本发明涉及一种外骨骼助行器，尤其是一种穿戴式助行机器人。
背景技术：
目前市场上有两种外骨骼助行器，一种是能减轻人体负担、结构简单的无动力人体外骨骼助行器，当旅行者外出登山时，一般都要背负很重的背包行走，无动力人体外骨骼助行器能有效支撑旅行者的负担，外骨骼助行器下肢的上关节和下关节的自由度能够跟随人体的髋关节和膝关节自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，使旅行者负重登山时感到轻松、省力。但是，无动力人体外骨骼助行器不能减轻人体自身的重负，人体空载行走时，穿戴无动力人体外骨骼助行器就失去减负助行的作用，反而成为额外负担。另一种外骨骼助行器是能提高人体的运动能力和负重能力的有动力的下肢助力外骨骼机器人，下肢助力外骨骼机器人是一种新型的可穿戴式智能设备，它将机械系统的“体力”和人类的“智力”集成到一个系统中，机械系统成为人身体的一部分，这样穿戴者就能够完成仅凭人体自身条件无法完成的任务，提高人体的运动能力和负重能力。但是，现有的下肢助力外骨骼机器人，一般只能控制外骨骼的行走与暂停，对于步行过程中的中间相位不能准确处理，不能根据环境交互等实时情况进行行走状态及时调整与切换，存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，这样人穿戴行走若没有及时转移重心会很容易摔倒。因此，现有下肢助力外骨骼机器人的技术还有待进一步完善和发展。
技术实现要素：
为了解决上述的两个技术问题，本发明公开一种穿戴式助行机器人，穿戴式助行机器人具有无动力和有动力两种模式的转换功能，两种模式结合后，优缺点互补，使产品性能达到完美统一，使产品多功能，实用化。
所述穿戴式助行机器人的技术方案包括：背负支架、电池盒、左腿支架、右腿支架、左机器人关节模组、右机器人关节模组、手动离合器、左下关节、右下关节、左脚底板、右脚底板、左压力开关和右压力开关，其特征在于：所述背负支架设有u形管架，u形管架后上端中部焊接直管，直管内插入上调节管，上调节管在直管内能上下调节，直管上端设有上旋紧套，直管后端焊接短管，短管上端焊接电池盒，电池盒内设有锂电池组，短管和电池盒用于负载的托架，电池盒上端是托架平台，托架平台放置背包负载，u形管架前端设有腰带，腰带与人体的躯干连接，上调节管与直管之间设有背肩带，背肩带与人体的双肩连接；u形管架的左右两端分别连接左腿支架和右腿支架，所述右腿支架设有右关节架，右关节架上端焊接在u形管架的右下端，右关节架下端设有连接圈，连接圈内安装右机器人关节模组，右机器人关节模组下端焊接右大腿管，右大腿管内设有右大腿伸缩管，右大腿管下端设有右旋紧套，右大腿伸缩管在右大腿管内上下调节合适的长短后，用右旋紧套旋紧固定；所述右腿支架设有右下关节，右下关节包括上关节板和下关节板，右大腿伸缩管下端焊接上关节板，上关节板下端设有下关节板，上、下关节板之间设有右铰链，右铰链的轴位于上、下关节板的后端，下关节板下端焊接右小腿管，右小腿管内设有右小腿伸缩管，右小腿管下端设有下旋紧套，右小腿伸缩管在右小腿管内上下调节合适的长短后，用下旋紧套旋紧固定，右小腿管上端设有小腿绑带，小腿绑带与人体的小腿连接；右小腿伸缩管内设有右压力开关，右压力开关下端设有按钮，按钮外围设有弹簧，弹簧下端设有倒置的凸形按钮，右小腿伸缩管下端设有挡圈，挡圈挡住凸形按钮，凸形按钮下端的凸出部分触地受压后，右压力开关导通，凸形按钮下端的凸出部分离开地面后，右压力开关断开；右小腿伸缩管下端设有右脚底板，右脚底板右端设有右连接圈，右连接圈焊接在右小腿伸缩管下端的外圆，右脚底板上端设有右鞋子，右脚底板的宽度小于鞋底跟部，右脚底板位于鞋底跟部固定，右脚底板设有左右两个右鞋钉孔，鞋钉孔设有两个鞋钉将右鞋子固定在右脚底板上；所述左腿支架和右腿支架的结构相同，左右对称，左腿支架的结构不在重复叙述；所述右机器人关节模组包括外转子无刷电机、摆线针轮减速器、光电编码器、无刷电机控制模块、信号采集控制模块、手动离合器和电源开关，右机器人关节模组的轴向尺寸等于外转子无刷电机的轴向尺寸，外转子无刷电机的外围设有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的右端设有连接台圈，连接台圈右端设有壳体，连接台圈与壳体一体化制造成型，壳体内设有外转子无刷电机、光电编码器、无刷电机控制模块和信号采集控制模块；外转子无刷电机是一种4极永磁直流电机，外转子无刷电机设有中心轴，中心轴中间粗、两端细，中心轴中部的粗轴外圆设有定子铁芯，定子铁芯圆周设有多个铁芯齿牙，多个铁芯齿牙之间形成多个线圈槽，多个线圈槽内绕制多个线圈，多个线圈平均分为3个线圈组，3个线圈组之间的电角度为120度，3个线圈组连接为y形的电路，组成3相线圈，3相线圈之间的线圈槽内分别设有3个霍尔传感器；中心轴左端设有左轴承，左轴承外圆设有左端盖，左端盖外圆设有导磁筒，左端盖与导磁筒一体化制造成型，导磁筒内圆设有永磁圈，永磁圈由4块弧形永磁体组成，弧形永磁体是用稀土材料制造的强磁体，磁极方向为径向，相邻的弧形永磁体之间的极性互为相反，定子铁芯的外圆与永磁圈的内圆之间设有均匀气隙，定子铁芯的左端和右端与永磁圈的左端和右端一致；中心轴的粗轴右端设有轴承台，轴承台外圆设有右轴承，右轴承外圆设有右端盖，右端盖外圆设有螺圈，螺圈外圆设有外螺纹，导磁筒右端内圆设有内螺纹，右端盖