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申请/专利权人：浙江工业大学

摘要：本发明公开了一种基于柔性驱动的仿生人体膝关节外骨骼机器人，包括大小腿外骨骼固定部分、关节处自适应部分以及柔顺变刚度驱动部分，关节处自适应部分模拟人体膝关节轴向旋转、屈曲运动两大自由度。本发明通过使用一对齿轮结构与编码器实现非线性压缩线性弹簧，同时使用压簧结构与步进电机实现势能储存与释放过程及输出辅助力矩的优化，从而实现输出力矩的柔顺变刚度特性；通过引入机动车悬架的力学结构，优化了膝关节外骨骼屈伸运动的实现，实现了膝关节的轴向运动与有限的翻转运动；通过使用一对活塞滑杆与插销结构，实现外骨骼佩戴的可调节。本发明能够自适应人体膝关节处自由度，基于不同行走姿态提供被动的输出力矩，满足不同人体需求。

主权项：1.一种基于柔性驱动的仿生人体膝关节外骨骼机器人，其特征在于，包括大小腿外骨骼固定部分、关节处自适应部分以及柔顺变刚度驱动部分，关节处自适应部分模拟人体膝关节轴向旋转、屈曲运动两大自由度；其中：大小腿外骨骼固定部分包括外骨骼基板组件和绑腿组件；外骨骼基板组件由外骨骼大腿基板1和外骨骼小腿基板2构成；绑腿组件由AA绑带支座22、AB绑带支座18、AA左半限位滑管61、AB左半限位滑管25、AA右半限位滑管62、AB右半限位滑管26、AA限位杆63、AB限位杆27、AA绑带底座3和AB绑带底座4构成；其中，AA左半限位滑管61和AB左半限位滑管25结构相同；AA右半限位滑管62和AB右半限位滑管26结构相同；AA限位杆63和AB限位杆27结构相同；AA绑带底座3和AB绑带底座4构造相同；AA绑带支座22的顶部横面板固定在外骨骼小腿基板2上，底部横面板固定在AA左半限位滑管61上；AB绑带支座18的顶部横面板固定在外骨骼大腿基板1上，底部横面板固定在AB左半限位滑管25上；AA左半限位滑管61的顶部横面板固定在AA绑带支座22上，底部横面板固定在AA右半限位滑管62上；AB左半限位滑管25的顶部横面板固定在AB绑带支座18上，底部横面板固定在AB右半限位滑管26上；AA限位杆63插入AA左半限位滑管61与AA右半限位滑管62构成的限位槽内，并通过自身的插销实现限位；AB限位杆27插入AB左半限位滑管25与AB右半限位滑管26构成的限位槽内，并通过自身的插销实现限位；AA绷带底座3的顶部横面板固定于AA限位杆63的底部横面板；AB绷带底座4的顶部横面板固定于AB限位杆27的底部横面板；关节处自适应部分包括AA大腿连杆12、AB大腿连杆19、轴向旋转座13、关节中心座14、AA轴用弹性挡圈64、AB轴用弹性挡圈65、内外旋转座23、旋转轴24、悬架16以及卷簧组件15；其中，AA大腿连杆12和AB大腿连杆19结构相同；AA大腿连杆12的一端插入大腿侧的AA大腿连杆调整座21的限位孔内，另一端插入轴向旋转座13的A限位孔内；AB大腿连杆19的一端插入大腿侧的AB大腿连杆调整座22的限位孔内，另一端插入轴向旋转座13的B限位孔内；轴向旋转座13的A限位孔与B限位孔分别与AA大腿连杆12、AB大腿连杆19相限位，轴向旋转座13的底部竖面板与关节中心座14的限位槽相切；关节中心座14的顶部竖面板的限位槽与轴向旋转座13的底部竖面板相切，横面板C限位孔与卷簧组件15相接，关节中心座14的底部竖面板的轴限位孔与内外旋转座23同轴心相连；内外旋转座23的高一侧轴与关节中心座14的底部竖面板的轴限位孔同心轴相连，低一侧轴与悬架16同心轴相连；悬架16与内外旋转座23的低一侧同心轴相连，悬架16底部竖面板固定于小腿侧的AA小腿连杆调整座28与AB小腿连杆调整座30，悬架16的横面板的凸轴与卷簧组件15同心轴相连；柔顺变刚度驱动部分包括支撑组件、弹簧组件和驱动组件；支撑组件包括预紧调整底座6，预紧调整底座6固定于外骨骼大腿基板1的顶部，用于支撑柔顺变刚度驱动部分的弹簧组件和驱动组件；外骨骼大腿基板1贯穿整个柔顺变刚度驱动部分。

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