁縛裝置直接與小腿相連接。此種方案簡單易行，完全可以滿足綁縛需求。但由于國內外骨骼機器人膝關節基本都是簡單的鉸鏈結構，完全忽略了人體膝關節的復雜運動，所以往往在小腿屈、伸運動過程中，會產生關節微錯位。這種錯位將引發外骨骼小腿干與人體小腿的位置偏差，繼而在綁縛處造成沿小腿徑向和旋轉的作用力，嚴重影響綁縛的舒適性。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】
[0003]本發明主要針對康復外骨骼機器人的小腿綁縛，通過對運動過程中膝關節微錯位導致的人-機偏差問題進行研宄，提供一種質量輕、制造難度低和舒適度好的外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計。
[0004]本發明的目的通過以下技術方案來實現:一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，它包括電機、減速器、渦輪蝸桿、小腿連接桿和小腿綁縛裝置，所述的電機與減速器通過螺釘相連并組成膝關節驅動器，所述的渦輪蝸桿上端設置有一上端固定殼，渦輪蝸桿側部設置有側部固定殼，所述的渦輪蝸桿內安裝有一花鍵輸出軸，渦輪蝸桿前端安裝有大腿連接桿，所述的小腿連接桿安裝在花鍵輸出軸兩端，所述的減速器的輸出軸位于上端固定殼內并與渦輪蝸桿的蝸桿相連，其動力通過渦輪蝸桿的渦輪傳動，然后再通過花鍵輸出軸輸出；
所述的小腿綁縛裝置包括小腿桿、套筒、銷釘、綁縛滑動件、旋轉銷釘、銷釘固定件、綁縛拖條和碳纖維托板，所述的小腿桿與小腿連接桿連接，在小腿桿的上開設有一通孔，銷釘一端固定設于通孔中，銷釘的另一端位于綁縛滑動件的滑槽內，所述的套筒套裝在綁縛滑動件內，旋轉銷釘一端通過螺紋與綁縛滑動件相連接，另一端內置于銷釘固定件內側，所述的綁縛拖條分別與碳纖維托板和銷釘固定件通過螺釘連接。
[0005]所述的電機為無刷直筒電機，減速器為行星減速器。
[0006]所述的套筒為聚四氟套筒。
[0007]所述的小腿桿為碳合金材料。
[0008]本發明具有以下優點:本發明的外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，解決了由人-機系統微觀錯位產生的沿小腿的徑向偏差問題以及解決了由人-機系統微觀錯位產生的切向旋轉偏差問題，并且通過自適應的綁縛設計，無需增加任何主動執行機構，未大量增加系統的質量及復雜度，從而降低了該機器人的質量和制造難度，同時大大提高康復外骨骼穿戴的舒適性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明的結構示意圖圖2為小腿綁縛裝置結構示意圖
圖中，1-電機，2-減速器，3-渦輪蝸桿，4-小腿連接桿，5-小腿綁縛裝置，6-大腿連接桿，31-上端固定殼，32-側部固定殼，33-花鍵輸出軸，51-小腿桿，52-套筒，53-銷釘，54-綁縛滑動件，55-旋轉銷釘，56-銷釘固定件，57-綁縛拖條，58-碳纖維托板，59-通孔。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護范圍不局限于以下所述: 如圖1所示，一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，它包括電機1、減速器2、渦輪蝸桿3、小腿連接桿4和小腿綁縛裝置5，所述的電機I與減速器2通過螺釘相連并組成膝關節驅動器，在本實施例中，所述的電機I為無刷直筒電機，減速器2為行星減速器，所述的渦輪蝸桿3上端設置有一上端固定殼31，渦輪蝸桿3側部設置有側部固定殼32，所述的渦輪蝸桿3內安裝有一花鍵輸出軸33，渦輪蝸桿3前端安裝有大腿連接桿6，所述的小腿連接桿4安裝在花鍵輸出軸33兩端，所述的減速器2的輸出軸位于上端固定殼31內并與渦輪蝸桿3的蝸桿相連，其動力通過渦輪蝸桿3的渦輪傳動，然后再通過花鍵輸出軸33輸出，使動力傳遞到小腿桿51上；如圖2所示，所述的小腿綁縛裝置5包括小腿桿51、套筒52、銷釘53、綁縛滑動件54、旋轉銷釘55、銷釘固定件56、綁縛拖條57和碳纖維托板58，所述的小腿桿51與小腿連接桿4連接，在本實施例中，所述的小腿桿51為碳合金材料，以保證外骨骼結構強度，小腿桿51的上開設有一通孔59，銷釘53 —端固定設于通孔59中，銷釘53的另一端位于綁縛滑動件54的滑槽內，從而起到滑動限位作用，所述的套筒52套裝在綁縛滑動件54內并組成小腿徑向滑動組件，在本實施例中，所述的套筒52為聚四氟套筒，可以降低滑動阻力，旋轉銷釘55 —端通過螺紋與綁縛滑動件54相連接，另一端內置于銷釘固定件56內側，所述的綁縛拖條57分碳纖維托板58通過螺釘連接并組成小腿支撐組件，綁縛拖條57和銷釘固定件56通過螺釘連接。
