一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服制造技术

本发明专利技术一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服，其特征在于该外骨骼服包括高腰短裤、护膝、鞋、控制器、牵引带和两个驱动装置，所述高腰短裤在左右髋关节和骶骨处均安装有陀螺仪传感器，在高腰短裤的腰间位置上固定有可调节腰带，所述两个驱动装置左右对称安装在高腰短裤正面的可调节腰带上，每个驱动装置均与一个牵引带的上端连接，牵引带的下端穿过护膝，并与鞋连接，每个驱动装置用以驱动相应侧的踝关节运动；三个陀螺仪传感器和两个驱动装置均与控制器连接；控制器用来处理三个陀螺仪传感器的数据，并控制驱动装置的动力元件运动，所述护膝位于膝关节处，护膝上设有长短不等的多个粘贴魔术贴点，护膝上设有膝盖窝。

Flexible wearable lower limb power assisted exoskeleton garment

The invention relates to a flexible wearable lower extremity exoskeleton suit, which is characterized in that the exoskeleton suit including high waisted shorts, knee pads, shoes, controller, traction belt and two driving device, the high waisted shorts around the hips and sacrum are equipped with gyro sensor, a fixed adjustable belt in High Waist Shorts the waist position, the two driving device installed in the symmetrical high waisted shorts adjustable front belt, each driving device is connected with a traction connecting with the upper end of the lower traction belt through the knee, and shoes with ankle joint connection, driving the corresponding side of each drive device; three the gyro sensor and two driving device are connected with the controller; the controller is used to deal with data of three gyro sensor, and control the power element motion of the driving device, the knee The knee cap is provided with a plurality of Velcro points which are unequal in length and different in length, and the kneecap is provided with a knee socket.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种可穿戴柔性下肢外骨骼服。
技术介绍
如今人口老龄化严重，给社会与家庭带来了很大负担。独居老人缺少陪护，不便外出行走。目前，已有的外骨骼多为刚性结构，使人穿戴不便，行走困难，体积较大，动作笨拙，与操作者的预期动作不吻合。不能灵活适应不同的操作者。申请号为201510574501.5的中国专利公开了一种气动人工肌肉驱动的仿生柔性下肢外骨骼服，存在不足：柔性绳与鞋铰接方式由于力矩过小起不到脚背屈效果，柔性捆绑带均在大腿小腿处，会因关节处弯曲时，柔性捆绑带跨过关节易左右偏移而传力不均匀，而圆柱形的刚性驱动装置直接与大腿小腿接触，影响行走柔顺性；且下肢外骨骼服关联上肢的刚性悬吊背心，增大外骨骼服重量；此外，气动驱动方式稳定性差，不利于控制。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服。该外骨骼服能够解决下肢外骨骼机器人柔性差，质量大，结构复杂，穿戴不便，难以适用于日常生活的问题，该外骨骼服穿戴简单，质量小，老年人可自行穿戴使用，为下肢提供助力防止摔倒，并对其运动功能的维持甚至提高有重要作用。