一种外骨骼助力装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种外骨骼助力装置，包括身体配戴件、控制系统以及两个执行器件，两个执行器件通过身体配戴件连接起来，执行器件包括牵引索、动力部、旋转关节以及支点部件，动力部包括机架以及动力气缸，旋转关节包括上关节部和下关节部，上关节部上部与机架固定连接，上关节部下部与下关节部上部相铰接；控制系统包括控制器、电气比例阀、触发传感器以及角度传感器，电气比例阀与动力气缸连接；触发传感器与控制器连接；所述角度传感器设置于旋转关节上，角度传感器与控制器连接；控制器与电气比例阀连接。本发明专利技术具有人机交互性好、结构灵巧轻便、反应灵敏且易于操作的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种外骨骼助力装置
本专利技术涉及一种外骨骼装置，具体涉及一种外骨骼助力装置。
技术介绍
近年来，穿戴式外骨骼的研究逐渐兴起，目的是将人的灵活性、智慧性与机器强壮性进行有机结合。其主要应用于医疗康复、工业生产、单兵作战等领域。目前已公布的各种人体穿戴式外骨骼系统有很多，其功能包括提高负重行走能力，重型物资搬运助力，人体上、下肢运行障碍康复等，功能多集中于人体助力行走。其共同特点是在动力源的支持下，通过传感器采集人体信号反馈给控制单元，经过控制单元的逻辑处理后，下达指令使动力执行单元完成动作，以实现相应功能。这样会带来下肢运动趋势预测机制设计，机器人控制策略的制定与实施，动力源和轻便、高效的自给能源装置等一系列关键问题。而目前这些有待解决的问题导致人体穿戴式外骨骼系统在实现相应功能的过程中，无法达到其理想的效果，同时昂贵的制造成本也使其仅仅停留在科学研究阶段，无法广泛应用于工业生产中。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种外骨骼助力装置。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种外骨骼助力装置，包括身体配戴件、控制系统以及两个执行器件，两个执行器件通过身体配戴件连接起来，执行器件包括牵引索、动力部、旋转关节以及支点部件，动力部包括机架以及动力气缸，旋转关节包括上关节部和下关节部，上关节部上部与机架固定连接，上关节部下部与下关节部上部相铰接，上关节部中设置有导向轮和副绕线轮，副绕线轮设置于上关节部与下关节部的铰接处上，下关节部中设置有张紧轮以及主缠线轮，支点部件固定于主缠线轮上，牵引索两端分别固定到动力气缸和主缠线轮上，牵引索中部从上往下依次与导向轮、副绕线轮以及张紧轮绕设；控制系统包括控制器、电气比例阀、触发传感器以及角度传感器，电气比例阀与动力气缸连接；触发传感器与控制器连接，当触发传感器被触发时触发传感器向控制器发送启动信号；所述角度传感器设置于旋转关节上，角度传感器与控制器连接，用于检测上关节部与下关节部之间和/或下关节部与支点部件之间的角度变化并将检测到的角度数据发送至控制器；控制器与电气比例阀连接，用于根据接收到的启动信号和角度数据控制电气比例阀的开关和流量。优选的，所述导向轮包括导向轮铰轴、导向轮铰轴螺钉、导向轮主体、导向轮轴承以及两个导向轮套筒，两个导向轮套筒对应于导向轮轴承内圈的两侧设置，导向轮轴承外圈固定于导向轮主体中，导向轮铰轴依次穿过一导向轮套筒、导向轮轴承以及另一导向轮套筒且导向轮铰轴两端伸出于上关节部，导向轮铰轴螺钉锁紧于导向轮铰轴末端的螺孔上使导向轮套筒将导向轮轴承夹紧于导向轮主体中。优选的，所述副绕线轮包括副绕线轮铰轴、副绕线轮主体、副绕线轮轴承、两个副绕线轮套筒以及两个法兰轴承，两法兰轴承外圈分别穿接于上关节部两侧壁上，两个副绕线轮套筒相对的两端面分别对应于副绕线轮轴承的内圈两侧设置，两个副绕线轮套筒另外两端面分别对应于两法兰轴承内圈设置，副绕线轮铰轴依次穿过一法兰轴承、一副绕线轮套筒、副绕线轮轴承、另一副绕线轮套筒以及另一法兰轴承且副绕线轮铰轴两端伸出于上关节部，下关节部铰接于副绕线轮铰轴上。优选的，下关节部上还设置有用于限制上关节部顺时针转动范围的上关节限位杆以及用于限制支点部件逆时针转动的支点部件限位杆，上关节限位杆设置于上关节部顺时针转动的路径上，支点部件限位杆设置于支点部件逆时针转动的路径上。