螺圈旋进导磁筒右端内圆的内螺纹，旋紧后与导磁筒固定为一体；所述轴承台上端设有线孔，3相线圈的输出线与3个霍尔传感器的输出线合并为一股电机线，电机线从线孔穿出电机外，3相线圈的输出线连接无刷电机控制模块的输出端，3个霍尔传感器的输出线连接无刷电机控制模块的输入端；所述壳体左端设有联轴端盖，联轴端盖设有中心孔，中心孔的内圆设有内齿牙，中心轴左端的细轴外圆设有联轴外齿牙，中心孔内齿牙与联轴外齿牙啮合，中心轴左端细轴设有螺丝帽，螺丝帽将联轴端盖紧固在中心轴的左端；所述壳体设有壳体端盖，壳体端盖设有中心孔，中心轴右端的细轴安装在中心孔内，壳体端盖设有壳体筒，壳体筒与壳体端盖一体化制造成型，壳体筒内圆设有内螺纹，壳体外圆设有外螺纹，壳体筒内圆旋进壳体外圆，所述右关节架下端的连接圈位于壳体与壳体筒之间，壳体筒内圆旋进壳体外圆将连接圈夹紧,壳体筒的下端焊接右大腿管；所述连接台圈左端圆周设有多个螺母孔，多个螺母孔内设有多个螺丝杆，联轴端盖圆周设有多个螺丝孔，多个螺丝孔与多个螺母孔对应，多个螺丝孔与多个螺母孔之间均设有连接套，多个螺丝杆通过多个连接套将联轴端盖与壳体紧固连接，中心轴两端固定在联轴端盖和壳体端盖的中心，外转子无刷电机位于壳体中心转动；联轴端盖的内齿牙与中心轴左端的外齿牙啮合连接，使中心轴与壳体之间连接稳固；所述摆线针轮减速器设有左偏心套和右偏心套，左、右偏心套设置在导磁筒左端的外圆，左、右偏心套与导磁筒一体化制造成型，左、右偏心套的偏心方向互为相反，左偏心套外圆设有左摆线轴承，左摆线轴承外圆设有左摆线轮，右偏心套外圆设有右摆线轴承，右摆线轴承外圆设有右摆线轮，左、右摆线轮外圆均设有多个摆线齿，在摆线轴承外圆与摆线轮外圆之间设有环形面，环形面上设有多个等分的止位孔，左摆线轮设有多个等分的左止位孔，右摆线轮设有多个等分的右止位孔，左、右摆线轮的规格和大小相同，多个左、右止位孔均与多个连接套对应，多个左、右止位孔的直径均大于多个连接套的直径，多个连接套穿过多个左、右止位孔，外转子无刷电机转动时，左摆线轮跟随左偏心套摆动，右摆线轮跟随右偏心套摆动，多个连接套在多个左、右止位孔内止位，使左摆线轮和右摆线轮在左止位孔与右止位孔的止位范围内对称交叉摆动；所述联轴端盖外圆设有左内挡圈，左内挡圈圆周设有左推力轴承，所述连接台圈左端外圆设有右内挡圈，右内挡圈内挡圈圆周设有右推力轴承，左、右推力轴承的外圆设有针轮圈，针轮圈左端和右端均设有外挡圈，针轮圈正反旋转时，使针轮圈左、右端定位稳定，针轮圈包括针齿杆槽和针齿杆，针轮圈内圆中部的圆周设有多个针齿杆槽，多个针齿杆槽内均设有针齿杆，多个针齿杆的数量比摆线齿的数量多一个，当左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈上、下端的针齿杆啮合时，左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈前、后端的针齿杆分离，摆线针轮减速器的减速比是针齿杆数比1，所述的针轮圈直径大、针齿杆多，因此摆线针轮减速器的减速比很大；针轮圈的外圆设有滚针轴承，滚针轴承的外圆设有驱动圈，驱动圈左端设有驱动盘；所述右机器人关节模组设有光电编码器，光电编码器由光电编码器读头和光电编码盘组成，壳体上端设有方孔，方孔内设有光电编码器读头，光电编码器读头设有发射头和接收头，发射头和接收头之间设有光电编码盘，光电编码盘为环形，安装在导磁筒的外圆右端，光电编码盘跟随外转子无刷电机正反转动，光电编码器输出的脉冲信号是往返的编码信号，编码信号相当于角度传感器信号，经过信号采集控制模块编码计算，能计算出左腿支架和右腿支架的迈步的角度；壳体筒内左上端设有信号采集控制模块，信号采集控制模块的输入端与接收头的输出线连接，信号采集控制模块的输出端与发射头的输出线连接，壳体内左下端设有无刷电机控制模块，壳体端盖上端设有出线孔，无刷电机控制模块的电源线、控制线和信号采集控制模块的电源线、控制线合并一股电缆从出线孔引出；所述右机器人关节模组设有右手动离合器，所述中心轴设有中心孔，中心孔内设有右拉杆，右拉杆设有柱塞，柱塞右端设有拉杆柄，拉杆柄上设有偏心轮，偏心轮设有手柄，偏心轮设有拉杆槽，拉杆柄位于拉杆槽内，偏心轮设有偏心轴，偏心轴连接拉杆柄，柱塞左端设有螺杆，螺杆左端设有右套管，右套管右端设有螺母孔，柱塞螺杆拧在螺母孔内，右套管的外圆与柱塞的外圆一致，所述右拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合；中心孔内设有左拉杆，左拉杆左端设有挡帽，所述左拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合，所述驱动盘设有中心孔，中心孔内设有挡台，挡帽与挡台吻合，左拉杆和右套管内设有钢丝绳，左拉杆左端设有左绳头腔，右套管右端设有右绳头腔，钢丝绳左端打个左死结，钢丝绳右端打个右死结，左、右死结分别位于左、右绳头腔内；所述驱动盘上设有方孔，方孔内设有右电源开关，右电源开关设有按钮，按钮右端设有滑轮槽，滑轮槽内设有滑轮，滑轮中心设有滑轮轴，滑轮轴与右电源开关之间设有复位弹簧，复位弹簧将滑轮压在驱动盘左端面，右电源开关左端设有连接线；手动离合器的手柄向上扳动，偏心轮拉紧钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面紧密接触，针轮圈