本發(fā)明涉及欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，具體涉及基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人。

背景技術(shù)：

外骨骼機(jī)器人是一種能夠輔助人體運(yùn)動(dòng)，提高人體運(yùn)動(dòng)能力的可穿戴式助力設(shè)備，在軍用，民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。如能夠提高人體的負(fù)重能力，提供行走助力或者用于康復(fù)訓(xùn)練。主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的外骨骼，具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，自身重量大，需要大量能量來(lái)驅(qū)動(dòng)外骨骼克服自身重力，同時(shí)需要大容量的電池或其他能量?jī)?chǔ)存方式。被動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的外骨骼沒(méi)有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，很難上樓梯，負(fù)重行走等運(yùn)動(dòng)提供有效助力，限制了被動(dòng)關(guān)節(jié)外骨骼應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明內(nèi)容是為了解決以往的主動(dòng)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的外骨骼自身質(zhì)量大，驅(qū)動(dòng)能耗大，被動(dòng)關(guān)節(jié)外骨骼無(wú)法提供有效助力等問(wèn)題，進(jìn)而提供基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人。

本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是：

它包括背帶裝置、驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)、兩個(gè)大腿桿裝置、兩個(gè)小腿桿裝置、兩個(gè)踝關(guān)節(jié)裝置、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置和兩個(gè)線繩；每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)殼體支架、第一電機(jī)外殼、腰部骨架、行星減速器、第二電機(jī)外殼、伺服電機(jī)、第三電機(jī)外殼、髖關(guān)節(jié)花鍵軸、驅(qū)動(dòng)滑輪、彈性驅(qū)動(dòng)器、第一軸套、小錐齒輪、大錐齒輪、第二軸套、第四電機(jī)外殼、第五電機(jī)外殼、第六電機(jī)外殼、固定板和兩個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋；電機(jī)殼體支架包括支架彎板、支架第一直板和支架第二直板，腰部骨架為弧形彎板，腰部骨架的一端加工有髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸安裝孔，第一直板與支架第二直板的一端固定連接，第一直板與支架第二直板垂直設(shè)置，支架彎板與第一直板固定連接，支架彎板上加工有第一軸承安裝孔，第一直板上加工有行星減速器轉(zhuǎn)軸插入孔，第四電機(jī)外殼為弧形殼體，第一電機(jī)外殼、第二電機(jī)外殼、第三電機(jī)外殼、固定板和第五電機(jī)外殼為長(zhǎng)方形板，固定板的一端與第二直板固定連接，且第一直板位于支架彎板和固定板之間，固定板另一端的頂端加工有與第四電機(jī)外殼內(nèi)弧面配合的弧形面，支架彎板的一端加工有與第四電機(jī)外殼內(nèi)弧面配合的弧形面，第四電機(jī)外殼固定安裝在支架彎板和固定板的頂端，第四電機(jī)外殼的內(nèi)弧面與支架彎板的弧形面和固定板的弧形面配合，固定板上加工有第一軸承安裝孔，第一電機(jī)外殼與第二直板相對(duì)設(shè)置，第五電機(jī)外殼安裝在第一電機(jī)外殼與第二直板頂端上，第二電機(jī)外殼安裝在第一電機(jī)外殼與第二直板底端上，第三電機(jī)外殼與第二直板、第一電機(jī)外殼、第二電機(jī)外殼和第五電機(jī)外殼固定連接，腰部骨架的另一端與第二直板和第五電機(jī)外殼固定連接，伺服電機(jī)的底座安裝在第三電機(jī)外殼上，行星減速器的殼體固定安裝在第二直板上，伺服電機(jī)的輸出軸與行星減速器轉(zhuǎn)軸的輸入端連接，行星減速器的輸出端穿過(guò)第一直板的行星減速器轉(zhuǎn)軸插入孔并安裝有小錐齒輪，安裝板的第一軸承安裝孔上安裝有一個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋，支架彎板的第一軸承安裝孔上安裝有另一個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋，髖關(guān)節(jié)花鍵軸上依次安裝有第二軸套、驅(qū)動(dòng)滑輪、彈性驅(qū)動(dòng)器、大錐齒輪和第一軸套，彈性驅(qū)動(dòng)器分別與驅(qū)動(dòng)滑輪和大錐齒輪固定連接，大錐齒輪鍵連接安裝在髖關(guān)節(jié)花鍵軸上，第二軸套安裝在固定板上的帶有軸承的第一軸承端蓋上，第一軸套安裝在支架彎板上的帶有軸承的第一軸承端蓋上，且小錐齒輪與大錐齒輪吃嚙合，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)安裝在背帶裝置上，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)分別與兩個(gè)伺服電機(jī)連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別相對(duì)安裝在背帶裝置的底端上，每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的下方依次固定安裝有大腿桿裝置、小腿桿裝置和踝關(guān)節(jié)裝置，每個(gè)線繩的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置上的驅(qū)動(dòng)滑輪固定連接，每個(gè)線繩的另一端繞過(guò)大腿桿裝置與小腿桿裝置固定連接。