一种自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人的制作方法

本发明属于机器人，具体涉及一种自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人。

背景技术：

1、可穿戴式髋关节外骨骼机器人作为一种与人体直接物理交互、实现对人体生理功能的补偿、改善或增强的智能装备，广泛应用于个人防护、仓储物流、生产维修、公共应急、助老助弱等多个领域，展现出巨大的发展潜力。因此，对于与人体直接交互的外骨骼机器人来说，如何提升产品的穿戴体验以及操作体验就显得极为重要。

2、然而，现有髋关节外骨骼机器人在实际应用中存在以下诸多技术缺陷：首先，根据人体工学原理，抬腿运动时髋关节输出的矢量可以分解为在竖直面上的第一分量和水平外扩的第二分量，然而现有技术采用单段刚性杆将助力作用于腿部，做圆弧摆动，从而产生单向矢量，当人体抬腿速度发生变化时，单段刚性杆的惯性力会直接作用于髋关节，增加关节冲击，其结构僵硬无法准确适配腿部的运动姿态，使穿戴者有较强的刚性约束的不适感，单段刚性杆的传力结构还会导致部分驱动力被消耗在克服杆件刚性约束上，尤其是在下蹲姿态中对大腿的向外伸展产生阻碍，降低外骨骼的助力效率，增加自身结构的磨损。其次，直腿杆的刚性结构导致其无法根据抬腿幅度调整自身的运动特性，例如，对于大腿较长的使用者，由于直腿杆长度固定，仅能绑在大腿中部，影响穿戴体验；对于大腿较短的使用者，直腿杆会直接绑到膝盖下方，在抬腿时会造成干涉。再次，现有技术多采用固定式或半固定式供电模组，在充电时间段无法进行机器使用，显著降低产品使用效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本申请的技术方案提出了一种自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，包括在人体左右两侧对称布置的两个外骨骼模组，每侧所述外骨骼模组包括：用于提供腿杆摆动力的髋关节助力装置，用于牵引大腿的腿部固定组件，以及将髋部的所述腿杆摆动力转换为牵引力作用于膝关节上侧的腿杆组件；所述腿杆组件由三段首尾依次铰接的电机连接件、近端腿杆和远端腿杆组成，所述电机连接件与所述髋关节助力装置的输出端刚性连接，所述远端腿杆与所述腿部固定组件的前侧面活动连接。

2、本申请的有益技术效果体现为，由髋关节助力装置在髋部输出的腿杆摆动力通过三段铰接的腿杆传递，转换为作用于膝关节上侧的抬腿牵引力辅助穿戴者行走，通过分段式腿杆结构提升了肢体活动自由度，可对抬腿运动的方向矢量进行分解，契合人体行走的工学特征，相较于现有技术采用的单段刚性传力杆，本申请的结构活动范围更大，不增加运动负担，穿戴使用体验更佳。

3、可选的，所述腿部固定组件包括腿杆固定件，所述腿杆固定件安装在所述腿部固定组件的前侧面，所述远端腿杆的端部设有球铰轴承和滑轨件，所述远端腿杆的端部与所述滑轨件球铰连接，所述滑轨件与所述腿杆固定件滑动连接。

4、可选的，所述腿部固定组件还包括腿杆压板，腿杆压板固定件和腿部绑带，所述腿杆固定件安装在所述腿杆压板前侧面，所述腿杆压板固定件位于所述腿杆压板后侧面并与所述腿杆固定件扣合，所述腿杆压板固定于所述腿部绑带上并位于大腿前侧，所述腿部绑带绑定在膝关节上侧。

5、可选的，所述球铰轴承包括球头和轴承座，所述球头的基部设有球杆，所述球杆与所述远端腿杆的端部刚性连接，所述球杆的轴线与所述远端腿杆的轴线相交，所述球头设于所述轴承座内，所述轴承座的后侧面与所述滑轨件刚性连接，所述滑轨件的后侧面开设竖直方向延伸的轨道槽，所述轨道槽内设有滑轨限位块，所述腿杆固定件滑动安装于所述轨道槽内。

6、可选的，所述腿杆压板为弧形板，所述腿杆压板的两侧有供所述腿部绑带穿过的绑带孔，所述腿杆压板中间开设方孔，所述腿杆固定件与所述腿杆压板固定件分别从前侧和后侧穿入所述方孔相互扣合，所述方孔中设有一根横杆，所述腿杆固定件与所述腿杆压板固定件的扣合面各设有一个适配所述横杆的凹槽。

7、可选的，所述电机连接件的基部与所述髋关节助力装置的输出端固定连接，所述三段铰接的腿杆还包括近端腿杆，所述电机连接件与所述近端腿杆的铰接点位于体侧髋关节下方，所述近端腿杆可围绕所述铰接点随腿部外扩的方向自由摆动。

8、可选的，所述髋关节助力装置为电机；所述电机连接件的基部开设有轴孔，所述电机的输出轴穿设在所述轴孔内，所述电机的输出轴与所述电机连接件刚性连接并同步转动。

9、可选的，所述外骨骼模组还包括腰杆组件，所述腰杆组件包括：一体化关节模组、腰杆、关节盖和绑缚连接件，所述一体化关节模组和所述腰杆为中空结构，所述一体化关节模组位于腰杆的基部，所述腰杆的端部横向延伸至人体腰后侧；所述一体化关节模组的内侧具有开口，所述髋关节助力装置安装于所述一体化关节模组的空腔内，所述髋关节助力装置的输出端贯穿所述开口与所述电机连接件刚性连接，所述关节盖安装于所述一体化关节模组的周侧，将所述一体化关节模组封闭。