带动驱动盘正反转动，滑轮压在驱动盘前后滚动，所述按钮受压后，右电源开关导通；手动离合器的手柄向下扳动，偏心轮松开钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面分离，驱动盘自由转动，所述按钮松开，右电源开关断开；所述左机器人关节模组与右机器人关节模组的结构相同，不再重复叙述；为了方便各部分机构的电路连接，电池盒后端设有插头和插座，u形管架设有左电源线孔、中电源线孔和右电源线孔，左关节架设有左线孔，右关节架设有右线孔，左大腿管设有左电线孔，右大腿管设有右电线孔，各部分机构的电路连接线经过各个线孔从各个管筒内走线，左电源开关串联于左机器人关节模组和锂电池组的电源回路，右电源开关串联于右机器人关节模组和锂电池组的电源回路，左压力开关和右压力开关的输出线分别连接左信号采集控制模块和右信号采集控制模块的输入端。
所述穿戴式助行机器人的有益效果在于：穿戴式助行机器人具有无动力和有动力两种工作模式转换的功能，两种模式结合后，优缺点互补，使产品性能达到完美统一，使产品多功能、实用化；当左、右手动离合器分离状态时，穿戴式助行机器人工作在无动力模式，左腿支架的左驱动盘和右腿支架的右驱动盘分别自由转动，相当于人体的左髋关节和右髋关节分别自由活动，所述左下关节和右下关节分别自由活动，相当于人体的左膝关节和右膝关节分别自由活动，此时的穿戴式助行机器人相当于无动力的人体外骨骼助行器，无动力人体外骨骼助行器的左腿支架和右腿支架能有效支撑旅行者的负担，左腿支架和右腿支架的上关节和下关节的自由度能够跟随人体的髋关节和膝关节的自由度自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，穿戴式助行机器人在无动力模式下，使旅行者负重登山时感到轻松、省力，但是，无动力人体外骨骼助行器不能减轻人体自身的重负，人体空载行走时，穿戴无动力人体外骨骼助行器就失去减负助行的作用，反而成为额外负担，因此需要有动力的人体外骨骼助行器；当左、右手动离合器结合状态时，左、右电源开关打开，穿戴式助行机器人工作在有动力模式，此时的穿戴式助行机器人相当于有动力的人体外骨骼助行器，当人体双腿支撑，左、右脚落地时，左机器人关节模组与右机器人关节模组进入待机状态，当人体左脚抬起，左压力开关断开，开关信号控制左机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体左大腿向前迈步，开关信号控制右机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体右大腿向后移动，当人体左、右脚落地，双腿支撑时，左机器人关节模组与右机器人关节模组又进入待机状态，当人体右脚抬起，右压力开关断开，开关信号控制右机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体右大腿向前迈步，开关信号控制左机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体左大腿向后移动，人体迈步的角度小时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机减速，人体就慢步走，人体迈步的角度大时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机加速，人体就快步走，穿戴式助行机器人工作在有动力模式下，能有效地提高人体的运动能力和负重能力，穿戴式助行机器人的动力是驱动人体的左右大腿，外骨骼驱动人体左右大腿时，能按照本人的意图，准确控制外骨骼的迈步、行走与暂停，还能按照本人的意图控制外骨骼的行走速度，左右膝关节能与外骨骼自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，使外骨骼的智能控制系统简单、可靠；当锂电池组的电用完后，可将穿戴式助行机器人的工作切换到无动力模式，人体空载行走时，虽然穿戴式助行机器人失去了减负助行的作用，但是不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，额外负担并不重，不影想正常行走，锂电池组充电后，穿戴式助行机器人切换到有动力模式又继续工作。
附图说明
图1是穿戴式助行机器人后视结构示意图。
图2是穿戴式助行机器人右小腿部分的结构示意图。
图3是穿戴式助行机器人右视结构示意图。
图4是右机器人关节模组的离合器结合状态右视剖面结构示意图。
图5是右机器人关节模组的离合器分离状态右视剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
