一种下肢助力式外骨骼机器人制造技术

一种下肢助力式外骨骼机器人，包括腰部绑带、胯部支撑板件、大腿部和柔性机构，胯部支撑板件为硬质结构，腰部绑带固定连接所述胯部支撑板件的上部，胯部支撑板件的下部向前且斜向下延伸，其下部末端设有胯关节；大腿部上方设有大腿关节，大腿关节与胯关节通过转动部件连接，且大腿关节通过转动部件相对胯关节在一定范围内转动，柔性机构包括第一弹性部件，其一端连接所述胯关节；另一端连接到大腿关节上；第一弹性部件为大腿关节相对胯关节向前转动也就是大腿部向前抬起的方向提供扭矩。通过合理的设计第一弹性部件的预紧力，为穿戴者节省抬起大腿需要的肌张力，甚至不用穿戴者提供任何力量，直接依靠所述第一弹性部件的柔性力即可完成抬腿动作。

【技术实现步骤摘要】
一种下肢助力式外骨骼机器人
本专利技术涉及一种外骨骼机器人，属于人体辅助机器人领域，具体涉及一种下肢助力式外骨骼机器人。
技术介绍
在日常生活中，常有人由于如中风导致腿部麻痹等原因无法正常行走，或者由于年龄增长导致腿部力量不足，或背负重物过重，无法长时间行走，需要步行辅助设备协同人体动作，目前现有的步行辅助设备，外骨骼设备的关节等处大多采用电机，液压等驱动，这些驱动方式结构复杂、重量大、穿戴非常不方便，而且需要复杂的控制算法来协同人体动作，非常不易制造装配。而且现有的步行辅助设备迈步时动作僵硬、不连续，机动性差，其步态平滑性及稳定性差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种小巧轻便、步态平滑稳定的下肢助力式外骨骼机器人，即可用于正常人助力，也可用于中风导致腿部麻痹的偏瘫患者获得正常的步态，或者用于帮助由于年龄增长导致腿部力量不足无法长时间行走的大龄人群获得行走助力。本专利技术通过以下技术方案实现：一种下肢助力式外骨骼机器人，包括腰部绑带、胯部支撑板件、大腿部和柔性机构，所述胯部支撑板件为硬质结构板件，所述腰部绑带对应人体腰部侧面的位置贴合固定连接所述胯部支撑板件的上部，所述胯部支撑板件的下部向前且斜向下延伸，所述胯部支撑板件的下部末端设有胯关节；所述大腿部上方设有大腿关节，所述大腿关节与所述胯关节通过转动部件连接，且所述大腿关节通过转动部件相对所述胯关节在一定范围内转动，所述柔性机构包括第一弹性部件，所述第一弹性部件的一端连接所述胯关节；另一端连接到所述大腿关节上，所述第一弹性部件为所述大腿关节相对所述胯关节向前转动提供扭矩，所述扭矩的方向为所述大腿部向前抬起的方向。优选地，所述柔性机构还包括用于固定所述第一弹性部件并为所述第一弹性部件的伸缩提供伸缩轨道的固定件。优选地，所述第一弹性部件连接所述胯关节的位置在偏离所述胯关节的转动中心靠近人体的前侧且斜向上的部位，所述固定件固定在所述大腿关节偏离所述大腿关节的转动中心并靠近人体的前侧且斜向下的部位，且所述伸缩轨道的中心线在所述大腿关节的转动中心与所述固定件在所述大腿关节上固定处的延长线上。优选地，所述柔性机构还包括位于所述大腿关节的转动中心与所述固定件在所述大腿关节上固定处的连线上的滑轮，所述第一弹性部件通过所述滑轮用钢丝链连接到所述胯关节上。优选地，所述第一弹性部件连接所述大腿关节的位置在偏离所述大腿关节的转动中心靠近人体的前侧且斜向上的部位，所述固定件固定在所述胯关节偏离所述胯关节的转动中心靠近人体的前侧且斜向上的部位，且所述伸缩轨道的中心线在所述胯关节的转动中心与所述固定件在所述胯关节上固定处的延长线上。优选地，所述柔性机构还包括位于所述胯关节的转动中心与所述固定件在所述胯关节上固定处的连线上的滑轮，所述第一弹性部件通过所述滑轮用钢丝链连接到所述大腿关节上。优选地，所述柔性部件还包括位于所述固定件固定所述第一弹性部件的端并用于控制所述第一弹性部件预紧力大小的柔性调节器。