10、可选的，所述一体化关节模组内侧沿髋关节助力装置输出端周向设置弧形的限位凸块，所述限位凸块用于限定所述电机连接件的摆动幅度。

11、可选的，还包括腰部绑带，所述腰部绑带为一体化编织结构，两侧所述腰杆组件还设有绑缚连接件，所述绑缚连接件通过螺栓固定于腰杆上，两侧所述腰杆组件通过所述绑缚连接件与所述腰部绑带固定连接。

12、可选的，所述外骨骼机器人还包括背部模组，所述背部模组包括基板盖和基板；所述基板盖与所述基板之间设有间隙，左右两侧腰杆的端部穿设在所述基板与所述基板盖之间的间隙内，并与所述基板与所述基板盖紧配合或间隙配合；所述背部模组还包括壳体，所述壳体内具有用于容纳所述基板盖与所述基板的空腔，在所述壳体左右两侧对应左右两侧腰杆的端部的位置开设通孔。

13、可选的，所述背部模组壳体后侧间隔设置一对手拧扳手，所述手拧扳手的基部贯穿所述后背壳与所述基板盖，与所述基板螺接。

14、可选的，所述壳体包括前背壳和后背壳，所述后背壳的后侧面设有供电模组安装槽。

15、可选的，还包括供电模组，所述供电模组包括从前侧至后侧依次连接的：卡扣锁止件、前端盖、后端盖，所述前端盖和所述后端盖形成的空腔内设有电池组件，所述卡扣锁止件插入所述供电模组安装槽内。

16、可选的，所述供电模组的侧壁设有一个防水接头，所述前端盖与所述后端盖的侧壁开设凹槽，所述防水接头嵌入所述凹槽内。

1.一种自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，包括在人体左右两侧对称布置的两个外骨骼模组，

2.根据权利要求1所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部固定组件包括腿杆固定件，所述腿杆固定件安装在所述腿部固定组件的前侧面，所述远端腿杆的端部设有球铰轴承和滑轨件，所述远端腿杆的端部与所述滑轨件球铰连接，所述滑轨件与所述腿杆固定件滑动连接。

3.根据权利要求2所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述腿部固定组件还包括腿杆压板，腿杆压板固定件和腿部绑带，所述腿杆固定件安装在所述腿杆压板前侧面，所述腿杆压板固定件位于所述腿杆压板后侧面并与所述腿杆固定件扣合，所述腿杆压板固定于所述腿部绑带上并位于大腿前侧，所述腿部绑带绑定在膝关节上侧。

4.根据权利要求3所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述球铰轴承包括球头和轴承座，所述球头的基部设有球杆，所述球杆与所述远端腿杆的端部刚性连接，所述球杆的轴线与所述远端腿杆的轴线相交，所述球头设于所述轴承座内，所述轴承座的后侧面与所述滑轨件刚性连接，所述滑轨件的后侧面开设竖直方向延伸的轨道槽，所述轨道槽内设有滑轨限位块，所述腿杆固定件滑动安装于所述轨道槽内。

5.根据权利要求3所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述腿杆压板为弧形板，所述腿杆压板的两侧有供所述腿部绑带穿过的绑带孔，所述腿杆压板中间开设方孔，所述腿杆固定件与所述腿杆压板固定件分别从前侧和后侧穿入所述方孔相互扣合，所述方孔中设有一根横杆，所述腿杆固定件与所述腿杆压板固定件的扣合面各设有一个适配所述横杆的凹槽。

6.根据权利要求1所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述电机连接件的基部与所述髋关节助力装置的输出端固定连接，所述电机连接件与所述近端腿杆的铰接点位于体侧髋关节下方，所述近端腿杆可围绕所述铰接点随腿部外扩的方向自由摆动。

7.根据权利要求1所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述髋关节助力装置为电机；所述电机连接件的基部开设有轴孔，所述电机的输出轴穿设在所述轴孔内，所述电机的输出轴与所述电机连接件刚性连接并同步转动。

8.根据权利要求1所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼模组还包括腰杆组件，所述腰杆组件包括：一体化关节模组、腰杆、关节盖和绑缚连接件，所述一体化关节模组和所述腰杆为中空结构，所述一体化关节模组位于腰杆的基部，所述腰杆的端部横向延伸至人体腰后侧；所述一体化关节模组的内侧具有开口，所述髋关节助力装置安装于所述一体化关节模组的空腔内，所述髋关节助力装置的输出端贯穿所述开口与所述电机连接件刚性连接，所述关节盖安装于所述一体化关节模组的周侧，将所述一体化关节模组封闭。

9.根据权利要求8所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，所述一体化关节模组内侧沿髋关节助力装置输出端周向设置弧形的限位凸块，所述限位凸块用于限定所述电机连接件的摆动幅度。

10.根据权利要求8所述的自适应分段式腿杆结构的外骨骼机器人，其特征在于，还包括腰部绑带，所述腰部绑带为一体化编织结构，两侧所述腰杆组件还设有绑缚连接件，所述绑缚连接件通过螺栓固定于腰杆上，两侧所述腰杆组件通过所述绑缚连接件与所述腰部绑带固定连接；