CN109773755A - 一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，包括大腿固定机构、小腿固定机构、离合机构、膝关节回转机构、两侧大腿支架、小腿支架，大腿固定机构、小腿固定机构分别滑动固定于大腿支架上部、小腿支架下部；离合机构设置于大腿支架上，该侧小腿支架上设置有正向拉伸弹簧、反向拉伸弹簧、正向旋转钢丝绳、反向旋转钢丝绳，通过正向旋转钢丝绳、反向旋转钢丝绳穿过膝关节回转机构后与离合机构相连提供膝关节回转时的弯曲锁紧与伸展助力。本发明利用智能离合器结构拟合人体膝关节运动特性，实现无驱动式膝关节助力，进行锁定与解锁过程的切换，从而达到节能助力效果，能够有效减轻运动关节的负担，便携轻巧成本更低。

Description

一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，属于助力外骨骼机器人技术领域。

背景技术

外骨骼机器人是一种可以并联穿戴在人的肢体上，为人的运动提供额外的动力或助力，增强人体机能的智能机械***，可以使得操作者能轻松地完成很多艰难的活动和任务。助力外骨骼机器人***的研制和应用主要分为民用和军用两类。民用方面主要用于辅助残疾人、老年人和丧失部分运动能力的病人行走；军用方面主要用来增强普通士兵的作业能力，提高军事活动和训练过程中士兵的耐力和体力。

传统的刚性结构下肢外骨骼机器人的驱动***主要包括电机驱动、液压驱动、气缸驱动以及气动人工肌肉驱动等类型，但是这类需要驱动***的外骨骼机器人具有诸多的不足，如机械结构本体较为笨重、能耗较高、便携性差。刚性机构由于并联在人体外部，无法与人体关节中心重合，人机耦合性较差，难以满足人机交互的协调性和精确性要求。

在专利号CN105856196A的发明专利中，公开了一种膝关节外骨骼助力装置，由小腿杆件、凸轮机构、锁定机构、大腿杆件以及液压机构组成，通过在大腿杆件和小腿杆件之间设置凸轮机构，利用液压缸提供驱动力，使得大腿杆件和小腿杆件实现更贴近人体实际的转动。但是整个机械机构较为笨重，需要液压驱动，无法达到节能的效果。

在专利号CN107811805A的发明专利中，公开了一种可穿戴式的下肢外骨骼康复机器人，由髋关节组件、膝关节组件、脚部组件、电机、谐波减速器等组成，其特征在于膝关节利用四连杆机构，通过踝膝联动机构，以此来使使用者在支撑相锁定，在摆动相解锁***。但整体机构比较复杂，结构笨重，穿戴不方便。

在专利号CN105943316B的发明专利中，公开了一种具有回力结构的人体下肢外骨骼，通过改进人体下肢外骨骼的关节转轴结构，在腰部、髋关节、大腿、小腿、以及脚踝部位分别增加回力机构，使得具有回力机构的被动型人体下肢外骨骼能够减轻穿戴者的负载。但是整体构型复杂，结构比较笨重，穿戴不方便。

下肢外骨骼机器人是比较复杂的***，主要包括动力***、机械***、控制***、人机交互***等。其中下肢的控制和机械结构设计以及动力***的搭建方面是难点也是重点。传统的下肢外骨骼在每个关节助力的阶段都需要独立的动力源提供助力，这在一方面增加了整体构型的复杂性和装备的重量，增加人体代谢的能量消耗，在另一方面，下肢整体系列包括髋关节、膝关节和踝关节外骨骼的联合运动控制显得尤为复杂。

因此如何设计满足人体运动学特性，提高穿戴式外骨骼对人体的助力效果，简化下肢外骨骼机器人的机械***、动力***和控制***，减小行走过程的能量消耗，是一个必须要考虑的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，利用离合器的机理实现无驱动式膝关节助力，进行锁定与解锁过程的切换从而达到节能助力效果，能够有效减轻运动关节的负担，便携轻巧成本更低。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，包括大腿固定机构、小腿固定机构、离合机构、膝关节回转机构以及两侧大腿支架；

