气索一体化驱动机构及助力外骨骼

本发明涉及外骨骼机器人，具体为气索一体化驱动机构及助力外骨骼。

背景技术：

1、外骨骼系统借助外部驱动力辅助或增强人体运动，例如可以辅助穿戴者实现物体的搬运托举，提升穿戴者的搬运托举能力等，在医疗、军事、工业生产等领域有广阔的应用前景和巨大的经济价值。

2、在外骨骼机器人系统中，绳索因结构轻小柔顺成为常见的关节驱动方式，广泛应用于柔性轻量化外骨骼系统。然而绳索单向受拉的特性限制了关节的驱动形式和运动范围，表现为柔性外骨骼承压能力差、双向驱动能力不足，因此运动灵活性和适应性较差，为此，我们结合绳索抗拉和气动承压的优势，提出气索一体化驱动机构及助力外骨骼。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供气索一体化驱动机构及助力外骨骼，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：气索一体化驱动机构，应用于外骨骼驱动，包括四通连接件，所述四通连接件的顶部接头安装有供气组件，四通连接件的一侧接头安装有气密管，气密管布设方向与供气方向相垂直；

3、所述气密管的内部滑动连接有密封活塞，密封活塞远离气密管的一侧连接有钢索，钢索贯穿四通连接件布设，且钢索的外表面滑动连接有气密组件，所述气密组件安装在四通连接件远离气密管的一侧接头上；

4、所述四通连接件底部接头安装有气流输送组件，用于将气体输送至外骨骼处。

5、进一步地，所述四通连接件共设置有四个接头，且四个接头整体呈十字状分布。

6、进一步地，所述供气组件包括安装在四通连接件顶部接头的安装管，所述安装管的顶部设置有两个接口，其中一个接口连接有排气管，另一个接口连接有进气管，进气管与排气管的另一端连接有微型隔膜泵，且进气管连接在微型隔膜泵的排气口，排气管连接在微型隔膜泵的进气口；

7、所述进气管的中部位置安装有三通电磁阀一，排气管的中部位置安装有三通电磁阀二。

8、进一步地，所述密封活塞的外表面前后两侧均设置有密封环，密封活塞的直径小于气密管的内径，密封环的直径大于气密管的内径。

9、进一步地，所述气密组件包括卡接在四通连接件远离气密管一侧接头上的滑动气密塞，所述滑动气密塞的外表面螺纹连接有端盖，所述端盖的外侧壁上开设有凹槽，所述凹槽内卡接有套管，钢索位于套管内部，且钢索的自由端连接在外骨骼上。

10、进一步地，所述滑动气密塞的内部安装有氟胶圈，氟胶圈的内部中心位置开设有通孔，通孔的直径小于钢索的直径。

11、进一步地，所述气流输送组件包括安装在所述四通连接件底部接头的第二导管，所述第二导管的一端连接有节流阀，所述节流阀的端口处连接有三通件，且三通件的两个输出端均连接有第三导管，且第三导管与外骨骼连接。

12、根据本发明的一个方面，本发明提供一种助力外骨骼，包括上述的气索一体化驱动机构，还包括前端骨架，所述前端骨架的端部连接有中间骨架，中间骨架的端部连接有后端骨架，所述前端骨架与后端骨架同轴布设，且前端骨架、中间骨架及后端骨架上均安装有气囊，且多个气囊之间通过管道相互贯通。

13、进一步地，所述前端骨架的上方开设有第一通孔，钢索穿过第一通孔与后端骨架上方固定连接，套管的一端抵接在前端骨架的上方。

14、进一步地，所述前端骨架的下方开设有与第三导管相适配的第二通孔，第三导管与气囊之间连接贯通。

15、本发明至少具备以下有益效果：

16、1、本发明通过设置的微型隔膜泵、四通连接件、密封活塞、钢索等结构的相互配合，能够达到向四通连接件内充气、抽气或保持气压三种状态，使得密封活塞在气密管内移动，从而使钢索对外骨骼进行牵引、停止牵引或保持状态不变，便于辅助外骨骼进行弯曲移动，并且使用时，还会向气囊内充气或抽气，通过钢索与气囊两种驱动方式之间的相互配合，进一步增大外骨骼的弯曲变形性能，实现手臂的助力弯曲操作。

17、2.本发明仅使用一个微型隔膜泵做为动力源，相较于传统的电机驱动，能够节省较大的安装空间及重量，便于使得装置整体更加轻量化。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

1.气索一体化驱动机构，应用于外骨骼驱动，包括四通连接件(1)，其特征在于，所述四通连接件(1)的顶部接头安装有供气组件(2)，四通连接件(1)的一侧接头安装有气密管(3)，气密管(3)布设方向与供气方向相垂直；

2.根据权利要求1所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述四通连接件(1)共设置有四个接头，且四个接头整体呈十字状分布。

3.根据权利要求2所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述供气组件(2)包括安装在四通连接件(1)顶部接头的安装管(21)，所述安装管(21)的顶部设置有两个接口，其中一个接口连接有排气管(22)，另一个接口连接有进气管(23)，进气管(23)与排气管(22)的另一端连接有微型隔膜泵(24)，且进气管(23)连接在微型隔膜泵(24)的排气口(25)，排气管(22)连接在微型隔膜泵(24)的进气口(26)；

4.根据权利要求2所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述密封活塞(4)的外表面前后两侧均设置有密封环(8)，密封活塞(4)的直径小于气密管(3)的内径，密封环(8)的直径大于气密管(3)的内径。

5.根据权利要求4所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述气密组件(6)包括卡接在四通连接件(1)远离气密管(3)一侧接头上的滑动气密塞(61)，所述滑动气密塞(61)的外表面螺纹连接有端盖(62)，所述端盖(62)的外侧壁上开设有凹槽(63)，所述凹槽(63)内卡接有套管(64)，钢索(5)位于套管(64)内部，且钢索(5)的自由端连接在外骨骼上。

6.根据权利要求5所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述滑动气密塞(61)的内部安装有氟胶圈(65)，氟胶圈(65)的内部中心位置开设有通孔，通孔的直径小于钢索(5)的直径。

7.根据权利要求5所述的气索一体化驱动机构，其特征在于：所述气流输送组件(7)包括安装在所述四通连接件(1)底部接头的第二导管(71)，所述第二导管(71)的一端连接有节流阀(72)，所述节流阀(72)的端口处连接有三通件(73)，且三通件(73)的两个输出端均连接有第三导管(74)，且第三导管(74)与外骨骼连接。

8.一种助力外骨骼，包括权利要求1至7中任一项所述的气索一体化驱动机构，其特征在于，还包括前端骨架(9)，所述前端骨架(9)的端部连接有中间骨架(10)，中间骨架(10)的端部连接有后端骨架(11)，所述前端骨架(9)与后端骨架(11)同轴布设，且前端骨架(9)、中间骨架(10)及后端骨架(11)上均安装有气囊(12)，且多个气囊(12)之间通过管道相互贯通。

9.根据权利要求8所述的一种助力外骨骼，其特征在于：所述前端骨架(9)的上方开设有第一通孔(13)，钢索(5)穿过第一通孔(13)与后端骨架(11)上方固定连接，套管(64)的一端抵接在前端骨架(9)的上方。

10.根据权利要求9所述的一种助力外骨骼，其特征在于：所述前端骨架(9)的下方开设有与第三导管相适配的第二通孔(14)，第三导管与气囊(12)之间连接贯通。