优选的，所述张紧轮包括张紧轮铰轴、张紧轮铰轴螺钉、张紧轮主体、张紧轮轴承以及两个张紧轮套筒，张紧轮轴承外圈固定于张紧轮主体中，两个张紧轮套筒对应于张紧轮轴承内圈的两侧设置，张紧轮轴承外圈固定于张紧轮主体中，张紧轮铰轴依次穿过一张紧轮套筒、张紧轮轴承以及另一张紧轮套筒且张紧轮铰轴两端伸出于下关节部，张紧轮铰轴螺钉锁紧于张紧轮铰轴末端的螺孔上使张紧轮套筒将张紧轮轴承夹紧于张紧轮主体中。优选的，所述主缠线轮包括主缠线轮主体、主缠线轮铰轴、主缠线轮轴承、主缠线轮套筒以及外接固定件，两个主缠线轮套筒对应于主缠线轮轴承内圈的两侧设置，主缠线轮轴承外圈固定于主缠线轮主体中，主缠线轮铰轴依次穿过一主缠线轮套筒、主缠线轮轴承以及另一主缠线轮套筒且主缠线轮铰轴两端伸出于下关节部，外接固定件固定连接于主缠线轮主体上，支点部件固定于外接固定件上。优选的，所述外接固定件包括外接固定块以及两个外接固定板，两个外接固定板固定连接于主缠线轮主体两侧面上，两个外接固定板之间形成安装腔，外接固定块固定设置于安装腔中，外接固定块上纵向开设有铰接孔；所述支点部件包括腿部挡板、支点部件铰接部以及支点部件铰接轴，支点部件铰接部位于腿部挡板上部，支点部件铰接部纵向开设有铰接通孔，支点部件铰接轴穿接于铰接通孔和铰接孔中，腿部挡板下部设置有能与大腿前侧形状相配合的弧面支撑板。优选的，所述两个执行器件左右设置，其中设置在左侧的执行器件的副绕线轮设置于导向轮右下方，张紧轮位于副绕线轮右下方，主缠线轮则在张紧轮的右下方，设置在左侧的执行器件的牵引索从导向轮上方伸入并分别依次绕设到导向轮左下部、副绕线轮下部以及张紧轮右上部上；设置在右侧的执行器件的副绕线轮设置于导向轮左下方，张紧轮位于副绕线轮左下方，主缠线轮则在张紧轮的左下方，设置在左侧的执行器件的牵引索从导向轮上方伸入并分别依次绕设到导向轮右下部、副绕线轮下部以及张紧轮左上部上；所述主缠线轮外圆周面上开设有线槽，线槽的一端部开设有绳索固定孔，牵引索绕设在线槽中且牵引索端部固定于绳索固定孔中。优选的，所述动力气缸包括气动装置以及牵引索收紧机构，牵引索收紧机构包括拉板、锁紧块、内衬套、弹簧、拉板立柱以及导向柱，气动装置和导向柱分别固定于机架上，拉板两端与导向柱连接，牵引索从下往上穿过拉板、拉板立柱、弹簧以及内衬套后固定于锁紧块上，内衬套顶部边缘凸出有凸缘，弹簧套接于拉板立柱和内衬套上，弹簧一端与拉板接触，另一端与凸缘接触，气动装置动力输出端连接到拉板上；角度传感器包括第一角度传感器和第二角度传感器，第一角度传感器与控制器连接，用于检测上关节部与下关节部之间的角度变化并将检测到的角度数据发送至控制器；第二角度传感器与控制器连接，用于检测下关节部与支点部件之间的角度变化并将检测到的角度数据发送至控制器；控制器根据第一角度传感器和第二角度传感器检测到的角度值之和控制电气比例阀的流量；触发传感器为肌电传感器或位移传感器，当触发传感器为位移传感器时，位移传感器用于检测牵引索的位移变化并将位移数据发送至控制器。优选的，所述身体配戴件包括双肩背带、背带连接板、背部弹性拉板、拉板连接座、背板连接座、背部固定板、拉杆以及腰带，双肩背带的两背带下部分别固定连接于两动力部的机架上，双肩背带的两背带上部分别固定于背带连接板上，背带连接板固定于背部弹性拉板上部，背部弹性拉板下部铰接于背部固定板上，拉板连接座设置于背部弹性拉板上，背板连接座固定于背部固定板上，拉杆两端分别铰接在拉板连接座和背板连接座上，背部固定板固定于两动力部的机架上，腰带两侧分别固定于两执行器件的下关节部上。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术具有人机交互性好、结构灵巧轻便、反应灵敏且易于操作的优点，可达到良好的助力效果且能有效提高效率，本专利技术可广泛应用于各领域中，采用气动肌腱能达到安全高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外骨骼助力装置，其特征在于：包括身体配戴件、控制系统以及两个执行器件，两个执行器件通过身体配戴件连接起来，执行器件包括牵引索、动力部、旋转关节以及支点部件，动力部包括机架以及动力气缸，旋转关节包括上关节部和下关节部，上关节部上部与机架固定连接，上关节部下部与下关节部上部相铰