本發(fā)明涉及欠驅動下肢助力外骨骼機器人，具體涉及基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人。

背景技術：

外骨骼機器人是一種能夠輔助人體運動，提高人體運動能力的可穿戴式助力設備，在軍用，民用領域應用廣泛。如能夠提高人體的負重能力，提供行走助力或者用于康復訓練。主動關節(jié)驅動的外骨骼，具有多個驅動單元，自身重量大，需要大量能量來驅動外骨骼克服自身重力，同時需要大容量的電池或其他能量儲存方式。被動關節(jié)驅動的外骨骼沒有主動驅動力，很難上樓梯，負重行走等運動提供有效助力，限制了被動關節(jié)外骨骼應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明內容是為了解決以往的主動關節(jié)驅動的外骨骼自身質量大，驅動能耗大，被動關節(jié)外骨骼無法提供有效助力等問題，進而提供基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人。

本發(fā)明為解決上述問題而采用的技術方案是：

它包括背帶裝置、驅動控制電源系統(tǒng)、兩個大腿桿裝置、兩個小腿桿裝置、兩個踝關節(jié)裝置、兩個驅動裝置和兩個線繩；每個驅動裝置包括電機殼體支架、第一電機外殼、腰部骨架、行星減速器、第二電機外殼、伺服電機、第三電機外殼、髖關節(jié)花鍵軸、驅動滑輪、彈性驅動器、第一軸套、小錐齒輪、大錐齒輪、第二軸套、第四電機外殼、第五電機外殼、第六電機外殼、固定板和兩個帶有軸承的第一軸承端蓋；電機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節(jié)旋轉軸安裝孔，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軸插入孔，第四電機外殼為弧形殼體，第一電機外殼、第二電機外殼、第三電機外殼、固定板和第五電機外殼為長方形板，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外殼內弧面配合的弧形面，支架彎板的一端加工有與第四電機外殼內弧面配合的弧形面，第四電機外殼固定安裝在支架彎板和固定板的頂端，第四電機外殼的內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，第一電機外殼與第二直板相對設置，第五電機外殼安裝在第一電機外殼與第二直板頂端上，第二電機外殼安裝在第一電機外殼與第二直板底端上，第三電機外殼與第二直板、第一電機外殼、第二電機外殼和第五電機外殼固定連接，腰部骨架的另一端與第二直板和第五電機外殼固定連接，伺服電機的底座安裝在第三電機外殼上，行星減速器的殼體固定安裝在第二直板上，伺服電機的輸出軸與行星減速器轉軸的輸入端連接，行星減速器的輸出端穿過第一直板的行星減速器轉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帶有軸承的第一軸承端蓋，髖關節(jié)花鍵軸上依次安裝有第二軸套、驅動滑輪、彈性驅動器、大錐齒輪和第一軸套，彈性驅動器分別與驅動滑輪和大錐齒輪固定連接，大錐齒輪鍵連接安裝在髖關節(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，驅動控制電源系統(tǒng)安裝在背帶裝置上，驅動控制電源系統(tǒng)分別與兩個伺服電機連接，兩個驅動裝置分別相對安裝在背帶裝置的底端上，每個驅動裝置的下方依次固定安裝有大腿桿裝置、小腿桿裝置和踝關節(jié)裝置，每個線繩的一端與一個驅動裝置上的驅動滑輪固定連接，每個線繩的另一端繞過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)明可穿戴式欠驅動下肢外骨骼機器人通過輔助人體大腿，小腿運動，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-滑輪機構傳動裝置，單個電機可以同時驅動下肢一側髖關節(jié)，膝關節(jié)運動，所以，相對于現(xiàn)有的下肢欠驅動外骨骼具有驅動元件個數(shù)少，質量輕，消耗能量少的特點。

