一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼制造技术

本发明专利技术公开了一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼，包括一个座椅机构、两个滑块机构和两个腿部机构；两个腿部机构与各自的滑块机构固定连接；两个滑块机构安装于座椅机构上，座椅机构能够相对于滑块机构滑动；腿部机构包括大腿板、腿部驱动机构、小腿传动机构、小腿杆、同步带、棘爪控制器、棘爪轴、小腿胫连接件、脚支架垫片、脚支架连接销轴、脚支架、脚连接件销轴、脚支架轴套和棘爪；腿部驱动机构包括力矩电机、电机台、谐波减速器、带轮轴承端盖、减速器法兰、单向轴承、第一同步带轮和电机轴套；小腿传动机构包括大小腿连接件、第二同步带轮、棘轮和阶梯轴。该外骨骼传动结构简单，易于控制，通配性好，稳定性强。

【技术实现步骤摘要】
一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼
本专利技术涉及助力机器人领域，具体是一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼。
技术介绍
随着科技的进步，外骨骼机器人的作用越来越明显，尤其是在民用医疗和军事领域。其作为一种为人体提供力量的辅助设备，发展前景可观。如在生产车间里的站立作业、弯腰作业，或者使用楼梯进行送货工作方面，通过下肢外骨骼可以达到减轻腿部负担和减少劳累的作用。现有的外骨骼机器人多采用拟人设计，虽然能满足助力行走的需求，但很难与人体形成良好的耦合，或者穿戴后与人体之间的捆绑会对人体造成二次伤害。同时传动结构复杂，加工制造、装配、控制和维修不便，通配性差。申请号201710346504.2的文献公开了一种适于医疗康复、矫正或训练使用的助力行走机器人，该机器人的下肢结构和传动复杂，控制难度大。申请号201710334755.9的文献公开了一种基于步态相位自解锁的被动式体重支撑外骨骼装置，该机器人的下肢结构简单但需要与人体进行绑缚，不能与人体形成良好的耦合。
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，提供一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼，其特征在于该外骨骼包括一个座椅机构、两个滑块机构和两个腿部机构；两个腿部机构与各自的滑块机构固定连接；两个滑块机构安装于座椅机构上，座椅机构能够相对于滑块机构滑动；所述腿部机构包括大腿板、腿部驱动机构、小腿传动机构、小腿杆、同步带、棘爪控制器、棘爪轴、小腿胫连接件、脚支架垫片、脚支架连接销轴、脚支架、脚连接件销轴、脚支架轴套和棘爪；所述腿部驱动机构包括力矩电机、电机台、谐波减速器、带轮轴承端盖、减速器法兰、单向轴承、第一同步带轮和电机轴套；所述小腿传动机构包括大小腿连接件、第二同步带轮、棘轮和阶梯轴；所述大腿板与滑块机构固定连接；谐波减速器和电机台固定于大腿板的后端外侧，力矩电机与电机台固定连接；电机轴套的内圈固定在力矩电机的输出轴上，电机轴套的外圈固定在谐波减速器的输入端上，谐波减速器的输出端固定连接有减速器法兰；所述减速器法兰的输出轴穿出大腿板，与单向轴承的内圈固定连接，单向轴承的外圈与第一同步带轮固定连接；带轮轴承端盖与第一同步带轮固定连接；大腿板的前端通过滚动轴承安装有阶梯轴；阶梯轴的两端分别固定安装有棘轮和第二同步带轮，棘轮位于大腿板外侧，第二同步带轮位于大腿板内侧；大腿板的前端外侧通过滚动轴承安装有棘爪轴，棘爪轴上固定安装有棘爪，与棘轮配合，通过棘爪控制器实现接触和断开；所述第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带连接；所述大小腿连接件与第二同步带轮固定连接，大小腿连接件的下端与小腿杆固定连接；小腿杆与小腿胫连接件的上端固定连接；小腿胫连接件的下端与脚支架连接销轴的上端间隙配合连接，两者可相对转动；所述脚支架的上端与脚支架连接销轴的下端间隙配合连接，两者可相对转动。