下肢助行外骨骼及其助行方法技术

技术编号:15580807 阅读:175 留言:0更新日期:2017-06-13 18:37
本发明专利技术涉及下肢助行外骨骼及其助行方法。现有助行装备不能满足下肢的多自由度运动的问题。下肢助行外骨骼,胯部旋转关节(8)连接腿部整体旋转关节(9),腿部整体旋转关节(9)通过大腿关节电动推杆(10)铰接大腿机械关节(1),大腿机械关节(1)通过膝关节电动推杆(11)铰接小腿机械关节(2),小腿机械关节(2)通过脚踝关节电动推杆(17)铰接并驱动脚踝旋转关节(12)摆动,脚踝旋转关节(12)连接脚部托板(3),脚部托板(3)上表面设置脚部压力传感器(18);本发明专利技术具有与穿戴者配合紧密,助力能力协调的优点。

【技术实现步骤摘要】
下肢助行外骨骼及其助行方法
:本专利技术涉及一种下肢助行外骨骼及其助行方法。
技术介绍
:“外骨骼”的概念最初源于昆虫的外骨骼,是指生物提供保护和支持的坚强的外部结构。人们利用仿生学原理,在人体外穿上能提供某种相应帮助的装备,如提供保护不受外来伤害,助行,负重或者提供增强人体某种技能等。在康复领域,则简化构造,只需要机械外骨骼下肢部分来帮助那些下肢功能障碍的人们,让他们重新站立起来并移动。但现有外骨骼存在以下不足:自由度与现有人体下肢匹配度不足,一些人体的常规动作无法完成,如分开腿、腿绕足跟旋转,应用昂贵复杂的减速器,对各个旋转关节的精度、制造工艺要求较高,完成同样力矩转动时需要的电机扭矩较大。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种下肢助行外骨骼及其助行方法。上述的目的通过以下的技术方案实现:下肢助行外骨骼,其组成包括:对称设置的大腿机械关节、小腿机械关节和脚部托板,所述下肢助行外骨骼还包括总控制集成器、电池、背部固定托板,一对胯部电动推杆、胯部旋转关节、腿部整体旋转关节、大腿关节电动推杆、膝关节电动推杆、脚踝旋转关节、胯部角度检测传感器、大腿关节角度检测传感器、小腿关节角度检测传感器、踝关节角度检测传感器以及脚部压力传感器;两大腿机械关节通过背部固定托板连接,连接处位于人体胯部相对应的位置,背部固定托板上方安装总控制集成器和电池,背部固定托板两端分别安装胯部电动推杆和胯部旋转关节,胯部电动推杆固定安装在背部固定托板上,胯部旋转关节插装在背部固定托板上,胯部电动推杆分别驱动相应胯部旋转关节的施力端进行与佩戴者自然站立姿势相适应的左右摆动,且两侧的胯部旋转关节下方分别对称的依次设置:胯部旋转关节向下与腿部整体旋转关节转动安装,腿部整体旋转关节向下通过大腿关节电动推杆铰接大腿机械关节,大腿关节电动推杆驱动大腿机械关节进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,大腿机械关节向下通过膝关节电动推杆铰接小腿机械关节,膝关节电动推杆驱动小腿机械关节进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,小腿机械关节下部末端铰接脚踝旋转关节,且小腿机械关节通过脚踝关节电动推杆铰接脚踝旋转关节,脚踝关节电动推杆驱动脚踝旋转关节进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,脚踝旋转关节连接脚部托板,脚部托板上表面设置脚部压力传感器;并且,与佩戴者自然站立姿势相适应:膝关节电动推杆位于大腿机械关节的前方,大腿关节电动推杆位于大腿机械关节的后方;脚踝关节电动推杆位于小腿机械关节的前方;这里的前方是指,人体自然站立时,面朝方向定义为前;其中,在胯部旋转关节与胯部电动推杆连接处设置胯部角度检测传感器;在腿部整体旋转关节与大腿关节电动推杆铰接处设置大腿关节角度检测传感器;且大腿关节电动推杆驱动大腿机械关节绕着大腿关节角度检测传感器摆动;在大腿机械关节与小腿机械关节铰接处设置小腿关节角度检测传感器;在小腿机械关节与脚踝旋转关节铰接处设置踝关节角度检测传感器。