单驱动联动式下肢助力外骨骼，涉及一种用于助力行走的下肢外骨骼，以解决现有的外骨骼设计基本上都采取电机或者液压对髋关节，膝关节进行独立控制的问题。本发明专利技术包括背部模块、两个腰部模块、两个大腿和两个小腿，两个腰部模块设置在背部模块的两端，且腰部模块上的大腿驱动链轮和第三曲柄由里至外依次安装在背部模块上的万向联轴器的输出轴上，一个腰部模块对应一个大腿和一个小腿，且大腿上的调整外侧板和调整内侧板的前端均与腰部模块上的双排链轮的中心轴铰接，小腿上的两个吊耳均与大腿上的连接轴铰接。本发明专利技术用于助老助残，医疗康复等。
【技术实现步骤摘要】
单驱动联动式下肢助力外骨骼
本专利技术涉及一种用于助力行走的下肢外骨骼，具体涉及一种单驱动联动式下肢助力外骨骼。
技术介绍
目前，外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，具有广泛的应用前景，如助老助残，医疗康复，工业生产，地震救援，单兵作战等领域。一般的助力外骨骼具有以下特点:可以检测人体的运动意图；和人体类似的关节自由度和关节转动空间；具有必要的关节主动驱动以辅助出力；自带控制系统和能源系统；具有一定的安全防护机制。 助力外骨骼按照动力传递的目的，可分为两种情况:外骨骼带动人体运动和人体带动外骨骼运动，其主要区别体现在“人-机”连接信息交互装置的设计和系统控制策略的制定上。 对于助老助残或医疗康复领域，外骨骼的目的是辅助人体自身肌肉的运动，以达到帮助老人抬腿，或帮助病人做肌肉功能恢复训练等目的。需要外骨骼设定好各关节的运动规划，或检测人体的肌电信号、肢体运动方向等方法判断人体的运动意图，带动穿戴者运动，此时人体和外骨骼之间需要动力的传递，因此“人-机”之间紧密固连； 对于工业生产，地震救援或单兵作战等应用领域，面对的是正常的健康工人或消防战士，外骨骼的目的不是辅助人体自身肌肉的运动，而是增强放大人体的出力效果，此时，人机连接机制的设计中，“人-机”之间需要传递的不是动力，而仅仅是检测到的人体运动信息。此时，“人-机”之间的捆绑连接是一种弹性连接，传递的是微小的交互力信息。 在关节的自由度设计方面，人体下肢中的髋关节，踝关节可以近似为球面低副，具有3个自由度；膝关节可以近似为转动副，具有I个自由度；脚掌在蹬地的时候，脚掌前段具有一定的弯曲，也应视为转动副；人体的腰部，在行走的过程中，可以左右侧向弯曲，向前弯腰，或上体转动，因此，腰部也具有3个自由度。因此，针对下肢助力外骨骼机器人，若完全按照人体的运动特点来进行仿生学设计，共需19个自由度，对于结构设计，驱动设计较为复杂，信息监测系统及控制系统也较为困难。因此，必须要简化处理，设计的自由度可分为主动驱动自由度，被动自由度，辅助自由度。以往的相关专利技术专利中，大多数是对髋关节，膝关节，踝关节进行高副低化，对腰部的自由度考虑的较少。一般的下肢助力机器人，都是重点考虑人体的主要处理环节，只在髋关节的伸展/弯曲、膝关节的伸展/弯曲、踝关节的伸展/弯曲3个自由度上施加驱动。常用的驱动方式有电机驱动，液压驱动，人工肌肉气动驱动等方式。 现有的外骨骼设计基本上都采取电机或者液压对髋关节，膝关节进行独立控制，实现外骨骼机构的高自由度，高适应性。但是不同的人群对外骨骼的需求有所不同，所以高适应性会带来的功能浪费，不能很好的降低成本。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的外骨骼设计基本上都采取电机或者液压对髋关节，膝关节进行独立控制，实现外骨骼机构的高自由度，高适应性，但是不同的人群对外骨骼的需求有所不同，所以高适应性会带来的功能浪费和成本高的问题，而提供一种单驱动联动式下肢助力外骨骼。 