在图1-图5中，所述背负支架设有u形管架1，u形管架后上端中部焊接直管2，直管内插入上调节管3，上调节管在直管内能上下调节，直管上端设有上旋紧套4，直管后端焊接短管5，短管上端焊接电池盒6，电池盒内设有锂电池组7，短管和电池盒用于负载的托架，电池盒上端是托架平台，托架平台放置背包负载8，u形管架前端设有腰带9，腰带与人体的躯干连接，上调节管与直管之间设有背肩带10，背肩带与人体的双肩连接；u形管架的左右两端分别连接左腿支架和右腿支架，所述右腿支架设有右关节架11，右关节架上端焊接在u形管架的右下端，右关节架下端设有连接圈12，连接圈内安装右机器人关节模组13，右机器人关节模组下端焊接右大腿管14，右大腿管内设有右大腿伸缩管15，右大腿管下端设有右旋紧套16，右大腿伸缩管在右大腿管内上下调节合适的长短后，用右旋紧套旋紧固定；所述右腿支架设有右下关节，右下关节包括上关节板和下关节板，右大腿伸缩管下端焊接上关节板17，上关节板下端设有下关节板18，上、下关节板之间设有右铰链19，右铰链的轴20位于上、下关节板的后端，下关节板下端焊接右小腿管21，右小腿管内设有右小腿伸缩管22，右小腿管下端设有下旋紧套23，右小腿伸缩管在右小腿管内上下调节合适的长短后，用下旋紧套旋紧固定，右小腿管上端设有小腿绑带24，小腿绑带与人体的小腿连接；右小腿伸缩管内设有右压力开关25，右压力开关下端设有按钮26，按钮外围设有弹簧27，弹簧下端设有倒置的凸形按钮28，右小腿伸缩管下端设有挡圈29，挡圈挡住凸形按钮，凸形按钮下端的凸出部分触地受压后，右压力开关导通，凸形按钮下端的凸出部分离开地面后，右压力开关断开；右小腿伸缩管下端设有右脚底板30，右脚底板右端设有右连接圈31，右连接圈焊接在右小腿伸缩管下端的外圆，右脚底板上端设有右鞋子32，右脚底板位于鞋底跟部固定，右脚底板的宽度小于鞋底跟部33，右脚底板设有左右两个右鞋钉孔34，鞋钉孔内设有两个鞋钉将右鞋子固定在右脚底板上；所述左腿支架和右腿支架的结构相同，左右对称，左腿支架的结构不在重复叙述；所述右机器人关节模组包括外转子无刷电机、摆线针轮减速器、光电编码器、无刷电机控制模块、信号采集控制模块、手动离合器和电源开关，右机器人关节模组的轴向尺寸等于外转子无刷电机的轴向尺寸，外转子无刷电机的外围设有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的右端设有连接台圈35，连接台圈右端设有壳体36，连接台圈与壳体一体化制造成型，壳体内设有外转子无刷电机、光电编码器、无刷电机控制模块和信号采集控制模块；外转子无刷电机是一种4极永磁直流电机，外转子无刷电机设有中心轴37，中心轴中间粗、两端细，中心轴中部的粗轴外圆设有定子铁芯38，定子铁芯圆周设有多个铁芯齿牙，多个铁芯齿牙之间形成多个线圈槽，多个线圈槽内绕制多个线圈，多个线圈平均分为3个线圈组，3个线圈组之间的电角度为120度，3个线圈组连接为y形的电路，组成3相线圈39，3相线圈之间的线圈槽内分别设有3个霍尔传感器40；中心轴左端设有左轴承41，左轴承外圆设有左端盖42，左端盖外圆设有导磁筒43，左端盖与导磁筒一体化制造成型，导磁筒内圆设有永磁圈44，永磁圈由4块弧形永磁体组成，弧形永磁体是用稀土材料制造的强磁体，磁极方向为径向，相邻的弧形永磁体之间的极性互为相反，定子铁芯的外圆与永磁圈的内圆之间设有均匀气隙45，定子铁芯的左端和右端与永磁圈的左端和右端一致；中心轴的粗轴右端设有轴承台46，轴承台外圆设有右轴承47，右轴承外圆设有右端盖48，右端盖外圆设有螺圈49，螺圈外圆设有外螺纹，导磁筒右端内圆设有内螺纹，右端盖螺圈旋进导磁筒右端内圆的内螺纹，旋紧后与导磁筒固定为一体；所述轴承台上端设有线孔50，3相线圈的输出线与3个霍尔传感器的输出线合并为一股电机线，电机线从线孔穿出电机外，3相线圈的输出线连接无刷电机控制模块的输出端，3个霍尔传感器的输出线连接无刷电机控制模块的输入端；所述壳体左端设有联轴端盖51，联轴端盖设有中心孔，中心孔的内圆设有内齿牙52，中心轴左端的细轴外圆设有联轴外齿牙，中心孔内齿牙与联轴外齿牙啮合，中心轴左端细轴设有螺丝帽53，螺丝帽将联轴端盖紧固在中心轴的左端；所述壳体设有壳体端盖54，壳体端盖设有中心孔，中心轴右端的细轴安装在中心孔内，壳体端盖设有壳体筒55，壳体筒与壳体端盖一体化制造成型，壳体筒内圆设有内螺纹，壳体外圆设有外螺纹，壳体筒内圆旋进壳体外圆，所述右关节架下端的连接圈12位于壳体与壳体筒之间，壳体筒内圆旋进壳体外圆将连接圈夹紧,壳体筒的下端焊接右大腿管14；所述连接台圈左端圆周设有多个螺母孔，多个螺母孔内设有多个螺丝杆56，联轴端盖圆周设有多个螺丝孔，多个螺丝孔与多个螺母孔对应，多个螺丝孔与多个螺母孔之间均设有连接套57，多个螺丝杆通过多个连接套将联轴端盖与壳体紧固连接，中心轴两端固定在联轴端盖和壳体端盖的中心，外转子无刷电机位于壳体中心转动；联轴端盖的内齿牙与中心轴左端的外齿牙啮合连接，使中心轴与壳体之间连接稳固；所述摆线针轮减速器设有左偏心套58和右偏心套59，左、右偏心套设置在导磁筒左端的外圆，左、右偏心套与导磁筒一体化制造成型，左、右偏心套的偏心方向互为相反，左偏心套外圆设有左摆线轴承60，左摆线轴承外圆设有左摆线轮61，右偏心套外圆设有右摆线轴承62，右摆线轴承外圆设有右摆线轮63，左、右摆线轮外圆均设有多个摆线齿64，在摆线轴承外圆与摆线轮外圆之间设有环形面，环形面上设有多个等分的止位孔，左摆线轮设有多个等分的左止位孔65，右摆线轮设有多个等分的右止位孔66，左、右摆线轮的规格和大小相同，多个左、右止位孔均与多个连接套对应，多个左、右止位孔的直径均大于多个连接套的直径，多个连接套穿过多个左、右止位孔，外转子无刷电机转动时，左摆线轮跟随左偏心套摆动，右摆线轮跟随右偏心套摆动，多个连接套在多个左、右止位孔内止位，使左摆线轮和右摆线轮在左止位孔与右止位孔的止位范围内对称交叉摆动；所述联轴端盖外圆设有左内挡圈67，左内挡圈圆周设有左推力轴承68，所述连接台圈