其中，每侧大腿支架下部通过膝关节回转机构活动连接有小腿支架，且大腿固定机构、小腿固定机构分别滑动固定于大腿支架上部、小腿支架下部；所述离合机构设置于人体外侧的大腿支架上，且该侧小腿支架上设置有正向拉伸弹簧、反向拉伸弹簧；所述正向拉伸弹簧、反向拉伸弹簧上分别连接有正向旋转钢丝绳、反向旋转钢丝绳，通过正向旋转钢丝绳、反向旋转钢丝绳穿过膝关节回转机构后与离合机构相连提供膝关节回转时的弯曲锁紧与伸展助力。

进一步的，所述离合机构包括相对布置的正面基座、反面基座以及安装于正面基座、反面基座之间的棘爪轴、正向绕线轮、反向绕线轮、正向棘轮、反向棘轮；

其中，所述正向绕线轮、反向绕线轮对称分布在棘爪轴两侧，且正向棘轮、反向棘轮分别与正向绕线轮、反向绕线轮同轴同步转动安装；所述棘爪轴上套接有正向棘爪、反向棘爪，且正向旋转钢丝绳、反向旋转钢丝绳分别绕接于正向绕线轮、反向绕线轮上；

所述正向绕线轮、反向绕线轮分别与正面基座、反面基座贴合的一侧设置有环形凹槽，环形凹槽内分别设置有与正面基座、反面基座相连的正向扭转弹簧、反向扭转弹簧；所述正向绕线轮上沿正向棘轮的圆周外侧布置有锁紧节点挡销、解锁节点挡销，分别通过锁紧节点挡销、解锁节点挡销拨动正向棘爪实现正向棘爪与正向棘轮啮合状态、反向棘爪与反向棘轮啮合状态的切换。

进一步的，所述正向棘轮下方设置有止动底座，且止动底座上连接有弹簧柱塞，通过弹簧柱塞上端的弹性弧面抵住正向棘爪底部圆弧面实现正向棘爪转动时的弹性限位。

进一步的，所述止动底座下方设置有导向滑轮，通过导向滑轮实现反向旋转钢丝绳从反向绕线轮至膝关节回转机构的导向。

进一步的，所述膝关节回转机构包括大腿回转轴、小腿回转轴、大腿回转固定盘、小腿回转固定盘、正向过渡滑轮、反向过渡滑轮、编码器以及编码器固定盘；

其中，所述小腿回转轴通过内接轴承套接于大腿回转轴一端内，其外端与小腿回转固定盘固定；所述大腿回转固定盘固定于大腿回转轴外侧，且正向过渡滑轮、反向过渡滑轮通过外接轴承套接于大腿回转轴外侧；大腿回转轴通过大腿回转固定盘与大腿支架固定，小腿回转轴通过小腿回转固定盘与小腿支架固定；所述编码器通过编码器固定盘固定于大腿回转轴另一端，通过编码器测量大腿回转轴与小腿回转轴相对转动的角度。

进一步的，所述大腿固定机构包括大腿固定基座和弹性绑带，且大腿固定基座上开设有与大腿支架相适配的滑槽，通过快拆固定夹实现大腿支架与该滑槽的滑动固定。

进一步的，所述小腿固定机构包括小腿固定基座和弹性绑带，且小腿固定基座上开设有与小腿支架相适配的滑槽，通过快拆固定夹实现大腿支架与该滑槽的滑动固定。

有益效果：本发明提供的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，相对于现有技术，具有以下优点：

1、传统的采用刚性结构的康复外骨骼机器人，在关节处直接添加驱动机构，整体笨重，而本发明利用离合器的机理实现无驱动式的膝关节助力作用，进行锁定与解锁过程的切换从而达到节能助力效果，能够有效减轻运动关节的负担，实现了轻量化的结构设计，而且便携轻巧成本更低；

