一种无动力外骨骼辅助机器人制造技术

技术编号:19468900 阅读:26 留言:0更新日期:2018-11-17 05:07
本发明专利技术涉及一种无动力外骨骼辅助机器人,包括支撑机构和驱动机构,所述支撑机构包括从上到下依次连接的背部支撑组件、对称设置的大腿支撑组件和小腿支撑组件,所述驱动机构包括手臂传动杆、传动齿轮组、链轮安装座、滑块导轨轴、移动滑块、缆绳以及弹性绳,通过利用弹性绳进行储存能量的释放,拉动平行助力稳定板,推动大腿支撑组件,实现助力人体重心的提升。与现有技术相比,本发明专利技术实现了攀爬楼梯过程中下肢负载的重新分配,减轻了大腿肌肉的负荷,达到了省力的目的;并且无需外部提供动力驱动,具有成本低,重量轻,易携带等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种无动力外骨骼辅助机器人
本专利技术涉及一种外骨骼机器人,尤其是涉及一种无动力外骨骼辅助机器人。
技术介绍
目前,较多城市存在着未配备电梯的老式小区,给老年人攀爬楼梯带来诸多不便。同时该老式小区加装电梯的成本较高,并不符合实际,因此需要一种低成本、简单的方法来解决这类问题。近年来,机器人技术发展迅速,外骨骼机器人在辅助运动上得到了广泛应用。目前,现有外骨骼机器人多数依靠电机驱动,具有自重大的不足,且须提供电源,成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无外加动力外骨骼机器人。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种无动力外骨骼辅助机器人,包括:支撑机构:包括背部支撑组件、对称设置的两组大腿支撑组件和两组小腿支撑组件,以及端部分别铰接大腿支撑组件和小腿支撑组件的第一平行助力稳定板和第二平行助力稳定板;驱动机构:包括左右对称布置的驱动组件,所述驱动组件包括转动安装在背部支撑组件上的手臂传动杆、通过传动齿轮组连接所述手臂传动杆并由其驱动转动的驱动链轮、链轮安装座、与链轮安装座固定连接的滑块导轨轴,以及设置在滑块导轨轴上的移动滑块,所述链轮通过安装座轴转动安装在链轮安装座上,所述的移动滑块还分别转动连接第一平行助力稳定板的下端和第二平行助力稳定板的上端,所述滑块导轨轴的另一端还分别转动连接大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件的上端,在安装座轴上设有一端与其固定连接、另一端连接所述移动滑块的缆绳,在滑块导轨轴另一端与移动滑块之间还设有弹性绳。在一种优选的实施方式中,所述背部支撑组件包括左右对称布置在两组传动结构安装架、竖向插入所述传动结构安装架的背部支撑杆,以及左右两侧分别连接所述传动结构安装架并用于抵住支撑使用者背部的背部支撑座,在背部支撑杆上设置有背带,在传动结构安装架上设置有腰部绑带。更优选的,所述背部支撑杆与传动结构安装架通过销可拆卸固定,并使得背部支撑杆插入传动结构安装架中的长度可调;所述传动结构安装架与背部支撑座通过销可拆卸固定,使得两传动结构安装架插入背部支撑座的深度可调,进而使得两传动结构安装架的间距可调。在一种优选的实施方式中,所述传动齿轮组包括设置在手臂传动杆上的第一链轮、安装在背部支撑组件上的传动轴、布置在传动轴上的第二链轮和第三链轮,以及分别连接第一链轮和第三链轮、第二链轮与第四链轮的链条。更优选的,所述的手臂传动杆和传动轴均通过联轴器布置在背部支撑组件上。进一步更优选的,两组驱动组件中传动轴所连接的联轴器通过锥齿轮组连接。更优选的,在第二链轮与第四链轮的传动结构中还布置有避免链条打滑的涨紧轮。在一种优选的实施方式中,所述大腿支撑组件包括大腿支撑板下端、自上而下插入大腿支撑板下端的大腿支撑板上端、以及固定在大腿支撑板上端上的一组腿部魔术贴绑带;小腿支撑组件包括小腿支撑板上端、自下而上插设于小腿支撑板上端的小腿支撑板下端、以及分别固定在小腿支撑板上端和小腿支撑板下端上的两组腿部魔术贴绑带。