欠驱动踝关节机构

单执行器驱动双踝

仅用一台串联弹性执行器即可交替驱动左右踝关节，在行走中提供推进力矩，大幅减轻外骨骼的重量与成本。

Chang, Tianzuo · 陈柏 · Yiang, Yu · 姚佳烽 · 刘凯 · Liping, Ding · Shengli, Chen · 杨卫 · Yu, Haoyong · Ding, Shuo

Mechanism and Machine Theory 2025

技术优势

一个执行器管两条腿

辊轮和绳索组成的欠驱动机构将单执行器的力交替分配给左右踝关节，在背屈角超过设定阈值时传递力，配合步态相位自动切换。

只在需要时出力

绳索仅在背屈角度超过设定值时传递力，避免全程施加阻力，保证穿戴者自然步态不受干扰。

自动适应不同步速

基于步态识别的助力策略根据实时步态自动调节助力时机与大小，无需手动切换模式。

应用场景

• 踝关节外骨骼：用一个执行器替代双侧驱动，直接降低外骨骼小腿部分重量和成本，便于日常穿戴。
• 行走辅助机器人：在步态推进阶段自动提供跖屈力矩，并在不同步速下自调节，可集成到助行机器人中。
• 柔顺驱动系统：串联弹性执行器提供柔性力输出，配合欠驱动绳索传动，构成一套柔顺驱动方案。
• 可穿戴助力设备：大幅减少执行器数量，使可穿戴助力设备更轻、成本更低，便于长期使用。