下肢助行外骨骼的下肢助行方法,将背部固定托板与佩戴者固定,利用总控制集成器对整个下肢助行外骨骼装置的行走进行控制,利用电池为整个下肢助行外骨骼装置的提供动力来源,下肢助行外骨骼对佩戴者进行助行过程:背部固定托板两端的胯部电动推杆接收总控制集成器发出的信号后,驱动同侧胯部旋转关节转动,使胯部旋转关节在助行过程中具有与佩戴者自然站立姿势相适应的胯部转动功能;同时,通过胯部旋转关节与胯部电动推杆连接处设置胯部角度检测传感器,获得检测胯部转动的角度并传回信号至总控制集成器;胯部旋转关节通过腿部整体旋转关节连接大腿关节电动推杆和大腿机械关节这两个结构,大腿关节电动推杆接收总控制集成器发出的信号后驱动大腿机械关节转动,使大腿机械关节在助行过程中具有与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动功能,同时,还能根据佩戴者大腿部位的长度,通过插装在大腿机械关节导轨内的大腿部分长度调节关节,调节与佩戴者相适应的大腿机械关节的延长度;通过腿部整体旋转关节与大腿关节电动推杆铰接处设置大腿关节角度检测传感器,检测大腿机械关节转动的角度并传回信号至总控制集成器;膝关节电动推杆铰接在大腿机械关节与小腿机械关节之间,膝关节电动推杆接收总控制集成器发出的信号后驱动小腿机械关节转动,使小腿机械关节在助行过程中具有与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动功能,同时,还能根据佩戴者小腿部位的长度,通过插装在小腿机械关节导轨内的小腿部分长度调节关节,调节与佩戴者相适应的小腿机械关节的延长度;并通过大腿机械关节与小腿机械关节铰接处设置小腿关节角度检测传感器,检测小腿机械关节转动的角度并传回信号至总控制集成器;并通过大腿机械关节在靠近人体一侧的表面上安装的大腿关节压力传感器及固定装置,将助行外骨骼固定于佩戴者的大腿部位,并检测行走过程中的信号,使下肢助行外骨骼的整体控制系统更加完整;脚踝关节电动推杆铰接在小腿机械关节与脚踝旋转关节之间,脚踝关节电动推杆接收总控制集成器发出的信号后驱动脚踝旋转关节转动,使进行脚踝旋转关节在助行过程中具有与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动功能,则脚踝旋转关节带动脚部托板也具有前后摆动的功能,通过脚部托板上表面设置的脚部压力传感器检测行走过程中人体脚底压力,脚底压力传感器发出信号直接传送到总控制集成器,用于对人体行走意图与步态的判定;并通过小腿机械关节与脚踝旋转关节铰接处设置踝关节角度检测传感器,检测脚踝旋转关节转动的角度并传回信号至总控制集成器;并通过小腿机械关节在靠近人体一侧的表面上安装的小腿关节压力传感器及固定装置,将助行外骨骼固定于佩戴者的大腿部位,并检测行走过程中的信号,使下肢助行外骨骼的整体控制系统更加完整。佩戴者自然站立姿势是指:人体自然站立时,面朝方向定义为前。本专利技术的有益效果:胯部旋转关节转动,满足助行外骨骼行走中胯部的转动需求;胯部角度检测传感器,检测胯部转动的角度并传回信号;大腿部分长度调节关节可放置在大腿关节中,可在大腿关节的导轨中移动和固定,以此调节长度,并在大腿部分长度调节关节和腿部整体旋转关节之间添加大腿关节电动推杆,大腿关节电动推杆可在接受信号后推动大腿关节相对于胯部旋转,实现助行外骨骼行走时需求的转动,在大腿关节电动推杆与腿部整体旋转关节连接处安放大腿关节角度检测传感器,检测大腿关节转动的角度同时传回信号;大腿关节末端与小腿部分长度调节关节相连,两者之间还连接膝关节电动推杆以驱动大腿关节与小腿关节在行走中的转动,在大腿关节和小腿部分长度调节关节转动连接处安放小腿关节角度检测传感器,检测小腿关节转动的角度同时传回信号;小腿部分长度调节关节安放在小腿关节中,通过小腿关节中的导轨调节小腿部分的长度;小腿关节末端与脚踝旋转关节相连,同时可以相对转动,满足助行外骨骼行行走过程中脚踝部分的转动需求,并在转动处安放踝关节角度检测传感器,检测踝关节转动的角度并传回信号;脚踝旋转关节与脚部固定托板连接,用以固定使用者的脚部,在脚部固定托板上安放脚部压力传感器,检测脚部在助行外骨骼行走中的状态;小腿关节压力传感器及固定装置与大腿关节压力传感器及固定装置分别安放在小腿关节与大腿关节上,用以固定使用者和助行外骨骼,并检测行走的信号,使助行外骨骼整体控制系统更加完整。胯部电动推杆固定在背部固定托板上,胯部旋转本文档来自技高网...
