CN113352298A - 一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构，包括：关节助力驱动与支撑机构，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑；背包单元，可供用户穿戴；其与一或多个所述关节节点模块通信组网，可获取实时运动数据或发送控制指令，并提供供电电源和外部数据传输结构；髋部调节单元，枢接所述背包单元与所述关节助力驱动与支撑机构，在穿戴时提供横向和/或纵向的调节。本申请可有效解决目前下肢外骨骼助力机器人因结构设计方面的不足，提高了下肢外骨骼机器人结构的灵活性和结构稳定性，使得穿戴简单，且提高了穿戴舒适度。
Description
技术领域
本申请涉及下肢外骨骼机器人结构技术领域，特别是涉及一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构。
背景技术
下肢助力外骨骼主要应用于军事和民用两大领域。在军用中主要应用于单兵作战场景，在民用中主要应用于养老及运动康复训练场景。目前，下肢外骨骼助力机器人技术与装备仍处于初期发展阶段，其进一步发展遇到诸多问题和挑战。首先，外骨骼助力结构的设计与性能评价方法需要进一步提高。
在灵活性方面，人体运动组合形式多样且高度协调。为了使穿戴者穿上外骨骼后也能保持足够的灵活性，外骨骼必须有数量庞大的关节按合理布局组合在一起，从而形成复杂的机构和结构。在穿戴舒适度方面，现有的下肢助力外骨骼机器人的结构设计以柔性和刚性为主，刚性外骨骼机器人具有更高的助力效率且能够满足更高的负重需求，但在穿戴舒适度方面还具有较大的提升空间。
因此，如何完全实现人体解剖学的灵活性且具有良好的穿戴舒适度是外骨骼结构设计的主要挑战。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构，以解决目前下肢外骨骼助力机器人因结构设计方面的不足导致的灵活性差、穿戴舒适度不足、穿戴困难、结构稳定性差等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构，所述结构包括：关节助力驱动与支撑机构，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑；背包单元，可供用户穿戴；其与一或多个所述关节节点模块通信组网，可获取实时运动数据或发送控制指令，并提供供电电源和外部数据传输结构；髋部调节单元，枢接所述背包单元与所述关节助力驱动与支撑机构，在穿戴时提供横向和/或纵向的调节。
于本申请一实施例中，所述背包单元包括：网络运动控制器、控制模块、接口模块、腰部电池模块、腰部转动连接轴、腰部绑带、及储物格中任意一种或多种组合；其中，所述网络运动控制器，用于与各关节节点模块通信组网，以实时传输运动数据或控制指令；所述控制模块，用于处理实时产生的运动数据，以及生成控制指令；所述接口模块，用于提供外部数据的输入与输出接口；所述腰部转动连接轴，用于连接所述髋部横向/纵向伸缩调节单元，可根据转动角度获取扭转运动数据。
于本申请一实施例中，所述髋部调节单元包括：两个纵向设置的轴承组件，其由轴承和交叉滚子组成；其中，所述轴承组件的一端设有双插孔；所述轴承组件用于与所述关节助力驱动与支撑机构适配固定连接，可使所述关节助力驱动与支撑机构相对所述髋部调节单元纵向移动，从而提供纵向的调节；铰接件，其一侧设有双插轴，通过插入所述双插孔与所述轴承组件固定连接；其另一侧设有双铰接轴，用于另一倒置的铰接件铰接，可使两个固定连接有轴承组件的铰接件相对水平旋转运动，从而提供横向的调节。
于本申请一实施例中，所述背包单元包括腰部转动连接轴；所述双铰接轴上分别设有穿孔，通过插入所述腰部转动连接轴，以连接所述髋部调节单元与所述背包单元。
