外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)及下肢結(jié)構(gòu)組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)及下肢結(jié)構(gòu)組件。該外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)包括：用于固定在人體上的髖部驅(qū)動模塊；大腿骨架，大腿骨架連接至髖部驅(qū)動模塊，大腿骨架通過大腿固定件固定在人體大腿上；小腿骨架，小腿骨架與大腿骨架通過膝部驅(qū)動模塊相連接，小腿骨架通過小腿固定件固定在人體小腿上；腳部鞋子，腳部鞋子與小腿骨架通過踝部驅(qū)動模塊相連接，腳部鞋子內(nèi)設(shè)有與髖部驅(qū)動模塊、膝部驅(qū)動模塊和踝部驅(qū)動模塊均進(jìn)行信號連接的傳感器。本實用新型的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)及下肢結(jié)構(gòu)組件能起到以下有益技術(shù)效果：能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
【專利說明】
外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)及下肢結(jié)構(gòu)組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及外骨骼機(jī)器人，尤其涉及外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)及下肢結(jié)構(gòu)組件。
【背景技術(shù)】
[0002]最早的人體外骨骼機(jī)器人是1966年通用電氣公司(GE)研制的Hardman助力機(jī)器人。進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著計算機(jī)、新材料、機(jī)械工程等學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步和突破，可穿戴式外骨骼機(jī)器人的發(fā)展開始進(jìn)入爆發(fā)期。其中著名的有美國國防部先進(jìn)研究項目局(DAPRA)的XOS和HULC、洛克希德馬丁公司FORTIS、以色列創(chuàng)業(yè)項目Rewi I k、新西蘭創(chuàng)業(yè)項目Rex以及日本筑波大學(xué)HAL等外骨骼機(jī)器人類型產(chǎn)品。
[0003]外骨骼機(jī)器人是一種能夠增強(qiáng)人體能力的可穿戴機(jī)器。它能夠幫助人們跑得更快、跳得更高、能夠攜帶更多更重的東西，并且?guī)椭┐魉娜嗽趹?zhàn)場、建筑工地或者其它有危險的地方生存下來。
[0004]然而，出于各種技術(shù)原因，現(xiàn)有外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)實現(xiàn)類似于人下肢動作具有一定的技術(shù)難度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0006]本實用新型的一個目的在于，提供一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
[0007]本實用新型的以上目的通過一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，該外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)包括:
[0008]用于固定在人體上的髖部驅(qū)動模塊；
[0009]大腿骨架，所述大腿骨架連接至所述髖部驅(qū)動模塊并由所述髖部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述大腿骨架通過大腿固定件固定在人體大腿上；
[0010]小腿骨架，所述小腿骨架與所述大腿骨架通過膝部驅(qū)動模塊相連接并由所述膝部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述小腿骨架通過小腿固定件固定在人體小腿上；
[0011]腳部鞋子，所述腳部鞋子與所述小腿骨架通過踝部驅(qū)動模塊相連接并由所述踝部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述腳部鞋子內(nèi)設(shè)有與所述髖部驅(qū)動模塊、所述膝部驅(qū)動模塊和所述踝部驅(qū)動模塊均進(jìn)行信號連接的傳感器。
[0012]根據(jù)上述技術(shù)方案，本實用新型的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)能起到以下有益技術(shù)效果:能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
[0013]具體地說，大腿骨架與固定在人體上的髖部驅(qū)動模塊相連接，髖部驅(qū)動模塊作為一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，髖部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)大腿的屈/伸；小腿骨架與大腿骨架通過膝部驅(qū)動模塊相連接，小腿骨架與大腿骨架之間形成一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，膝部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)小腿的屈/伸;腳部鞋子與小腿骨架通過踝部驅(qū)動模塊相連接，腳部鞋子與小腿骨架之間形成一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，踝部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)腳部的背屈/跖屈；由傳感器感測腳部壓力信號，并將這些壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖鴤魉椭馏y部驅(qū)動模塊、膝部驅(qū)動模塊和踝部驅(qū)動模塊，從而較佳地實現(xiàn)外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)類似于人下肢的各種動作，并能較佳地實現(xiàn)人對外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)的隨動控制。
