一種氣動人工肌肉驅(qū)動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種下肢外骨骼服，具體涉及一種氣動肌肉驅(qū)動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于人體下肢外骨骼機器人的發(fā)展來講，驅(qū)動環(huán)節(jié)的選擇布置及柔性化設(shè)計的重要性日益凸顯。目前，已有的外骨骼設(shè)計大多是以電機或液壓驅(qū)動為主，這種結(jié)構(gòu)勢必帶來系統(tǒng)剛性，降低與人柔性軀體之間的協(xié)調(diào)性，甚至使用不當會造成人體損傷。而現(xiàn)有的氣動下肢外骨骼驅(qū)動裝置多為兩側(cè)布置，偏離人體關(guān)節(jié)運動中心線，相比人體下肢前后布置的驅(qū)動肌肉，大大降低了協(xié)調(diào)性與仿生性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有下肢外骨骼機器人柔性差，仿生性能差，與人體協(xié)調(diào)程度低的問題，進而提出一種氣動人工肌肉驅(qū)動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:一種氣動人工肌肉驅(qū)動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服包括左腿和右腿，它還包括懸吊背心，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動系統(tǒng)、膝部驅(qū)動系統(tǒng)和腳部驅(qū)動系統(tǒng)；
[0005]髖部驅(qū)動系統(tǒng)包括髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉、髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉、髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩、大腿捆綁帶、髖關(guān)節(jié)后伸帶和髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩；
[0006]膝部驅(qū)動系統(tǒng)包括膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉、膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉、膝關(guān)節(jié)前伸帶、膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩、膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩和小腿捆綁帶；
[0007]腳部驅(qū)動系統(tǒng)包括踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉、踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩和鞋；
[0008]髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉和髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩布置在懸吊背心的前側(cè)；髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉的上端與懸吊背心鉸接，髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉的下端與髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩的上端連接，髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩的下端與大腿捆綁帶鉸接，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉布置在懸吊背心的后側(cè)，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉的上端與懸吊背心鉸接，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉的下端與髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩的上端連接，髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩的下端與髖關(guān)節(jié)后伸帶的上端連接，髖關(guān)節(jié)后伸帶的下端與大腿捆綁帶連接，大腿捆綁帶捆綁在大腿上；
[0009]膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉的上端與大腿捆綁帶鉸接，膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉的下端與膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩的上端連接，膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩的下端與膝關(guān)節(jié)前伸帶的上端連接，膝關(guān)節(jié)前伸帶的下端與小腿捆綁帶連接；膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉的上端與大腿捆綁帶鉸接，膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉的下端與膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩的上端連接，膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩的下端與小腿捆綁帶鉸接，小腿捆綁帶捆綁在小腿上；
[0010]踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉的上端與小腿捆綁帶鉸接，踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉的下端與踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩的上端連接，踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩的下端與鞋鉸接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明采用柔性繩和柔性帶作為連接件，同時作為驅(qū)動器的氣動人工肌肉同樣為柔性元件，使得整體結(jié)構(gòu)具有極好的柔性，能夠?qū)崿F(xiàn)與人體運動高度協(xié)調(diào)一致，極大地提高了人體穿戴后的舒適度。二、本發(fā)明采用的氣動人工肌肉作用原理類似人體生物肌肉，本身特性保證了穿戴后對人體作用的柔順性和安全性。三、本發(fā)明前后拮抗對拉式布置的氣動人工肌肉更切合人體自身肌肉分布及作用原理，具有高度的仿生性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖，圖2是髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉布置在懸吊背心上的連接關(guān)系示意圖，圖3是髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉布置在懸吊背心的連接關(guān)系示意圖，圖4是懸吊背心、髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩和髖關(guān)節(jié)后伸帶連接關(guān)系示意圖，圖5是髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉、髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩和髖關(guān)節(jié)后伸帶連接關(guān)系示意圖，圖6是膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉、膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩、膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉、膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩、膝關(guān)節(jié)前伸帶和小腿捆綁帶連接關(guān)系示意圖，圖7是踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉、踝關(guān)節(jié)跖屈作用柔性繩和鞋連接關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1-圖7說明，本實施方式的一種氣動人工肌肉驅(qū)動的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服，它包括左腿和右腿；它還包括懸吊背心1，左腿和右腿分別包括髖部驅(qū)動系統(tǒng)、膝部驅(qū)動系統(tǒng)和腳部驅(qū)動系統(tǒng)；