于本申请一实施例中，所述关节助力驱动与支撑机构中的关节节点模块包括：髋关节助力驱动模块、大腿支撑模块、膝关节助力驱动模块、小腿支撑模块、踝关节助力驱动模块、及足底支撑模块。
于本申请一实施例中，所述髋关节助力驱动模块包括：髋关节壳体，包含相对垂直设置的第一部分和第二部分；其中，第一部分包括第一驱动控制模块、及设于端部的第一伺服电机；第二部分的端部设有轴承连接件，用于横向固定连接于所述髋部调节单元的一端；所述第一伺服电机，用于纵向与大腿支撑模块的顶部固定连接；所述第一驱动控制模块，用于根据接收的控制指令第一驱动伺服电机，以供助力驱动所述大腿支撑模块的转动。
于本申请一实施例中，所述大腿支撑模块包括：大腿双连接铝杆，用于连接膝关节助力驱动模块；设于所述大腿双连接铝杆外的大腿护板，用于遮盖所述大腿双连接铝杆；髋关节前屈后伸输出件，其一端连接所述大腿双连接铝杆，另一端为中空环形，用于适配连接所述髋关节助力驱动模块。
于本申请一实施例中，所述膝关节助力驱动模块包括：膝关节外壳；所述膝关节外壳内设有具有弹性的大腿坐管夹、第二伺服电机、及第二驱动控制模块；所述大腿坐管夹，用于与所述大腿支撑模块的底部适配连接，并可调节插入长度；所述第二伺服电机，用于纵向与小腿支撑模块的顶部固定连接；所述第二驱动控制模块，用于根据接收的控制指令驱动第二伺服电机，以供助力驱动所述小腿支撑模块的转动；设于膝关节壳体一侧的绑带，用于套入用户膝关节。
于本申请一实施例中，所述小腿支撑模块包括：小腿双连接铝杆，用于连接踝关节助力驱动模块；设于所述小腿双连接铝杆外的护板，用于遮盖所述小腿双连接铝杆；膝关节前屈后伸输出件，其一端连接所述小腿双连接铝杆，另一端为中空环形，用于适配连接所述膝关节助力驱动模块。
于本申请一实施例中，所述踝关节助力驱动模块包括：踝关节外壳；所述膝关节外壳内设有具有弹性的小腿坐管夹、第三伺服电机、及第三驱动控制模块；所述小腿坐管夹，用于与所述小腿支撑模块的底部适配连接，并可调节插入长度；所述第三伺服电机，用于纵向与足底支撑模块固定连接；所述第三驱动控制模块，用于根据接收的控制指令驱动第三伺服电机，以供助力驱动所述足底支撑模块的转动。
于本申请一实施例中，所述足底支撑模块包括：足底撑板；设于足底撑板后部外侧设有踝关节前屈后伸输出件，用于适配连接所述踝关节助力驱动模块。
综上所述，本申请提供的一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构，包括：关节助力驱动与支撑机构，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑；背包单元，可供用户穿戴；其与一或多个所述关节节点模块通信组网，可获取实时运动数据或发送控制指令，并提供供电电源和外部数据传输结构；髋部调节单元，枢接所述背包单元与所述关节助力驱动与支撑机构，在穿戴时提供横向和/或纵向的调节。
具有以下有益效果：
本申请可有效解决目前下肢外骨骼助力机器人因结构设计方面的不足，提高了下肢外骨骼机器人结构的灵活性和结构稳定性，使得穿戴简单，且提高了穿戴舒适度。
附图说明
图1显示为本申请于一实施例中刚性助力下肢外骨骼机器人结构的结构示意图。
图2显示为本申请于一实施例中背包单元的结构示意图。
图3显示为本申请于一实施例中髋部调节单元的结构示意图。
图4显示为本申请于一实施例中髋关节助力驱动模块的结构示意图。
图5显示为本申请于一实施例中大腿支撑模块的结构示意图。
图6显示为本申请于一实施例中膝关节助力驱动模块的结构示意图。
图7显示为本申请于一实施例中小腿支撑模块的结构示意图。
图8显示为本申请于一实施例中踝关节助力驱动模块的结构示意图。
图9显示为本申请于一实施例中足底支撑模块的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本申请范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