[0014]較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)還包括腰部骨架，所述髖部驅(qū)動模塊與所述腰部骨架相連接固定。
[0015]較佳的是，所述腰部骨架留有安裝孔位。
[0016]較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)還包括腰部固定件，所述腰部骨架通過所述腰部固定件固定在人體腰部上。
[0017]較佳的是，所述大腿固定件、小腿固定件及腰部固定件均為綁帶。
[0018]較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)還包括位于所述髖部驅(qū)動模塊與所述腰部骨架之間的髖部連接件，所述髖部連接件與所述腰部骨架之間形成一個被動關(guān)節(jié)。
[0019]較佳的是，所述髖部驅(qū)動模塊包括髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)的髖部驅(qū)動電機(jī)。
[0020]較佳的是，所述膝部驅(qū)動模塊包括膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的膝部驅(qū)動電機(jī)。
[0021]較佳的是，所述踝部驅(qū)動模塊包括踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的踝部驅(qū)動電機(jī)。
[0022]較佳的是，所述傳感器是應(yīng)變片式壓力傳感器。
[0023]較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)還包括位于所述踝部驅(qū)動模塊與所述腳部鞋子之間的腳部連接件。
[0024]較佳的是，所述大腿骨架和所述小腿骨架各自具有仿生曲面。
[0025]本實用新型的另一目的在于，提供一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件，其能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
[0026]本實用新型的以上目的通過一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件來實現(xiàn)，該外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件包括:安裝在人體腰部上的腰部骨架、位于人體左腿側(cè)的如前所述的下肢結(jié)構(gòu)、以及位于人體右腿側(cè)的如前所述的下肢結(jié)構(gòu)；位于人體左腿側(cè)及右腿側(cè)下肢結(jié)構(gòu)中的髖部驅(qū)動模塊均與腰部骨架連接。
[0027]根據(jù)上述技術(shù)方案，本實用新型的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件能起到以下有益技術(shù)效果:能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
【附圖說明】
[0028]在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本實用新型的上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各部件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的部件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0029]圖1是本實用新型一實施方式的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件的整體示意圖。
[0030]附圖標(biāo)記列表
[0031]1、腰部骨架
[0032]2、髖部連接件
[0033]3、髖部驅(qū)動模塊
[0034]4、腰部固定件
[0035]5、大腿骨架
[0036]6、大腿固定件
[0037]7、膝部驅(qū)動模塊
[0038]8、小腿骨架
[0039]9、小腿固定件
[0040]10、踝部驅(qū)動模塊[0041 ]11、腳部連接件
[0042]12、腳部鞋子
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實施例的內(nèi)容限制本實用新型的保護(hù)范圍。
[0044]圖1是本實用新型一實施方式的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件的整體示意圖。
[0045]如圖1所示，外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件可包括安裝在人體腰部上的腰部骨架
1、位于人體左腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)、以及位于人體右腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)。位于人體左腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)和位于人體右腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)可具有基本相同的結(jié)構(gòu)，并且可相對于彼此左右對稱。
[0046]下面參照圖1所示的外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)組件的其中一個下肢結(jié)構(gòu)(例如，位于人體右腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu))對本實用新型一實施方式的外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0047]根據(jù)本實用新型一實施方式，一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，包括:
[0048]髖部驅(qū)動模塊3，該髖部驅(qū)動模塊3可直接固定在人體上進(jìn)行使用，或與腰部骨架I(例如通過髖部連接件2)相連接固定進(jìn)行使用；
[0049]大腿骨架5，大腿骨架5連接至髖部驅(qū)動模塊3并由髖部驅(qū)動模塊3進(jìn)行動力驅(qū)動，大腿骨架5通過大腿固定件6固定在人體大腿上；
[0050]小腿骨架8，小腿骨架8與大腿骨架5通過膝部驅(qū)動模塊7相連接并由膝部驅(qū)動模塊7進(jìn)行動力驅(qū)動，小腿骨架8通過小腿固定件9固定在人體小腿上；
[0051]腳部鞋子12，腳部鞋子12與小腿骨架8通過踝部驅(qū)動模塊10相連接并由踝部驅(qū)動模塊10進(jìn)行動力驅(qū)動，腳部鞋子12內(nèi)(例如在其鞋底內(nèi))設(shè)有與髖部驅(qū)動模塊3、膝部驅(qū)動模塊7和踝部驅(qū)動模塊11均進(jìn)行信號連接的傳感器(例如，借助有線或無線方式實現(xiàn)彼此通
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[0052]這樣，該外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)類似于人下肢的各種動作，并能實現(xiàn)人對其的隨動控制。
[0053]較佳的是，大腿固定件6可以是大腿綁帶;小腿固定件9可以是小腿綁帶。
[0054]較佳的是，腰部骨架I可留有安裝孔位，以便擴(kuò)展安裝能源模塊、控制模塊等其他模塊。
[0055]較佳的是，髖部驅(qū)動模塊3包括髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)的髖部驅(qū)動電機(jī)。
[0056]這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內(nèi)的傳感器所感測到的力信號可傳送至髖部驅(qū)動模塊3，經(jīng)由髖部驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)。
[0057]較佳的是，膝部驅(qū)動模塊7包括膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的膝部驅(qū)動電機(jī)。
[0058]這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內(nèi)的傳感器所感測到的力信號可傳送至膝部驅(qū)動模塊7，經(jīng)由膝部驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)。
[0059]較佳的是，踝部驅(qū)動模塊10包括踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的踝部驅(qū)動電機(jī)。
[0060]這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內(nèi)的傳感器所感測到的力信號可傳送至踝部驅(qū)動模塊10，經(jīng)由踝部驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)。
[0061]較佳的是，髖部驅(qū)動模塊3、膝部驅(qū)動模塊7和踝部驅(qū)動模塊10還可各自包括減速器，以用于對各自的驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行減速。
[0062]較佳的是，還可包括腰部固定件4，腰部骨架I通過腰部固定件4固定在人體腰部上。
[0063 ]較佳的是，腰部固定件4可以是腰部綁帶。
[0064]較佳的是，位于腳部鞋子12的鞋底內(nèi)的傳感器是應(yīng)變片式壓力傳感器。
[0065]這樣，應(yīng)變片式壓力傳感器可以感測腳部壓力信號(壓力數(shù)據(jù))，并將這些壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖鴤魉椭馏y部驅(qū)動模塊3、膝部驅(qū)動模塊7和踝部驅(qū)動模塊10，從而較佳地實現(xiàn)外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)類似于人下肢的各種動作，并能較佳地實現(xiàn)人對外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)的隨動控制。
[0066]較佳的是，髖部連接件2與腰部骨架I之間形成一個被動關(guān)節(jié)(未圖示)，例如鉸鏈，可使髖部連接件2繞垂直于人體背部的水平軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)大腿的外展/內(nèi)收。
[0067]較佳的是，該外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)還包括位于踝部驅(qū)動模塊10與腳部鞋子12之間的腳部連接件11。
[0068]較佳的是，大腿骨架5與腰部骨架I通過髖部驅(qū)動模塊3相連接，大腿骨架5與腰部骨架I之間形成一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，髖部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)大腿的屈/伸。
[0069]較佳的是，小腿骨架8與大腿骨架5通過膝部驅(qū)動模塊7相連接，小腿骨架8與大腿骨架5之間形成一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，膝部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)小腿的屈/伸。
[0070]較佳的是，腳部鞋子12與小腿骨架8通過踝部驅(qū)動模塊10相連接，腳部鞋子12與小腿骨架8之間形成一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，踝部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實現(xiàn)腳部的背屈/跖屈。