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明可穿戴式欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼機(jī)器人通過(guò)輔助人體大腿，小腿運(yùn)動(dòng)，能夠輔助正常行走，減少人體能量消耗。

2、本發(fā)明是一種繩-滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置，單個(gè)電機(jī)可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)下肢一側(cè)髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，所以，相對(duì)于現(xiàn)有的下肢欠驅(qū)動(dòng)外骨骼具有驅(qū)動(dòng)元件個(gè)數(shù)少，質(zhì)量輕，消耗能量少的特點(diǎn)。

3、本發(fā)明髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)軸中心距較大，適合采用繩-滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，而且繩-滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)，不容易對(duì)人體造成沖擊傷害。

4、本發(fā)明各個(gè)關(guān)節(jié)自由度運(yùn)動(dòng)范圍與人體運(yùn)動(dòng)范圍相同，并設(shè)計(jì)有限位裝置，起到安全保護(hù)的作用。

5、發(fā)明具備關(guān)節(jié)中心調(diào)整機(jī)構(gòu)，可根據(jù)不同個(gè)體而更改外骨骼尺寸，使用范圍廣。

6、本發(fā)明采用繩-滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，成本較低，有廣泛市場(chǎng)價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖3是圖2的側(cè)視圖，圖4是圖2的俯視圖，圖5是背帶裝置主視圖，圖6是小腿桿裝置安裝前示意圖，圖7是大腿桿裝置結(jié)構(gòu)主視圖，圖8是圖7中b-b向視圖，圖9是圖7的俯視圖，圖10是大腿桿裝置安裝前示意圖，圖11是驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)主視圖，圖12是圖11中a-a向視圖，圖13是圖11的俯視圖，圖14是驅(qū)動(dòng)裝置安裝前的結(jié)構(gòu)示意圖，圖15是踝關(guān)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)主視圖，圖16是圖15的右視圖，圖17是圖15的c-c向視圖，圖18是圖15的俯視圖，圖19是踝關(guān)節(jié)裝置安裝前結(jié)構(gòu)示意圖，圖20是本發(fā)明工作時(shí)驅(qū)動(dòng)原理圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1-圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，它包括背帶裝置、驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74、兩個(gè)大腿桿裝置、兩個(gè)小腿桿裝置、兩個(gè)踝關(guān)節(jié)裝置、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置和兩個(gè)線繩73；每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)殼體支架1、第一電機(jī)外殼3、腰部骨架4、行星減速器5、第二電機(jī)外殼6、伺服電機(jī)7、第三電機(jī)外殼8、髖關(guān)節(jié)花鍵軸9、驅(qū)動(dòng)滑輪10、彈性驅(qū)動(dòng)器11、第一軸套12、小錐齒輪13、大錐齒輪14、第二軸套15、第四電機(jī)外殼16、第五電機(jī)外殼17、固定板和兩個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋2；電機(jī)殼體支架1包括支架彎板1-1、支架第一直板1-2和支架第二直板1-3，腰部骨架4為弧形彎板，腰部骨架4的一端加工有髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸安裝孔，第一直板1-2與支架第二直板1-3的一端固定連接，第一直板1-2與支架第二直板1-3垂直設(shè)置，支架彎板1-1與第一直板1-2固定連接，支架彎板1-1上加工有第一軸承安裝孔，第一直板1-2上加工有行星減速器轉(zhuǎn)軸插入孔，第四電機(jī)外殼16為弧形殼體，第一電機(jī)外殼3、第二電機(jī)外殼6、第三電機(jī)外殼8、固定板和第五電