3、本發(fā)明髖關節(jié)，膝關節(jié)軸中心距較大，適合采用繩-滑輪機構傳動，而且繩-滑輪機構傳動平穩(wěn)，不容易對人體造成沖擊傷害。

4、本發(fā)明各個關節(jié)自由度運動范圍與人體運動范圍相同，并設計有限位裝置，起到安全保護的作用。

5、發(fā)明具備關節(jié)中心調整機構，可根據(jù)不同個體而更改外骨骼尺寸，使用范圍廣。

6、本發(fā)明采用繩-滑輪機構傳動，結構形式簡單，成本較低，有廣泛市場價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結構示意圖，圖2是本發(fā)明整體結構主視圖，圖3是圖2的側視圖，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是大腿桿裝置結構主視圖，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是驅動裝置的結構主視圖，圖12是圖11中a-a向視圖，圖13是圖11的俯視圖，圖14是驅動裝置安裝前的結構示意圖，圖15是踝關節(jié)裝置的結構主視圖，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是踝關節(jié)裝置安裝前結構示意圖，圖20是本發(fā)明工作時驅動原理圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1-圖19說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，它包括背帶裝置、驅動控制電源系統(tǒng)74、兩個大腿桿裝置、兩個小腿桿裝置、兩個踝關節(jié)裝置、兩個驅動裝置和兩個線繩73；每個驅動裝置包括電機殼體支架1、第一電機外殼3、腰部骨架4、行星減速器5、第二電機外殼6、伺服電機7、第三電機外殼8、髖關節(jié)花鍵軸9、驅動滑輪10、彈性驅動器11、第一軸套12、小錐齒輪13、大錐齒輪14、第二軸套15、第四電機外殼16、第五電機外殼17、固定板和兩個帶有軸承的第一軸承端蓋2；電機殼體支架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的一端加工有髖關節(jié)旋轉軸安裝孔，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軸插入孔，第四電機外殼16為弧形殼體，第一電機外殼3、第二電機外殼6、第三電機外殼8、固定板和第五電機外殼17為長方形板，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外殼16內弧面配合的弧形面，支架彎板1-1的一端加工有與第四電機外殼16內弧面配合的弧形面，第四電機外殼16固定安裝在支架彎板1-1和固定板的頂端，第四電機外殼16的內弧面與支架彎板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，第一電機外殼3與第二直板1-3相對設置，第五電機外殼17安裝在第一電機外殼3與第二直板1-3頂端上，第二電機外殼6安裝在第一電機外殼3與第二直板1-3底端上，第三電機外殼8與第二直板1-3、第一電機外殼3、第二電機外殼6和第五電機外殼17固定連接，腰部骨架4的另一端與第二直板1-3和第五電機外殼17固定連接，伺服電機7的底座安裝在第三電機外殼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7的輸出軸與行星減速器5轉軸的輸入端連接，行星減速器5的輸出端穿過第一直板1-2的行星減速器轉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帶有軸承的第一軸承端蓋2，髖關節(jié)花鍵軸9上依次安裝有第二軸套15、驅動滑輪10、彈性驅動器11、大錐齒輪14和第一軸套12，彈性驅動器11分別與驅動滑輪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，驅動控制電源系統(tǒng)74安裝在背帶裝置上，驅動控制電源系統(tǒng)74分別與兩個伺服電機7連接，兩個驅動裝置分別相對安裝在背帶裝置的底端上，每個驅動裝置的下方依次固定安裝有大腿桿裝置、小腿桿裝置和踝關節(jié)裝置，每個線繩73的一端與一個驅動裝置上的驅動滑輪10固定連接，每個線繩73的另一端繞過大腿桿裝置與小腿桿裝置固定連接。

在本實施方式中，驅動控制電源系統(tǒng)74提供驅動伺服電機7轉動，伺服電機7帶動行星減速器5轉動，進而帶動小錐齒輪13轉動。小錐齒輪13與大錐齒輪14齒輪傳動，帶動彈性驅動器11轉動，彈性驅動器11帶動髖關節(jié)花鍵軸9轉動，髖關節(jié)花鍵軸9帶動驅動滑輪10轉動。線繩73一端固定在驅動滑輪10上，在驅動滑輪10帶動下拉動大腿裝置，小腿裝置繞各自的軸線轉動。其中，彈性驅動器11起到彈性緩沖，保護人體關節(jié)的作用。