为解决目前下肢外骨骼助力机器人因结构设计方面的不足导致的灵活性差、穿戴舒适度不足、穿戴困难、结构稳定性差等问题。本申请提出一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构。
如图1所示，展示为本实施例中一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构的结构示意图。如图所示，所述结构包括：背包单元1、关节助力驱动与支撑机构3、及连接二者的髋部调节单元2。
其中，关节助力驱动与支撑机构3，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑；背包单元1，可供用户穿戴；其与一或多个所述关节节点模块通信组网，可获取实时运动数据或发送控制指令，并提供供电电源和外部数据传输结构；髋部调节单元2，枢接所述背包单元1与所述关节助力驱动与支撑机构3，在穿戴时提供横向和/或纵向的调节。
简单来说，所述背包单元1由用户背在身上，一方面用于背部的依靠，另一方面通过肩背的形式承担部分非背包单元1部分的重量，并且背包单元1相当于一集成单元，如为整个刚性助力下肢外骨骼机器人结构中各需要供电的模块提供电源，以及与各个关节节点模块通信连接实现通信组网，以作为数据的采集中心和指令的发送中心，并且可以数据与指令与外部设备进行传输。
所述关节助力驱动与支撑机构3由多个关节节点模块构成，如包括：髋关节助力驱动模块31、大腿支撑模块32、膝关节助力驱动模块33、小腿支撑模块34、踝关节助力驱动模块35、及足底支撑模块36，并且由图可看出，所述关节助力驱动与支撑机构3具有左右两部分，以分别穿戴于用户下肢的左右腿上，其不仅为关节提供助力驱动还可对部位提供支撑。
所述髋部调节单元2主要用于枢接所述背包单元1与所述关节助力驱动与支撑机构3，其特点在于，通过巧妙的组件结构，可实现所述背包单元1与所述关节助力驱动与支撑机构3之间横向和/或纵向的调节，其中既包括角度的调节，还包括拉伸的调节，从而大大提高了该结构的灵活性和穿戴舒适度。
如图2所示，展示为本实施例中背包单元1的结构示意图。如图所示，所述背包单元1包括但不限于：网络运动控制器11、控制模块12、接口模块13、腰部电池模块14、腰部转动连接轴15、腰部绑带16、及储物格17中任意一种或多种组合。
具体来说，所述网络运动控制器11，用于与各关节节点模块通信组网，以实时传输运动数据或控制指令。另外，所述网络运动控制器11还可以外部设备实现无线通信连接，以传输数据或程序。
其中，所述网络运动控制器11相当于通信器总成，其与各关节节点模块的通信方式可以是有线通信方式，如串行接口或RS485、SPP等并行结构，还可以是无线通信方式，如2G/3G/4G/5G、蓝牙、红外、NB-IoT、Rola、Zigbee、MavLink、WIFI、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合。
所述控制模块12，用于处理实时产生的运动数据，以及生成控制指令。例如，其可包括控制芯片、数据采集卡等电子元器件。
其中，所述控制模块12可以实时接收各关节节点模块上传感器采集的运送数据，然后通过与预设的阈值比较，可生成提前设定的控制驱动电机或伺服电机加速或减速或启停等助力驱动的指令。或者，上述运动数据还可同步上传至云端控制设备，由其进行分析并生成相应的控制指令，而所述控制模块12依据接收到的外部控制指令来相应控制各关节节点模块中的驱动电机或伺服电机，来实现相应的指令动作。
所述接口模块13，用于提供外部数据的输入与输出接口。所述接口模块13优选为有线数据I/O接口，以供数据或程序的导入与更新等。当然数据的输入输出也可以通过无线通信的方式实现，并非仅局限于工业接口。
所述腰部转动连接轴15，用于连接所述髋部横向/纵向伸缩调节单元2，可根据转动角度获取扭转运动数据。具体来说，所述腰部转动连接轴15主要为一根轴，其用于插入所述髋部调节单元2的双铰接轴222上设有的穿孔。