[0014]髖部驅(qū)動系統(tǒng)包括髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉2、髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉4、髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩5、大腿捆綁帶6、髖關(guān)節(jié)后伸帶7和髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩8 ;
[0015]膝部驅(qū)動系統(tǒng)包括膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉9、膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩10、膝關(guān)節(jié)前伸帶11、膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉12、膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩13和小腿捆綁帶14 ；
[0016]腳部驅(qū)動系統(tǒng)包括踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉15、踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩16和鞋17 ；
[0017]髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉2和髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩5布置在懸吊背心I的前側(cè)；髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉2的上端與懸吊背心I鉸接，髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉2的下端與髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩5的上端連接，髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩5的下端與大腿捆綁帶6鉸接，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉4布置在懸吊背心I的后側(cè)，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉4的上端與懸吊背心I鉸接，髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉4的下端與髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩8的上端連接，髖關(guān)節(jié)后伸過渡連接柔性繩8的下端與髖關(guān)節(jié)后伸帶7的上端連接，髖關(guān)節(jié)后伸帶7的下端與大腿捆綁帶6連接，大腿捆綁帶6捆綁在大腿上；
[0018]膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉9的上端與大腿捆綁帶6鉸接，膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉9的下端與膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩10的上端連接，膝關(guān)節(jié)前伸過渡連接柔性繩10的下端與膝關(guān)節(jié)前伸帶11的上端連接，膝關(guān)節(jié)前伸帶11的下端與小腿捆綁帶14連接；膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉12的上端與大腿捆綁帶6鉸接，膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉12的下端與膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩13的上端連接，膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩13的下端與小腿捆綁帶14鉸接，小腿捆綁帶14捆綁在小腿上；
[0019]踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉15的上端與小腿捆綁帶14鉸接，踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉15的下端與踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩16的上端連接，踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩16的下端與鞋17鉸接。
[0020]本實施方式的髖關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動氣動人工肌肉4通過鉸鏈與懸吊背心I鉸接，髖關(guān)節(jié)前屈柔性繩5上端與髖關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動氣動人工肌肉2下端進行長度可調(diào)連接，髖關(guān)節(jié)后伸帶7下端通過纏繞方式與大腿捆綁帶6相連；大腿捆綁帶6通過圍繞方式捆綁在大腿上并與大腿固定。膝關(guān)節(jié)前伸驅(qū)動氣動人工肌肉9上端通過鉸鏈與大腿捆綁帶6連接，膝關(guān)節(jié)前伸帶11下端通過纏繞方式與小腿捆綁帶14連接；膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉12上端通過鉸鏈與大腿捆綁帶6連接，膝關(guān)節(jié)后屈驅(qū)動氣動人工肌肉12下端通過可調(diào)節(jié)長度方式與膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩13上端連接；膝關(guān)節(jié)后屈柔性繩13下端通過鉸鏈與小腿捆綁帶14連接，小腿捆綁帶14通過圍繞方式捆綁在小腿上并與小腿固定。
[0021]踝關(guān)節(jié)跖屈驅(qū)動氣動人工肌肉15上端通過鉸鏈與小腿捆綁帶14連接，下端通過可調(diào)節(jié)方式與踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩16的上端連接；踝關(guān)節(jié)跖屈柔性繩16的下端通過鉸鏈與鞋17連接。
[0022]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1、圖4和圖5說明，本實施方式的大腿捆綁帶6為帆布帶。如此設(shè)置，穿戴方便，堅牢耐折，柔性好，與人體接觸面積較大，極大地提高了人體穿戴后的舒適度。其它與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1和圖6說明，本實施方式的小腿捆綁帶14為帆布帶。如此設(shè)置，穿戴方便，堅牢耐折，柔性好，與人體接觸面積較大，極大地提高了人體穿戴后的舒適度。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0024]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1、圖4和圖6說明，本實施方式的髖關(guān)節(jié)后伸帶7為髖關(guān)節(jié)后伸帆布帶。如此設(shè)置，柔性好，變形小，與人體接觸面積較大，極大地提高了人體穿戴后的舒適度。其它與【具體實施方式】三相同