具體實施方式二：結合圖1-圖3和圖5說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，背帶裝置包括連接塊61、腰部連接扣63、第一旋轉關節(jié)連接扣65、中間軸69、第二旋轉關節(jié)連接扣70、兩個背帶59、兩個背帶板62、兩個連接彈簧64、兩個旋轉基座66、兩個第一限位塊67、兩個第二限位塊68、兩個髖關節(jié)旋轉軸71、兩個帶有軸承的腰部端蓋72和多個帶有連接釘?shù)墓潭ㄉw60；腰部連接扣63為‘v’形塊體，兩個背帶板62豎直設置，每個背帶板62上通過兩個帶有連接釘?shù)墓潭ㄉw60安裝有一個背帶59，兩個背帶板62通過連接塊61固定連接，驅動控制電源系統(tǒng)74安裝在兩個背帶板62上，腰部連接扣63的頂端分別與兩個背帶板62的底端固定連接，第一旋轉關節(jié)連接扣65和第二旋轉關節(jié)連接扣70通過中間軸69轉動連接，腰部連接扣63轉動連接安裝在中間軸69上，第一旋轉關節(jié)連接扣65通過一個連接彈簧64與一個背帶板62固定連接，第二旋轉關節(jié)連接扣70通過另一個連接彈簧64與另一個背帶板62固定連接，第一旋轉關節(jié)連接扣65上安裝有一個旋轉基座66，第二旋轉關節(jié)連接扣70上安裝有另一個旋轉基座66，每個旋轉基座66上安裝有一個帶有軸承的腰部端蓋72，且每個帶有軸承的腰部端蓋72的軸承設有一個髖關節(jié)旋轉軸71，每個髖關節(jié)旋轉軸71安裝在一個腰部骨架4的髖關節(jié)旋轉軸安裝孔上，每個旋轉基座66上分別安裝有一個第一限位塊67和一個第二限位塊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和一個第二限位塊68對腰部骨架4進行限位，在本實施方式中，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轉動，實現(xiàn)外骨骼腰部連接扣63以上部分繞脊線旋轉運動。兩個旋轉關節(jié)連接扣65相對于中間軸69轉動，實現(xiàn)外骨骼左，右側下肢繞脊線旋內，旋外運動。連接彈簧64提供回復力，使第一旋轉關節(jié)連接扣65和第二旋轉關節(jié)連接扣70不受外力時，回復初始狀態(tài)。腰部骨架4繞髖關節(jié)旋轉軸71相對于基座66旋轉轉動，實現(xiàn)外骨骼左，右側下肢繞髖關節(jié)內收，外擺運動。其中，大腿桿裝置繞髖關節(jié)的伸展，彎曲運動軸線與腰部骨架4繞髖關節(jié)旋轉軸71的內收，外擺運動軸線相交于一點，這一點與人體髖關節(jié)重合。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖7-圖10說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，大腿桿裝置包括髖關節(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、髖關節(jié)滑輪31、髖關節(jié)軸32、髖關節(jié)外座34、大腿捆綁帶36、兩個第一扭簧33、兩個大腿捆綁帶環(huán)35和多個大腿固定支架29，第二大腿桿25的頂端加工有髖關節(jié)滑輪安裝槽，髖關節(jié)滑輪安裝槽的兩個側壁上加工有髖關節(jié)軸安裝孔，髖關節(jié)滑輪31設置在髖關節(jié)滑輪安裝槽內，髖關節(jié)滑輪31通過髖關節(jié)軸32插裝在髖關節(jié)滑輪安裝槽內，髖關節(jié)軸32的兩端設有兩個第一扭簧33，髖關節(jié)軸32的兩端分別插裝在髖關節(jié)外座34和髖關節(jié)外殼18上，髖關節(jié)外殼18與髖關節(jié)外座34相對扣合組成一個殼體，且髖關節(jié)軸32的每端插裝在一個帶有軸承的第二軸承端蓋19的軸承上，且髖關節(jié)軸32的一端通過一個帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在髖關節(jié)外座34上，髖關節(jié)軸32的另一端通過一個帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在髖關節(jié)外殼18上，一個第一扭簧33位