機(jī)外殼17為長(zhǎng)方形板，固定板的一端與第二直板1-3固定連接，且第一直板1-2位于支架彎板1-1和固定板之間，固定板另一端的頂端加工有與第四電機(jī)外殼16內(nèi)弧面配合的弧形面，支架彎板1-1的一端加工有與第四電機(jī)外殼16內(nèi)弧面配合的弧形面，第四電機(jī)外殼16固定安裝在支架彎板1-1和固定板的頂端，第四電機(jī)外殼16的內(nèi)弧面與支架彎板1-1的弧形面和固定板的弧形面配合，固定板上加工有第一軸承安裝孔，第一電機(jī)外殼3與第二直板1-3相對(duì)設(shè)置，第五電機(jī)外殼17安裝在第一電機(jī)外殼3與第二直板1-3頂端上，第二電機(jī)外殼6安裝在第一電機(jī)外殼3與第二直板1-3底端上，第三電機(jī)外殼8與第二直板1-3、第一電機(jī)外殼3、第二電機(jī)外殼6和第五電機(jī)外殼17固定連接，腰部骨架4的另一端與第二直板1-3和第五電機(jī)外殼17固定連接，伺服電機(jī)7的底座安裝在第三電機(jī)外殼8上，行星減速器5的殼體固定安裝在第二直板1-3上，伺服電機(jī)7的輸出軸與行星減速器5轉(zhuǎn)軸的輸入端連接，行星減速器5的輸出端穿過(guò)第一直板1-2的行星減速器轉(zhuǎn)軸插入孔并安裝有小錐齒輪13，安裝板的第一軸承安裝孔上安裝有一個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋2，支架彎板1-1的第一軸承安裝孔上安裝有另一個(gè)帶有軸承的第一軸承端蓋2，髖關(guān)節(jié)花鍵軸9上依次安裝有第二軸套15、驅(qū)動(dòng)滑輪10、彈性驅(qū)動(dòng)器11、大錐齒輪14和第一軸套12，彈性驅(qū)動(dòng)器11分別與驅(qū)動(dòng)滑輪10和大錐齒輪14固定連接，大錐齒輪14鍵連接安裝在髖關(guān)節(jié)花鍵軸9上，第二軸套15安裝在固定板上的帶有軸承的第一軸承端蓋2上，第一軸套12安裝在支架彎板1-1上的帶有軸承的第一軸承端蓋2上，且小錐齒輪13與大錐齒輪14吃嚙合，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74安裝在背帶裝置上，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74分別與兩個(gè)伺服電機(jī)7連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別相對(duì)安裝在背帶裝置的底端上，每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的下方依次固定安裝有大腿桿裝置、小腿桿裝置和踝關(guān)節(jié)裝置，每個(gè)線繩73的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置上的驅(qū)動(dòng)滑輪10固定連接，每個(gè)線繩73的另一端繞過(guò)大腿桿裝置與小腿桿裝置固定連接。

在本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74提供驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)7帶動(dòng)行星減速器5轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)小錐齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)。小錐齒輪13與大錐齒輪14齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)彈性驅(qū)動(dòng)器11轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性驅(qū)動(dòng)器11帶動(dòng)髖關(guān)節(jié)花鍵軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，髖關(guān)節(jié)花鍵軸9帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑輪10轉(zhuǎn)動(dòng)。線繩73一端固定在驅(qū)動(dòng)滑輪10上，在驅(qū)動(dòng)滑輪10帶動(dòng)下拉動(dòng)大腿裝置，小腿裝置繞各自的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，彈性驅(qū)動(dòng)器11起到彈性緩沖，保護(hù)人體關(guān)節(jié)的作用。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1-圖3和圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，背帶裝置包括連接塊61、腰部連接扣63、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65、中間軸69、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣70、兩個(gè)背帶59、兩個(gè)背帶板62、兩個(gè)連接彈簧64、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)基座66、兩個(gè)第一限位塊67、兩個(gè)第二限位塊68、兩個(gè)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸71、兩個(gè)帶有軸承的腰部端蓋72和多個(gè)帶有連接釘?shù)墓潭ㄉw60；腰部連接扣63為‘v’形塊體，兩個(gè)背帶板62豎直設(shè)置，每個(gè)背帶板62上通過(guò)兩個(gè)帶