具有能量回收功能的轻量化助行装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种具有能量回收功能的轻量化助行装置，属于辅助行走技术领域。脚掌与踝关节模块连接，踝关节模块通过小腿杆与膝关节模块连接，膝关节模块通过大腿杆与髋关节模块连接，两侧髋关节模块通过腰部连接件连接。脚掌设有四个压力传感器，踝关节模块设有踝关节角度传感器。腰部与腰部连接件通过螺栓连接。能量回收结构由超级电容器与蓄电池组构成，采用超级电容器用于存储伺服电机处于发电状态时产生的能量，同时将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。优点在于：体积小，重量轻，易携带，助行性良好，实用性强，适用于具有一定主动运动能力但行走较困难的患者以及老年人使用。

Lightweight walking aid with energy recovery function

The invention relates to a lightweight walking aid device with energy recovery function, belonging to the technical field of assistant walking. The ankle joint module is connected with the ankle joint module, the ankle joint module is connected with the knee joint module through the leg bar, the knee joint module is connected with the hip joint module through the thigh bar, and the hip joint module on both sides is connected with the waist joint. The foot is equipped with four pressure sensors, and the ankle joint module has an ankle angle sensor. The waist and waist connections are connected by bolts. The energy recovery structure is composed of supercapacitors and batteries. The supercapacitors are used to store the energy generated by the servo motor when it is in the power generation state. At the same time, the gravity potential generated by walking can generate electricity by driving the servo motor to reverse, so as to recharge the batteries to achieve energy recovery. Advantages are: small size, light weight, easy to carry, good walkability, strong practicability, suitable for patients with certain active motor ability but difficult to walk and the elderly.

【技术实现步骤摘要】
具有能量回收功能的轻量化助行装置
本专利技术涉及辅助行走
，特别涉及一种具有能量回收功能且可实现主动助行的轻量化下肢康复装置，尤指一种具有能量回收功能的轻量化助行装置。
技术介绍
目前，下肢助行外骨骼装置可穿戴于人体并与人同步运动，在步行移动中跟随检测人体运动信息并主动提供驱动力，以帮助患者正常行走并进行康复训练，或帮助穿戴者完成较长时间的行走，减轻穿戴者的疲劳。随着科技的发展，便携式的下肢康复训练产品越来越多，对产品自身的重量有着较高的要求，同样对供电系统在电池容量、充电技术上都有越来越高的标准，对电池供电的持久性有很高的要求，现有电池技术的不足导致充电频繁，这大大限制了这类康复设备使用的便捷性。同时，可穿戴设备的普及也造成了巨大的能量需求，对能源和环境威胁日益严重。因此，十分有必要提出一种轻量化、便携性高、对外界能源依赖性小、环境友好型的能量回收和利用的助行装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有能量回收功能的轻量化助行装置，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术采用镁合金为主要材料，实现轻量化。