一种腿部支撑外骨骼制造技术

技术编号:20317422 阅读:7 留言:0更新日期:2019-02-13 01:15
一种腿部支撑外骨骼,包括坐垫板模块、支撑角度调节模块、人体运动意图感应控制模块和脚部模块,坐垫板模块通过曲面设计的坐垫板和缓冲组件,能够最大贴合人体腿部,缓冲组件可根据不同挡位的坐姿自适应的调整坐垫板的倾斜度,提高坐姿的稳定性;支撑角度调节模块通过运动意图感应控制支撑角度,智能识别坐姿状态并自动支撑,通过传感器采集肢体角度、压力等信息,由微处理器控制推拉电磁铁的运动,进而控制机构运动,在非工作模式下,外骨骼自由转动最小角度为35°,满足人体正常活动的需要,不会干涉穿戴者的行走、上楼梯等动作,灵活性高。

A leg-supporting exoskeleton

A leg supporting exoskeleton includes a cushion board module, a support angle adjustment module, a human motion intention induction control module and a foot module. The cushion board module can maximize the fit of the human leg through a cushion board and cushion components designed on a curved surface. The cushion module can adjust the inclination of the cushion board adaptively according to the sitting posture of different gears to improve the stability of the sitting posture. The angle adjustment module intelligently recognizes the sitting position and automatically supports the support angle by motion intention induction. The information of limb angle and pressure is collected by sensors. The microprocessor controls the movement of push-pull electromagnet, and then controls the movement of the mechanism. Under the non-working mode, the minimum angle of free rotation of exoskeleton is 35 degrees, which meets the needs of normal human activities and does not interfere. The wearer has high flexibility in walking and climbing stairs.

【技术实现步骤摘要】
一种腿部支撑外骨骼
本专利技术属于机器人
,特别涉及一种一种腿部支撑外骨骼。
技术介绍
蹲、跪姿势是许多工业如造船焊接、汽车装配、机械修理及农业等常见的一种不良作业姿势。长期在这些姿势下劳作,肌肉容易产生疲劳,久而久之发生上损伤和疾患。腿部支撑外骨骼可以在人体下蹲时对人体起到支撑的作用,减少腿部肌肉疲劳。现有一种结合步进电机和丝杠来调节外骨骼关节角度的外骨骼座椅,并能够自动控制。但行走时,需要电机一直工作,适应人体膝关节的变化,既影响了人体行走的灵活性,同时增大了能耗。另外有一种在关节处加有阻尼器的外骨骼座椅,其阻尼器的阻尼会影响到穿戴者的行走。