2、利用两个棘轮棘爪机构在大腿两侧助力，在走路过程中人体做负功时外骨骼存储能量，人体做正功时释放能量提供助力，减小行走过程的能量消耗，且相对于关节处的电机驱动式外骨骼重量更轻便，也更节能；

3、利用棘轮棘爪机构拟合人体膝关节的运动特性，以此来使穿戴者在支撑相时膝关节锁定，在摆动相时膝关节***，外骨骼不需要控制***，单纯靠存机械***实现，更安全可靠；

4、利用快拆固定夹装置调节大腿固定机构和小腿固定机构的位置，允许适应不同人群的使用，方便调整，灵活舒适。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中离合机构的***示意图；

图3为本发明实施例中离合机构的侧视图；

图4为本发明实施例中棘爪结构与止动底座的配合图；

图5为本发明实施例中膝关节回转机构的剖视图；

图6为本发明实施例中快拆固定夹的结构示意图；

图7为本发明实施例中大腿固定机构的结构示意图；

图8为本发明实施例中小腿固定机构的结构示意图；

图9a-9c分别为本发明实施例中膝关节角度、膝关节力矩、膝关节功率随步态百分比的变化图；

图中包括：1、大腿固定机构，2、离合机构，3、膝关节回转机构，4、小腿支架，5、大腿支架，6、小腿固定机构，7、反向拉伸弹簧，8、正向拉伸弹簧，9、正向旋转钢丝绳，10、反向旋转钢丝绳，

21、正向扭转弹簧，22、正向绕线轮，23、正向棘轮，24、正向棘爪，25、反向棘轮，26、反向绕线轮，27、反向扭转弹簧，28、反向棘爪，29、轴套，210、棘爪轴，211、弹簧柱塞，212、止动底座，213、导向滑轮，214、反面基座，215、正面基座，216、锁紧节点挡销，217、解锁节点挡销，

31、小腿回转固定盘，32、小腿回转轴，33、卡簧，34、大腿回转轴，35、正向过渡滑轮，36、六角法兰端面螺母，37、编码器固定盘，38、编码器连接件，39、编码器，310、反向过渡滑轮，

51、大腿固定基座，52、大腿快拆固定夹，53、大腿弹性绑带，

61、小腿固定基座，62、小腿快拆固定夹，63、小腿弹性绑带。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，包括：

1)整体***

膝关节外骨骼穿在人体膝关节上，通过大腿固定机构和小腿固定机构固定在腿部提供助力。离合机构中伸出的钢丝绳，经由外骨骼外侧大腿支架的导向，穿过膝关节回转机构经滑轮过渡连接到小腿支架上的固定机构的弹簧上，该弹簧与外骨骼外侧小腿支架平行。大腿与小腿发生相对弯曲时，由离合机构内部离合器的作用弹簧处于拉伸状态。大腿与小腿相对伸展时，弹簧逐渐回复初始状态，钢丝绳收缩提供助力。

2)离合机构

***采用无驱动的形式，利用智能离合器结构拟合人体膝关节运动特性，无需外部动力源的介入，结构如图2-4所示。

正向棘爪和反向棘爪一体固定在中间的棘爪轴上，正向棘爪通过键实现周向固定，通过轴肩与轴套实现轴向固定。正向棘爪最低端是一段圆弧，两侧分别开有圆滑浅凹槽。

正向棘爪与正向棘轮啮合，反向棘轮与正向棘轮对称分布在棘爪轴两侧，正向绕线轮和正向棘轮同轴同步转动安装；在正向绕线轮外端面制有两个螺纹孔(中心在半径不等的同心圆上)，用来连接两个节点挡销。挡销用于在不同的步态阶段拨动棘爪机构，使得能够保证钢丝绳锁死和自由状态的切换。