本专利技术包括背部模块、两个腰部模块、两个大腿和两个小腿， 背部模块包括锂电池、槽板、滑动件、靠背板、前挡板、后挡板、电机、减速器、右侧背部连接件、电机座、右轴、右基座、主动齿轮、被动齿轮、左基座、胀套、连轴套筒、左轴、左侧背部连接件、主板、左连接板、右连接板、两个挡块、两个轴承和两个万向联轴器，锂电池和电机座固装在主板的上端面上，锂电池与电机座通过导线连接，减速器固装在电机座上，减速器的输入端与电机连接，主动齿轮固装在减速器的输出轴上，被动齿轮与主动齿轮啮合，被动齿轮通过胀套固装在连轴套筒上，连轴套筒的两端分别支撑在左基座和右基座上，左基座和右基座均与主板的下端面固定连接，左轴的输入端与连轴套筒连接，左轴的输出端与两个万向联轴器中的一个连接，右轴的输入端与连轴套筒连接，右轴的输出端与两个万向联轴器中余下的一个连接，左端的万向联轴器与连轴套筒之间设置有左侧背部连接件，且左侧背部连接件通过两个轴承中的一个铰接在左轴上，左端的万向联轴器与连轴套筒之间设置有右侧背部连接件，且右侧背部连接件通过两个轴承中余下的一个铰接在右轴上，左侧背部连接件的上端面前后边缘处各设有数个左通孔，右侧背部连接件的上端面前后边缘处各设有数个右通孔，主板上设有与数个右通孔一一正对的数个连接板安装孔，主板上设有与数个左通孔一一正对的第一长孔，槽板通过前挡板和后挡板与主板扣合设置，两个挡块以槽板的横向中心线对称设置，两个挡块之间为滑槽，滑动件设置在滑槽中，滑动件上与槽板接触的端面上设有两个第二长孔，槽板上设有与两个第二长孔正对的数个滑动件螺纹孔，靠背板设置在槽板的前面，靠背板的上端与滑动件固定连接，左连接板设置在左侧背部连接件的下面， 左连接板上设有与数个左通孔一一正对的数个左螺纹孔，右连接板设置在右侧背部连接件的下面，右连接板上设有与数个右通孔一一正对的数个右螺纹孔，左连接板与左侧背部连接件和主板通过连件元件连接，右连接板与右侧背部连接件和主板通过连件元件连接， 每个腰部模块包括主体、大腿驱动链轮、第三曲柄、第一连杆、控制系统、双排链轮、连接件、副体、控制器、手摇轮和连接块，主体设置在副体的后面，大腿驱动链轮和第三曲柄同轴设置，且大腿驱动链轮设置在主体内，第三曲柄设置在主体外，第一连杆的一端通过连接块与第三曲柄铰接，第一连杆的另一端通过销轴与连接件铰接，双排链轮上中心轴的一端通过轴承铰接在连接件上，双排链轮上中心轴的另一端通过轴承与副体铰接，双排链轮上的输入链轮通过链条与大腿驱动链轮连接，手摇轮安装在双排链轮的中心轴上，控制器安装在副体上，控制器通过导线与电机连接， 每个大腿包括调整上板、调整下板、调整外侧板、调整内侧板、大腿内侧板、大腿外侧板、大腿上板、大腿下板、内侧滑块、外侧滑块、滑动链轮、被动链轮、推盘、张紧链轮、曲柄、摇杆、小腿连接件、连接轴、阶梯圆柱、连接销、两个大腿绑块座、四个连接螺栓、四个大腿绑块、四个大腿销钉，调整上板与调整下板平行设置，调整外侧板与调整内侧板平行设置，调整上板、调整下板、调整外侧板和调整内侧板构成第一矩形筒体，调整外侧板的上端设有外侧连接吊板，外侧连接吊板上设有连接孔，调整内侧板C4的上端设有内侧连接吊板，大腿内侧板与大腿外侧板平行设置，大腿上板与大腿下板平行设置，大腿内侧板、大腿外侧板、大腿上板和大腿下板构成第二矩形筒体，第二矩形筒体设置在第一矩形筒体的下方，第二矩形筒体与第一矩形筒体通过连接元件连接，被动链轮设置在第二矩形筒体内且位于第二矩形筒体的下方，被动链轮的中心轴两端分别通过轴承支撑在大腿内侧板和大腿外侧板上，大腿内侧板的内壁沿横向设有第一滑槽，第一滑槽位于被动链轮的上方