因此现有的可穿戴腿部支撑外骨骼主要存在的问题是,外骨骼座椅在行走和蹲下两种状态下对人的适应性较差,行走或上楼梯时,外骨骼对人体的干涉问题;蹲下时,外骨骼对人体蹲姿高度的自适应问题。因此有必要对现有技术的腿部支撑外骨骼进行改进。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术的目的在于提出一种腿部支撑外骨骼,能够满足随行性和随坐性的要求,具有灵活性高、无阻力的特点。为了实现上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种腿部支撑外骨骼,包括坐垫板模块、支撑角度调节模块、人体运动意图感应控制模块和脚部模块;所述坐垫板模块包括符合人体工学的坐垫板7、缓冲组件及调长组件,坐垫板7呈弧线形,坐垫板7上固定有用于固定穿戴者的大腿的大腿绑带6,坐垫板7与位于其底部的转动底板11阻尼转动连接,坐垫板7与转动底板11之间设有缓冲组件,转动底板11与第一连杆3滑动连接,二者之间设有调长组件,调长组件与长度可调节的柔性带2固结,柔性带2与腰封1连接;所述支撑角度调节模块包括第一连杆3,第一连杆3端部铰接于第二连杆5,二者可相对旋转,支撑杆4分别铰接于第一连杆3和棘爪离合组件的滑块28,彼此间可相对旋转,滑块28与棘轨19固定连接,棘轨19和导向滑块26固定连接,滑块28内置有直线轴承29,直线轴承29与导向管31直接接触,通过轴承盖30固定直线轴承29和滑块28,导向管31两端插入底座25的圆孔内,底座25固结在第二连杆5上,两个阶梯形状的侧嵌入块27分别插入第二连杆5的左右侧面的长条形孔内,并与固定座20固定连接,固定座20固定在第二连杆5内部,固定座20尺寸大于第二连杆5的侧面长条形孔尺寸,从而限制嵌入块27和固定座20在第二连杆5的位置,棘爪21通过其中间圆孔与固定座20铰接,棘爪21一端圆柱体和中间连杆22一端圆孔进行铰接,中间连杆22与推拉电磁铁23的铁芯铰接,推拉电磁铁23固结在电磁铁连接座24上,电磁铁连接座24固结在在固定座20上;所述人体运动意图感应控制模块包括设置在第一连杆3U形槽内的倾角传感器42和设置在脚底板32的足底压力传感器44,倾角传感器42和足底压力传感器44均微处理器43电连接,微处理器43、延时继电器40、推拉电磁铁23依次电连接,以上元器件均通过锂电池41供电;所述脚部模块包括脚连接环39,以脚连接环39作为中介杆,脚连接环39铰接于脚底板32与环铰块38,绑带插入脚底板32侧面的长条形孔内,进而绑在穿戴者脚部,脚底板32与限位环33固定连接,脚连接环39套在限位环33的阶梯外圆上与其转动连接,地面支撑组件由伸缩方管构成,内方管35插入外方管36里面,内方管35里设有第二V形弹簧片37,第二V形弹簧片37的圆柱体卡在内方管35和外方管36的圆孔内,内方管35与环铰块38固定连接。所述缓冲组件包括固定于转动底板11上的四个圆形的缓冲槽,缓冲槽外部套有缓冲盖9,每个缓冲槽内放置缓冲弹簧10,缓冲盖9与缓冲弹簧10直接接触,并可相对缓冲槽滑动,坐垫板连接件8在铰接处两侧分别与缓冲盖9接触。随缓冲盖9的滑动,坐垫板7相对转动底板11转动。所述调长组件包括内圆管15和外圆管17,内圆管15套入外圆管17内形成伸缩管,第一V形弹簧片16圆柱端插入内圆管15、外圆管17的侧面孔内限制其伸缩运动,外圆管17固结在第一连杆3上,内圆管外套14套在内圆管15端部固定,内圆管外套14与侧固定块12固定连接,侧固定块12固结在转动底板11侧面,转动底板11通过其侧面开设的螺纹孔与导向块13固定连接,导向块13卡在第一连杆3侧面与其滑动连接,侧固定块12在侧面与第一连杆3相接触。所述大腿绑带6采用带魔术贴的松紧带,固定在坐垫板7上长条形槽内。所述坐垫板7固定连接到坐垫板连接件8,坐垫板连接件8铰接于转动底板11,两者可以相对转动。所述内圆管外套14上开有长条形槽,长条形槽内固结有长度可调节的柔性带2。所述内方管35与地面接触的位置套有橡胶脚垫34。