左端外圆设有右内挡圈69，右内挡圈内挡圈圆周设有右推力轴承70，左、右推力轴承的外圆设有针轮圈71，针轮圈左端和右端均设有外挡圈72，针轮圈正反旋转时，使针轮圈左、右端定位稳定，针轮圈包括针齿杆槽和针齿杆，针轮圈内圆中部的圆周设有多个针齿杆槽，多个针齿杆槽内均设有针齿杆73，多个针齿杆的数量比摆线齿的数量多一个，当左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈上、下端的针齿杆啮合时，左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈前、后端的针齿杆分离，摆线针轮减速器的减速比是针齿杆数比1，所述的针轮圈直径大、针齿杆多，因此摆线针轮减速器的减速比很大；针轮圈的外圆设有滚针轴承74，滚针轴承的外圆设有驱动圈75，驱动圈左端设有驱动盘76；所述右机器人关节模组设有光电编码器，光电编码器由光电编码器读头和光电编码盘组成，壳体上端设有方孔，方孔内设有光电编码器读头77，光电编码器读头设有发射头78和接收头79，发射头和接收头之间设有光电编码盘80，光电编码盘为环形，安装在导磁筒的外圆右端，光电编码盘跟随外转子无刷电机正反转动，光电编码器输出的脉冲信号是往返的编码信号，往返的编码信号相当于角度传感器信号，经过信号采集控制模块编码计算，计算出左腿支架和右腿支架的迈步角度；壳体筒内左上端设有信号采集控制模块81，信号采集控制模块的输入端与接收头的输出线连接，信号采集控制模块的输出端与发射头的输出线连接，壳体内左下端设有无刷电机控制模块82，壳体端盖上端设有出线孔83，无刷电机控制模块的电源线、控制线和信号采集控制模块的电源线、控制线合并为一股电缆84从出线孔引出；所述右机器人关节模组设有右手动离合器，所述中心轴设有中心孔85，中心孔内设有右拉杆，右拉杆设有柱塞86，柱塞右端设有拉杆柄87，拉杆柄上设有偏心轮88，偏心轮设有手柄89，偏心轮设有拉杆槽90，拉杆柄位于拉杆槽内，偏心轮设有偏心轴91，偏心轴连接拉杆柄，柱塞左端设有螺杆92，螺杆左端设有右套管93，右套管右端设有螺母孔，柱塞螺杆拧在螺母孔内，右套管的外圆与柱塞的外圆一致，所述右拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合；中心孔内设有左拉杆94，左拉杆左端设有挡帽95，所述左拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合，所述驱动盘设有中心孔，中心孔内设有挡台，挡帽与挡台吻合，左拉杆和右套管内设有钢丝绳96，左拉杆左端设有左绳头腔97，右套管右端设有右绳头腔98，钢丝绳左端打个左死结99，钢丝绳右端打个右死结100，左、右死结分别位于左、右绳头腔内；所述驱动盘上设有方孔，方孔内设有右电源开关101，右电源开关设有按钮102，按钮右端设有滑轮槽，滑轮槽内设有滑轮103，滑轮中心设有滑轮轴104，滑轮轴与右电源开关之间设有复位弹簧105，复位弹簧将滑轮压在驱动盘左端面，右电源开关左端设有连接线106；手动离合器的手柄向上扳动，偏心轮拉紧钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面紧密接触，针轮圈带动驱动盘正反转动，滑轮压在驱动盘前后滚动，所述按钮受压后，右电源开关导通；手动离合器的手柄向下扳动，偏心轮松开钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面分离，驱动盘自由转动，所述按钮松开，右电源开关断开；所述左机器人关节模组与右机器人关节模组的结构相同，左机器人关节模组的结构不再重复叙述；为了方便各部分机构的电路连接，电池盒后端设有插头和插座107，u形管架设有左电源线孔108、中电源线孔109和右电源线孔110，左关节架设有左线孔111，右关节架设有右线孔112，左大腿管设有左电线孔113，右大腿管设有右电线孔114，各部分机构的电路连接线经过各个线孔从各个管筒内走线，左电源开关串联于左机器人关节模组和锂电池组的电源回路，右电源开关串联于右机器人关节模组和锂电池组的电源回路，左压力开关的输出线和右压力开关的输出线115分别连接左信号采集控制模块和右信号采集控制模块的输入端。
穿戴式助行机器人具有无动力和有动力两种工作模式转换的功能，两种模式结合后，优缺点互补，使产品性能达到完美统一，使产品多功能、实用化；当左、右手动离合器分离状态时，穿戴式助行机器人工作在无动力模式，左腿支架的左驱动盘和右腿支架的右驱动盘分别自由转动，相当于人体的左髋关节和右髋关节分别自由活动，所述左下关节和右下关节分别自由活动，相当于人体的左膝关节和右膝关节分别自由活动，此时的穿戴式助行机器人相当于无动力的人体外骨骼助行器，无动力人体外骨骼助行器的左腿支架和右腿支架能有效支撑旅行者的负担，左腿支架和右腿支架的上关节和下关节的自由度能够跟随人体的髋关节和膝关节的自由度自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，穿戴式助行机器人在无动力模式下，使旅行者负重登山时感到轻松、省力，但是，无动力人体外骨骼助行器不能减轻人体自身的重量，人体空载行走时，穿戴无动力人体外骨骼助行器就失去减负助行的作用，反而成为额外负担，因此需要有动力的人体外骨骼助