本专利技术体积小、重量轻、易携带，助行性好，对外界能源依赖性小、对环境友好。适用于具有一定主动运动能力但行走较困难的患者以及老年人。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：具有能量回收功能的轻量化助行装置，包括脚掌12、踝关节模块1、踝关节支撑件2、膝关节模块10、发条储能装置1005、髋关节模块8、小腿杆3、小腿支撑件11、大腿杆4、大腿支撑件9、腰部7、腰部连接件5、背带6以及能量回收模块，所述脚掌12与踝关节模块1连接，踝关节模块1通过小腿杆3与膝关节模块10连接，膝关节模块10通过大腿杆4与髋关节模块8连接，两侧髋关节模块8之间通过腰部连接件5连接；腰部7与腰部连接件5通过螺栓连接；所述发条储能装置1005将行走“下落”动作时带动发条收紧产生的弹性势能储存，然后转为部分动能输出，实现助力；所述能量回收模块将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。所述的脚掌12包括前脚掌1201、后脚掌1203，所述前脚掌1201、后脚掌1203之间通过螺栓1202铰接，在脚尖第一跖骨处，脚掌外侧以及脚跟处设有4个压力传感器1204。所述的踝关节模块1设有踝关节角度传感器101，踝关节模块1与小腿杆3相连，踝关节支撑件2与小腿支撑件11固定于小腿杆3上，大腿支撑件9固定在大腿杆4上。所述的膝关节模块10包括绝对式旋转编码器1003，伺服电机1001、摆线针轮减速器1002、联轴器1004，所述绝对旋转编码器1003安装在伺服电机1001电机轴上，伺服电机1001通过联轴器1004与摆线针轮减速器1002相连；伺服电机1001固定于电机座内，电机座固定于膝关节模块10顶部；所述膝关节模块10与大腿杆4相连，大腿杆支撑件9固定于大腿杆4上。所述发条储能装置1005包括：发条固定柱10051、发条10052、大齿轮10053、小齿轮10054、发条轴10055、下端盖10056、轴承10057及外圈10058，在所述外圈10058内，发条10052固定在发条固定柱10051上，发条固定柱10051固定在下端盖10056上，并通过螺钉与上端盖连接，发条轴10055固定在下端盖上，与发条10052同轴；大齿轮10053与小齿轮10054啮合，轴承10057固定于大齿轮10053上，轴承10057与联轴器1004集成在一起；所述发条储能装置为腿部进行“下落”动作时，关节轴带动大齿轮10053转动，大齿轮10053带动小齿轮10054以及发条轴10055，实现发条收卷上弦，弹性势能存储；在下次行走时，利用发条中的能量作为部分动力输出，实现助力。所述的髋关节模块8包括：髋部支撑件802、髋关节角度传感器801及髋关节驱动模块803，所述髋部支撑件802与大腿杆4相连，髋关节驱动模块803将膝关节模块10的伺服电机1001、摆线针轮减速器1002、联轴器1004集成在一起。所述的腰部7包括腰部连接件5、腰部绑带701、固定于腰部绑带701上的塑料卡扣702、固定于腰部的背带6、为髋关节、膝关节驱动模块提供电能的蓄电池组703，蓄电池组703放置于电池组支座内，蓄电池组支座固定于腰部连接件5上，所述腰部绑带701固定于腰部7上。所述的能量回收模块由超级电容器与蓄电池组703构成，采用超级电容器用于存储伺服电机1001处于发电状态时产生的能量，同时将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术轻量化、便携性高、对外界能源依赖性小、环境友好型。外骨架框架的旋转中心设计符合人体下肢的生物力学，以消除由于关节所产生的不希望的力矩错位。2、通过膝关节和髋关节的伸运动实现跨步行走，踝关节的跖屈背屈运动使穿戴行走过程中不被外骨骼干涉。3、下肢单侧具有三个自由度，利用较少却必须的自由度实现助力行走，降低了机构的复杂程度，提高了装置的效率。4、正常腿进行数据采集，能够做到患腿与正常腿步态保持一致。5、为了避免迁徙，本专利技术通过位于腰部的背带，将下肢牢固地附着在穿着者的身体上。6、位于每个关节处的传感器测量关节角度，用于控制和步态监测。7、压力传感器位于脚底，通过四个压力传感器判断足跟着地，足平放，以及足尖离地一系列动作，用于估计步态相位。8、本专利技术不仅实现了辅助患者进行助力行走，提高了便携性以及轻量化，同时实现了能量的回收利用。不仅节约了能源，还减少电池的使用，在保护环境方面也做出了贡献。9、发条储能装置主要为腿部进行“下落”动作时，实现发条收卷上弦，弹性势能存储。在下次行走时，利用发条中的能量作为部分动力输出，实现助力。