于第二大腿桿25和髖關節(jié)外座34之間，另一個第一扭簧33位于第二大腿桿25和髖關節(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，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設置在第一大腿桿24內，且大腿鎖緊鈕27上的銷軸的頂端依次穿過第一大腿桿24的條形通孔、第二大腿桿25的條形通孔和大腿鎖緊塊26的框體設置，大腿鎖緊鈕27上銷軸的頂端轉動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通過多個大腿固定支架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上安裝有兩個大腿捆綁帶環(huán)35，大腿捆綁帶36設置在兩個大腿捆綁帶環(huán)35上，第一髖關節(jié)外殼18和髖關節(jié)外座34與一個腰部骨架4固定連接。本實施方式中通過大腿鎖緊塊26、大腿鎖緊鈕27和大腿鎖緊手柄28對第一大腿桿24和第二大腿桿25進行鎖緊和放松，進而可以延長和縮短第一大腿桿24在第二大腿桿25的長度，第二大腿桿25和髖關節(jié)外座34之間設置有第一扭簧33可以使第二大腿桿25繞髖關節(jié)軸32轉動后通過第一扭簧33使第二大腿桿25進行復位，使第二大腿桿25繞髖關節(jié)軸32恢復到轉動之前的初始位置，兩個大腿捆綁帶環(huán)35上設有大腿捆綁帶36可以使使用者的大腿通過大腿捆綁帶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器人同步。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式四：結合圖6說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，小腿桿裝置包括膝關節(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、踝關節(jié)固定架83、膝關節(jié)滑輪77、膝關節(jié)軸78、膝關節(jié)外座89、小腿捆綁帶80、兩個第二扭簧79、兩個小腿捆綁帶環(huán)81和多個小腿固定支架85，第二小腿桿38的頂端加工有膝關節(jié)滑輪安裝槽，膝關節(jié)滑輪安裝槽的兩個側壁上加工有膝關節(jié)軸安裝孔，膝關節(jié)滑輪77設置在膝關節(jié)滑輪安裝槽內，膝關節(jié)滑輪77通過膝關節(jié)軸78插裝在膝關節(jié)滑輪安裝槽內，膝關節(jié)軸78的兩端設有兩個第二扭簧79，膝關節(jié)軸78的兩端分別插裝在膝關節(jié)外座89和膝關節(jié)外殼75上，膝關節(jié)外殼75與膝關節(jié)外座89相對扣合組成一個殼體，且膝關節(jié)軸78的每端插裝在一個帶有軸承的第三軸承端蓋76的軸承上，且膝關節(jié)軸78的一端通過一個帶有軸承的第三軸承端蓋76安裝在髖關節(jié)外座34上，髖關節(jié)軸32的另一端通過一個帶有軸承的第二軸承端蓋19安裝在膝關節(jié)外座89上，一個第二扭簧79位于第二小腿桿38和膝關節(jié)外座89之間，另一個第二扭簧79位于第二小腿桿38和膝關節(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，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的銷軸設置在第一小腿桿82內，且小腿鎖緊鈕91的銷軸依次穿過第一小腿桿82的條形通孔、第二小腿桿38的條形通孔和小腿鎖緊塊37的框體設置，小腿鎖緊塊37上銷軸的頂端轉動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通過多個小腿固定支架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上安裝有兩個小腿捆綁帶環(huán)81，小腿捆綁帶80設置在兩個小腿捆綁帶環(huán)81上，膝關節(jié)外座89和膝關節(jié)外殼75與一個小腿固定架30固定連接。