优选地，所述大腿部还包括上端固定于所述大腿关节的U型长度调节杆及可沿所述长度调节杆上下滑动并定位的腿部调节器。优选地，还包括小腿部，所述小腿部包括小腿关节和小腿绑带，所述小腿绑带设于所述小腿关节的下方，所述小腿关节通过转动部件绕所述腿部调节器转动；所述腿部调节器内沿其上下滑动的方向设有第二弹性部件以及为所述第二弹性部件上下伸缩提供轨道的凹槽，所述第二弹性部件一端固定在所述凹槽最上方位置，另一端连接所述小腿关节的转动中心与所述凹槽的连接线的某一位置处，且所述第二弹性部件为所述小腿部与所述腿部调节器保持在一条直线上提供扭矩。优选地，所述腿部调节器通过锁紧螺母定位并固定到所述长度调节杆上。优选地，所述转动部件为轴承，所述弹性部件为拉簧或缓冲杆或橡皮条。优选地，所述下肢助力式外骨骼机器人可单腿使用或可双腿对称配合使用。本专利技术相对于现有的下肢助力式外骨骼机器人优势在于：本专利技术所述的下肢助力式外骨骼机器人，通过在各个转动关节处，设置结构简单的柔性装置，实现下肢外骨骼机器人的助力行走，节省了大量的动力机构和控制设备，实现了平滑连续地无动力助力行走。且本专利技术所述的下肢助力式外骨骼机器人结构简单，穿戴方便，体积小，重量轻，便于携带。且本专利技术所述的下肢助力式外骨骼机器人的适用范围不仅局限于截瘫，偏瘫者，更有助于正常人的行走助力。说明书附图：图1为一种下肢助力式外骨骼机器人一种实施例的轴测图；图2为一种下肢助力式外骨骼机器人一种实施例的主视图；图3为一种下肢助力式外骨骼机器人一种实施例的左视图；图4为一种下肢助力式外骨骼机器人一种实施例的左视及局部剖视图；图5为一种下肢助力式外骨骼机器人一种实施例的大腿部向前转动30°时小腿部轻微下垂状态下的主视图。图中各标号为：1-腰部绑带；2-胯部支撑板件，21-胯关节，22-滑轮，23-钢丝链；3-大腿部，31-大腿关节，32-转动部件，33-长度调节杆；4-柔性机构，41-第一弹性部件，42-固定件，43-第二弹性部件，44-柔性调节器；5-腿部调节器；6-小腿部，61-小腿关节，62-小腿绑带。具体实施方式本专利技术所述的下肢助力式外骨骼机器人即可单腿使用也可双腿对称配合使用，本实施例中，如图1-5所示，为双腿对称配合使用，并且通过其各自的腰部绑带1及相应的卡扣等部件扣合在一起。本实施例中，其上、下、前、后、左、右均是以人体穿戴所述下肢助力式外骨骼机器人后，处于直立的状态下进行的描述。一种下肢助力式外骨骼机器人，如图1所示，包括腰部绑带1、胯部支撑板件2、大腿部3、柔性机构4和小腿部6，所述胯部支撑板件2为硬质结构板件。所述腰部绑带1对应人体腰部侧面的位置贴合固定连接所述胯部支撑板件2的上部，所述胯部支撑板件2的下部向前且斜向下延伸，所述胯部支撑板件2的下部末端设有胯关节21；所述大腿部3上方设有大腿关节31，所述大腿关节31与所述胯关节21通过转动部件32连接，且所述大腿关节31通过转动部件32相对所述胯关节21在一定范围内转动，所述柔性机构4包括第一弹性部件41，所述第一弹性部件41的一端连接所述胯关节21；另一端连接到所述大腿关节31上，所述第一弹性部件41为所述大腿关节31相对所述胯关节21向前转动提供扭矩，所述扭矩的方向为所述大腿部3向前抬起的方向。具体的，所述转动部件32可为轴承，所述胯关节21固定在所述轴承的外圈，所述大腿关节31固定在所述轴承的内圈，或反之，所述胯关节21固定在所述轴承的内圈，所述大腿关节31固定在所述轴承的外圈。穿戴上所述下肢助力式外骨骼机器人后，人体呈站立姿势，此时，所述第一弹性部件41处于拉伸或压缩的接近于其极限临界状态，也就是储能状态。