一种实现轻量化长续航外骨骼的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及医疗康复外骨骼机器人领域，尤其涉及一种轻量化且长续航的外骨骼装置，主要受众范围为由于脊髓损伤或其他原因导致残疾而需要使用轮椅的患者。本发明专利技术主要结构包括外骨骼机器人与配套的轮椅。外骨骼机器人与轮椅可分离，外骨骼上设有小容量蓄电池，轮椅中装有大容量蓄电池，大容量蓄电池可多次给外骨骼中的小容量蓄电池充电。正常使用外骨骼时，将轮椅闲置在旁，外骨骼使用完后，患者坐回至轮椅上，轮椅中的大容量蓄电池自动给外骨骼充电。这种随充随用的外骨骼机器人不仅减轻了重量，还有效地增加了续航时间，可给使用者带来巨大的方便。

A Method and Device for Lightweight Long-endurance Exoskeleton

The invention relates to the field of Medical Rehabilitation Exoskeleton robots, in particular to a lightweight and long-lasting exoskeleton device, mainly for patients who need to use wheelchairs due to spinal cord injury or other disabilities. The main structure of the invention comprises an exoskeleton robot and a matching wheelchair. The exoskeleton robot can be separated from the wheelchair. There are small capacity batteries on the exoskeleton. There are large capacity batteries in the wheelchair. Large capacity batteries can charge small capacity batteries in the exoskeleton many times. When using exoskeleton normally, the wheelchair is idle. After using the exoskeleton, the patient sits back in the wheelchair. The large-capacity battery in the wheelchair automatically charges the exoskeleton. This on-demand exoskeleton robot not only reduces the weight, but also effectively increases the duration, which can bring great convenience to users.