接，上关节部中设置有导向轮和副绕线轮，副绕线轮设置于上关节部与下关节部的铰接处上，下关节部中设置有张紧轮以及主缠线轮，支点部件固定于主缠线轮上，牵引索两端分别固定到动力气缸和主缠线轮上，牵引索中部从上往下依次与导向轮、副绕线轮以及张紧轮绕设；控制系统包括控制器、电气比例阀、触发传感器以及角度传感器，电气比例阀与动力气缸连接；触发传感器与控制器连接，当触发传感器被触发时触发传感器向控制器发送启动信号；所述角度传感器设置于旋转关节上，角度传感器与控制器连接，用于检测上关节部与下关节部之间和/或下关节部与支点部件之间的角度变化并将检测到的角度数据发送至控制器；控制器与电气比例阀连接，用于根据接收到的启动信号和角度数据控制电气比例阀的开关和流量。

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼助力装置，其特征在于：包括身体配戴件、控制系统以及两个执行器件，两个执行器件通过身体配戴件连接起来，执行器件包括牵引索、动力部、旋转关节以及支点部件，动力部包括机架以及动力气缸，旋转关节包括上关节部和下关节部，上关节部上部与机架固定连接，上关节部下部与下关节部上部相铰接，上关节部中设置有导向轮和副绕线轮，副绕线轮设置于上关节部与下关节部的铰接处上，下关节部中设置有张紧轮以及主缠线轮，支点部件固定于主缠线轮上，牵引索两端分别固定到动力气缸和主缠线轮上，牵引索中部从上往下依次与导向轮、副绕线轮以及张紧轮绕设；控制系统包括控制器、电气比例阀、触发传感器以及角度传感器，电气比例阀与动力气缸连接；触发传感器与控制器连接，当触发传感器被触发时触发传感器向控制器发送启动信号；所述角度传感器设置于旋转关节上，角度传感器与控制器连接，用于检测上关节部与下关节部之间和/或下关节部与支点部件之间的角度变化并将检测到的角度数据发送至控制器；控制器与电气比例阀连接，用于根据接收到的启动信号和角度数据控制电气比例阀的开关和流量。2.根据权利要求1所述的外骨骼助力装置，其特征在于：所述导向轮包括导向轮铰轴、导向轮铰轴螺钉、导向轮主体、导向轮轴承以及两个导向轮套筒，两个导向轮套筒对应于导向轮轴承内圈的两侧设置，导向轮轴承外圈固定于导向轮主体中，导向轮铰轴依次穿过一导向轮套筒、导向轮轴承以及另一导向轮套筒且导向轮铰轴两端伸出于上关节部，导向轮铰轴螺钉锁紧于导向轮铰轴末端的螺孔上使导向轮套筒将导向轮轴承夹紧于导向轮主体中。3.根据权利要求1或2所述的外骨骼助力装置，其特征在于：所述副绕线轮包括副绕线轮铰轴、副绕线轮主体、副绕线轮轴承、两个副绕线轮套筒以及两个法兰轴承，两法兰轴承外圈分别穿接于上关节部两侧壁上，两个副绕线轮套筒相对的两端面分别对应于副绕线轮轴承的内圈两侧设置，两个副绕线轮套筒另外两端面分别对应于两法兰轴承内圈设置，副绕线轮铰轴依次穿过一法兰轴承、一副绕线轮套筒、副绕线轮轴承、另一副绕线轮套筒以及另一法兰轴承且副绕线轮铰轴两端伸出于上关节部，下关节部铰接于副绕线轮铰轴上。4.根据权利要求1所述的外骨骼助力装置，其特征在于：下关节部上还设置有用于限制上关节部顺时针转动范围的上关节限位杆以及用于限制支点部件逆时针转动的支点部件限位杆，上关节限位杆设置于上关节部顺时针转动的路径上，支点部件限位杆设置于支点部件逆时针转动的路径上。5.根据权利要求1所述的外骨骼助力装置，其特征在于：所述张紧轮包括张紧轮铰轴、张紧轮铰轴螺钉、张紧轮主体、张紧轮轴承以及两个张紧轮套筒，张紧轮轴承外圈固定于张紧轮主体中，两个张紧轮套筒对应于张紧轮轴承内圈的两侧设置，张紧轮轴承外圈固定于张紧轮主体中，张紧轮铰轴依次穿过一张紧轮套筒、张紧轮轴承以及另一张紧轮套筒且张紧轮铰轴两端伸出于下关节部，张紧轮铰轴螺钉锁紧于张紧轮铰轴末端的螺孔上使张紧轮套筒将张紧轮轴承夹紧于张紧轮主体中。6.根据权利要求1或5所述的外骨骼助力装置，其特征在于：所述主缠线轮包括主缠线轮主体、主缠线轮铰轴、主缠线轮轴承、主缠线轮套筒以及外接固定件，两个主缠线轮套筒对应于主缠线轮轴承内圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈盛官，尹鹏，王圣杰，刘汉语，李小强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44