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服，其特征在于该外骨骼服包括高腰短裤、护膝、鞋、控制器、牵引带和两个驱动装置，所述高腰短裤在左右髋关节和骶骨处均安装有陀螺仪传感器，在高腰短裤的腰间位置上固定有可调节腰带，所述两个驱动装置左右对称安装在高腰短裤正面的可调节腰带上，每个驱动装置均与一个牵引带的上端连接，牵引带的下端穿过护膝，并与鞋连接，每个驱动装置用以驱动相应侧的踝关节运动；三个陀螺仪传感器和两个驱动装置均与控制器连接；控制器用来处理三个陀螺仪传感器的数据，并控制驱动装置的动力元件运动，所述护膝位于膝关节处，护膝上设有长短不等的多个粘贴魔术贴点，护膝上设有膝盖窝；以膝盖窝为中心左右对称布置有弹簧，上下对称布置有牵引带轨道，每个牵引带轨道的左右两端缝制于护膝内侧，上下开口，牵引带下端依次穿过上下两个牵引带轨道与鞋连接；所述驱动装置包括减速电机、底板、小齿轮、大齿轮、卷筒和外壳；所述减速电机通过电机座固定在底板上，减速电机的输出轴通过联轴器与小齿轮的轴的一端连接，小齿轮的一端通过配套轴承与第三轴承座固定，小齿轮另一端通过轴套、轴承固定在第一轴承座上；所述卷筒通过轴承座固定在底板上，且卷筒的长度方向与减速电机的传送方向平行，卷筒的一端固定大齿轮，大齿轮与小齿轮相啮合，大齿轮通过阶梯轴套、轴承固定在第四轴承座上；卷筒的轴的另一端通过配套轴承固定在第二轴承座上，减速电机、大齿轮、小齿轮、卷筒均置于外壳内，外壳下表面与底板固定连接，在靠近卷筒的外壳侧面上开有牵引带带口，牵引带通过牵引带带口与卷筒连接；所述底板与可调节腰带连接；减速电机与控制器连接；所有轴承座均固定在底板上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在左右髋关节及骶骨这三处位置安装陀螺仪传感器，并通过陀螺仪传感器实时进行角度信息检测，通过对人的步态进行运动学与动力学分析后，可确定出施力最有效的位置，在此位置施力，驱动装置可最省力地带动踝关节背屈。由于外骨骼服多使用护膝或牵引带，增加了人佩戴的舒适感，减轻了人的负重感，可使人与外骨骼服的柔顺性增加。整套装置的刚性部分只有驱动装置，将其佩戴腰间可以使人的负重感降低，整套装置结构简单，可独立完成穿戴。本专利技术针对背屈强度减弱的人群而设计，当陀螺仪传感器检测到一定的髋关节位置信号时，驱动装置通过柔性牵引带带动踝关节背屈，能够有效避免脚尖拖地引发的摔倒；牵引带从腰间驱动装置伸出连接到鞋上，中间穿过护膝，护膝上设置牵引带轨道可以保证过长的传力过程中牵引带无偏斜；大齿轮与小齿轮啮合既缩短了整个驱动装置的长度(因为加宽了装置宽度来缩短长度)同时加大装置转矩，更加方便腰间佩戴，体积小，质量轻。附图说明图1为本专利技术柔性可穿戴下肢助力外骨骼服一种实施例的整体结构示意图，图2为本专利技术柔性可穿戴下肢助力外骨骼服一种实施例的驱动装置1的立体结构示意图，图3为本专利技术柔性可穿戴下肢助力外骨骼服一种实施例的护膝2的展开图。图中，1驱动装置，2护膝，3高腰短裤，4鞋，5牵引带，6可调节腰带；101减速电机、102底板、103电机座、104小齿轮、105第一轴承座、106大齿轮、107卷筒、108外壳、109第二轴承座、111第三轴承座、110第四轴承座；21弹簧、22粘贴魔术贴点、23膝盖窝、24牵引带轨道。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。本专利技术柔性可穿戴下肢助力外骨骼服(简称外骨骼服，参见图1-3)包括高腰短裤3、护膝2、鞋4、控制器(图中未标出)、牵引带5和两个驱动装置1，所述高腰短裤3在左右髋关节和骶骨处均安装有陀螺仪传感器，在高腰短裤的腰间位置上固定有可调节腰带6，所述两个驱动装置1左右对称安装在高腰短裤3正面的可调节腰带6上，每个驱动装置1均与一个牵引带5的上端连接，牵引带5的下端穿过护膝2，并与鞋4连接，每个驱动装置用以驱动相应侧的踝关节运动；三个陀螺仪传感器和两个驱动装置均与控制器连接；控制器用来处理三个陀螺仪传感器的数据，并控制驱动装置的动力元件(减速电机)运动，具体地说：控制器通过程序设定实时判断陀螺仪传感器检测的角度位置及角速度方向，当到达指定位置时，驱动动力元件以一定转速旋转指定圈数后停下；所述护膝2位于膝关节处，护膝2上设有长短不等的多个粘贴魔术贴点22，多个粘贴点顺次粘在左侧护膝面上，也就是说护膝面上任何位置都可以与粘贴魔术贴点配合，通过与任何位置的配合来调节松紧程度，进而调节束缚度，护膝2上设有膝盖窝23，膝盖窝23为开口设计，便于膝关节的弯曲；以膝盖窝23为中心左右对称布置有弹簧21，上下对称布置有牵引带轨道24，该弹簧21可以增强护膝的强度，强化支撑，该牵引带轨道24为尼龙带，左右两端缝制于护膝3内侧，上下开口，牵引带5下端依次穿过上下两个牵引带轨道24与鞋4连接，可有效防止牵引带5因柔性大，传力长引起的左右偏移。