[0071]這樣，對于一個外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)而言，其可具有位于髖部的一個驅(qū)動關(guān)節(jié)和一個被動關(guān)節(jié)(即，位于髖部的一個驅(qū)動自由度和一個被動自由度)、位于膝部的一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，位于膝部的一個驅(qū)動自由度)、以及位于踝部的一個驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，位于踝部的一個驅(qū)動自由度)，總計具有三個驅(qū)動自由度和一個被動自由度，即，具有類似于人下肢的多自由度。
[0072]對于包括位于人體左腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)和位于人體右腿側(cè)的下肢結(jié)構(gòu)的外骨骼機(jī)器人下肢結(jié)構(gòu)組件而言，其可相應(yīng)地總計具有六個驅(qū)動自由度和兩個被動自由度。
[0073]較佳的是，大腿骨架5和小腿骨架8各自具有仿生曲面。
[0074]這樣，大腿骨架5和小腿骨架8采用符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計，使得整體下肢結(jié)構(gòu)美觀、緊湊，同時具有較好的穿戴適應(yīng)性。
[0075]以上對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，上述【具體實施方式】并不構(gòu)成對本實用新型的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在以上公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行多種修改，而不超出本實用新型的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下肢結(jié)構(gòu)包括: 用于固定在人體上的髖部驅(qū)動模塊； 大腿骨架，所述大腿骨架連接至所述髖部驅(qū)動模塊并由所述髖部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述大腿骨架上設(shè)置有用于固定在人體大腿上的大腿固定件； 小腿骨架，所述小腿骨架與所述大腿骨架通過膝部驅(qū)動模塊相連接并由所述膝部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述小腿骨架上設(shè)置有用于固定在人體小腿上的小腿固定件； 腳部鞋子，所述腳部鞋子與所述小腿骨架通過踝部驅(qū)動模塊相連接并由所述踝部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述腳部鞋子內(nèi)設(shè)有與所述髖部驅(qū)動模塊、所述膝部驅(qū)動模塊和所述踝部驅(qū)動模塊均進(jìn)行信號連接的傳感器。2.如權(quán)利要求1所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括腰部骨架，所述髖部驅(qū)動模塊與所述腰部骨架相連接固定。3.如權(quán)利要求2所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述腰部骨架留有安裝孔位。4.如權(quán)利要求2或3所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括設(shè)置在腰部骨架上的腰部固定件。5.如權(quán)利要求4所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述大腿固定件、小腿固定件及腰部固定件均為綁帶。6.如權(quán)利要求4所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括位于所述髖部驅(qū)動模塊與所述腰部骨架之間的髖部連接件，所述髖部連接件與所述腰部骨架之間形成一個被動關(guān)節(jié)。7.如權(quán)利要求1所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述髖部驅(qū)動模塊包括髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述髖部驅(qū)動關(guān)節(jié)的髖部驅(qū)動電機(jī);所述膝部驅(qū)動模塊包括膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述膝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的膝部驅(qū)動電機(jī);所述踝部驅(qū)動模塊包括踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述踝部驅(qū)動關(guān)節(jié)的踝部驅(qū)動電機(jī)。8.如權(quán)利要求1所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述傳感器是應(yīng)變片式壓力傳感器。9.如權(quán)利要求1所述的外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述大腿骨架和所述小腿骨架各自具有仿生曲面。10.一種外骨骼機(jī)器人的下肢結(jié)構(gòu)組件，其特征在于，包括:安裝在人體腰部上的腰部骨架、位于人體左腿側(cè)的如權(quán)利要求1-9任一項所述的下肢結(jié)構(gòu)、以及位于人體右腿側(cè)的如權(quán)利要求1-9任一項所述的下肢結(jié)構(gòu);位于人體左腿側(cè)及右腿側(cè)下肢結(jié)構(gòu)中的髖部驅(qū)動模塊均與腰部骨架連接。
【文檔編號】B25J9/00GK205521373SQ201620271218
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】深圳光啟合眾科技有限公司