所述腰部电池模块14，其可为蓄电池或干电池、充电电池或太阳能电池或者无线充电电池等，其放置于背包单元1中，为本申请下肢外骨骼助力机器人提供能源。
所述腰部绑带16，具体包括肩带部分、要带部分、胸带部分和背带部分，从而可以减少穿戴者与外骨骼机器人的相对位移，增强装置内部稳定性。
所述储物格17，通过合理设计，背包单元1中可预留一定空间的储物格17，可以用于放置穿戴用户的随身物品，如手机，水杯、钱包等等；其更深层的目的还在于，可为日后增加设别或升级设备预留放置控制空间，例如，根据用户需求还可增加其他的传感器，或者加热单元、储水容器，或者上肢外骨骼机器人结构的控制单元等等。
简单来说，所述背包单元1为背包形式供用户穿戴，可使用户的背部有所依靠，并且背包单元1相当于一集成单元，如为整个刚性助力下肢外骨骼机器人结构中各需要供电的模块提供电源，以及与各个关节节点模块通信连接实现通信组网，以作为数据的采集中心和指令的发送中心，并且可以数据与指令与外部设备进行传输。
而本申请所述的背包单元1所采用的数据与控制集成的方式，可方便后期的日常维护与更新，并且还可为后续结构的改造或升级提供空间基础。
如图3所示，展示为本实施例中髋部调节单元主要构成的结构示意图。如图所示，所述髋部调节单元2主要包括：两组轴承组件21和铰接件22。
具体来说，所述髋部调节单元2包括两个纵向设置的轴承组件21，其由轴承和交叉滚子组成，所述轴承优选为石墨轴承，从而不减少刚性的同时减少了重量。
其中，所述轴承组件21的一端设有双插孔211，需要说明的是，这里主要起到方便拆卸的连接作用，因此，这里的插孔不限于两个；或者，所述轴承组件21与铰接件22的连接方式还可以为其他卡扣、铰接、耦接等多种常见的可拆卸连接方式。
所述轴承组件21用于与所述关节助力驱动与支撑机构3(具体为如图4所示的髋关节助力驱动模块31的轴承连接件316)适配固定连接，可使所述关节助力驱动与支撑机构3相对所述髋部调节单元2纵向移动，从而提供纵向的调节，可使得穿戴者可以调节机器人髋关节的相对高度。
所述铰接件22呈F型；其中，所述铰接件22的一侧设有不锈钢的双插轴221，这里的双插轴221与所述双插孔211适配。通过插入所述双插孔211实现与所述轴承组件21固定连接，如图3中示意的插入方向。另外，当轴承组件21的双插孔211改变为其他连接方式的组件时，双插轴221也相应改变。
优选地，通过调节双插轴221插入双插孔211的深度，可提供穿戴者髋关节横向拉伸与伸缩的调节，例如，拉伸范围可为184mm-214mm。
另外，所述铰接件22的另一侧设有双铰接轴222，用于另一倒置的铰接件22铰接，可使两个固定连接有轴承组件21的铰接件22相对水平旋转运动，从而提供横向的调节。
举例来说，所述铰接件22上可以设置为上部为凹，底部为凸的结构，当与另一个倒置的铰接件22卡合时，便可实现两个铰接件22的相对旋转运动，即在轴承组件21纵向放置时，实现横向的角度调整。
优选地，本申请为便于与背包单元1连接，所述双铰接轴222上分别设置了穿孔，通过图5中所示的腰部转动连接轴15的插入，以实现连接所述髋部调节单元2与所述背包单元1。
需要说明的是，本申请所述的髋部调节单元2，通过两组轴承组件21和铰接件22的结构设计，不仅枢接了所述背包单元1与所述关节助力驱动与支撑机构3，而且在穿戴时还能根据所述背包单元1与所述关节助力驱动与支撑机构3之间的相对位移，提供横向和/或纵向的包括角度与拉伸的调节。大大提高了本结构的灵活性和结构稳定性，并提高了穿戴舒适度。
于本申请一实施例中，所述关节助力驱动与支撑机构3中的关节节点模块，由上至下依次包括：髋关节助力驱动模块31、大腿支撑模块32、膝关节助力驱动模块33、小腿支撑模块34、踝关节助力驱动模块35、及足底支撑模块36。所述关节助力驱动与支撑机构3，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑。