，大腿外侧板的内壁沿横向设有与第一滑槽正对的第二滑槽，内侧滑块与第一滑槽滑动连接，外侧滑块与第二滑槽滑动连接，滑动链轮设置在内侧滑块与外侧滑块之间，滑动链轮的中心轴两端分别支撑在内侧滑块和外侧滑块中，推盘设置在大腿外侧板的外壁上，且推盘通过连接螺栓与外侧滑块连接，大腿外侧板上沿横向平行设有两个第四长孔，且两个第四长孔与连接螺栓正对，张紧链轮设置在被动链轮的上方，且张紧链轮的中心轴两端分别通过轴承支撑在大腿内侧板和大腿外侧板上，曲柄的一端与被动链轮的中心轴铰接，曲柄的另一端本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单驱动联动式下肢助力外骨骼，其特征在于：所述单驱动联动式下肢助力外骨骼包括背部模块(A)、两个腰部模块(B)、两个大腿(C)和两个小腿(D)，背部模块(A)包括锂电池(A1)、槽板(A2)、滑动件(A4)、靠背板(A5)、前挡板(A6)、后挡板(A7)、电机(A8)、减速器(A9)、右侧背部连接件(A10)、电机座(A12)、右轴(A13)、右基座(A14)、主动齿轮(A15)、被动齿轮(A16)、左基座(A19)、胀套(A17)、连轴套筒(A18)、左轴(A20)、左侧背部连接件(A21)、主板(A22)、左连接板(A24)、右连接板(A25)、两个挡块(A3)、两个轴承(A11)和两个万向联轴器(A23)，锂电池(A1)和电机座(A12)固装在主板(A22)的上端面上，锂电池(A1)与电机座(A12)通过导线连接，减速器(A9)固装在电机座(A12)上，减速器(A9)的输入端与电机(A8)连接，主动齿轮(A15)固装在减速器(A9)的输出轴上，被动齿轮(A16)与主动齿轮(A15)啮合，被动齿轮(A16)通过胀套(A17)固装在连轴套筒(A18)上，连轴套筒(A18)的两端分别支撑在左基座(A19)和右基座(A14)上，左基座(A19)和右基座(A14)均与主板(A22)的下端面固定连接，左轴(A20)的输入端与连轴套筒(A18)连接，左轴(A20)的输出端与两个万向联轴器(A23)中的一个连接，右轴(A13)的输入端与连轴套筒(A18)连接，右轴(A13)的输出端与两个万向联轴器(A23)中余下的一个连接，左端的万向联轴器(A23)与连轴套筒(A18)之间设置有左侧背部连接件(A21)，且左侧背部连接件(A21)通过两个轴承(A11)中的一个铰接在左轴(A20)上，左端的万向联轴器(A23)与连轴套筒(A18)之间设置有右侧背部连接件(A10)，且右侧背部连接件(A10)通过两个轴承(A11)中余下的一个铰接在右轴(A13)上，左侧背部连接件(A21)的上端面前后边缘处各设有数个左通孔(A21‑1)，右侧背部连接件(A10)的上端面前后边缘处各设有数个右通孔(A10‑1)，主板(A22)上设有与数个右通孔(A10‑1)一一正对的数个连接板安装孔(A22‑1)，主板(A22)上设有与数个左通孔(A21‑1)一一正对的第一长孔(A22‑2)，槽板(A2)通过前挡板(A6)和后挡板(A7)与主板(A22)扣合设置，两个挡块(A3)以槽板(A2)的横向中心线(N‑N)对称设置，两个挡块(A3)之间为滑槽(A26)，滑动件(A4)设置在滑槽(A26)中，滑动件(A4)上与槽板(A2)接触的端面上设有两个第二长孔(A4‑1)，槽板(A2)上设有与两个第二长孔(A4‑1)正对的数个滑动件螺纹孔(A2‑1)，靠背板(A5)设置在槽板(A2)的前面，靠背板(A5)的上端与滑动件(A4)固定连接，左连接板(A24)设置在左侧背部连接件(A21)的下面，左连接板(A24)上设有