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)本外骨骼采用非拟人设计，使用简便，不需要将外骨骼捆绑在人体上，只需使用者的裆部坐于座椅机构上，胯部前后位置分别倚靠在座椅机构上，双脚固定在两个脚支架上即可，能够与人体形成良好的耦合，避免穿戴式外骨骼与人体之间的捆绑对人体造成二次伤害。(2)电机提供动力，通过带轮和同步带就能为人体提供助力，棘轮和棘爪用于制动，制动后人可以坐在外骨骼上休息。该传动结构简单，易于控制，通配性好，稳定性强。(3)本外骨骼工作后能有效减轻人体下肢的负重，通过对人体部分体重进行支撑来减少下肢各关节和肌肉的负载，有效减轻和预防下肢关节疾病。附图说明图1为本专利技术一种实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术一种实施例的腿部机构轴测示意图；图3为本专利技术一种实施例的腿部机构内侧示意图；图4为本专利技术一种实施例的腿部机构外侧示意图；图5为本专利技术一种实施例的大腿驱动原理示意图；图6为本专利技术一种实施例的小腿传动原理示意图；图7为本专利技术图3的局部放大示意图；图8为本专利技术一种实施例的脚支架连接销轴示意图；图9为本专利技术一种实施例的脚连接件销轴示意图。(图中：1、座椅机构；2、滑块机构；3、腿部机构；31、大腿板；32、腿部驱动机构；33、小腿传动机构；34、小腿杆；35、同步带；36、棘爪控制器；37、棘爪轴；38、小腿胫连接件；39、脚支架垫片；310、脚支架连接销轴；311、脚支架；312、脚连接件销轴；313、脚支架轴套；314、顶丝；315、棘爪；321、力矩电机；322、电机台；323、电机支撑柱；324、谐波减速器；325、带轮轴承端盖；326、减速器法兰；327、垫片；328、单向轴承；329、第一同步带轮；3210、电机轴套；331、大小腿连接件；332、第二同步带轮；333、轴承端盖；334、轴套；335、棘轮；336、阶梯轴)具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请权利要求的保护范围。本专利技术提供了一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼(简称外骨骼，参见图1-9)，其特征在于该外骨骼包括一个座椅机构1、两个滑块机构2和两个腿部机构3；两个腿部机构3与各自的滑块机构2固定连接；两个滑块机构2安装于座椅机构1底部上，座椅机构能够相对于滑块机构2滑动；所述腿部机构3包括大腿板31、腿部驱动机构32、小腿传动机构33、小腿杆34、同步带35、棘爪控制器36、棘爪轴37、小腿胫连接件38、脚支架垫片39、脚支架连接销轴310、脚支架311、脚连接件销轴312、脚支架轴套313和棘爪315；所述腿部驱动机构32包括力矩电机321、电机台322、电机支撑柱323、谐波减速器324、带轮轴承端盖325、减速器法兰326、垫片327、单向轴承328、第一同步带轮329和电机轴套3210；所述小腿传动机构33包括大小腿连接件331、第二同步带轮332、轴承端盖333、轴套334、棘轮335和阶梯轴336；所述大腿板31通过螺栓与滑块机构2固定连接；谐波减速器324和电机台322通过螺钉固定于大腿板31的后端外侧，谐波减速器324通过电机支撑柱323与电机台322进行轴向定位，力矩电机321通过螺钉与电机台322固定连接；电机轴套3210的内圈通过键固定在力矩电机321的输出轴上，电机轴套3210的外圈通过键固定在谐波减速器324的输入端上，谐波减速器324的柔轮输出端固定连接有减速器法兰326，力矩电机321、电机台322、电机轴套3210、谐波减速器324和减速器法兰326均同轴；所述减速器法兰326的输出轴穿出大腿板31，通过键与单向轴承328的内圈固定连接，单向轴承328的外圈通过键与第一同步带轮329固定连接；垫片327和螺母对单向轴承