本专利技术的有益效果是:本专利技术坐垫板模块通过曲面设计的坐垫板和缓冲组件,能够最大贴合人体腿部;缓冲组件可根据不同挡位的坐姿自适应的调整坐垫板的倾斜度,提高坐姿的稳定性;支撑角度调节模块,通过运动意图感应控制支撑角度,智能识别坐姿状态并自动支撑,通过传感器采集肢体角度、压力等信息,由微处理器控制推拉电磁铁的运动,进而控制机构运动,并在断电下能够自锁支撑,间断式供电工作以减少电池能量的损耗,根据棘轨设计提供七挡坐姿角度以适应不同工况的需要。在非工作模式下,外骨骼自由转动最小角度为35°,满足人体正常活动的需要,不会干涉穿戴者的行走、上楼梯等动作,灵活性高。附图说明图1是本专利技术实施例多挡位高度可调的腿部支撑外骨骼的结构示意图;图2是本专利技术实施例的坐垫板模块的结构示意图;图3是本专利技术实施例的坐垫板模块的爆炸结构示意图;图4是本专利技术实施例的坐垫板模块的功能示意图;图5是本专利技术实施例的支撑角度调节模块的结构示意图;图6是本专利技术实施例的支撑角度调节模块的爆炸结构示意图;图7是本专利技术实施例的棘爪安装结构示意图;图8是本专利技术实施例的棘轨安装结构示意图;图9(1)和(2)是本专利技术实施例的棘爪离合组件的功能示意图;图10是本专利技术实施例的电控组件的安装结构示意图;图11是本专利技术实施例的脚部模块的结构示意图。本专利技术包含1-腰封,2-柔性带,3-第一连杆,4-支撑杆,5-第二连杆,6-大腿绑带,7-坐垫板,8-坐垫板连接件,9-缓冲盖,10-缓冲弹簧,11-转动底板,12-侧固定块,13-导向块,14-内管外套,15-内圆管,16-第一V形弹簧片,17-外圆管,18-限位套,19-棘轨,20-固定座,21-棘爪,22-中间连杆,23-推拉电磁铁,24-电磁铁连接座,25-底座,26-导向滑块,27-侧嵌入块,28-滑块,29-直线轴承,30-轴承盖,31-导向管,32-脚底板,33-限位环,34-橡胶脚垫,35-内方管,36-外方管,37-第二V形弹簧片,38-环铰块,39-脚连接环,40-延时继电器40,41-锂电池,42-倾角传感器,43-微处理器,44-足底压力传感器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。一种腿部支撑外骨骼的结构,主要包括坐垫板模块、支撑角度调节模块、人体运动意图感应控制模块和脚部模块。从图1中可以看到,整体从上往下主要包括腰封1、柔性带2、以坐垫板7起到支撑作用的坐垫板模块、第一连杆3、以支撑杆4起到支撑作用的支撑角度调节模块、第二连杆5、以脚底板32连接脚部的脚部模块。其中腰封1材料为尼龙,连接穿戴者的腰部和肩部。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种腿部支撑外骨骼,其特征在于,包括坐垫板模块、支撑角度调节模块、人体运动意图感应控制模块和脚部模块;所述坐垫板模块包括符合人体工学的坐垫板(7)、缓冲组件及调长组件,坐垫板(7)呈弧线形,坐垫板(7)上固定有用于固定穿戴者的大腿的大腿绑带(6),坐垫板(7)与位于其底部的转动底板(11)阻尼转动连接,坐垫板(7)与转动底板(11)之间设有缓冲组件,转动底板(11)与第一连杆(3)滑动连接,二者之间设有调长组件,调长组件与长度可调节的柔性带(2)固结,柔性带(2)与腰封(1)连接;所述支撑角度调节模块包括第一连杆(3),第一连杆(3)端部铰接于第二连杆(5),二者可相对旋转,支撑杆(4)分别铰接于第一连杆(3)和棘爪离合组件的滑块(28),彼此间可相对旋转,滑块(28)与棘轨(19)固定连接,棘轨(19)和导向滑块(26)固定连接,滑块(28)内置有直线轴承(29),直线轴承(29)与导向管(31)直接接触,通过轴承盖(30)固定直线轴承(29)和滑块(28),导向管(31)两端插入底座(25)的圆孔内,底座(25)固结在第二连杆(5)上,两个阶梯形状的侧嵌入块(27)分别插入第二连杆(5)的左右侧面的长条形孔内,并与固定座(20)固定连接,固定座(20)固定在第二连杆(5)内部,固定座(20)尺寸大于第二连杆(5)的侧面