本實施方式中通過小腿鎖緊塊37、小腿鎖緊鈕91和小腿鎖緊手柄84對第一小腿桿82和第二小腿桿38進行鎖緊和放松，進而可以延長和縮短第一小腿桿82在第二小腿桿38的長度，第二小腿桿38和膝關節(jié)外座89之間設置有第二扭簧79可以使第二小腿桿38繞膝關節(jié)軸78轉動后通過第二扭簧79使第二小腿桿38進行復位，使第二小腿桿38繞膝關節(jié)軸78恢復到轉動之前的初始位置，兩個小腿捆綁帶環(huán)81上設有小腿捆綁帶80可以使使用者的小腿通過小腿捆綁帶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器人同步，其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：結合圖16-圖19說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，踝關節(jié)裝置包括踝關節(jié)外塊39、踝關節(jié)內塊40、腳掌板42、擋板43、第二腳捆綁帶44、踝關節(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、旋轉板52、第一踝關節(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、第二踝關節(jié)軸58和兩個帶有軸承的第三軸承端蓋48，踝關節(jié)外塊39的頂端加工有踝關節(jié)固定架安裝槽，踝關節(jié)外塊39的底端加工有踝關節(jié)內塊安裝槽，踝關節(jié)固定架83的底端插裝在踝關節(jié)固定架安裝槽內，踝關節(jié)外塊39的頂端固定安裝有三限位塊47和第四限位塊49，且踝關節(jié)外塊39與踝關節(jié)固定架83通過第一踝關節(jié)軸53轉動連接，第一踝關節(jié)軸53的兩端通過兩個帶有軸承的第三軸承端蓋48安裝在踝關節(jié)固定架安裝槽的側壁上，踝關節(jié)內塊40的頂端安裝在踝關節(jié)內塊安裝槽內，踝關節(jié)內塊40的底端通過踝關節(jié)小軸45與旋轉板52轉動連接，旋轉板52嵌裝在腳掌板42上，腳掌板42上加工有第二踝關節(jié)軸安裝槽，第二踝關節(jié)軸58上套裝有圓錐滾子軸承，第二踝關節(jié)軸58的頂端穿過第二踝關節(jié)軸安裝槽的槽底和旋轉板52并與圓螺母57螺紋連接，擋環(huán)50設置在腳掌板42和旋轉板52之間，腳底端蓋51通過螺釘安裝在第二踝關節(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相對安裝在腳掌板42的兩側，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相對扣合。在本實施方式中，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，實現(xiàn)對人腳掌固定。踝關節(jié)固定架83與踝關節(jié)軸53可以相對于踝關節(jié)外塊39轉動，實現(xiàn)踝關節(jié)裝置跖曲，背伸運動。踝關節(jié)內塊40可以繞踝關節(jié)小軸45相對于旋轉板52轉動，實現(xiàn)踝關節(jié)裝置內收，外擺運動。螺釘在踝關節(jié)限位板41弧形槽內滑動，限制踝關節(jié)內塊40轉動角度范圍，起到安全保護作用。腳掌42可以繞第二踝關節(jié)軸58相對于旋轉板52轉動，實現(xiàn)踝關節(jié)裝置旋內，旋外運動。踝關節(jié)裝置這三個自由度均為被動自由度，被動跟隨人體運動。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式六：結合圖16-圖19說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，踝關節(jié)裝置還包括踝關節(jié)限位板41和限位軸，踝關節(jié)限位板41上加工有弧形槽，踝關節(jié)限位板41固定安裝在旋轉板52上，限位軸設置在弧形槽內，且限位軸固定安裝在踝關節(jié)內塊40上。旋轉板52繞踝關節(jié)小軸45轉動，同時通過踝關節(jié)限位板41和限位軸限制旋轉板52在踝關節(jié)小軸45上轉動的角度起到安全保護作用。其它與具體實施方式五相同。

