穿戴式助力外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人领域，提供了一种穿戴式助力外骨骼机器人，用于身体前倾或弯腰时对上半身提供支撑和腰部助力，包括胸部支撑装置、髋关节和腿部支撑装置。胸部支撑装置包括一体式胸托与胸部支撑杆，胸部支撑杆两端分别连接一体式胸托与髋关节，髋关节包括腰部绑缚板、力发生装置和与所述胸部支撑杆连接的转动板，力发生装置具有基座、拉线轮、钢绳和弹性元件，所述转动板两端分别连接胸部支撑杆与拉线轮，拉线轮通过钢绳连接弹性元件，基座内设有腿部支撑杆容置槽，腿部支撑装置包括腿部支撑杆与贴合大腿的大腿挡板，腿部支撑杆上端连接腿部支撑杆容置槽，腿部支撑杆下端与大腿挡板可旋转地铰接。本发明专利技术的装置结构轻便灵活、助力效果佳。

【技术实现步骤摘要】
穿戴式助力外骨骼机器人
本专利技术属于机器人
，具体涉及穿戴式助力外骨骼机器人。
技术介绍
外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本专利技术涉及一种可穿戴的助力外骨骼，当人体前倾或弯腰时提供支撑和助力，类似结构在1921年的US1371690专利里也有所提及。当人体处于前倾或弯腰状态，尤其是在进行弯腰搬物或弯曲作业时，其身体肌肉和骨骼比直立时更易疲劳和损伤。长期处于这样的工作姿态下容易引发职业性肌肉骨骼疾病。US1371690专利描述了一种用于支撑人体上身的可穿戴助力结构，该结构由肩部和腿部组成，两部分间用可弯曲的长条和弹簧连接。肩部结构与人体的肩部固定，腿部结构绑扎在大腿上，当身体弯曲时，肩部结构将跟随人体肩部运动，从而带动弹簧弯曲，产生与身体弯曲方向相反的力，为人体上身提供支撑力。然而这种结构对于穿戴者而言是不舒适的，整体结构比较笨重而且在弯曲时提供的助力模式变化不规则，影响因素包括穿戴的位置、人的身体特性，例如体型、体重分布等。此外，该结构可能会对人体正常行动造成损伤，尤其是在移动手臂的时候。虽然长期以来人们一直在改进这种结构的缺点，但是目前其他已知的结构和装置仍然不能克服与这种结构相关的问题和缺点。EP1264583专利公开了一种用于支撑身体的结构，其中在人的腿部和背部上设置有弹性带的结构，其连接到脚踝，下背部和肩部。US654173和US5816251专利中也描述了类似的结构，两者都具有围绕大腿的带子所附接的结构，该结构在使用时会被拉到裆部区域。这些结构被证明是不舒适的，并且使用起来比较麻烦，提供的助力效果也不理想。US2009/0095308专利公开了一种助力和支撑装置，该装置限制了脊柱的运动用以规范正确的搬举技术，但腰部和腿部的支撑结构没有公开。U2010/0069806公开了一种具有胸垫、腰垫和大腿垫的刚性支撑架，所述支架的设计是用于帮助因脊柱无力而患有前倾的患者实现直立姿势，因此不提供用于在向前倾斜或弯腰期间至少部分地释放人体的可穿戴结构。WO2007/107952公开了一种形如围裙的弹性挡板结构，该弹性结构从胸部区域，通过人的腹部延伸至大腿区域，腰部支撑结构没有公开。该弹性结构的问题在于，当使用者弯腰或者前倾时，弹性结构的下端会朝着大腿下端滑动或者上端朝着喉咙滑动。WO2008/125802公开了一种围裙状支撑板结构，该结构包括柔性的纺织材料，其中设置有两个弹簧元件，当使用者向前弯曲时，弹簧元件用于将挡板片由弯曲拉到直线位置。该装置被证明是不舒服的，并且难以提供最佳的助力效果。US5176622公开了一种弯腰助力装置，当使用者弯腰时压缩胸部和腿部间的支架，以帮助使用者站立并缓解背部拉伤。支架的中心包括一对弧形弹簧，其缠绕在圆柱形弹性体的线轴上。线轴连接在腰带上，其转动中心与髋关节转动中心同轴。这种装置的缺点在于将弧形弹簧安装到线轴以及线轴的正确定位是一个麻烦且比较容易出错的过程。US443113公开了一种包含肩部支撑、腰部支撑和腿部支撑的助力装置，三部分由沿着身体侧面延伸的弹性杆连接。杆的上端与身体后部的肩部支撑件连接，杆的下端与腿部支撑件连接，腰部支撑由两杆中部的腰带组成。这种结构同样令使用者感到不舒适，特别是肩部和腿部都向后拉，并且手臂和腿部的运动自由受到限制，在使用时很麻烦，并且不能提供足够的支撑。此外，当弯曲程度增大时，弯腰也更加困难。US7744552公开了一种可穿戴的的助力结构，用于对弯腰时人体上半身提供支撑。该支撑结构包括空心管，空心管沿腹部向两侧延伸，内部设有扭簧机构。空心管中部设置有沿胸部方向延伸的支撑滚轮，左右两端与大腿支撑杆铰接。