有連接釘?shù)墓潭ㄉw60安裝有一個(gè)背帶59，兩個(gè)背帶板62通過(guò)連接塊61固定連接，驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74安裝在兩個(gè)背帶板62上，腰部連接扣63的頂端分別與兩個(gè)背帶板62的底端固定連接，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣70通過(guò)中間軸69轉(zhuǎn)動(dòng)連接，腰部連接扣63轉(zhuǎn)動(dòng)連接安裝在中間軸69上，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65通過(guò)一個(gè)連接彈簧64與一個(gè)背帶板62固定連接，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣70通過(guò)另一個(gè)連接彈簧64與另一個(gè)背帶板62固定連接，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65上安裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)基座66，第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣70上安裝有另一個(gè)旋轉(zhuǎn)基座66，每個(gè)旋轉(zhuǎn)基座66上安裝有一個(gè)帶有軸承的腰部端蓋72，且每個(gè)帶有軸承的腰部端蓋72的軸承設(shè)有一個(gè)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸71，每個(gè)髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸71安裝在一個(gè)腰部骨架4的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸安裝孔上，每個(gè)旋轉(zhuǎn)基座66上分別安裝有一個(gè)第一限位塊67和一個(gè)第二限位塊68，第二限位塊68位于腰部骨架4的上方，第一限位塊67位于腰部骨架4的下方。第一限位塊67和一個(gè)第二限位塊68對(duì)腰部骨架4進(jìn)行限位，在本實(shí)施方式中，背帶59套在人肩部，連接外骨骼與人上半身。腰部連接扣63可以繞中間軸69轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外骨骼腰部連接扣63以上部分繞脊線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65相對(duì)于中間軸69轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外骨骼左，右側(cè)下肢繞脊線旋內(nèi)，旋外運(yùn)動(dòng)。連接彈簧64提供回復(fù)力，使第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣70不受外力時(shí)，回復(fù)初始狀態(tài)。腰部骨架4繞髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸71相對(duì)于基座66旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外骨骼左，右側(cè)下肢繞髖關(guān)節(jié)內(nèi)收，外擺運(yùn)動(dòng)。其中，大腿桿裝置繞髖關(guān)節(jié)的伸展，彎曲運(yùn)動(dòng)軸線與腰部骨架4繞髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸71的內(nèi)收，外擺運(yùn)動(dòng)軸線相交于一點(diǎn)，這一點(diǎn)與人體髖關(guān)節(jié)重合。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖7-圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，大腿桿裝置包括髖關(guān)節(jié)外殼18，帶有軸承的第二軸承端蓋19，第一大腿外殼20、大腿捆綁襯套21、大腿鋁板襯套22、大腿捆綁金屬環(huán)23、第一大腿桿24、第二大腿桿25、大腿鎖緊塊26、大腿鎖緊鈕27、大腿鎖緊手柄28、小腿固定架30、髖關(guān)節(jié)滑輪31、髖關(guān)節(jié)軸32、髖關(guān)節(jié)外座34、大腿捆綁帶36、兩個(gè)第一扭簧33、兩個(gè)大腿捆綁帶環(huán)35和多個(gè)大腿固定支架29，第二大腿桿25的頂端加工有髖關(guān)節(jié)滑輪安裝槽，髖關(guān)節(jié)滑輪安裝槽的兩個(gè)側(cè)壁上加工有髖關(guān)節(jié)軸安裝孔，髖關(guān)節(jié)滑輪31設(shè)置在髖關(guān)節(jié)滑輪安裝槽內(nèi)，髖關(guān)節(jié)滑輪31通過(guò)髖關(guān)節(jié)軸32插裝在髖關(guān)節(jié)滑輪安裝槽內(nèi)，髖關(guān)節(jié)軸32的兩端設(shè)有兩個(gè)第一扭簧33，髖關(guān)節(jié)軸32的兩端分別插裝在髖關(guān)節(jié)外座34和髖關(guān)節(jié)外殼18上，髖關(guān)節(jié)外殼18與髖關(guān)節(jié)外座34相對(duì)扣合組成一個(gè)殼體，且髖關(guān)節(jié)軸32的每端插裝在一個(gè)帶有軸承的第二軸承端蓋19的軸承上，且髖關(guān)節(jié)軸32的一端通過(guò)一個(gè)帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