行器；当左、右手动离合器结合状态时，左、右电源开关打开，穿戴式助行机器人工作在有动力模式，此时的穿戴式助行机器人相当于有动力的人体外骨骼助行器，当人体双腿支撑，左、右脚落地时，左机器人关节模组与右机器人关节模组进入待机状态，当人体左脚抬起，左压力开关断开，开关信号控制左机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体左大腿向前迈步，开关信号控制右机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体右大腿向后移动，当人体左、右脚落地，双腿支撑时，左机器人关节模组与右机器人关节模组又进入待机状态，当人体右脚抬起，右压力开关断开，开关信号控制右机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体右大腿向前迈步，开关信号控制左机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体左大腿向后移动，人体迈步的角度小时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机减速，人体就慢步走，人体迈步的角度大时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机加速，人体就快步走，穿戴式助行机器人工作在有动力模式下，能有效地提高人体的运动能力和负重能力，穿戴式助行机器人的动力是驱动人体的左右大腿，外骨骼驱动人体左右大腿时，穿戴式助行机器人能按照本人的意图，准确控制外骨骼的迈步、行走与暂停，还能按照本人的意图控制外骨骼的行走速度，左右膝关节能与外骨骼自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，使外骨骼的智能控制系统简单、可靠；当锂电池组的电用完后，可将穿戴式助行机器人的工作切换到无动力模式，人体空载行走时，虽然穿戴式助行机器人失去了减负助行的作用，但是不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，额外负担并不重，不影想正常行走，锂电池组充电后，穿戴式助行机器人切换到有动力模式又继续工作。
1.一种穿戴式助行机器人，包括背负支架、电池盒、左腿支架、右腿支架、左机器人关节模组、右机器人关节模组、手动离合器、左下关节、右下关节、左脚底板、右脚底板、左压力开关和右压力开关，其特征在于：所述背负支架设有u形管架（1)，u形管架后上端中部焊接直管(2)，直管内插入上调节管(3)，上调节管在直管内能上下调节，直管上端设有上旋紧套(4)，直管后端焊接短管(5)，短管上端焊接电池盒(6)，电池盒内设有锂电池组(7)，短管和电池盒用于负载的托架，电池盒上端是托架平台，托架平台放置背包负载(8)，u形管架前端设有腰带(9)，腰带与人体的躯干连接，上调节管与直管之间设有背肩带(10)，背肩带与人体的双肩连接；u形管架的左右两端分别连接左腿支架和右腿支架，所述右腿支架设有右关节架(11)，右关节架上端焊接在u形管架的右下端，右关节架下端设有连接圈(12)，连接圈内安装右机器人关节模组(13)，右机器人关节模组下端焊接右大腿管(14)，右大腿管内设有右大腿伸缩管(15)，右大腿管下端设有右旋紧套(16)，右大腿伸缩管在右大腿管内上下调节合适的长短后，用右旋紧套旋紧固定；所述右腿支架设有右下关节，右下关节包括上关节板和下关节板，右大腿伸缩管下端焊接上关节板(17)，上关节板下端设有下关节板(18），上、下关节板之间设有右铰链（19），右铰链的轴（20）位于上、下关节板的后端，下关节板下端焊接右小腿管（21），右小腿管内设有右小腿伸缩管（22），右小腿管下端设有下旋紧套（23），右小腿伸缩管在右小腿管内上下调节合适的长短后，用下旋紧套旋紧固定，右小腿管上端设有小腿绑带（24），小腿绑带与人体的小腿连接；右小腿伸缩管内设有右压力开关（25），右压力开关下端设有按钮（26），按钮外围设有弹簧（27），弹簧下端设有倒置的凸形按钮（28），右小腿伸缩管下端设有挡圈（29），挡圈挡住凸形按钮，凸形按钮下端的凸出部分触地受压后，右压力开关导通，凸形按钮下端的凸出部分离开地面后，右压力开关断开；右小腿伸缩管下端设有右脚底板（30），右脚底板右端设有右连接圈（31），右连接圈焊接在右小腿伸缩管下端的外圆，右脚底板上端设有右鞋子（32），右脚底板位于鞋底跟部固定，右脚底板的宽度小于鞋底跟部（33），右脚底板设有左右两个右鞋钉孔（34），鞋钉孔内设有两个鞋钉将右鞋子固定在右脚底板上；所述左腿支架和右腿支架的结构相同，左右对称，左腿支架的结构不在重复叙述；所述右机器人关节模组包括外转子无刷电机、摆线针轮减速器、光电编码器、无刷电机控制模块、信号采集控制模块、手动离合器和电源开关，右机器人关节模组的轴向尺寸等于外转子无刷电机的轴向尺寸，外转子无刷电机的外围设有摆线针轮减速器，摆线针轮减速器的右端设有连接台圈（35），连接台圈右端设有壳体（36），连接台圈与壳体一体化制造成型，壳体内设有外转子无刷电机、光电编码器、无刷电机控制模块和信号采集控制模块；外转子无刷电机是一种4极永磁直流电机，外转子无刷电机设有中心轴（37），中心轴中间粗、两端细，中心轴中部的粗轴外圆设有定子铁芯（38），定子铁