更优选的,所述大腿支撑板上端与大腿支撑板下端之间的插入深度可调,且两者通过销固定;所述小腿支撑板上端与小腿支撑板下端之间的插入深度可调,且两者也通过销固定。在一种优选的实施方式中,所述弹性绳设置有一条或多条,且当弹性绳设置多条时,其以对称形式布置在滑块导轨轴上下两侧。涨紧轮涨紧轮本专利技术的装置在具体工作时:上楼过程中,右脚置于比左脚高一级的阶梯,当人体需要往上走时,左手往后摆动,右手往前摆动,左脚往更高一级台阶跨,右脚大腿绕膝关节做圆周运动,以上运动同时进行,右手向前摆动带动手臂传动杆转动,带动右侧第一链轮转动,右侧第一链轮带动右侧第一链条进而带动右侧第三链轮转动。右侧传动轴的转动通过锥齿轮组带动对称的左侧传动轴转动,带动左侧第二链轮转动,左侧第二链轮通过左侧第二链条带动左侧第四链轮转动,链轮安装座的轴转动使缆绳继续盘卷于轴上,长度缩短,拉动左侧移动滑块在左侧滑块导轨轴上移动,左侧移动滑块拉动弹性绳伸长,能量存储于弹性绳中,用于后续提供助力。另一侧,已储存有能量的弹性绳收缩,带动右侧移动滑块运动,右侧移动滑块将力作用于右侧平行助力稳定板上,两块平行助力稳定板与右侧大腿支撑板下端和右侧小腿支撑板上端形成的平行四边形结构收缩(沿滑块导轨轴的对角线变短),在滑块导轨轴上方的平行助力稳定板推动右侧大腿支撑板,由于右侧大腿与右侧大腿支撑板固定,为人体重心提升提供助力。同时缆绳伸长,右侧第四链轮转动通过右侧第二链条将运动传至左侧传动轴和左侧手臂传动杆,左侧传动轴和左侧手臂传动杆与右侧传动轴和右侧手臂传动杆运动方向相反。此时,左臂向后的摆动并不带动左侧手臂传动杆。以上运动均同时进行,且状态与穿戴者步态匹配。后半周期,装置运作情况与上述状态相反。与现有技术相比,本专利技术利用了人体步行过程中两侧肢体的协调运动原理,将手臂摆动产生的能量传递并储存于弹性绳中,在下一步态中释放用于助力人体攀爬楼梯过程中的重心提升。实现了攀爬楼梯过程中下肢负载的重新分配,减轻了大腿肌肉的负荷,达到了省力的目的。本专利技术无需外部提供动力驱动,具有成本低,重量轻,易携带等特点。附图说明图1是本专利技术的外骨骼机器人的一个方向的轴测示意图;图2是本专利技术的外骨骼机器人的另一个方向的轴测示意图;图3是本专利技术的外骨骼机器人的正视示意图;图4是本专利技术的外骨骼机器人的左视示意图;图5是本专利技术的外骨骼机器人滑块导轨轴前端与链轮安装座结构的局部示意图;图6是本专利技术的大腿支撑板上端与传动结构安装架连接的局部示意图;图7为本专利技术的转动结构安装架的部分示意图;图8为传动齿轮组的结构示意图;图9、图10为本专利技术的部分驱动机构的示意图。图中标号所示:1、背部支撑杆,2、传动结构安装架,3、联轴器,4a、第一链轮,4b、第二链轮,4c、第三链轮,4d、第四链轮,5手臂传动杆,6a、第一链条,6b、第二链条,7、传动轴,8、腿部魔术贴绑带,9、涨紧轮,10、滑块导轨轴,11、移动滑块,12、链轮安装座,13、小腿支撑板下端,14、小腿支撑板上端,15、缆绳,16、弹性绳,17a、第一平行助力稳定板,17b、第二平行助力稳定板,18、大腿支撑板下端,19、大腿支撑板上端,20、锥齿轮组,21、背部支撑座,22、背带,23、腰部绑带。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供的一种无动力外骨骼辅助机器人,参见图1-图4所示,包括:支撑机构:包括背部支撑组件、对称设置的两组大腿支撑组件和两组小腿支撑组件,以及端部分别铰接大腿支撑组件和小腿支撑组件的第一平行助力稳定板17a和第二平行助力稳定板17b;驱动机构:参见图5、图9和图10所示,包括左右对称布置的驱动组件,所述驱动组件包括转动安装在背部支撑组件上的手臂传动杆5、通过传动齿轮组连接所述手臂传动杆5并由其驱动转动的驱动链轮4d、链轮安装座12、与链轮安装座12固定连接的滑块导轨轴10,以及设置在滑块导轨轴10上的移动滑块11,所述链轮通过安装座轴转动安装在