与数个左通孔(A21‑1)一一正对的数个左螺纹孔(A24‑1)，右连接板(A25)设置在右侧背部连接件(A10)的下面，右连接板(A25)上设有与数个右通孔(A10‑1)一一正对的数个右螺纹孔(A25‑1)，左连接板(A24)与左侧背部连接件(A21)和主板(A22)通过连件元件连接，右连接板(A25)与右侧背部连接件(A10)和主板(A22)通过连件元件连接，每个腰部模块(B)包括主体(B1)、大腿驱动链轮(B2)、第三曲柄(B3)、第一连杆(B4)、控制系统(B4)、双排链轮(B5)、连接件(B6)、副体(B7)、控制器(B8)、手摇轮(A12)和连接块(B13)，主体(B1)设置在副体(B7)的后面，大腿驱动链轮(B2)和第三曲柄(B3)同轴设置，且大腿驱动链轮(B2)设置在主体(B1)内，第三曲柄(B3)设置在主体(B1)外，第一连杆(B4)的一端通过连接块(B13)与第三曲柄(B3)铰接，第一连杆(B4)的另一端通过销轴与连接件(B6)铰接，双排链轮(B5)上中心轴(B5‑1)的一端通过轴承铰接在连接件(B6)上，双排链轮(B5)上中心轴(B5‑1)的另一端通过轴承与副体(B7)铰接，双排链轮(B5)上的输入链轮通过链条与大腿驱动链轮(B2)连接，手摇轮(A12)安装在双排链轮(B5)的中心轴(B5‑1)上，控制器(B8)安装在副体(B7)上，控制器(B8)通过导线与电机(A8)连接，每个大腿(C)包括调整上板(C1)、调整下板(C2)、调整外侧板(C3)、调整内侧板(C4)、大腿内侧板(C5)、大腿外侧板(C6)、大腿上板(C7)、大腿下板(C8)、内侧滑块(C9)、外侧滑块(C10)、滑动链轮(C11)、被动链轮(C12)、推盘(C13)、张紧链轮(C...
【技术特征摘要】
1.一种单驱动联动式下肢助力外骨骼，其特征在于:所述单驱动联动式下肢助力外骨骼包括背部模块(A)、两个腰部模块(B)、两个大腿(C)和两个小腿(D)， 背部模块(A)包括锂电池(Al)、槽板(A2)、滑动件(A4)、靠背板(A5)、前挡板(A6)、后挡板(A7)、电机(A8)、减速器(A9)、右侧背部连接件(AlO)、电机座(Al2)、右轴(Al3)、右基座(A14)、主动齿轮(A15)、被动齿轮(A16)、左基座(A19)、胀套(A17)、连轴套筒(A18)、左轴(A20)、左侧背部连接件(A21)、主板(A22)、左连接板(A24)、右连接板(A25)、两个挡块(A3)、两个轴承(All)和两个万向联轴器(A23)，锂电池(Al)和电机座(A12)固装在主板(A22)的上端面上，锂电池(Al)与电机座(A12)通过导线连接，减速器(A9)固装在电机座(Al2)上，减速器(A9)的输入端与电机(A8)连接，主动齿轮(A15)固装在减速器(A9)的输出轴上，被动齿轮(A16)与主动齿轮(A15)啮合，被动齿轮(A16)通过胀套(A17)固装在连轴套筒(A18)上，连轴套 筒(A18)的两端分别支撑在左基座(A19)和右基座(A14)上，左基座(A19)和右基座(A14)均与主板(A22)的下端面固定连接，左轴(A20)的输入端与连轴套筒(A18)连接，左轴(A20)的输出端与两个万向联轴器(A23)中的一个连接，右轴(A13)的输入端与连轴套筒(A18)连接，右轴(A13)的输出端与两个万向联轴器(A23)中余下的一个连接，左端的万向联轴器(A23)与连轴套筒(A18)之间设置有左侧背部连接件(A21)，且左侧背部连接件(A21)通过两个轴承(All)中的一个铰接在左轴(A20)上，左端的万向联轴器(A23)与连轴套筒(A18)之间设置有右侧背部连接