如图4-5所示，所述大腿关节31与胯关节21在第一弹性部件41的拉力或压力作用下，大腿关节31相对所述胯关节21的产生相对其向上转动的扭矩，第一弹性部件41的拉力或压力作用于各个部件，传动产生的扭矩带动大腿部3产生向上抬起的趋势力，通过合理的设计第一弹性部件41的预拉紧力或预压紧力的大小，为穿戴者节省抬起大腿需要的肌张力，甚至可以不用穿戴者提供任何力量，直接依靠所述第一弹性部件41提供柔性力即可完成抬腿动作；当所述大腿部3从开始抬起到适合迈步的角度时，所述第一弹性部件41由储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，包括腰部绑带、胯部支撑板件、大腿部和柔性机构，所述胯部支撑板件为硬质结构板件，所述腰部绑带对应人体腰部侧面的位置贴合固定连接所述胯部支撑板件的上部，所述胯部支撑板件的下部向前且斜向下延伸，所述胯部支撑板件的下部末端设有胯关节；所述大腿部上方设有大腿关节，所述大腿关节与所述胯关节通过转动部件连接，且所述大腿关节通过转动部件相对所述胯关节在一定范围内转动，所述柔性机构包括第一弹性部件，所述第一弹性部件的一端连接所述胯关节；另一端连接到所述大腿关节上，所述第一弹性部件为所述大腿关节相对所述胯关节向前转动提供扭矩，所述扭矩的方向为所述大腿部向前抬起的方向。

【技术特征摘要】
1.一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，包括腰部绑带、胯部支撑板件、大腿部和柔性机构，所述胯部支撑板件为硬质结构板件，所述腰部绑带对应人体腰部侧面的位置贴合固定连接所述胯部支撑板件的上部，所述胯部支撑板件的下部向前且斜向下延伸，所述胯部支撑板件的下部末端设有胯关节；所述大腿部上方设有大腿关节，所述大腿关节与所述胯关节通过转动部件连接，且所述大腿关节通过转动部件相对所述胯关节在一定范围内转动，所述柔性机构包括第一弹性部件，所述第一弹性部件的一端连接所述胯关节；另一端连接到所述大腿关节上，所述第一弹性部件为所述大腿关节相对所述胯关节向前转动提供扭矩，所述扭矩的方向为所述大腿部向前抬起的方向。2.如权利要求1所述的一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，所述柔性机构还包括用于固定所述第一弹性部件并为所述第一弹性部件的伸缩提供伸缩轨道的固定件。3.如权利要求2所述的一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，所述第一弹性部件连接所述胯关节的位置在偏离所述胯关节的转动中心靠近人体的前侧且斜向上的部位，所述固定件固定在所述大腿关节偏离所述大腿关节的转动中心并靠近人体的前侧且斜向下的部位，且所述伸缩轨道的中心线在所述大腿关节的转动中心与所述固定件在所述大腿关节上固定处的延长线上。4.如权利要求3所述的一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，所述柔性机构还包括位于所述大腿关节的转动中心与所述固定件在所述大腿关节上固定处的连线上的滑轮，所述第一弹性部件通过所述滑轮用钢丝链连接到所述胯关节上。5.如权利要求2所述的一种下肢助力式外骨骼机器人，其特征在于，所述第一弹性部件连接所述大腿关节的位置在偏离所述大腿关节的转动中心靠近人体的前侧且斜向上的部位，所述固定件固定在所述胯关节偏离所述胯关节的转动中心靠近人体的前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天，
申请(专利权)人：杭州程天科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33