本發明涉及外骨骼機器人，尤其涉及外骨骼機器人的下肢結構及下肢結構組件。

背景技術：

最早的人體外骨骼機器人是1966年通用電氣公司(ge)研制的hardman助力機器人。進入21世紀之后，隨著計算機、新材料、機械工程等學科技術的進步和突破，可穿戴式外骨骼機器人的發展開始進入爆發期。其中著名的有美國國防部先進研究項目局(dapra)的xos和hulc、洛克希德馬丁公司fortis、以色列創業項目rewalk、新西蘭創業項目rex以及日本筑波大學hal等外骨骼機器人類型產品。

外骨骼機器人是一種能夠增強人體能力的可穿戴機器。它能夠幫助人們跑得更快、跳得更高、能夠攜帶更多更重的東西，并且幫助穿戴它的人在戰場、建筑工地或者其它有危險的地方生存下來。

然而，出于各種技術原因，現有外骨骼機器人的下肢結構實現類似于人下肢動作具有一定的技術難度。

技術實現要素：

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

本發明的一個目的在于，提供一種外骨骼機器人的下肢結構，其能實現類似于人下肢的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。

本發明的以上目的通過一種外骨骼機器人的下肢結構來實現，該外骨骼機器人的下肢結構包括：

用于固定在人體上的髖部驅動模塊；

大腿骨架，所述大腿骨架連接至所述髖部驅動模塊并由所述髖部驅動模塊進行動力驅動，所述大腿骨架通過大腿固定件固定在人體大腿上；

小腿骨架，所述小腿骨架與所述大腿骨架通過膝部驅動模塊相連接并由所述膝部驅動模塊進行動力驅動，所述小腿骨架通過小腿固定件固定在人體小腿上；

腳部鞋子，所述腳部鞋子與所述小腿骨架通過踝部驅動模塊相連接并由所述踝部驅動模塊進行動力驅動，所述腳部鞋子內設有與所述髖部驅動模塊、所述膝部驅動模塊和所述踝部驅動模塊均進行信號連接的傳感器。

根據上述技術方案，本發明的外骨骼機器人的下肢結構能起到以下有益技術效果：能實現類似于人下肢的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。

具體地說，大腿骨架與固定在人體上的髖部驅動模塊相連接，髖部驅動模塊作為一個驅動關節(即，髖部驅動關節)，實現大腿的屈/伸；小腿骨架與大腿骨架通過膝部驅動模塊相連接，小腿骨架與大腿骨架之間形成一個驅動關節(即，膝部驅動關節)，實現小腿的屈/伸；腳部鞋子與小腿骨架通過踝部驅動模塊相連接，腳部鞋子與小腿骨架之間形成一個驅動關節(即，踝部驅動關節)，實現腳部的背屈/跖屈；由傳感器感測腳部壓力信號，并將這些壓力信號轉變為電信號而傳送至髖部驅動模塊、膝部驅動模塊和踝部驅動模塊，從而較佳地實現外骨骼機器人下肢結構類似于人下肢的各種動作，并能較佳地實現人對外骨骼機器人下肢結構的隨動控制。

較佳的是，所述外骨骼機器人的下肢結構還包括腰部骨架，所述髖部驅動模塊與所述腰部骨架相連接固定。

較佳的是，所述腰部骨架留有安裝孔位。

較佳的是，所述外骨骼機器人的下肢結構還包括腰部固定件，所述腰部骨架通過所述腰部固定件固定在人體腰部上。

較佳的是，所述大腿固定件、小腿固定件及腰部固定件均為綁帶。

較佳的是，所述外骨骼機器人的下肢結構還包括位于所述髖部驅動模塊與所述腰部骨架之間的髖部連接件，所述髖部連接件與所述腰部骨架之間形成一個被動關節。

較佳的是，所述髖部驅動模塊包括髖部驅動關節和用于驅動所述髖部驅動關節的髖部驅動電機。

較佳的是，所述膝部驅動模塊包括膝部驅動關節和用于驅動所述膝部驅動關節的膝部驅動電機。

較佳的是，所述踝部驅動模塊包括踝部驅動關節和用于驅動所述踝部驅動關節的踝部驅動電機。

較佳的是，所述傳感器是應變片式壓力傳感器。

較佳的是，所述外骨骼機器人的下肢結構還包括位于所述踝部驅動模塊與所述腳部鞋子之間的腳部連接件。

較佳的是，所述大腿骨架和所述小腿骨架各自具有仿生曲面。

本發明的另一目的在于，提供一種外骨骼機器人的下肢結構組件，其能實現類似于人下肢的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。

本發明的以上目的通過一種外骨骼機器人的下肢結構組件來實現，該外骨骼機器人的下肢結構組件包括：安裝在人體腰部上的腰部骨架、位于人體左腿側的如前所述的下肢結構、以及位于人體右腿側的如前所述的下肢結構；位于人體左腿側及右腿側下肢結構中的髖部驅動模塊均與腰部骨架連接。

根據上述技術方案，本發明的外骨骼機器人的下肢結構組件能起到以下有益技術效果：能實現類似于人下肢的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。

附圖說明

在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本發明的上述特征和優點。在附圖中，各部件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的部件可能具有相同或相近的附圖標記。

圖1是本發明一實施方式的外骨骼機器人的下肢結構組件的整體示意圖。

附圖標記列表

1、腰部骨架

2、髖部連接件

3、髖部驅動模塊

4、腰部固定件

5、大腿骨架

6、大腿固定件

7、膝部驅動模塊

8、小腿骨架

9、小腿固定件

10、踝部驅動模塊

11、腳部連接件

12、腳部鞋子

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護范圍。

圖1是本發明一實施方式的外骨骼機器人的下肢結構組件的整體示意圖。

如圖1所示，外骨骼機器人的下肢結構組件可包括安裝在人體腰部上的腰部骨架1、位于人體左腿側的下肢結構、以及位于人體右腿側的下肢結構。位于人體左腿側的下肢結構和位于人體右腿側的下肢結構可具有基本 相同的結構，并且可相對于彼此左右對稱。