在髖關(guān)節(jié)外座34上，髖關(guān)節(jié)軸32的另一端通過(guò)一個(gè)帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在髖關(guān)節(jié)外殼18上，一個(gè)第一扭簧33位于第二大腿桿25和髖關(guān)節(jié)外座34之間，另一個(gè)第一扭簧33位于第二大腿桿25和髖關(guān)節(jié)外殼18之間，第二大腿桿25的底端加工有第一大腿桿插入槽，第一大腿桿插入槽的側(cè)壁上豎直加工有條形通孔，第一大腿桿24上豎直加工有條形通孔，第一大腿桿24豎直插裝在第二大腿桿25的第一大腿桿插入槽內(nèi)，大腿鎖緊塊26固定安裝在第二大腿桿25的底端上，大腿鎖緊鈕27設(shè)置在第一大腿桿24內(nèi)，且大腿鎖緊鈕27上的銷(xiāo)軸的頂端依次穿過(guò)第一大腿桿24的條形通孔、第二大腿桿25的條形通孔和大腿鎖緊塊26的框體設(shè)置，大腿鎖緊鈕27上銷(xiāo)軸的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接安裝在大腿鎖緊手柄28上，第一大腿外殼20套裝在第二大腿桿25上，且第一大腿外殼20通過(guò)多個(gè)大腿固定支架29固定安裝在第二大腿桿25上，大腿捆綁襯套21安裝在大腿鋁板襯套22上，大腿鋁板襯套22安裝在大腿捆綁金屬環(huán)23上，大腿捆綁金屬環(huán)23安裝在第二大腿桿25的底端，小腿固定架30固定安裝在第一大腿桿24的底端，大腿捆綁金屬環(huán)23上安裝有兩個(gè)大腿捆綁帶環(huán)35，大腿捆綁帶36設(shè)置在兩個(gè)大腿捆綁帶環(huán)35上，第一髖關(guān)節(jié)外殼18和髖關(guān)節(jié)外座34與一個(gè)腰部骨架4固定連接。本實(shí)施方式中通過(guò)大腿鎖緊塊26、大腿鎖緊鈕27和大腿鎖緊手柄28對(duì)第一大腿桿24和第二大腿桿25進(jìn)行鎖緊和放松，進(jìn)而可以延長(zhǎng)和縮短第一大腿桿24在第二大腿桿25的長(zhǎng)度，第二大腿桿25和髖關(guān)節(jié)外座34之間設(shè)置有第一扭簧33可以使第二大腿桿25繞髖關(guān)節(jié)軸32轉(zhuǎn)動(dòng)后通過(guò)第一扭簧33使第二大腿桿25進(jìn)行復(fù)位，使第二大腿桿25繞髖關(guān)節(jié)軸32恢復(fù)到轉(zhuǎn)動(dòng)之前的初始位置，兩個(gè)大腿捆綁帶環(huán)35上設(shè)有大腿捆綁帶36可以使使用者的大腿通過(guò)大腿捆綁帶36將大腿捆綁在大腿捆綁襯套21上，保證使用者的大腿與機(jī)器人同步。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，小腿桿裝置包括膝關(guān)節(jié)外殼75，帶有軸承的第三軸承端蓋76，第一小腿外殼90、小腿捆綁襯套88、小腿鋁板襯套87、小腿捆綁金屬環(huán)86、第一小腿桿82、第二小腿桿38、小腿鎖緊塊37、小腿鎖緊鈕91、小腿鎖緊手柄84、踝關(guān)節(jié)固定架83、膝關(guān)節(jié)滑輪77、膝關(guān)節(jié)軸78、膝關(guān)節(jié)外座89、小腿捆綁帶80、兩個(gè)第二扭簧79、兩個(gè)小腿捆綁帶環(huán)81和多個(gè)小腿固定支架85，第二小腿桿38的頂端加工有膝關(guān)節(jié)滑輪安裝槽，膝關(guān)節(jié)滑輪安裝槽的兩個(gè)側(cè)壁上加工有膝關(guān)節(jié)軸安裝孔，膝關(guān)節(jié)滑輪77設(shè)置在膝關(guān)節(jié)滑輪安裝槽內(nèi)，膝關(guān)節(jié)滑輪77通過(guò)膝關(guān)節(jié)軸78插裝在膝關(guān)節(jié)滑輪安裝槽內(nèi)，膝關(guān)節(jié)軸78的兩端設(shè)有兩個(gè)第二扭簧79，膝關(guān)節(jié)軸78的兩端分別插裝在膝關(guān)節(jié)外座89和膝關(guān)節(jié)外殼75上，膝關(guān)節(jié)外殼75與膝關(guān)節(jié)外座89相對(duì)扣合組成一個(gè)殼體，且膝關(guān)節(jié)軸78的每端插裝在一個(gè)帶有軸承的第三軸承端蓋76的軸承上，且膝關(guān)節(jié)軸78的一端通過(guò)一個(gè)帶有軸承的第三軸承端蓋76安裝在髖關(guān)節(jié)外座34上，髖關(guān)節(jié)軸32的另一端通過(guò)一個(gè)帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在膝關(guān)節(jié)外座89上，一個(gè)第二扭簧79位于第二小腿桿38和膝關(guān)節(jié)外座89之間，另一個(gè)第二扭簧79位于第二小腿桿38和膝關(guān)節(jié)外殼75之間，第二小腿桿38的底端加工有第一小腿桿插入槽，第一小腿桿插入槽的側(cè)壁上豎直加工有條形通孔，第一小腿桿82上豎直加工有條形通孔，第一小腿桿82豎直插裝在第二小腿桿38的第一小腿桿插入槽內(nèi)，小腿鎖緊塊37固定安裝在第二小腿桿38的底端上，小腿鎖緊鈕91的銷(xiāo)軸設(shè)置在第一小腿桿82內(nèi)，且小腿鎖緊鈕91的銷(xiāo)軸依次穿過(guò)第一小腿桿82的條形通孔、第二小腿桿38的條形通孔和小腿鎖緊塊37的框體設(shè)置，小腿鎖緊塊37上銷(xiāo)軸的頂端轉(zhuǎn)動(dòng)連接安裝有小腿鎖緊手柄84，第一小腿外殼90套裝在第二小腿桿38上，且第一小腿外殼90通過(guò)多個(gè)小腿固定支架85固定安裝在第二小腿桿38上，小腿捆綁襯套88安裝在小腿鋁板襯套87上，小腿鋁板襯套87安裝在小腿捆綁金屬環(huán)86上，小腿捆綁金屬環(huán)86安裝在第二小腿桿38上的底端，踝關(guān)節(jié)固定架83固定安裝在第一小腿桿82的底端，小腿捆綁金屬環(huán)86上安裝有兩個(gè)小腿捆綁帶環(huán)81，小腿捆綁帶80設(shè)置在兩個(gè)小腿捆綁帶環(huán)81上，膝關(guān)節(jié)外座89和膝關(guān)節(jié)外殼75與一個(gè)小腿固定架30固定連接。