芯圆周设有多个铁芯齿牙，多个铁芯齿牙之间形成多个线圈槽，多个线圈槽内绕制多个线圈，多个线圈平均分为3个线圈组，3个线圈组之间的电角度为120度，3个线圈组连接为y形的电路，组成3相线圈（39），3相线圈之间的线圈槽内分别设有3个霍尔传感器（40）；中心轴左端设有左轴承(41)，左轴承外圆设有左端盖(42)，左端盖外圆设有导磁筒(43)，左端盖与导磁筒一体化制造成型，导磁筒内圆设有永磁圈(44)，永磁圈由4块弧形永磁体组成，弧形永磁体是用稀土材料制造的强磁体，磁极方向为径向，相邻的弧形永磁体之间的极性互为相反，定子铁芯的外圆与永磁圈的内圆之间设有均匀气隙（45），定子铁芯的左端和右端与永磁圈的左端和右端一致；中心轴的粗轴右端设有轴承台(46)，轴承台外圆设有右轴承(47)，右轴承外圆设有右端盖(48)，右端盖外圆设有螺圈(49)，螺圈外圆设有外螺纹，导磁筒右端内圆设有内螺纹，右端盖螺圈旋进导磁筒右端内圆的内螺纹，旋紧后与导磁筒固定为一体；所述轴承台上端设有线孔(50），3相线圈的输出线与3个霍尔传感器的输出线合并为一股电机线，电机线从线孔穿出电机外，3相线圈的输出线连接无刷电机控制模块的输出端，3个霍尔传感器的输出线连接无刷电机控制模块的输入端；所述壳体左端设有联轴端盖（51），联轴端盖设有中心孔，中心孔的内圆设有内齿牙（52），中心轴左端的细轴外圆设有联轴外齿牙，中心孔内齿牙与联轴外齿牙啮合，中心轴左端细轴设有螺丝帽（53)，螺丝帽将联轴端盖紧固在中心轴的左端；所述壳体设有壳体端盖(54)，壳体端盖设有中心孔，中心轴右端的细轴安装在中心孔内，壳体端盖设有壳体筒(55)，壳体筒与壳体端盖一体化制造成型，壳体筒内圆设有内螺纹，壳体外圆设有外螺纹，壳体筒内圆旋进壳体外圆，所述右关节架下端的连接圈(12)位于壳体与壳体筒之间，壳体筒内圆旋进壳体外圆将连接圈夹紧,壳体筒的下端焊接右大腿管(14)；所述连接台圈左端圆周设有多个螺母孔，多个螺母孔内设有多个螺丝杆（56），联轴端盖圆周设有多个螺丝孔，多个螺丝孔与多个螺母孔对应，多个螺丝孔与多个螺母孔之间均设有连接套（57），多个螺丝杆通过多个连接套将联轴端盖与壳体紧固连接，中心轴两端固定在联轴端盖和壳体端盖的中心，外转子无刷电机位于壳体中心转动；联轴端盖的内齿牙与中心轴左端的外齿牙啮合连接，使中心轴与壳体之间连接稳固；所述摆线针轮减速器设有左偏心套（58）和右偏心套(59)，左、右偏心套设置在导磁筒左端的外圆，左、右偏心套与导磁筒一体化制造成型，左、右偏心套的偏心方向互为相反，左偏心套外圆设有左摆线轴承(60)，左摆线轴承外圆设有左摆线轮(61)，右偏心套外圆设有右摆线轴承(62)，右摆线轴承外圆设有右摆线轮(63)，左、右摆线轮外圆均设有多个摆线齿(64)，在摆线轴承外圆与摆线轮外圆之间设有环形面，环形面上设有多个等分的止位孔，左摆线轮设有多个等分的左止位孔(65)，右摆线轮设有多个等分的右止位孔(66），左、右摆线轮的规格和大小相同，多个左、右止位孔均与多个连接套对应，多个左、右止位孔的直径均大于多个连接套的直径，多个连接套穿过多个左、右止位孔，外转子无刷电机转动时，左摆线轮跟随左偏心套摆动，右摆线轮跟随右偏心套摆动，多个连接套在多个左、右止位孔内止位，使左摆线轮和右摆线轮在左止位孔与右止位孔的止位范围内对称交叉摆动；所述联轴端盖外圆设有左内挡圈(67)，左内挡圈圆周设有左推力轴承（68），所述连接台圈左端外圆设有右内挡圈(69)，右内挡圈内挡圈圆周设有右推力轴承（70)，左、右推力轴承的外圆设有针轮圈（71），针轮圈左端和右端均设有外挡圈（72)，针轮圈正反旋转时，使针轮圈左、右端定位稳定，针轮圈包括针齿杆槽和针齿杆，针轮圈内圆中部的圆周设有多个针齿杆槽，多个针齿杆槽内均设有针齿杆(73)，多个针齿杆的数量比摆线齿的数量多一个，当左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈上、下端的针齿杆啮合时，左摆线轮和右摆线轮的多个摆线齿与针轮圈前、后端的针齿杆分离，摆线针轮减速器的减速比是针齿杆数比1，所述的针轮圈直径大、针齿杆多，因此摆线针轮减速器的减速比很大；针轮圈的外圆设有滚针轴承(74），滚针轴承的外圆设有驱动圈(75)，驱动圈左端设有驱动盘（76）；所述右机器人关节模组设有光电编码器，光电编码器由光电编码器读头和光电编码盘组成，壳体上端设有方孔，方孔内设有光电编码器读头(77)，光电编码器读头设有发射头（78）和接收头（79），发射头和接收头之间设有光电编码盘（80），光电编码盘为环形，安装在导磁筒的外圆右端，光电编码盘跟随外转子无刷电机正反转动，光电编码器输出的脉冲信号是往返的编码信号，往返的编码信号相当于角度传感器信号，经过信号采集控制模块编码计算，计算出左腿支架和右腿支架的迈步角度；壳体筒内左上端设有信号采集控制模块（81），信号采集控制模块的输入端与接收头的输出线连接，信号采集控制模块的输出端与发射头的输出线连接，壳体内左下端设有无刷电机控制模块（82），壳体端盖上端设有出线孔（83），无刷电机控制模块的电源线、控制线和信号采集控制模块的电源线、控制线合并为一股电缆（84）从出线孔引出；所述右机器人关节模组设有右手动离合器，所述中心轴设有中心孔(85)，中心孔内设有右拉杆，右拉杆设有柱塞(86)，柱塞右端设有拉杆柄(87)，拉杆柄上设有偏心轮(88)，偏心轮设有手柄(