【技术实现步骤摘要】
一种实现轻量化长续航外骨骼的方法及装置
本专利技术涉及医疗康复外骨骼机器人领域，尤其涉及一种轻量化且长续航的外骨骼装置。
技术介绍
外骨骼装置，是一种由金属等硬质材料的框架构成并且可让人穿上的机器装置，其可以提供额外能量来供四肢运动。对于脊髓损伤或其他原因导致残疾而需要使用轮椅的患者来说，这种装置可以使他们能够重新站立并正常地行走。除此之外，外骨骼装置还可以应用于康复锻炼等多种领域。然而，现有的外骨骼装置存在以下不足。首先，现有蓄电池的续航能力弱，使用一段时间外骨骼后需要脱下进行充电。其次，若要增强续航能力，蓄电池的体积和重量势必会增加，由于蓄电池被装配在外骨骼上，使整台装置笨重。这些不足严重妨碍了外骨骼机器人的普及使用。
技术实现思路
本专利技术提出的方法可以使外骨骼机器人实现轻量化和长续航，从而克服现有外骨骼装置的不足。由于上述患者需要经常使用轮椅，本专利技术提供一种外骨骼机器人与轮椅相结合的装置。患者在日常生活大部分时间使用轮椅，想要站立或行走时，患者直接在轮椅上穿戴好外骨骼设备，即可将轮椅放置在一旁单独使用外骨骼活动；患者使用外骨骼活动完后，坐回至轮椅，将外骨骼设备解除，即可回归普通轮椅的使用状态。在外骨骼上设有小容量蓄电池，其电量可供单次的正常使用，在轮椅上设有大容量蓄电池，可以反复多次给外骨骼上的小容量蓄电池充电。在使用外骨骼时，轮椅闲置，此时外骨骼由小容量蓄电池供电。外骨骼使用完后，患者坐回至轮椅，轮椅中的大容量蓄电池向外骨骼中的小容量蓄电池充电。外骨骼使用完后，患者坐回轮椅上，充电过程自动进行，这样不仅实现了外骨骼蓄电池随充随用，而且减轻了外骨骼装置的重量，还提升了整套装置的续航能力。本专利技术是通过以下技术方案实现的：如附图所示，整套装置由以下部分组成：(1)外骨骼机器人，(2)轮椅，(3)小容量蓄电池，(4)大容量蓄电池，(5)充电接口。(3)设在(1)中，为(1)提供电能，并连接至(5)。(4)设在(2)中，并连接至(5)。(1)与(2)结合后接通(5)使(4)为(3)充电。(5)与(4)之间连接有充电控制电路，可检测(3)的电量，当(3)充满电以后自动停止充电。本装置具体使用过程如下，分三种状态进行讲解：在使用轮椅状态时，外骨骼与轮椅结合，此时整套装置的使用方法与普通轮椅相同。外骨骼设备虽置于轮椅上，但患者日常使用轮椅时可不穿戴外骨骼设备，保持使用时的舒适。使用轮椅状态时，充电接口保持接通，轮椅中的大容量蓄电池为外骨骼中的小容量蓄电池充电。在使用外骨骼状态时，患者坐在轮椅上将外骨骼设备穿戴好，断开充电接口，将轮椅闲置在旁。此时外骨骼与轮椅分离，由小容量蓄电池向外骨骼供电。外骨骼使用完后，患者坐回至轮椅，解除外骨骼设备，连接充电接口，此时轮椅中的大容量蓄电池向外骨骼中的小容量蓄电池充电。当大容量蓄电池电量用完后，将其接通至家用电源充电。充电完成后继续正常使用。与现有技术相比，本专利技术有如下优点：1、本专利技术将轮椅与外骨骼设备相结合，患者可以很方便地携带外骨骼并在两种行动方式之间进行切换。由于目前的外骨骼设备在外出使用时需要由专门的携行具携带和存放，占用存放空间而且不便于转移。本专利技术节约了外骨骼所需的存放空间，并使外骨骼能够方便地携带和转移。2、考虑到患者实际使用外骨骼机械的时间普遍较短，所以本专利技术通过减少外骨骼中蓄电池容量的方法，减少了外骨骼装置的重量和体积，降低能量损耗。外骨骼重量和体积的减少也使其更加轻便，便于患者的穿戴和运动，并且更容易使外骨骼装置得到推广。3、考虑到患者大部分时间使用轮椅作为代步工具，本专利技术将大容量蓄电池整合在轮椅中，在患者不使用外骨骼设备时由轮椅中的蓄电池向外骨骼充电。虽然外骨骼中的电池容量减小会导致其使用时间的减短，但配套轮椅中装设的大容量蓄电池可以储存供外骨骼使用更长时间的电量。这种设计显著地提高了外骨骼设备的续航能力。附图说明图1为使用外骨骼状态，此时外骨骼与轮椅分离。图2为使用轮椅状态，此时外骨骼与轮椅结合。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如附图所示，本专利技术实施例提出长续航且轻量化的外骨骼装置，主要部分有外骨骼装置和轮椅。两部分结合处可以设置固定卡扣，使其可分离或牢固地结合。外骨骼中设有小容量蓄电池供电。轮椅中设有大容量蓄电池，当外骨骼与轮椅结合时接通充电接口可使其为外骨骼中的小容量蓄电池充电。所述卡扣的具体实施方式如下：轮椅整体外形与传统轮椅相似，不同之处在于其表面设有安放外骨骼的凹槽，使患者穿戴外骨骼坐在轮椅中时能够与外骨骼结合紧密。在外骨骼与轮椅结合处的关键受力点设置可将外骨骼固定在轮椅上的卡扣，使得卡扣闭锁时外骨骼与轮椅紧密结合。当患者需要使用外骨骼设备时，可手动将卡扣解锁，卡扣解锁后外骨骼与轮椅分离为两个单独的部分，患者操控外骨骼站立即可与轮椅分离。患者使用完外骨骼后，将轮椅置于身后坐下，外骨骼设备会与轮椅表面的凹槽贴合，此时患者再将卡扣锁定，外骨骼与轮椅结合为一体，其整体功能即与普通轮椅相似。所述大容量与小容量蓄电池的具体实施方式如下：针对小容量蓄电池，首先由于患者实际单次使用外骨骼的时间不会太长，所以我们可以减小该蓄电池的容量和体积，比如将其容量设计为可供外骨骼连续使用3至5小时。其次，由于现有外骨骼机器人大都将电池设计为一个整体，导致外骨骼重量分布不均，使用体验不佳。因此，也可以将外骨骼装置中的小容量蓄电池设计为分体式，分散在外骨骼的各个结构之中，使外骨骼整体的重量分布更加均匀，患者使用更加舒适。而且这种设计相较于传统的整块电池使得整个外骨骼的结构更加精简，外形更加简洁。大容量蓄电池可以固定在轮椅下方，与轮椅形成一个整体。由于其与轮椅结合，所受限制较小，而且为增加该系统的续航能力，其可以具有较大的重量与体积，比如该蓄电池储存的电量可供外骨骼设备连续使用36至48小时，甚至更长时间。所述连接外骨骼与轮椅充电接口的具体实施方式如下：如上述卡扣设计，轮椅表面设有安放外骨骼的凹槽。将凹槽中某处设计为电路触点，将在此处贴合的外骨骼与轮椅表面设计为金属触片。在使用轮椅状态时，上述金属触片相触，电路接通，轮椅中的大容量蓄电池向外骨骼中的小容量蓄电池充电；在使用外骨骼状态时，上述金属触片分离，电路断开。除此之外，该充电接口还可以为另一种设计方式，即为插座与插头式。在患者需要使用外骨骼时，先手动将插头从插座中拔出，再解锁卡扣，操作外骨骼与轮椅分离。外骨骼使用完后，患者操作外骨骼坐回至轮椅，将卡扣锁定，再手动将充电插头对接，以便为小容量蓄电池充电。上述轮椅、蓄电池、充电控制电路为现有成熟技术，常见于生活中，故不做详细描述。上述外骨骼机器人为现有实验中技术，不限于锻炼患者下肢的外骨骼，也可以包含锻炼患者全身的外骨骼，其本身不属于本专利技术的关键内容，因此也不做详细描述。如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。凡与本专利技术的方法、结构等近似、雷同，或是对于本专利技术构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻量化且长续航的外骨骼装置，包括(1)外骨骼机器人，(2)轮椅，其特征在于使用(2)轮椅时，(1)外骨骼机器人与(2)轮椅结合为一体，使用(1)外骨骼机器人时，可操作其与(2)轮椅分离并将(2)轮椅闲置在旁。

【技术特征摘要】
1.一种轻量化且长续航的外骨骼装置，包括(1)外骨骼机器人，(2)轮椅，其特征在于使用(2)轮椅时，(1)外骨骼机器人与(2)轮椅结合为一体，使用(1)外骨骼机器人时，可操作其与(2)轮椅分离并将(2)轮椅闲置在旁。2.根据权利要求1所述的轻量化且长续航的外骨骼装置，其特征在于(1)外骨骼机器人中设有(3)小容量蓄电池为其供电，(2)轮椅中设有(4)大容量蓄电池能存储更多电能，通过多次给(1)外骨骼机器人充电，达到长续航的目的。3.根据权利要求1和权利要求2所述的轻量化且长...

【专利技术属性】
技术研发人员：程一帆，
申请(专利权)人：程一帆，
类型：发明
国别省市：四川,51