328轴向定位；带轮轴承端盖325通过螺钉与第一同步带轮329固定连接，将单向轴承328固定在第一同步带轮329中；大腿板31的前端通过滚动轴承安装有阶梯轴336，轴承端盖333固定滚动轴承的外圈，轴套334固定滚动轴承的内圈；阶梯轴336的两端通过键分别固定安装有棘轮335和第二同步带轮332，棘轮335位于大腿板31外侧，第二同步带轮332位于大腿板31内侧，通过键实现棘轮335和第二同步带轮332的周向定位，通过螺母实现棘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼，其特征在于该外骨骼包括一个座椅机构、两个滑块机构和两个腿部机构；两个腿部机构与各自的滑块机构固定连接；两个滑块机构安装于座椅机构上，座椅机构能够相对于滑块机构滑动；所述腿部机构包括大腿板、腿部驱动机构、小腿传动机构、小腿杆、同步带、棘爪控制器、棘爪轴、小腿胫连接件、脚支架垫片、脚支架连接销轴、脚支架、脚连接件销轴、脚支架轴套和棘爪；所述腿部驱动机构包括力矩电机、电机台、谐波减速器、带轮轴承端盖、减速器法兰、单向轴承、第一同步带轮和电机轴套；所述小腿传动机构包括大小腿连接件、第二同步带轮、棘轮和阶梯轴；所述大腿板与滑块机构固定连接；谐波减速器和电机台固定于大腿板的后端外侧，力矩电机与电机台固定连接；电机轴套的内圈固定在力矩电机的输出轴上，电机轴套的外圈固定在谐波减速器的输入端上，谐波减速器的输出端固定连接有减速器法兰；所述减速器法兰的输出轴穿出大腿板，与单向轴承的内圈固定连接，单向轴承的外圈与第一同步带轮固定连接；带轮轴承端盖与第一同步带轮固定连接；大腿板的前端通过滚动轴承安装有阶梯轴；阶梯轴的两端分别固定安装有棘轮和第二同步带轮，棘轮位于大腿板外侧，第二同步带轮位于大腿板内侧；大腿板的前端外侧通过滚动轴承安装有棘爪轴，棘爪轴上固定安装有棘爪，与棘轮配合，通过棘爪控制器实现接触和断开；所述第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带连接；所述大小腿连接件与第二同步带轮固定连接，大小腿连接件的下端与小腿杆固定连接；小腿杆与小腿胫连接件的上端固定连接；小腿胫连接件的下端与脚支架连接销轴的上端间隙配合连接，两者可相对转动；所述脚支架的上端与脚支架连接销轴的下端间隙配合连接，两者可相对转动。...

【技术特征摘要】
1.一种非拟人的体重支撑型下肢助力外骨骼，其特征在于该外骨骼包括一个座椅机构、两个滑块机构和两个腿部机构；两个腿部机构与各自的滑块机构固定连接；两个滑块机构安装于座椅机构上，座椅机构能够相对于滑块机构滑动；所述腿部机构包括大腿板、腿部驱动机构、小腿传动机构、小腿杆、同步带、棘爪控制器、棘爪轴、小腿胫连接件、脚支架垫片、脚支架连接销轴、脚支架、脚连接件销轴、脚支架轴套和棘爪；所述腿部驱动机构包括力矩电机、电机台、谐波减速器、带轮轴承端盖、减速器法兰、单向轴承、第一同步带轮和电机轴套；所述小腿传动机构包括大小腿连接件、第二同步带轮、棘轮和阶梯轴；所述大腿板与滑块机构固定连接；谐波减速器和电机台固定于大腿板的后端外侧，力矩电机与电机台固定连接；电机轴套的内圈固定在力矩电机的输出轴上，电机轴套的外圈固定在谐波减速器的输入端上，谐波减速器的输出端固定连接有减速器法兰；所述减速器法兰的输出轴穿出大腿板，与单向轴承的内圈固定连接，单向轴承的外圈与第一同步带轮固定连接；带轮轴承端盖与第一同步带轮固定连接；大腿板的前端通过滚动轴承安装有阶梯轴；阶梯轴的两端分别固定安装有棘轮和第二同步带轮，棘轮位于大腿板外侧，第二同步带轮位于大腿板内侧；大腿板的前端外侧通过滚动轴承安装有棘爪轴，棘爪轴上固定安装有棘爪，与棘轮配合，通过棘爪控制器实现接触和断开；所述第一同步带轮与第二同步带轮通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵亮，赵梓煊，李利涛，李政琨，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12