于本申请一实施例中，所述关节助力驱动与支撑机构3中一或多个关节节点模块内分别设有通信器与传感器；其中，所述传感器包括但不限于：加速度传感器、重力传感器、角度传感器、三轴陀螺仪、及温湿度传感器中任意一种或多种组合。
简单来说，通过各关节节点位置的运动数据或检测数据，可以更好地供本机器人结构或外部分析设备提供数据分析的基础，从而便于更加科学和准确地提供控制指令。
具体来说，如图4所示，所述髋关节助力驱动模块31包括：
髋关节壳体311，包含相对垂直设置的第一部分312和第二部分313；其中，第一部分312包括第一驱动控制模块314、及设于端部的第一伺服电机315；第二部分313的端部设有轴承连接件316，用于横向固定连接于所述髋部调节单元2一端的轴承组件21。其中，所述轴承连接件316对应所述轴承组件21也呈环形，以供适配所述轴承组件21。所述轴承组件21与所述轴承连接件316的环形上设有对应的卡合组件。例如，均设有孔洞，通过轴销或螺丝进行固定；或者，一方设置合适的环形卡槽，另一方设置对应的环形卡合凸起等等。
所述第一伺服电机315，用于纵向与大腿支撑模块32的顶部固定连接；所述第一驱动控制模块314，用于根据接收的控制指令第一驱动伺服电机315，以供助力驱动所述大腿支撑模块32的转动。
简单来说，所述髋关节助力驱动模块31的第一部分312与大腿支撑模块32连接，通过第一驱动控制模块314与第一伺服电机315用于助力驱动所述大腿支撑模块32的转动，而所述髋关节助力驱动模块31的第二部分313上的轴承连接件316则与所述髋部调节单元2的轴承组件21连接，从而使所述髋关节助力驱动模块31整体以所述髋部调节单元2的轴承组件21为圆心，实现上下摆动。
如图5所示，所述大腿支撑模块32包括：
大腿双连接铝杆321，用于连接膝关节助力驱动模块33；其中，本申请并不限制该连接杆的材料和数量，例如，其还可以使铝合金或碳纤维等其他质量较轻的坚固材料；另外，数量也并非为图中所示的两根，其还可设为直径更粗的一根连接杆，或者是直径更细的三根等等。
设于所述大腿双连接铝杆321外的大腿护板322，用于遮盖所述大腿双连接铝杆321；
髋关节前屈后伸输出件323，其一端连接所述大腿双连接铝杆321，另一端为中空环形，用于适配连接所述髋关节助力驱动模块31，具体地，该中空环形套入所述髋关节助力驱动模块31的第一伺服电机315。
优选地，所述髋关节前屈后伸输出件323与所述第一伺服电机315上设有对应的卡合组件。例如，均设有孔洞，通过轴销或螺丝进行固定；或者，一方设置合适的环形卡槽，另一方设置对应的环形卡合凸起等等。
如图6所示，所述膝关节助力驱动模块33包括：
膝关节外壳331；所述膝关节外壳331内设有具有弹性的大腿坐管夹332、第二伺服电机333、及第二驱动控制模块334。
所述大腿坐管夹332，用于与所述大腿支撑模块32的底部适配连接；具体地，所述大腿坐管夹332设有对应所述大腿支撑模块32的所述大腿双连接铝杆321的两个管夹，以便于适配所述大腿双连接铝杆321的插入。
优选地，所述大腿坐管夹332可供所述大腿双连接铝杆321插入不同的长度，从而可方便调节穿戴者大腿的长度，例如，可供大腿拉伸的长度为：467mm-507mm。
优选地，为方便大腿坐管夹332供所述大腿双连接铝杆321伸缩的同时进行加紧，所述大腿坐管夹332的每个管道设有开口，或者在管道的入口端设有松紧调节阀。
所述第二伺服电机333，用于纵向与小腿支撑模块34的顶部固定连接。
所述第二驱动控制模块334，用于根据接收的控制指令驱动第二伺服电机333，以供助力驱动所述小腿支撑模块34的转动。
设于膝关节壳体331一侧的绑带335，用于套入用户膝关节。
优选地，所述绑带335采用舒适性良好的柔性材料，其包括但不限于：魔术贴、弹力绑带、绑带扣结构等进行固定。