下肢助行外骨骼及其助行方法

【技术保护点】
一种下肢助行外骨骼,其组成包括:对称设置的大腿机械关节(1)、小腿机械关节(2)和脚部托板(3),其特征是:所述下肢助行外骨骼还包括电池(4)、总控制集成器(5)、背部固定托板(6),一对胯部电动推杆(7)、胯部旋转关节(8)、腿部整体旋转关节(9)、大腿关节电动推杆(10)、膝关节电动推杆(11)、脚踝旋转关节(12)、胯部角度检测传感器(13)、大腿关节角度检测传感器(14)、小腿关节角度检测传感器(15)、踝关节角度检测传感器(16)、脚踝关节电动推杆(17)以及脚部压力传感器(18);两大腿机械关节(1)通过背部固定托板(6)连接,连接处位于人体胯部相对应的位置,背部固定托板(6)上方安装总控制集成器(5)和电池(4),背部固定托板(6)两端分别安装胯部电动推杆(7)和胯部旋转关节(8),胯部电动推杆(7)固定安装在背部固定托板(6)上,胯部旋转关节(8)插装在背部固定托板(6)上,胯部电动推杆(7)分别驱动相应胯部旋转关节(8)转动,且两侧的胯部旋转关节(8)下方分别对称的依次设置:胯部旋转关节(8)向下与腿部整体旋转关节(9)转动安装,腿部整体旋转关节(9)向下通过大腿关节电动推杆(10)铰接大腿机械关节(1),大腿关节电动推杆(10)驱动大腿机械关节(1)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,大腿机械关节(1)向下通过膝关节电动推杆(11)铰接小腿机械关节(2),膝关节电动推杆(11)驱动小腿机械关节(2)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,小腿机械关节(2)下部末端铰接脚踝旋转关节(12),且小腿机械关节(2)通过脚踝关节电动推杆(17)铰接脚踝旋转关节(12),脚踝关节电动推杆(17)驱动脚踝旋转关节(12)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,脚踝旋转关节(12)连接脚部托板(3),脚部托板(3)上表面设置脚部压力传感器(18);并且,膝关节电动推杆(11)位于大腿机械关节(1)的前方,大腿关节电动推杆(10)位于大腿机械关节(1)的后方;脚踝关节电动推杆(17)位于小腿机械关节(2)的前方;这里的前方是指,人体自然站立时,面朝方向定义为前;其中,在胯部旋转关节(8)与胯部电动推杆(7)连接处设置胯部角度检测传感器(13);在腿部整体旋转关节(9)与大腿关节电动推杆(10)铰接处设置大腿关节角度检测传感器(14);且大腿关节电动推杆(10)驱动大腿机械关节(1)绕着大腿关节角度检测传感器(14)摆动;在大腿机械关节(1)与小腿机械关节(2)铰接处设置小腿关节角度检测传感器(15);在小腿机械关节(2)与脚踝旋转关节(12)铰接处设置踝关节角度检测传感器(16);佩戴者自然站立姿势是指:人体自然站立时,面朝方向定义为前。...