反向棘爪与反向棘轮处于悬空状态，反向绕线轮和反向棘轮同轴同步转动安装；

正向绕线轮和反向绕线轮的内部开有凹槽，在凹槽内部固定有扭转弹簧，扭转弹簧的一端固定在离合器驱动机构的轴承支座，另一端固定在带轮凹槽的内壁上。

在棘爪轴的正下方固定有一止动底座，在制动底座靠近正向棘爪的正下方开有螺纹孔，弹簧柱塞用过螺纹连接在止动底座上，弹簧柱塞上端的弹性弧面抵住正向棘爪最低端圆弧，起到限位作用，正向棘爪可以在弹簧柱塞的支撑下左右变向。

在止动底座的下方有一滑轮组，用于反向绕线轮上钢丝绳输出的换向作用。

整个离合结构内绳索布置为绳索一端在绕线轮上固定，先后绕过绕线轮、滑轮穿出。

3)膝关节回转机构

如图5所示，膝关节回转机构主要由大腿回转轴、小腿回转轴、小腿回转固定盘、过渡滑轮、编码器以及编码器固定盘组成。

大腿回转轴和大腿回转固定盘是整体加工，在大腿回转轴的中心开有孔径大于小腿回转轴最大轴径大小的台阶式通孔，并开有卡簧槽。小腿回转轴的末端是一段外螺纹，小腿回转固定盘上开有与小腿回转轴盘大小的圆形凹槽，小腿回转轴与小腿回转固定盘通过螺纹连接。小腿回转轴通过两个轴承内接于大腿回转轴，内接轴承的一侧通过大腿回转轴中心台阶通孔的轴肩，另一侧通过卡簧进行轴向定位，在小腿回转轴的末端通过六角法兰端面螺母固定轴承，保证实现大腿回转轴和小腿回转轴的相对转动。

在大腿回转固定盘和小腿回转固定盘上分别开有与大腿支架和小腿支架相合适大小的深凹槽，并在回转固定盘的端面开有螺纹孔穿过深凹槽，与大腿支架和小腿支架通过螺纹连接固定。

两个过渡滑轮依次装配在大腿回转轴上，通过大腿回转轴上的轴肩进行轴向定位，大腿回转轴的远离大腿回转固定盘的端面开有螺纹孔，编码器通过螺纹连接在编码器固定盘上，然后整体通过螺纹连接在大腿回转轴开有螺纹孔的端面，然后通过编码器固定盘对过渡滑轮进行轴向固定。

膝关节回转机构的外壳分为大腿回转轴侧端盖和小腿回转轴侧端盖，从离合结构输出的钢丝绳穿过大腿回转轴侧端盖上的深沟槽，绕过大腿回转轴上的过渡滑轮进行换向，钢丝绳近似与小腿支架平行输出。

4)大腿支架组件

大腿支架分为内侧和外侧两部分。两侧大腿支架上均开有一段长通槽，用于调节大腿固定机构的位置。外侧大腿支架的上半部分应用于驱动机构中，外侧支架的下端通过螺纹连接在大腿回转固定盘的深凹槽中，内侧支架下端通过螺纹连接在小腿回转固定盘的深凹槽内。

5)小腿支架组件

小腿支架分为内侧和外侧两部分。两侧小腿支架下端均开有一段长通槽，用于调节小腿固定机构的位置。外侧小腿支架上通过螺纹连接一个弹簧末端固定基座，基座上开有螺纹孔，用于连接弹簧拉环。外侧支架的上端通过螺纹连接在小腿回转固定盘的深凹槽中，内侧支架的上端通过螺纹连接在小腿回转固定盘的深凹槽内。

拉伸弹簧通过螺纹连接在末端固定基座上，拉伸弹簧的一端固定在拉环上，另一端与从膝关节回转机构中输出的钢丝绳固定连接。

6)大腿固定机构

如图6-7所示，大腿固定机构由可滑动的大腿固定基座和聚酯纤维弹性绑带组成。大腿固定基座呈圆弧状能与人体的大腿外形相契合，增加舒适度。聚酯纤维绑带通过缝合技术固定在大腿固定基座两侧向后延伸出的两个耳钩上。在大腿固定基座的两侧开有与大腿支架相同大小的通槽，在大腿固定基座的内侧开有大腿支架宽度大小的滑槽，保证大腿支架能够嵌套进大腿固定基座内并自由滑动。在大腿固定基座外侧同时开有一段豁口，保证快拆固定夹与大腿固定基座和大腿支架啮合。快拆固定夹松开时大腿固定基座可以沿大腿支架方向自由滑动，锁紧时大腿固定基座和大腿支架位置固定，适应不同人群的使用。