本實(shí)施方式中通過(guò)小腿鎖緊塊37、小腿鎖緊鈕91和小腿鎖緊手柄84對(duì)第一小腿桿82和第二小腿桿38進(jìn)行鎖緊和放松，進(jìn)而可以延長(zhǎng)和縮短第一小腿桿82在第二小腿桿38的長(zhǎng)度，第二小腿桿38和膝關(guān)節(jié)外座89之間設(shè)置有第二扭簧79可以使第二小腿桿38繞膝關(guān)節(jié)軸78轉(zhuǎn)動(dòng)后通過(guò)第二扭簧79使第二小腿桿38進(jìn)行復(fù)位，使第二小腿桿38繞膝關(guān)節(jié)軸78恢復(fù)到轉(zhuǎn)動(dòng)之前的初始位置，兩個(gè)小腿捆綁帶環(huán)81上設(shè)有小腿捆綁帶80可以使使用者的小腿通過(guò)小腿捆綁帶80將小腿捆綁在小腿捆綁襯套88上，保證使用者的小腿與機(jī)器人同步，其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖16-圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，踝關(guān)節(jié)裝置包括踝關(guān)節(jié)外塊39、踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40、腳掌板42、擋板43、第二腳捆綁帶44、踝關(guān)節(jié)小軸45、腳捆綁后擋46、第三限位塊47、第四限位塊49、擋環(huán)50、腳底端蓋51、旋轉(zhuǎn)板52、第一踝關(guān)節(jié)軸53、第一腳捆綁帶54、第二捆綁扣55、第一捆綁扣56、圓螺母57、第二踝關(guān)節(jié)軸58和兩個(gè)帶有軸承的第三軸承端蓋48，踝關(guān)節(jié)外塊39的頂端加工有踝關(guān)節(jié)固定架安裝槽，踝關(guān)節(jié)外塊39的底端加工有踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊安裝槽，踝關(guān)節(jié)固定架83的底端插裝在踝關(guān)節(jié)固定架安裝槽內(nèi)，踝關(guān)節(jié)外塊39的頂端固定安裝有三限位塊47和第四限位塊49，且踝關(guān)節(jié)外塊39與踝關(guān)節(jié)固定架83通過(guò)第一踝關(guān)節(jié)軸53轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一踝關(guān)節(jié)軸53的兩端通過(guò)兩個(gè)帶有軸承的第三軸承端蓋48安裝在踝關(guān)節(jié)固定架安裝槽的側(cè)壁上，踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40的頂端安裝在踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊安裝槽內(nèi)，踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40的底端通過(guò)踝關(guān)節(jié)小軸45與旋轉(zhuǎn)板52轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)板52嵌裝在腳掌板42上，腳掌板42上加工有第二踝關(guān)節(jié)軸安裝槽，第二踝關(guān)節(jié)軸58上套裝有圓錐滾子軸承，第二踝關(guān)節(jié)軸58的頂端穿過(guò)第二踝關(guān)節(jié)軸安裝槽的槽底和旋轉(zhuǎn)板52并與圓螺母57螺紋連接，擋環(huán)50設(shè)置在腳掌板42和旋轉(zhuǎn)板52之間，腳底端蓋51通過(guò)螺釘安裝在第二踝關(guān)節(jié)軸安裝槽上，腳掌板42的前部安裝有擋板43，第一腳捆綁帶54和第二腳捆綁帶44相對(duì)安裝在腳掌板42的兩側(cè)，腳捆綁后擋46安裝在腳掌板42的后部，腳捆綁后擋46與第一腳捆綁帶54和第二腳捆綁帶44固定連接誒，且第二捆綁扣55與第一腳捆綁帶54固定連接，第一捆綁扣56與第二腳捆綁帶44固定連接，第二捆綁扣55和第一捆綁扣56相對(duì)扣合。在本實(shí)施方式中，擋板43、第二腳捆綁帶44、第一腳捆綁帶54、腳捆綁后擋46和腳掌板42組合在一起，第一捆綁扣56與第二捆綁扣55可以相互扣合，實(shí)現(xiàn)對(duì)人腳掌固定。踝關(guān)節(jié)固定架83與踝關(guān)節(jié)軸53可以相對(duì)于踝關(guān)節(jié)外塊39轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)裝置跖曲，背伸運(yùn)動(dòng)。踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40可以繞踝關(guān)節(jié)小軸45相對(duì)于旋轉(zhuǎn)板52轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)裝置內(nèi)收，外擺運(yùn)動(dòng)。螺釘在踝關(guān)節(jié)限位板41弧形槽內(nèi)滑動(dòng)，限制踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍，起到安全保護(hù)作用。