具體實施方式七：結合圖1-圖14說明本實施方式，本實施方式所述基于繩-滑輪機構的欠驅動下肢助力外骨骼機器人，每個線繩73的一端與一個驅動裝置上的驅動滑輪10固定連接，線繩73的另一端依次繞過髖關節(jié)滑輪31和膝關節(jié)滑輪77并與第二小腿桿38固定連接。伺服電機7通過行星減速器5、小錐齒輪13、大錐齒輪14、髖關節(jié)花鍵軸9、彈性驅動器11和驅動滑輪10拉動線繩73帶動大腿桿裝置和小腿桿裝置轉動。其它與具體實施方式一、二、三或四相同。

工作原理

通過大腿鎖緊鈕27、大腿鎖緊塊26和大腿鎖緊手柄28，通過小腿鎖緊鈕91，小腿鎖緊塊37和小腿鎖緊手柄84調整大腿桿裝置和小腿桿裝置長度以適應人的實際身高，體型。通過背帶59連接外骨骼與人上半身，通過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。通過第二捆綁扣55與第一捆綁扣56扣合，連接人腳掌與踝關節(jié)裝置。腰部連接扣63繞中間軸69轉動運動，提供人體腰部繞脊線旋轉自由度。兩個旋轉關節(jié)連接扣65相對于中間軸69轉動，提供人體髖關節(jié)旋內，旋外運動自由度。腰部骨架4繞髖關節(jié)內收/外擺旋轉軸71轉動，提供人體髖關節(jié)內收，外擺運動自由度。第二捆綁扣55與第一捆綁扣56相互扣合，對人腳掌固定。第二小腿桿38與第一踝關節(jié)軸53可以相對于踝關節(jié)外塊39轉動，提供人體踝關節(jié)跖曲，背伸運動自由度。踝關節(jié)內塊40可以繞踝關節(jié)小軸45相對于旋轉板52轉動，提供人體踝關節(jié)內收，外擺運動自由度。限位軸在踝關節(jié)限位板41弧形槽內滑動，限制踝關節(jié)內塊40轉動角度范圍，起到安全保護作用。腳掌板42可以繞第二踝關節(jié)軸58相對于旋轉板52轉動，提供人體踝關節(jié)旋內，旋外運動自由度。外骨骼踝關節(jié)裝置自由度與人體踝關節(jié)自由度相匹配。以上自由度均為被動自由度，被動跟隨人體運動。

驅動控制電源系統(tǒng)74提供驅動伺服電機7轉動，伺服電機7帶動行星減速器5轉動，進而帶動小錐齒輪13轉動。小錐齒輪13與大錐齒輪14齒輪傳動，帶動彈性驅動器11轉動，彈性驅動器11帶動髖關節(jié)花鍵軸9轉動，髖關節(jié)花鍵軸9帶動驅動滑輪10轉動。線繩73一端固定在驅動滑輪10上，在驅動滑輪10帶動下拉動大腿裝置，小腿裝置繞各自的軸線轉動。大腿桿裝置中關節(jié)滑輪31可以繞第二腿桿25相對轉動。小腿桿裝置中關節(jié)滑輪31可以繞第二大腿桿25相對轉動。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。當驅動滑輪10轉動，拉動線繩73收緊時，由于線繩73末端固定，線繩73會帶動大腿裝置繞髖關節(jié)軸32軸線轉動，帶動小腿裝置繞膝關節(jié)軸78軸線轉動。當驅動滑輪10向相反方向轉動，線繩73放松時，大腿桿裝置，小腿桿裝置中第一彈簧33提供回復力，大腿桿裝置，小腿桿裝置回復初始位置。在矢狀面內，提供人體大腿繞髖關節(jié)軸線的彎曲，伸展運動自由度，人體小腿繞膝關節(jié)軸線的彎曲，伸展運動自由度。髖關節(jié)裝置，膝關節(jié)裝置這兩個自由度均為主動自由度，在人體大腿抬腿，小腿彎腿動作時，線繩73拉緊，提供助力，在其他時刻，線繩73放松，不提供助力。線繩73移動的距離只與外骨骼髖關節(jié)裝置，膝關節(jié)裝置中的關節(jié)滑輪31和線繩73之間接觸弧長的變化有關，線繩73在下肢外骨骼髖關節(jié)裝置，膝關節(jié)裝置中引入了運動約束。

欠驅動系統(tǒng)是指系統(tǒng)的獨立控制變量個數(shù)小于系統(tǒng)自由度個數(shù)的一類非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)中存在沒有被驅動的自由度。欠驅動下肢外骨骼中的繩-滑輪欠驅動機構實際上是變胞機構的一種演化，變胞機構在連續(xù)運行的過程中，至少有一次活動度的變化，并在活動度變化后，機構仍能保持運行。即變胞機構被約束一部分自由度后，其余自由度仍可以運動。變胞機構的這一特點使其在運動中改變拓撲結構，從而使機構具有自適應不同形狀、尺寸物體的能力。這一特點在欠驅動下肢外骨骼上表現(xiàn)為：人體行走過程中，髖關節(jié)，膝關節(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動，改變了拓撲結構，從而能夠自適應人體下肢不同關節(jié)角度。從而實現(xiàn)本發(fā)明的輔助行走，減少人體能量消耗的功能。