[0011]本發明的工作過程如下:穿戴者使用時，將人體膝關節與圖1中膝關節渦輪輸出的花鍵輸出軸33對齊，小腿放置于圖2中碳纖維托板58內，并通過柔性捆帶進行綁縛，當膝關節進行屈、伸運動時，由于人體膝關節是復雜的變軸運動，而外骨骼膝關節是單軸運動，這種不對應性必然導致關節微錯位，從而在小腿綁縛處產生沿小腿徑向的拉扯力和切向旋轉偏差產生的扭轉力。本發明的小腿綁縛通過圖2中綁縛滑動件54釋放小腿徑向約束與旋轉銷釘55釋放切向旋轉約束來自適應人-機運動過程中的偏差，從而消除外骨骼綁縛對人體產生的牽扯和扭轉力，進而提高康復外骨骼的穿戴舒適性。
【主權項】
1.一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，其特征在于:它包括電機(1)、減速器(2)、渦輪蝸桿(3 )、小腿連接桿(4 )和小腿綁縛裝置(5 )，所述的電機(I)與減速器(2 )通過螺釘相連并組成膝關節驅動器，所述的渦輪蝸桿(3)上端設置有一上端固定殼(31)，渦輪蝸桿(3 )側部設置有側部固定殼(32 )，所述的渦輪蝸桿(3 )內安裝有一花鍵輸出軸(33 )，渦輪蝸桿(3)前端安裝有大腿連接桿(6)，所述的小腿連接桿(4)安裝在花鍵輸出軸(33)兩端，所述的減速器(2)的輸出軸位于上端固定殼(31)內并與渦輪蝸桿(3)的蝸桿相連，其動力通過渦輪蝸桿(3)的渦輪傳動，然后再通過花鍵輸出軸(33)輸出； 所述的小腿綁縛裝置(5)包括小腿桿(51)、套筒(52)、銷釘(53)、綁縛滑動件(54)、旋轉銷釘(55)、銷釘固定件(56)、綁縛拖條(57)和碳纖維托板(58)，所述的小腿桿(51)與小腿連接桿(4)連接，在小腿桿(51)的上開設有一通孔(59)，銷釘(53) —端固定設于通孔(59)中，銷釘(53)的另一端位于綁縛滑動件(54)的滑槽內，所述的套筒(52)套裝在綁縛滑動件(54)內，旋轉銷釘(55)—端通過螺紋與綁縛滑動件(54)相連接，另一端內置于銷釘固定件(56)內側，所述的綁縛拖條(57)分別與碳纖維托板(58)和銷釘固定件(56)通過螺釘連接。
2.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，其特征在于:所述的電機(I)為無刷直筒電機，減速器(2 )為行星減速器。
3.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，其特征在于:所述的套筒(52)為聚四氟套筒。
4.根據權利要求1所述的一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，其特征在于:所述的小腿桿(51)為碳合金材料。
【專利摘要】本發明公開了一種外骨骼機器人小腿自適應綁縛設計，它包括電機（1）、減速器（2）、渦輪蝸桿（3）、小腿連接桿（4）和小腿綁縛裝置（5），小腿綁縛裝置（5），包括小腿桿（51）、套筒（52）、銷釘（53）、綁縛滑動件（54）、旋轉銷釘（55）、銷釘固定件（56）、綁縛拖條（57）和碳纖維托板（58），所述的小腿桿（51）與小腿連接桿（4）連接。本發明的有益效果是：解決了由人-機系統微觀錯位產生的沿小腿的徑向偏差問題以及解決了由人-機系統微觀錯位產生的切向旋轉偏差問題，并且通過自適應的綁縛設計，無需增加任何主動執行機構，未大量增加系統的質量及復雜度，大大提高康復外骨骼穿戴的舒適性。
【IPC分類】A61H3-00
【公開號】CN104825312
【申請號】CN201510225887
【發明人】程洪, 過浩星, 陳啟明, 邱靜, 潘有緣
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月6日