长条形孔尺寸,从而限制嵌入块(27)和固定座(20)在第二连杆(5)的位置,棘爪(21)通过其中间圆孔与固定座(20)铰接,棘爪(21)一端圆柱体和中间连杆(22)一端圆孔进行铰接,中间连杆(22)与推拉电磁铁(23)的铁芯铰接,推拉电磁铁(23)固结在电磁铁连接座(24)上,电磁铁连接座(24)固结在在固定座(20)上;所述人体运动意图感应控制模块包括设置在第一连杆3U形槽内的倾角传感器(42)和设置在脚底板(32)的足底压力传感器(44),倾角传感器(42)和足底压力传感器(44)均微处理器(43)电连接,微处理器(43)、延时继电器(40)、推拉电磁铁(23)依次电连接,以上元器件均通过锂电池(41)供电;所述脚部模块包括脚连接环(39),以脚连接环(39)作为中介杆,脚连接环(39)铰接于脚底板(32)与环铰块(38),绑带插入脚底板(32)侧面的长条形孔内,进而绑在穿戴者脚部,脚底板(32)与限位环(33)固定连接,脚连接环(39)套在限位环(33)的阶梯外圆上与其转动连接,地面支撑组件由伸缩方管构成,内方管(35)插入外方管(36)里面,内方管(35)里设有第二V形弹簧片(37),第二V形弹簧片(37)的圆柱体卡在内方管(35)和外方管(36)的圆孔内,内方管(35)与环铰块(38)固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种腿部支撑外骨骼,其特征在于,包括坐垫板模块、支撑角度调节模块、人体运动意图感应控制模块和脚部模块;所述坐垫板模块包括符合人体工学的坐垫板(7)、缓冲组件及调长组件,坐垫板(7)呈弧线形,坐垫板(7)上固定有用于固定穿戴者的大腿的大腿绑带(6),坐垫板(7)与位于其底部的转动底板(11)阻尼转动连接,坐垫板(7)与转动底板(11)之间设有缓冲组件,转动底板(11)与第一连杆(3)滑动连接,二者之间设有调长组件,调长组件与长度可调节的柔性带(2)固结,柔性带(2)与腰封(1)连接;所述支撑角度调节模块包括第一连杆(3),第一连杆(3)端部铰接于第二连杆(5),二者可相对旋转,支撑杆(4)分别铰接于第一连杆(3)和棘爪离合组件的滑块(28),彼此间可相对旋转,滑块(28)与棘轨(19)固定连接,棘轨(19)和导向滑块(26)固定连接,滑块(28)内置有直线轴承(29),直线轴承(29)与导向管(31)直接接触,通过轴承盖(30)固定直线轴承(29)和滑块(28),导向管(31)两端插入底座(25)的圆孔内,底座(25)固结在第二连杆(5)上,两个阶梯形状的侧嵌入块(27)分别插入第二连杆(5)的左右侧面的长条形孔内,并与固定座(20)固定连接,固定座(20)固定在第二连杆(5)内部,固定座(20)尺寸大于第二连杆(5)的侧面长条形孔尺寸,从而限制嵌入块(27)和固定座(20)在第二连杆(5)的位置,棘爪(21)通过其中间圆孔与固定座(20)铰接,棘爪(21)一端圆柱体和中间连杆(22)一端圆孔进行铰接,中间连杆(22)与推拉电磁铁(23)的铁芯铰接,推拉电磁铁(23)固结在电磁铁连接座(24)上,电磁铁连接座(24)固结在在固定座(20)上;所述人体运动意图感应控制模块包括设置在第一连杆3U形槽内的倾角传感器(42)和设置在脚底板(32)的足底压力传感器(44),倾角传感器(42)和足底压力传感器(44)均微处理器(43)电连接,微处理器(43)、延时继电器(40)、推拉电磁铁(23)依次电连接,以上元器件均通过锂电池(41)供电;所述脚部模块包括脚连接环(39),以脚连接环(39)作为中介杆,脚连接环(39)铰接于脚底板(32)...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱爱斌申志涛沈皇宋纪元屠尧郑威豪
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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