7)小腿固定机构

如图8所示，小腿固定机构由可滑动的小腿固定基座和聚酯纤维弹性绑带组成。小腿固定基座与大腿基座构型相似，呈圆弧状能与人体的小腿外形相契合，提高舒适度。聚酯纤维绑带通过缝合技术固定在小腿固定基座两侧向后延伸出的两个耳钩上。在小腿固定基座的两侧开有与小腿支架相同大小的通槽，在小腿固定基座的内侧开有小腿支架宽度大小的滑槽，保证小腿支架能够嵌套进小腿固定基座内并自由滑动。在小腿固定基座外侧同时开有一段豁口，保证快拆固定夹与小腿固定基座和小腿支架啮合。快拆固定夹松开时小腿固定基座可以沿小腿支架方向自由滑动，锁紧时小腿固定基座和小腿支架位置固定，适应不同人群的使用。

8)绳索元件

本发明中的绳索分为两部分。正向旋转钢丝绳起始段固定在正向绕线轮上，绕过正向绕线轮后与大腿支架近似平行伸出，经过膝关节回转机构内侧滑轮导向后与小腿支架平行的正向拉伸弹簧连接。反向旋转钢丝绳起始段固定在反向绕线轮上，绕过反向绕线轮后经过驱动机构中的过渡滑轮组导向后与大腿支架近似平行伸出，再绕过膝关节回转机构外侧滑轮后在与小腿支架平行的反向拉伸弹簧连接。

本发明利用棘轮棘爪和拉伸弹簧的组合来拟合人体运动时膝关节的运动特性，使得使用者在支撑相前期时膝关节锁紧，后期提供助力，在摆动相时膝关节能够***，不会起到阻碍作用。

本发明的具体实施方式如下：

外骨骼穿戴在人体腿部，离合机构2固定在大腿支架4上，为膝关节提供助力。正向旋转钢丝绳9绕过正向绕线轮22，从离合机构2中伸出，再绕过膝关节回转机构3中的正向过渡滑轮35，正向旋转钢丝绳9从膝关节回转机构3穿出后连接弹簧末端固定基座上的正向拉伸弹簧8；反向旋转钢丝绳10绕过反向绕线轮26通过导向滑轮213导向，再绕过膝关节回转机构3中的反向过渡滑轮310，反向旋转钢丝绳10从膝关节回转机构3穿出后连接弹簧末端固定基座上的反向拉伸弹簧7。

正向绕线轮22和反向绕线轮26对称分布在棘爪轴210两侧，正向棘爪24能够与正向绕线轮22上的正向棘轮23啮合，反向棘爪28能够与反向绕线轮26上的反向棘轮25啮合，通过拟合人体膝关节运动特性为机构提供驱动力。正向棘爪24和反向棘爪28通过键周向固定在棘爪轴210上，并通过轴套29进行轴向定位。在棘爪轴210的正下方固定一止动底座212。止动底座212上开有螺纹通孔，位于正向棘爪24的正下方，弹簧柱塞211与止动底座212通过螺纹连接，弹簧柱塞211的顶端与正向棘爪24的底部圆弧段弹性接触，弹簧柱塞211能够限制正向棘爪24的转动。