腳掌42可以繞第二踝關(guān)節(jié)軸58相對(duì)于旋轉(zhuǎn)板52轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)裝置旋內(nèi)，旋外運(yùn)動(dòng)。踝關(guān)節(jié)裝置這三個(gè)自由度均為被動(dòng)自由度，被動(dòng)跟隨人體運(yùn)動(dòng)。其它與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖16-圖19說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，踝關(guān)節(jié)裝置還包括踝關(guān)節(jié)限位板41和限位軸，踝關(guān)節(jié)限位板41上加工有弧形槽，踝關(guān)節(jié)限位板41固定安裝在旋轉(zhuǎn)板52上，限位軸設(shè)置在弧形槽內(nèi)，且限位軸固定安裝在踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40上。旋轉(zhuǎn)板52繞踝關(guān)節(jié)小軸45轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)踝關(guān)節(jié)限位板41和限位軸限制旋轉(zhuǎn)板52在踝關(guān)節(jié)小軸45上轉(zhuǎn)動(dòng)的角度起到安全保護(hù)作用。其它與具體實(shí)施方式五相同。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖1-圖14說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于繩-滑輪機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)下肢助力外骨骼機(jī)器人，每個(gè)線繩73的一端與一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置上的驅(qū)動(dòng)滑輪10固定連接，線繩73的另一端依次繞過(guò)髖關(guān)節(jié)滑輪31和膝關(guān)節(jié)滑輪77并與第二小腿桿38固定連接。伺服電機(jī)7通過(guò)行星減速器5、小錐齒輪13、大錐齒輪14、髖關(guān)節(jié)花鍵軸9、彈性驅(qū)動(dòng)器11和驅(qū)動(dòng)滑輪10拉動(dòng)線繩73帶動(dòng)大腿桿裝置和小腿桿裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。其它與具體實(shí)施方式一、二、三或四相同。

工作原理

通過(guò)大腿鎖緊鈕27、大腿鎖緊塊26和大腿鎖緊手柄28，通過(guò)小腿鎖緊鈕91，小腿鎖緊塊37和小腿鎖緊手柄84調(diào)整大腿桿裝置和小腿桿裝置長(zhǎng)度以適應(yīng)人的實(shí)際身高，體型。通過(guò)背帶59連接外骨骼與人上半身，通過(guò)大腿裝置中大腿捆綁襯套21，大腿捆綁帶環(huán)35和大腿捆綁帶36，連接大腿裝置和人體大腿。通過(guò)小腿裝置中小腿捆綁襯套88、小腿捆綁帶環(huán)81和小腿捆綁帶80連接小腿裝置和人體小腿。通過(guò)第二捆綁扣55與第一捆綁扣56扣合，連接人腳掌與踝關(guān)節(jié)裝置。腰部連接扣63繞中間軸69轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，提供人體腰部繞脊線旋轉(zhuǎn)自由度。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接扣65相對(duì)于中間軸69轉(zhuǎn)動(dòng)，提供人體髖關(guān)節(jié)旋內(nèi)，旋外運(yùn)動(dòng)自由度。腰部骨架4繞髖關(guān)節(jié)內(nèi)收/外擺旋轉(zhuǎn)軸71轉(zhuǎn)動(dòng)，提供人體髖關(guān)節(jié)內(nèi)收，外擺運(yùn)動(dòng)自由度。第二捆綁扣55與第一捆綁扣56相互扣合，對(duì)人腳掌固定。第二小腿桿38與第一踝關(guān)節(jié)軸53可以相對(duì)于踝關(guān)節(jié)外塊39轉(zhuǎn)動(dòng)，提供人體踝關(guān)節(jié)跖曲，背伸運(yùn)動(dòng)自由度。踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40可以繞踝關(guān)節(jié)小軸45相對(duì)于旋轉(zhuǎn)板52轉(zhuǎn)動(dòng)，提供人體踝關(guān)節(jié)內(nèi)收，外擺運(yùn)動(dòng)自由度。限位軸在踝關(guān)節(jié)限位板41弧形槽內(nèi)滑動(dòng)，限制踝關(guān)節(jié)內(nèi)塊40轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍，起到安全保護(hù)作用。腳掌板42可以繞第二踝關(guān)節(jié)軸58相對(duì)于旋轉(zhuǎn)板52轉(zhuǎn)動(dòng)，提供人體踝關(guān)節(jié)旋內(nèi)，旋外運(yùn)動(dòng)自由度。外骨骼踝關(guān)節(jié)裝置自由度與人體踝關(guān)節(jié)自由度相匹配。以上自由度均為被動(dòng)自由度，被動(dòng)跟隨人體運(yùn)動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)控制電源系統(tǒng)74提供驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)7帶動(dòng)行星減速器5轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)小錐齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)。