10、能量回收结构主要由超级电容器与蓄电池组构成，采用超级电容器用于存储伺服电机处于发电状态时产生的能量，同时将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的踝关节以及脚掌结构示意图；图3为本专利技术的膝关节模块结构示意图；图4为本专利技术的发条储能装置内部结构示意图；图5为本专利技术的髋关节模块结构示意图；图6为本专利技术的腰部及腰部连接件结构示意图。图中：1、踝关节模块；2、踝关节支撑件；3、小腿杆；4、大腿杆；5、腰部连接件；6、背带；7、腰部；8、髋关节模块；9、大腿支撑件；10、膝关节模块；11、小腿支撑件；12、脚掌；101、踝关节角度传感器；701、腰部绑带；702塑料卡扣；703、蓄电池组；801、髋关节角度传感器；802、髋部支撑件；803、髋关节驱动模块；1001、伺服电机；1002、摆线针轮减速器；1003、旋转编码器；1004、联轴器；1005、发条储能装置；10051、发条固定柱；10052、发条；10053、大齿轮；10054、小齿轮；10055、发条轴；10056、下端盖；10057、轴承；10058、外圈；1201、前脚掌；1202、螺栓；1203、后脚掌；1204、压力传感器。具体实施方式下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有能量回收功能的轻量化助行装置，其特征在于：包括脚掌（12）、踝关节模块（1）、踝关节支撑件（2）、膝关节模块（10）、发条储能装置（1005）、髋关节模块（8）、小腿杆（3）、小腿支撑件（11）、大腿杆（4）、大腿支撑件（9）、腰部（7）、腰部连接件（5）、背带（6）以及能量回收模块，所述脚掌（12）与踝关节模块（1）连接，踝关节模块（1）通过小腿杆（3）与膝关节模块（10）连接，膝关节模块（10）通过大腿杆（4）与髋关节模块（8）连接，两侧髋关节模块（8）之间通过腰部连接件（5）连接；腰部（7）与腰部连接件（5）通过螺栓连接；所述发条储能装置（1005）将行走“下落”动作时带动发条收紧产生的弹性势能储存，然后转为部分动能输出，实现助力；所述能量回收模块将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。

【技术特征摘要】
1.一种具有能量回收功能的轻量化助行装置，其特征在于：包括脚掌（12）、踝关节模块（1）、踝关节支撑件（2）、膝关节模块（10）、发条储能装置（1005）、髋关节模块（8）、小腿杆（3）、小腿支撑件（11）、大腿杆（4）、大腿支撑件（9）、腰部（7）、腰部连接件（5）、背带（6）以及能量回收模块，所述脚掌（12）与踝关节模块（1）连接，踝关节模块（1）通过小腿杆（3）与膝关节模块（10）连接，膝关节模块（10）通过大腿杆（4）与髋关节模块（8）连接，两侧髋关节模块（8）之间通过腰部连接件（5）连接；腰部（7）与腰部连接件（5）通过螺栓连接；所述发条储能装置（1005）将行走“下落”动作时带动发条收紧产生的弹性势能储存，然后转为部分动能输出，实现助力；所述能量回收模块将行走产生的重力势能通过带动伺服电机反转产生电能，为蓄电池组充电实现能量回收。2.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的轻量化助行装置，其特征在于：所述的脚掌（12）包括前脚掌（1201）、后脚掌（1203），所述前脚掌（1201）、后脚掌（1203）之间通过螺栓（1202）铰接，在脚尖第一跖骨处，脚掌外侧以及脚跟处设有4个压力传感器（1204）。3.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的轻量化助行装置，其特征在于：所述的踝关节模块（1）设有踝关节角度传感器（101），踝关节模块（1）与小腿杆（3）相连，踝关节支撑件（2）与小腿支撑件（11）固定于小腿杆（3）上，大腿支撑件（9）固定在大腿杆（4）上。4.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的轻量化助行装置，其特征在于：所述的膝关节模块（10）包括绝对式旋转编码器（1003），伺服电机（1001）、摆线针轮减速器（1002）、联轴器（1004），所述绝对旋转编码器（1003）安装在伺服电机（1001）电机轴上，伺服电机（1001）通过联轴器（1004）与摆线针轮减速器（1002）相连；伺服电机（1001）固定于电机座内，电机座固定于膝关节模块（10）顶部；所述膝关节模块（10）与大腿杆（4）相连，大腿杆支撑件（9）固定于大腿杆（4）上。5.根据权利要求1所述的具有能量回收功能的轻量化...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹福成，张月，李志瑶，王丽荣，杨靖，
申请(专利权)人：长春大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22