下面參照圖1所示的外骨骼機器人下肢結構組件的其中一個下肢結構(例如，位于人體右腿側的下肢結構)對本發明一實施方式的外骨骼機器人下肢結構進行說明。

根據本發明一實施方式，一種外骨骼機器人的下肢結構，包括：

髖部驅動模塊3，該髖部驅動模塊3可直接固定在人體上進行使用，或與腰部骨架1(例如通過髖部連接件2)相連接固定進行使用；

大腿骨架5，大腿骨架5連接至髖部驅動模塊3并由髖部驅動模塊3進行動力驅動，大腿骨架5通過大腿固定件6固定在人體大腿上；

小腿骨架8，小腿骨架8與大腿骨架5通過膝部驅動模塊7相連接并由膝部驅動模塊7進行動力驅動，小腿骨架8通過小腿固定件9固定在人體小腿上；

腳部鞋子12，腳部鞋子12與小腿骨架8通過踝部驅動模塊10相連接并由踝部驅動模塊10進行動力驅動，腳部鞋子12內(例如在其鞋底內)設有與髖部驅動模塊3、膝部驅動模塊7和踝部驅動模塊11均進行信號連接的傳感器(例如，借助有線或無線方式實現彼此通信)。

這樣，該外骨骼機器人的下肢結構能實現類似于人下肢的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。

較佳的是，大腿固定件6可以是大腿綁帶；小腿固定件9可以是小腿綁帶。

較佳的是，腰部骨架1可留有安裝孔位，以便擴展安裝能源模塊、控制模塊等其他模塊。

較佳的是，髖部驅動模塊3包括髖部驅動關節和用于驅動髖部驅動關節的髖部驅動電機。

這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內的傳感器所感測到的力信號可傳送至髖部驅動模塊3，經由髖部驅動電機驅動髖部驅動關節。

較佳的是，膝部驅動模塊7包括膝部驅動關節和用于驅動膝部驅動關節的膝部驅動電機。

這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內的傳感器所感測到的力信號可傳送至膝部驅動模塊7，經由膝部驅動電機驅動膝部驅動關節。

較佳的是，踝部驅動模塊10包括踝部驅動關節和用于驅動踝部驅動關節的踝部驅動電機。

這樣，位于腳部鞋子12的鞋底內的傳感器所感測到的力信號可傳送至踝部驅動模塊10，經由踝部驅動電機驅動踝部驅動關節。

較佳的是，髖部驅動模塊3、膝部驅動模塊7和踝部驅動模塊10還可各自包括減速器，以用于對各自的驅動電機進行減速。

較佳的是，還可包括腰部固定件4，腰部骨架1通過腰部固定件4固定在人體腰部上。

較佳的是，腰部固定件4可以是腰部綁帶。

較佳的是，位于腳部鞋子12的鞋底內的傳感器是應變片式壓力傳感器。

這樣，應變片式壓力傳感器可以感測腳部壓力信號(壓力數據)，并將這些壓力信號轉變為電信號而傳送至髖部驅動模塊3、膝部驅動模塊7和踝部驅動模塊10，從而較佳地實現外骨骼機器人下肢結構類似于人下肢的各種動作，并能較佳地實現人對外骨骼機器人下肢結構的隨動控制。

較佳的是，髖部連接件2與腰部骨架1之間形成一個被動關節(未圖示)，例如鉸鏈，可使髖部連接件2繞垂直于人體背部的水平軸轉動，實現大腿的外展/內收。

較佳的是，該外骨骼機器人的下肢結構還包括位于踝部驅動模塊10與腳部鞋子12之間的腳部連接件11。

較佳的是，大腿骨架5與腰部骨架1通過髖部驅動模塊3相連接，大腿骨架5與腰部骨架1之間形成一個驅動關節(即，髖部驅動關節)，實現大腿的屈/伸。

較佳的是，小腿骨架8與大腿骨架5通過膝部驅動模塊7相連接，小腿骨架8與大腿骨架5之間形成一個驅動關節(即，膝部驅動關節)，實現小腿的屈/伸。

較佳的是，腳部鞋子12與小腿骨架8通過踝部驅動模塊10相連接，腳部鞋子12與小腿骨架8之間形成一個驅動關節(即，踝部驅動關節)，實現腳部的背屈/跖屈。

這樣，對于一個外骨骼機器人下肢結構而言，其可具有位于髖部的一個驅動關節和一個被動關節(即，位于髖部的一個驅動自由度和一個被動自由度)、位于膝部的一個驅動關節(即，位于膝部的一個驅動自由度)、以及位于踝部的一個驅動關節(即，位于踝部的一個驅動自由度)，總計具有三個驅動自由度和一個被動自由度，即，具有類似于人下肢的多自由度。

對于包括位于人體左腿側的下肢結構和位于人體右腿側的下肢結構的外骨骼機器人下肢結構組件而言，其可相應地總計具有六個驅動自由度和兩個被動自由度。

較佳的是，大腿骨架5和小腿骨架8各自具有仿生曲面。

這樣，大腿骨架5和小腿骨架8采用符合人機工程學的設計，使得整體下肢結構美觀、緊湊，同時具有較好的穿戴適應性。

以上對本發明的具體實施方式進行了描述，但本領域技術人員將會理解，上述具體實施方式并不構成對本發明的限制，本領域技術人員可以在以上公開內容的基礎上進行多種修改，而不超出本發明的范圍。