89)，偏心轮设有拉杆槽(90），拉杆柄位于拉杆槽内，偏心轮设有偏心轴（91），偏心轴连接拉杆柄，柱塞左端设有螺杆（92），螺杆左端设有右套管(93)，右套管右端设有螺母孔，柱塞螺杆拧在螺母孔内，右套管的外圆与柱塞的外圆一致，所述右拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合；中心孔内设有左拉杆(94)，左拉杆左端设有挡帽(95)，所述左拉杆的外圆与中心孔的内圆滑动配合，所述驱动盘设有中心孔，中心孔内设有挡台，挡帽与挡台吻合，左拉杆和右套管内设有钢丝绳(96)，左拉杆左端设有左绳头腔(97)，右套管右端设有右绳头腔(98)，钢丝绳左端打个左死结(99)，钢丝绳右端打个右死结(100)，左、右死结分别位于左、右绳头腔内；所述驱动盘上设有方孔，方孔内设有右电源开关(101)，右电源开关设有按钮(102)，按钮右端设有滑轮槽，滑轮槽内设有滑轮(103），滑轮中心设有滑轮轴(104)，滑轮轴与右电源开关之间设有复位弹簧(105)，复位弹簧将滑轮压在驱动盘左端面，右电源开关左端设有连接线(106)；手动离合器的手柄向上扳动，偏心轮拉紧钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面紧密接触，针轮圈带动驱动盘正反转动，滑轮压在驱动盘前后滚动，所述按钮受压后，右电源开关导通；手动离合器的手柄向下扳动，偏心轮松开钢丝绳，驱动盘与所述针轮圈左端面分离，驱动盘自由转动，所述按钮松开，右电源开关断开；所述左机器人关节模组与右机器人关节模组的结构相同，左机器人关节模组的结构不再重复叙述；为了方便各部分机构的电路连接，电池盒后端设有插头和插座（107），u形管架设有左电源线孔（108）、中电源线孔（109）和右电源线孔（110），左关节架设有左线孔（111），右关节架设有右线孔（112），左大腿管设有左电线孔（113），右大腿管设有右电线孔（114），各部分机构的电路连接线经过各个线孔从各个管筒内走线，左电源开关串联于左机器人关节模组和锂电池组的电源回路，右电源开关串联于右机器人关节模组和锂电池组的电源回路，左压力开关的输出线和右压力开关的输出线（115）分别连接左信号采集控制模块和右信号采集控制模块的输入端；穿戴式助行机器人具有无动力和有动力两种工作模式转换的功能，两种模式结合后，优缺点互补，使产品性能达到完美统一，使产品多功能、实用化；当左、右手动离合器分离状态时，穿戴式助行机器人工作在无动力模式，左腿支架的左驱动盘和右腿支架的右驱动盘分别自由转动，相当于人体的左髋关节和右髋关节分别自由活动，所述左下关节和右下关节分别自由活动，相当于人体的左膝关节和右膝关节分别自由活动，此时的穿戴式助行机器人相当于无动力的人体外骨骼助行器，无动力人体外骨骼助行器的左腿支架和右腿支架能有效支撑旅行者的负担，左腿支架和右腿支架的上关节和下关节的自由度能够跟随人体的髋关节和膝关节的自由度自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，穿戴式助行机器人在无动力模式下，使旅行者负重登山时感到轻松、省力，但是，无动力人体外骨骼助行器不能减轻人体自身的重量，人体空载行走时，穿戴无动力人体外骨骼助行器就失去减负助行的作用，反而成为额外负担，因此需要有动力的人体外骨骼助行器；当左、右手动离合器结合状态时，左、右电源开关打开，穿戴式助行机器人工作在有动力模式，此时的穿戴式助行机器人相当于有动力的人体外骨骼助行器，当人体双腿支撑，左、右脚落地时，左机器人关节模组与右机器人关节模组进入待机状态，当人体左脚抬起，左压力开关断开，开关信号控制左机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体左大腿向前迈步，开关信号控制右机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体右大腿向后移动，当人体左、右脚落地，双腿支撑时，左机器人关节模组与右机器人关节模组又进入待机状态，当人体右脚抬起，右压力开关断开，开关信号控制右机器人关节模组向前转动，产生的动力驱动人体右大腿向前迈步，开关信号控制左机器人关节模组向后转动，产生的动力驱动人体左大腿向后移动，人体迈步的角度小时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机减速，人体就慢步走，人体迈步的角度大时，光电编码器的信号控制外转子无刷电机加速，人体就快步走，穿戴式助行机器人工作在有动力模式下，能有效地提高人体的运动能力和负重能力，穿戴式助行机器人的动力是驱动人体的左右大腿，外骨骼驱动人体左右大腿时，穿戴式助行机器人能按照本人的意图，准确控制外骨骼的迈步、行走与暂停，还能按照本人的意图控制外骨骼的行走速度，左右膝关节能与外骨骼自如同步地活动，不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，使外骨骼的智能控制系统简单、可靠；当锂电池组的电用完后，可将穿戴式助行机器人的工作切换到无动力模式，人体空载行走时，虽然穿戴式助行机器人失去了减负助行的作用，但是不存在人体与外骨骼之间协调的干涉问题，额外负担并不重，不影想正常行走，锂电池组充电后，穿戴式助行机器人切换到有动力模式又继续工作。
技术总结