链轮安装座12上,所述的移动滑块11还分别转动连接第一平行助力稳定板17a的下端和第二平行助力稳定板17b的上端,所述滑块导轨轴10的另一端还分别转动连接大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件的上端,在安装座轴上设有一端与其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无动力外骨骼辅助机器人,其特征在于,该机器人包括:支撑机构:包括背部支撑组件、对称设置的两组大腿支撑组件和两组小腿支撑组件,以及端部分别铰接大腿支撑组件和小腿支撑组件的第一平行助力稳定板(17a)和第二平行助力稳定板(17b);驱动机构:包括左右对称布置的驱动组件,所述驱动组件包括转动安装在背部支撑组件上的手臂传动杆(5)、通过传动齿轮组连接所述手臂传动杆(5)并由其驱动转动的驱动链轮(4d)、链轮安装座(12)、与链轮安装座(12)固定连接的滑块导轨轴(10),以及设置在滑块导轨轴(10)上的移动滑块(11),所述链轮通过安装座轴转动安装在链轮安装座(12)上,所述的移动滑块(11)还分别转动连接第一平行助力稳定板(17a)的下端和第二平行助力稳定板(17b)的上端,所述滑块导轨轴(10)的另一端还分别转动连接大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件的上端,在安装座轴上设有一端与其固定连接、另一端连接所述移动滑块(11)的缆绳(15),在滑块导轨轴(10)另一端与移动滑块(11)之间还设有弹性绳(16)。

【技术特征摘要】
1.一种无动力外骨骼辅助机器人,其特征在于,该机器人包括:支撑机构:包括背部支撑组件、对称设置的两组大腿支撑组件和两组小腿支撑组件,以及端部分别铰接大腿支撑组件和小腿支撑组件的第一平行助力稳定板(17a)和第二平行助力稳定板(17b);驱动机构:包括左右对称布置的驱动组件,所述驱动组件包括转动安装在背部支撑组件上的手臂传动杆(5)、通过传动齿轮组连接所述手臂传动杆(5)并由其驱动转动的驱动链轮(4d)、链轮安装座(12)、与链轮安装座(12)固定连接的滑块导轨轴(10),以及设置在滑块导轨轴(10)上的移动滑块(11),所述链轮通过安装座轴转动安装在链轮安装座(12)上,所述的移动滑块(11)还分别转动连接第一平行助力稳定板(17a)的下端和第二平行助力稳定板(17b)的上端,所述滑块导轨轴(10)的另一端还分别转动连接大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件的上端,在安装座轴上设有一端与其固定连接、另一端连接所述移动滑块(11)的缆绳(15),在滑块导轨轴(10)另一端与移动滑块(11)之间还设有弹性绳(16)。2.根据权利要求1所述的一种无动力外骨骼辅助机器人,其特征在于,所述背部支撑组件包括左右对称布置在两组传动结构安装架(2)、竖向插入所述传动结构安装架(2)的背部支撑杆(1),以及左右两侧分别连接所述传动结构安装架(2)并用于抵住支撑使用者背部的背部支撑座(21),在背部支撑杆(1)上设置有背带(22),在传动结构安装架(2)上设置有腰部绑带(23)。3.根据权利要求2所述的一种无动力外骨骼辅助机器人,其特征在于,所述背部支撑杆(1)与传动结构安装架(2)通过销可拆卸固定,并使得背部支撑杆(1)插入传动结构安装架(2)中的长度可调;所述传动结构安装架(2)与背部支撑座(21)通过销可拆卸固定,使得两传动结构安装架(2)插入背部支撑座(21)的深度可调,进而使...

【专利技术属性】
技术研发人员:佀国宁宣程富邵吉如王佳玲朱正美
申请(专利权)人:上海理工大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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