【技术特征摘要】
1.一种下肢助行外骨骼,其组成包括:对称设置的大腿机械关节(1)、小腿机械关节(2)和脚部托板(3),其特征是:所述下肢助行外骨骼还包括电池(4)、总控制集成器(5)、背部固定托板(6),一对胯部电动推杆(7)、胯部旋转关节(8)、腿部整体旋转关节(9)、大腿关节电动推杆(10)、膝关节电动推杆(11)、脚踝旋转关节(12)、胯部角度检测传感器(13)、大腿关节角度检测传感器(14)、小腿关节角度检测传感器(15)、踝关节角度检测传感器(16)、脚踝关节电动推杆(17)以及脚部压力传感器(18);两大腿机械关节(1)通过背部固定托板(6)连接,连接处位于人体胯部相对应的位置,背部固定托板(6)上方安装总控制集成器(5)和电池(4),背部固定托板(6)两端分别安装胯部电动推杆(7)和胯部旋转关节(8),胯部电动推杆(7)固定安装在背部固定托板(6)上,胯部旋转关节(8)插装在背部固定托板(6)上,胯部电动推杆(7)分别驱动相应胯部旋转关节(8)转动,且两侧的胯部旋转关节(8)下方分别对称的依次设置:胯部旋转关节(8)向下与腿部整体旋转关节(9)转动安装,腿部整体旋转关节(9)向下通过大腿关节电动推杆(10)铰接大腿机械关节(1),大腿关节电动推杆(10)驱动大腿机械关节(1)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,大腿机械关节(1)向下通过膝关节电动推杆(11)铰接小腿机械关节(2),膝关节电动推杆(11)驱动小腿机械关节(2)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,小腿机械关节(2)下部末端铰接脚踝旋转关节(12),且小腿机械关节(2)通过脚踝关节电动推杆(17)铰接脚踝旋转关节(12),脚踝关节电动推杆(17)驱动脚踝旋转关节(12)进行与佩戴者自然站立姿势相适应的前后摆动,脚踝旋转关节(12)连接脚部托板(3),脚部托板(3)上表面设置脚部压力传感器(18);并且,膝关节电动推杆(11)位于大腿机械关节(1)的前方,大腿关节电动推杆(10)位于大腿机械关节(1)的后方;脚踝关节电动推杆(17)位于小腿机械关节(2)的前方;这里的前方是指,人体自然站立时,面朝方向定义为前;其中,在胯部旋转关节(8)与胯部电动推杆(7)连接处设置胯部角度检测传感器(13);在腿部整体旋转关节(9)与大腿关节电动推杆(10)铰接处设置大腿关节角度检测传感器(14);且大腿关节电动推杆(10)驱动大腿机械关节(1)绕着大腿关节角度检测传感器(14)摆动;在大腿机械关节(1)与小腿机械关节(2)铰接处设置小腿关节角度检测传感器(15);在小腿机械关节(2)与脚踝旋转关节(12)铰接处设置踝关节角度检测传感器(16);佩戴者自然站立姿势是指:人体自然站立时,面朝方向定义为前。2.根据权利要求1所述的下肢助行外骨骼,其特征是:所述的下肢助行外骨骼还包括大腿部分长度调节关节(19),所述的大腿机械关节(1)内设置导轨,大腿部分长度调节关节(19)由大腿机械关节(1)顶端插入导轨中,大腿机械关节(1)通过大腿部分长度调节关节(19)向上与腿部整体旋转关节(9)铰接;且大腿关节电动推杆(10)与大腿部分长度调节关节(19)的连接实现对大腿机械关节(1)的转动进行驱动。3.根据权利要求1或2所述的下肢助行外骨骼,其特征是:所述的下肢助行外骨骼还包括小腿部分长度调节关节(20),所述的小腿机械关节(2)内设置导轨,小腿部分长度调节关节(20)由小腿机械关节(2)顶端插入导轨中,小腿机械关节(2)通过小腿部分长度调节关节(20)向上与大腿机械关节(1)铰接;且膝关节电动推杆(11)与小腿部分长度调节关节(20)的连接实现对小腿机械关节(2)的转动进行驱动。4.根据权利要求3所述的下肢助行外骨骼,其特征是:所述的大腿机械关节(1)在靠近人体一侧的表面上还安装大腿关节压力传感器及固定装置(21),用于将助行外骨骼固定于佩戴者的大腿部位,并检测行走过程中的压力信号,使下肢助行外骨骼的整体控制系统更加完整。5.根据权利要求1、2或4所述的下肢助行外骨骼,其特征是:所述的小腿机械关节(2)在靠近人体一侧的表面上还安装小腿关节压力传感器及固定装置(22),用于将助行外骨骼固定于佩戴者的大腿部位,并检测行走过程中的压力信号,使下肢助行外骨骼的整体控制系统更加完整。6.根据权利要求5所述的下肢助行外骨骼,其特征是:所述的胯部旋转关节(8)还包括受力段和施力段,受力段的一端与施力段的一端垂直连接形成一体式的L型,L型的胯部旋转关节(8)的受力端具有与胯部...

【专利技术属性】
技术研发人员:王天孙相宇王晓奇张洋
申请(专利权)人:哈尔滨程天科技发展有限公司
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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