小錐齒輪13與大錐齒輪14齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)彈性驅(qū)動(dòng)器11轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性驅(qū)動(dòng)器11帶動(dòng)髖關(guān)節(jié)花鍵軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，髖關(guān)節(jié)花鍵軸9帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑輪10轉(zhuǎn)動(dòng)。線繩73一端固定在驅(qū)動(dòng)滑輪10上，在驅(qū)動(dòng)滑輪10帶動(dòng)下拉動(dòng)大腿裝置，小腿裝置繞各自的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。大腿桿裝置中關(guān)節(jié)滑輪31可以繞第二腿桿25相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。小腿桿裝置中關(guān)節(jié)滑輪31可以繞第二大腿桿25相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。線繩73上各處拉力相等。線繩73從大腿桿裝置前方繞大腿桿裝置中髖關(guān)節(jié)滑輪31一周后，線繩73從小腿桿裝置后方繞小腿桿裝置中膝關(guān)節(jié)滑輪77一周，然后，線繩73末端固定在小腿桿裝置中第二小腿桿38上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)滑輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，拉動(dòng)線繩73收緊時(shí)，由于線繩73末端固定，線繩73會(huì)帶動(dòng)大腿裝置繞髖關(guān)節(jié)軸32軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小腿裝置繞膝關(guān)節(jié)軸78軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)滑輪10向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，線繩73放松時(shí)，大腿桿裝置，小腿桿裝置中第一彈簧33提供回復(fù)力，大腿桿裝置，小腿桿裝置回復(fù)初始位置。在矢狀面內(nèi)，提供人體大腿繞髖關(guān)節(jié)軸線的彎曲，伸展運(yùn)動(dòng)自由度，人體小腿繞膝關(guān)節(jié)軸線的彎曲，伸展運(yùn)動(dòng)自由度。髖關(guān)節(jié)裝置，膝關(guān)節(jié)裝置這兩個(gè)自由度均為主動(dòng)自由度，在人體大腿抬腿，小腿彎腿動(dòng)作時(shí)，線繩73拉緊，提供助力，在其他時(shí)刻，線繩73放松，不提供助力。線繩73移動(dòng)的距離只與外骨骼髖關(guān)節(jié)裝置，膝關(guān)節(jié)裝置中的關(guān)節(jié)滑輪31和線繩73之間接觸弧長(zhǎng)的變化有關(guān)，線繩73在下肢外骨骼髖關(guān)節(jié)裝置，膝關(guān)節(jié)裝置中引入了運(yùn)動(dòng)約束。

欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨(dú)立控制變量個(gè)數(shù)小于系統(tǒng)自由度個(gè)數(shù)的一類(lèi)非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在沒(méi)有被驅(qū)動(dòng)的自由度。欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼中的繩-滑輪欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)際上是變胞機(jī)構(gòu)的一種演化，變胞機(jī)構(gòu)在連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，至少有一次活動(dòng)度的變化，并在活動(dòng)度變化后，機(jī)構(gòu)仍能保持運(yùn)行。即變胞機(jī)構(gòu)被約束一部分自由度后，其余自由度仍可以運(yùn)動(dòng)。變胞機(jī)構(gòu)的這一特點(diǎn)使其在運(yùn)動(dòng)中改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而使機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)不同形狀、尺寸物體的能力。這一特點(diǎn)在欠驅(qū)動(dòng)下肢外骨骼上表現(xiàn)為：人體行走過(guò)程中，髖關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)角度連續(xù)變化，人體下肢形狀，尺寸發(fā)生改變。在下肢外骨骼提供助力過(guò)程中，下肢外骨骼被人體下肢約束一部分自由度后，其余自由度仍可以運(yùn)動(dòng)，改變了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而能夠自適應(yīng)人體下肢不同關(guān)節(jié)角度。從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的輔助行走，減少人體能量消耗的功能。