所述驱动装置1包括减速电机101、底板102、小齿轮104、大齿轮106、卷筒107和外壳108；所述减速电机101通过电机座103固定在底板102上，减速电机101的输出轴通过联轴器与小齿轮104的轴的一端连接，小齿轮104的一端通过配套轴承与第三轴承座111固定，小齿轮104另一端通过轴套、轴承固定在第一轴承座105上；所述卷筒107通过轴承座固定在底板102上，且卷筒107的长度方向与减速电机101的传送方向平行，卷筒107的一端固定大齿轮106，大齿轮106与小齿轮104相啮合，大齿轮106通过阶梯轴套、轴承固定在第四轴承座110上；卷筒107的轴的另一端通过配套轴承固定在第二轴承座109上，减速电机101、大齿轮106、小齿轮104、卷筒107均置于外壳108内，外壳108下表面与底板通过螺纹固定连接，在靠近卷筒107的外壳侧面上开有牵引带带口，牵引带5通过牵引带带口与卷筒107连接；所述底板102与可调节腰带6连接；减速电机101与控制器连接；所有轴承座均固定在底板上，且轴承、轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服，其特征在于该外骨骼服包括高腰短裤、护膝、鞋、控制器、牵引带和两个驱动装置，所述高腰短裤在左右髋关节和骶骨处均安装有陀螺仪传感器，在高腰短裤的腰间位置上固定有可调节腰带，所述两个驱动装置左右对称安装在高腰短裤正面的可调节腰带上，每个驱动装置均与一个牵引带的上端连接，牵引带的下端穿过护膝，并与鞋连接，每个驱动装置用以驱动相应侧的踝关节运动；三个陀螺仪传感器和两个驱动装置均与控制器连接；控制器用来处理三个陀螺仪传感器的数据，并控制驱动装置的动力元件运动；所述护膝位于膝关节处，护膝上设有长短不等的多个粘贴魔术贴点，护膝上设有膝盖窝；以膝盖窝为中心左右对称布置有弹簧，上下对称布置有牵引带轨道，每个牵引带轨道的左右两端缝制于护膝内侧，上下开口，牵引带下端依次穿过上下两个牵引带轨道与鞋连接；所述驱动装置包括减速电机、底板、小齿轮、大齿轮、卷筒和外壳；所述减速电机通过电机座固定在底板上，减速电机的输出轴通过联轴器与小齿轮的轴的一端连接，小齿轮的一端通过配套轴承与第三轴承座固定，小齿轮另一端通过轴套、轴承固定在第一轴承座上；所述卷筒通过轴承座固定在底板上，且卷筒的长度方向与减速电机的传送方向平行，卷筒的一端固定大齿轮，大齿轮与小齿轮相啮合，大齿轮通过阶梯轴套、轴承固定在第四轴承座上；卷筒的轴的另一端通过配套轴承固定在第二轴承座上，减速电机、大齿轮、小齿轮、卷筒均置于外壳内，外壳下表面与底板固定连接，在靠近卷筒的外壳侧面上开有牵引带带口，牵引带通过牵引带带口与卷筒连接；所述底板与可调节腰带连接；减速电机与控制器连接；所有轴承座均固定在底板上。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性可穿戴下肢助力外骨骼服，其特征在于该外骨骼服包括高腰短裤、护膝、鞋、控制器、牵引带和两个驱动装置，所述高腰短裤在左右髋关节和骶骨处均安装有陀螺仪传感器，在高腰短裤的腰间位置上固定有可调节腰带，所述两个驱动装置左右对称安装在高腰短裤正面的可调节腰带上，每个驱动装置均与一个牵引带的上端连接，牵引带的下端穿过护膝，并与鞋连接，每个驱动装置用以驱动相应侧的踝关节运动；三个陀螺仪传感器和两个驱动装置均与控制器连接；控制器用来处理三个陀螺仪传感器的数据，并控制驱动装置的动力元件运动；所述护膝位于膝关节处，护膝上设有长短不等的多个粘贴魔术贴点，护膝上设有膝盖窝；以膝盖窝为中心左右对称布置有弹簧，上下对称布置有牵引带轨道，每个牵引带轨道的左右两端缝制于护膝内侧，上下开口，牵引带下端依次穿过上下两个牵引带轨道与鞋连接；所述驱动装置包括减速电机、底板、小齿轮、大齿轮、卷筒和外壳；所述减速电机通过电机座固定在底板上，减速电机的输出轴通过联轴器与小齿轮的轴的一端连接，小齿轮的一端通过配套轴承与第三轴承座固定，小齿轮另一端通过轴套、轴承固定在第一轴承座上；所述卷筒通过轴承座固定在底板上，且卷筒的长度方向与减速电机的传送方向平行，卷筒的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭士杰，马如，戴士杰，李军强，李洋，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12