如图7所示，所述小腿支撑模块34包括：小腿双连接铝杆341，用于连接踝关节助力驱动模块35；设于所述小腿双连接铝杆341外的护板342，用于遮盖所述小腿双连接铝杆341；膝关节前屈后伸输出件343，其一端连接所述小腿双连接铝杆341，另一端为中空环形，用于适配连接所述膝关节助力驱动模块33的第二伺服电机333。
需说明的是，所述小腿支撑模块34的各部件功能或特点与大腿支撑模块32近似，可参考如图5中所述的实施例，这里不再赘述。
如图8所示，所述踝关节助力驱动模块35包括：
踝关节外壳351；所述膝关节外壳351内设有具有弹性的小腿坐管夹352、第三伺服电机353、及第三驱动控制模块354。
所述小腿坐管夹352，用于与所述小腿支撑模块34的底部适配连接。具体地，所述小腿坐管夹352设有对应所述小腿支撑模块34的所述小腿双连接铝杆341的两个管夹，以便于适配所述小腿双连接铝杆341的插入。
优选地，所述小腿坐管夹352可供所述小腿双连接铝杆341插入不同的长度，从而可方便调节穿戴者小腿的长度，例如，可供小腿拉伸的长度为：457mm-517mm。
优选地，为方便小腿坐管夹352供所述小腿双连接铝杆321伸缩的同时进行加紧，所述小腿坐管夹352的每个管道设有开口，或者在管道的入口端设有松紧调节阀。
所述第三伺服电机353，用于纵向与足底支撑模块36固定连接。
所述第三驱动控制模块354，用于根据接收的控制指令第三驱动伺服电机353，以供助力驱动所述足底支撑模块36的转动。
如图9所示，所述足底支撑模块36包括：足底撑板361；设于足底撑板361后部外侧设有踝关节前屈后伸输出件362，用于适配连接所述踝关节助力驱动模块35的第三伺服电机353。
优选地，所述踝关节前屈后伸输出件362与所述第三伺服电机353上设有对应的卡合组件。例如，均设有孔洞，通过轴销或螺丝进行固定；或者，一方设置合适的环形卡槽，另一方设置对应的环形卡合凸起等等。
优选地，所述足底撑板361采用橡胶或硅胶材料，以供增强穿戴者脚底的静摩擦力，提升整体稳定性。
综上所述，本申请所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，可有效解决目前下肢外骨骼助力机器人因结构设计方面的不足，提高了下肢外骨骼机器人结构的灵活性和结构稳定性，使得穿戴简单，且提高了穿戴舒适度。并且本申请的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，建立了下肢外骨骼初始结构，为该领域后续进一步研究和优化外骨骼系统提供了平台支持，推动了国内机器人、无人化装备以及智能制造等工业设计的发展。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述结构包括：
关节助力驱动与支撑机构，可供用户下肢穿戴；其由多个关节节点模块构成，以对关节提供助力驱动和/或对部位提供支撑；
背包单元，可供用户穿戴；其与一或多个所述关节节点模块通信组网，可获取实时运动数据或发送控制指令，并提供供电电源和外部数据传输结构；
髋部调节单元，枢接所述背包单元与所述关节助力驱动与支撑机构，在穿戴时提供横向和/或纵向的调节。
2.根据权利要求1所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述背包单元包括：网络运动控制器、控制模块、接口模块、腰部电池模块、腰部转动连接轴、腰部绑带、及储物格中任意一种或多种组合；其中，
所述网络运动控制器，用于与各关节节点模块通信组网，以实时传输运动数据或控制指令；
所述控制模块，用于处理实时产生的运动数据，以及生成控制指令；
所述接口模块，用于提供外部数据的输入与输出接口；
所述腰部转动连接轴，用于连接所述髋部横向/纵向伸缩调节单元，可根据转动角度获取扭转运动数据。
3.根据权利要求1所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述髋部调节单元包括：