件(AlO)，且右侧背部连接件(AlO)通过两个轴承(All)中余下的一个铰接在右轴(A13)上，左侧背部连接件(A21)的上端面前后边缘处各设有数个左通孔(A21-1)，右侧背部连接件(AlO)的上端面前后边缘处各设有数个右通孔(A10-1)，主板(A22)上设有与数个右通孔(A10-1) —一正对的数个连接板安装孔(A22-1)，主板(A22)上设有与数个左通孔(A21-1)——正对的第一长孔(A22-2)，槽板(A2)通过前挡板(A6)和后挡板(A7)与主板(A22)扣合设置，两个挡块(A3)以槽板(A2)的横向中心线(N-N)对称设置，两个挡块(A3)之间为滑槽(A26)，滑动件(A4)设置在滑槽(A26)中，滑动件(A4)上与槽板(A2)接触的端面上设有两个第二长孔(A4-1)，槽板(A2)上设有与两个第二长孔(A4-1)正对的数个滑动件螺纹孔(A2-1)，靠背板(A5)设置在槽板(A2)的前面，靠背板(A5)的上端与滑动件(A4)固定连接，左连接板(A24)设置在左侧背部连接件(A21)的下面，左连接板(A24)上设有与数个左通孔(A21-1) —一正对的数个左螺纹孔(A24-1)，右连接板(A25)设置在右侧背部连接件(AlO)的下面，右连接板(A25)上设有与数个右通孔(A10-1) —一正对的数个右螺纹孔(A25-1)，左连接板(A24)与左侧背部连接件(A21)和主板(A22)通过连件元件连接，右连接板(A25)与右侧背部连接件(AlO)和主板(A22)通过连件元件连接， 每个腰部模块(B)包括主体(BI)、大腿驱动链轮(B2)、第三曲柄(B3)、第一连杆(B4)、控制系统(B4)、双排链轮(B5)、连接件(B6)、副体(B7)、控制器(B8)、手摇轮(Al2)和连接块(B13)，主体(BI)设置在副体(B7)的后面，大腿驱动链轮(B2)和第三曲柄(B3)同轴设置，且大腿驱动链轮(B2)设置在主体(BI)内，第三曲柄(B3)设置在主体(BI)外，第一连杆(B4)的一端通过连接块(B13)与第三曲柄(B3)铰接，第一连杆(B4)的另一端通过销轴与连接件(B6)铰接，双排链轮(B5)上中心轴(B5-1)的一端通过轴承铰接在连接件(B6)上，双排链轮(B5)上中心轴(B5-1)的另一端通过轴承与副体(B7)铰接，双排链轮(B5)上的输入链轮通过链条与大腿驱动链轮(B2)连接，手摇轮(A12)安装在双排链轮(B5)的中心轴(B5-1)上，控制器(B8)安装在副体(B7)上，控制器(B8)通过导线与电机(A8)连接，每个大腿(C)包括调整上板(Cl)、调整下板(C2)、调整外侧板(C3)、调整内侧板(C4)、大腿内侧板(C5)、大腿外侧板(C6)、大腿上板(C7)、大腿下板(CS)、内侧滑块(C9)、外侧滑块(C1)、滑动链轮(C11)、被动链轮(C12)、推盘(C13)、张紧链轮(C15)、曲柄(C16)、摇杆(C17)、小腿连接件(C18)、连接轴(C19)、阶梯圆柱(C26)、连接销(C27)、两个大腿绑块座(C20)、四个连接螺栓(C14)、四个大腿绑块(C21)、四个大腿销钉(C22)，调整上板(Cl)与调整下板(C2)平行设置，调整外侧板(C3)与调整内侧板(C4)平行设置，调整上板(Cl)、调整下板(C2)、调整外侧板(C3)和调整内侧板(C4)构成第一矩形筒体，调整外侧板(...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱延河，赵杰，蔡雪风，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。