在膝关节运动第Ⅰ阶段即从步态的初始位置开始，当人脚跟着地时，膝关节的弯曲角度大约在10度，此时由于提前的弯曲量会使正向钢丝绳9预紧，随着正向绕线轮22旋转带动锁紧节点挡销216转动，锁紧节点挡销216转动后拨动正向棘爪24与正向棘轮23啮合，此时膝关节运动处于支撑相。从图9a-9c可以看出，随着膝关节弯曲角度的不断增大，由于正向棘爪24与正向棘轮23啮合，在止动底座作用下正向绕线轮22不能转动处于锁紧状态，此时人体做负功，正向拉伸弹簧8被拉伸，储存能量；第Ⅱ阶段从步态的16％至44％左右，膝关节运动仍然处于支撑相，随着膝关节角度减小，正向拉伸弹簧8开始收缩，此时人体做正功，而正向绕线轮22反向旋转带动正向旋转钢丝绳9收紧，释放能量，提供助力；第Ⅲ阶段是从步态的44％开始，由于正向扭转弹簧21的回复作用，随着第Ⅱ阶段正向绕线轮22通过反向旋转带动正向钢丝绳9收缩，而正向绕线轮22的反向旋转，带动解锁节点挡销219转动，解锁节点挡销219恰在此时拨动正向棘爪24与正向棘轮23分离，同时反向棘爪28与反向棘轮25啮合，膝关节运动处于摆动相，膝关节角度增大，由于反向棘爪28与反向棘轮25啮合，反向绕线轮26不能转动处于锁紧状态，此时人体做负功，反向拉伸弹簧7被拉伸，储存能量；第Ⅳ阶段，膝关节运动仍然处于摆动相，膝关节角度减少，人体基本是做很小的正功，反向拉伸弹簧7开始收缩，反向绕线轮26反向旋转带动反向旋转钢丝绳10收紧，再释放能量，从而提供助力直到下一个步态周期。

大腿支架5通过螺纹连接在膝关节回转机构3中的大腿回转固定盘31上，小腿支架4通过螺纹连接在膝关节回转机构3中的小腿回转固定盘31上。小腿回转固定盘31通过螺纹与小腿回转轴32连接。小腿回转轴32通过两组深沟球轴承内接于大腿回转轴34中，通过大腿回转轴34内孔的轴肩进行轴向定位，通过卡簧33进行轴向固定，通过六角法兰端面螺母36在小腿回转轴32有螺纹端进行机械防松。正向过渡滑轮35和反向过渡滑轮310并列安装在大腿回转轴34上，通过轴肩进行轴向定位，在大腿回转轴34的端面上通过螺纹连接编码器固定盘37进行正向过渡滑轮35和反向过渡滑轮310的轴向固定。编码器39的外圈通过螺纹与编码器固定盘37连接，编码器39的旋转轴通过编码器连接件38固定在小腿回转轴32的内孔，保证同步转动。编码器39用于测量人体运动时膝关节的弯曲角度。

大腿固定机构3中通过快拆固定夹52能够实现大腿固定基座51的升降调节，小腿固定机构6中通过快拆固定夹62能够实现小腿固定基座61的升降调节，能够保证适用不同的使用者。

膝关节外骨骼的外侧与内侧结构类似，大腿支架5一端与膝关节回转机构3连接，一端与大腿固定机构连接，小腿支架4一端与膝关节回转机构3连接，另一端与小腿固定机构连接，这样就构成整个封闭机械***。

大腿固定基座51与穿戴者大腿结合，通过大腿弹性绑带53固定。小腿固定基座61与穿戴者小腿结合，通过小腿弹性绑带63固定。膝关节回转机构3可以调整，与人体的膝关节回转中心基本保持一致。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，包括大腿固定机构(1)、小腿固定机构(6)、离合机构(2)、以及两侧大腿支架(5)；

其中，每侧大腿支架(5)下部通过膝关节回转机构(3)活动连接有小腿支架(4)，且大腿固定机构(1)、小腿固定机构(6)分别滑动固定于大腿支架(5)上部、小腿支架(4)下部；所述离合机构(2)设置于人体外侧的大腿支架(5)上，且该侧小腿支架(4)上设置有正向拉伸弹簧(8)、反向拉伸弹簧(7)；所述正向拉伸弹簧(8)、反向拉伸弹簧(7)上分别连接有正向旋转钢丝绳(9)、反向旋转钢丝绳(10)，通过正向旋转钢丝绳(9)、反向旋转钢丝绳(10)穿过膝关节回转机构(3)后与离合机构(2)相连提供膝关节回转时的弯曲锁紧与伸展助力。