两个纵向设置的轴承组件，其由轴承和交叉滚子组成；其中，所述轴承组件的一端设有双插孔；所述轴承组件用于与所述关节助力驱动与支撑机构适配固定连接，可使所述关节助力驱动与支撑机构相对所述髋部调节单元纵向移动，从而提供纵向的调节；
铰接件，其一侧设有双插轴，通过插入所述双插孔与所述轴承组件固定连接；其另一侧设有双铰接轴，用于另一倒置的铰接件铰接，可使两个固定连接有轴承组件的铰接件相对水平旋转运动，从而提供横向的调节。
4.根据权利要求3所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述背包单元包括腰部转动连接轴；所述双铰接轴上分别设有穿孔，通过插入所述腰部转动连接轴，以连接所述髋部调节单元与所述背包单元。
5.根据权利要求1所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述关节助力驱动与支撑机构中的关节节点模块包括：髋关节助力驱动模块、大腿支撑模块、膝关节助力驱动模块、小腿支撑模块、踝关节助力驱动模块、及足底支撑模块。
6.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述髋关节助力驱动模块包括：
髋关节壳体，包含相对垂直设置的第一部分和第二部分；
其中，第一部分包括第一驱动控制模块、及设于端部的第一伺服电机；第二部分的端部设有轴承连接件，用于横向固定连接于所述髋部调节单元的一端；
所述第一伺服电机，用于纵向与大腿支撑模块的顶部固定连接；
所述第一驱动控制模块，用于根据接收的控制指令第一驱动伺服电机，以供助力驱动所述大腿支撑模块的转动。
7.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述大腿支撑模块包括：
大腿双连接铝杆，用于连接膝关节助力驱动模块；
设于所述大腿双连接铝杆外的大腿护板，用于遮盖所述大腿双连接铝杆；
髋关节前屈后伸输出件，其一端连接所述大腿双连接铝杆，另一端为中空环形，用于适配连接所述髋关节助力驱动模块。
8.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述膝关节助力驱动模块包括：
膝关节外壳；所述膝关节外壳内设有具有弹性的大腿坐管夹、第二伺服电机、及第二驱动控制模块；
所述大腿坐管夹，用于与所述大腿支撑模块的底部适配连接，并可调节插入长度；
所述第二伺服电机，用于纵向与小腿支撑模块的顶部固定连接；
所述第二驱动控制模块，用于根据接收的控制指令驱动第二伺服电机，以供助力驱动所述小腿支撑模块的转动；
设于膝关节壳体一侧的绑带，用于套入用户膝关节。
9.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述小腿支撑模块包括：
小腿双连接铝杆，用于连接踝关节助力驱动模块；
设于所述小腿双连接铝杆外的护板，用于遮盖所述小腿双连接铝杆；
膝关节前屈后伸输出件，其一端连接所述小腿双连接铝杆，另一端为中空环形，用于适配连接所述膝关节助力驱动模块。
10.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述踝关节助力驱动模块包括：
踝关节外壳；所述膝关节外壳内设有具有弹性的小腿坐管夹、第三伺服电机、及第三驱动控制模块；
所述小腿坐管夹，用于与所述小腿支撑模块的底部适配连接，并可调节插入长度；
所述第三伺服电机，用于纵向与足底支撑模块固定连接；
所述第三驱动控制模块，用于根据接收的控制指令驱动第三伺服电机，以供助力驱动所述足底支撑模块的转动。
11.根据权利要求5所述的刚性助力下肢外骨骼机器人结构，其特征在于，所述足底支撑模块包括：
足底撑板；
设于足底撑板后部外侧设有踝关节前屈后伸输出件，用于适配连接所述踝关节助力驱动模块。
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