2.根据权利要求1所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述离合机构(2)包括相对布置的正面基座(215)、反面基座(214)以及安装于正面基座(215)、反面基座(214)之间的棘爪轴(210)、正向绕线轮(22)、反向绕线轮(26)、正向棘轮(23)、反向棘轮(25)；

其中，所述正向绕线轮(22)、反向绕线轮(26)对称分布在棘爪轴(210)两侧，正向棘轮(23)、反向棘轮(25)分别与正向绕线轮(22)、反向绕线轮(26)同轴同步转动安装；所述棘爪轴(210)上套接有正向棘爪(24)、反向棘爪(28)，正向旋转钢丝绳(9)、反向旋转钢丝绳(10)分别绕接于正向绕线轮(22)、反向绕线轮(26)上；

所述正向绕线轮(22)、反向绕线轮(26)分别与正面基座(215)、反面基座(214)贴合的一侧设置有环形凹槽，环形凹槽内分别设置有与正面基座(215)、反面基座(214)相连的正向扭转弹簧(21)、反向扭转弹簧(27)；所述正向绕线轮(22)上沿正向棘轮(23)的圆周外侧布置有锁紧节点挡销(216)、解锁节点挡销(217)，分别通过锁紧节点挡销(216)、解锁节点挡销(217)拨动正向棘爪(24)实现正向棘爪(24)与正向棘轮(23)啮合状态、反向棘爪(28)与反向棘轮(25)啮合状态的切换。

3.根据权利要求2所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述正向棘轮(23)下方设置有止动底座(212)，且止动底座(212)上连接有弹簧柱塞(211)，通过弹簧柱塞(211)上端的弹性弧面抵住正向棘爪(24)底部圆弧面实现正向棘爪(24)转动时的弹性限位。

4.根据权利要求2所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征。在于，所述止动底座(212)下方设置有导向滑轮(213)，通过导向滑轮(213)实现反向旋转钢丝绳(10)从反向绕线轮(26)至膝关节回转机构(3)的导向。

5.根据权利要求2所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述膝关节回转机构(3)包括大腿回转轴(34)、小腿回转轴(32)、大腿回转固定盘、小腿回转固定盘(31)、正向过渡滑轮(35)、反向过渡滑轮(310)、编码器(39)以及编码器固定盘(37)；

其中，所述小腿回转轴(32)通过内接轴承套接于大腿回转轴(34)一端内，其外端与小腿回转固定盘(31)固定；所述大腿回转固定盘固定于大腿回转轴(34)外侧，且正向过渡滑轮(35)、反向过渡滑轮(310)通过外接轴承套接于大腿回转轴(34)外侧；大腿回转轴(34)通过大腿回转固定盘与大腿支架(5)固定，小腿回转轴(32)通过小腿回转固定盘(31)与小腿支架(4)固定；所述编码器(39)通过编码器固定盘(37)固定于大腿回转轴(34)另一端，通过编码器(39)测量大腿回转轴(34)与小腿回转轴(32)相对转动的角度。

6.根据权利要求2所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿固定机构(1)包括大腿固定基座(51)和大腿弹性绑带(53)，且大腿固定基座(51)上开设有与大腿支架(5)相适配的滑槽，通过大腿快拆固定夹(52)实现大腿支架(5)与该滑槽的滑动固定。

7.根据权利要求2所述的一种无驱动的穿戴式膝关节助力外骨骼机器人，其特征在于，所述小腿固定机构(6)包括小腿固定基座(61)和小腿弹性绑带(63)，且小腿固定基座(61)上开设有与小腿支架(4)相适配的滑槽，通过小腿快拆固定夹(62)实现大腿支架(5)与该滑槽的滑动固定。