该结构通过扭簧机构支撑上身，大腿支撑件支撑大腿实现助力，大腿支撑件可以彼此独立的移动。然而，这种助力结构相对较重，而且由于空心管结构，穿着该装置的人腹侧区域会受到约束。此外，当身体弯曲时，由于空心管和胸部支撑件之间距离固定，胸部支撑件将会与上身产生相对移动。同样，由于管和大腿支撑之间的固定距离，大腿支撑件将改变相对于腿的位置，这对使用者来说也是不舒适的。CN201720248125.5公开了一种腰部助力装置，包括腰部支撑架和大腿连杆，腰部支撑架和大腿连杆连接处设置有组合助力驱动装置，腰部支撑架和大腿连杆上设置有用于检测身体姿态的陀螺仪，在腰部支撑架上还设置有控制系统，用于根据陀螺仪数据使组合助力驱动装置控制腰部支撑架和大腿连杆之间产生转动助力，该助力装置能够减轻长时间弯腰工作时背部肌肉的负担和不适。但是该装置在腰支撑板两侧的连接臂长度和角度固定，在使用时上臂自由运动容易受到限制，二是其组合助力驱动装置采用卷簧安装在扭力轴上，助力效果有限。
技术实现思路
专利技术目的：克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种穿戴式助力外骨骼机器人以精简轻便的结构，可贴合地穿戴于不同体形用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种穿戴式助力外骨骼机器人，包括胸部支撑装置、髋关节与腿部支撑装置：所述胸部支撑装置包括一体式胸托与胸部支撑杆，所述胸部支撑杆沿身体两侧腋下延伸，分别连接一体式胸托与髋关节，用以实现所述一体式胸托与髋关节间的作用力传递。所述髋关节包括腰部绑缚板、力发生装置和与所述胸部支撑杆连接的转动板，所述力发生装置具有基座、拉线轮、钢绳和弹性元件，所述转动板两端分别连接所述胸部支撑杆与所述拉线轮，所述拉线轮通过钢绳连接弹性元件，所述基座内设有腿部支撑杆容置槽，所述髋关节连接所述胸部支撑杆与腿部支撑装置，用于对使用者的上身提供支撑助力。所述腿部支撑装置包括腿部支撑杆与贴合大腿的大腿挡板，所述腿部支撑杆连接所述髋关节与大腿挡板，所述腿部支撑杆上端连接所述腿部支撑杆容置槽，所述腿部支撑杆下端与大腿挡板可旋转地铰接。作为一种改进，所述一体式胸托包括支撑底板、转动轴组和基体，所述基体包括基板、胸部支撑杆转接件和覆盖在基体表面的至少一个壳层的外壳，所述基板和外壳之间具有开口部，所述开口部具有球面轮廓的支承面，所述胸部支撑杆转接件与基板和外壳铰接；作为一种改进，所述基板具有胸部支撑杆转接件安装的螺丝定位孔，所述胸部支撑杆转接件上具有调节腰部支撑杆宽度的胸部支撑杆定位销和腰部支撑杆调节拉钮。所述转动轴组具有转动轴，所述转动轴一端固定在支撑底板上，另一端具有外表面呈球面轮廓的结合端部，所述结合端部可旋转地保持于所述支承面上，所述结合端部与所述基体支承面组成球面副。所述结合端部由转动轴和球形轴承组成，所述转动轴通过固定螺母与球形轴承固定连接，所述球形轴承位于基板和外壳之间的开口部中。作为一种改进，所述转动轴组还包括橡胶垫圈，所述橡胶垫圈穿过转动轴，并位于所述支撑底板与基体之间，起间隔缓冲作用。作为一种改进，所述基板具有橡胶垫圈的容置槽。作为一种改进，所述支撑底板还具有弹性缓冲垫，所述弹性缓冲垫可弹性变形地贴合支撑于用户胸部，所述弹性缓冲垫材料可选自海绵、橡胶、硅胶等可。作为一种改进，所述外壳的第一壳层为胸部外壳，该胸部外壳配合地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿戴式助力外骨骼机器人，包括胸部支撑装置、髋关节与腿部支撑装置，其特征在于，所述胸部支撑装置包括一体式胸托与胸部支撑杆，所述胸部支撑杆两端分别连接一体式胸托与髋关节，所述髋关节包括腰部绑缚板、力发生装置和与所述胸部支撑杆连接的转动板，所述力发生装置具有基座、拉线轮、钢绳和弹性元件，所述转动板两端分别连接所述胸部支撑杆与所述拉线轮，所述拉线轮通过钢绳连接弹性元件，所述基座内设有腿部支撑杆容置槽，所述腿部支撑装置包括腿部支撑杆与贴合大腿的大腿挡板，所述腿部支撑杆上端连接所述腿部支撑杆容置槽，所述腿部支撑杆下端与大腿挡板可旋转地铰接。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式助力外骨骼机器人，包括胸部支撑装置、髋关节与腿部支撑装置，其特征在于，所述胸部支撑装置包括一体式胸托与胸部支撑杆，所述胸部支撑杆两端分别连接一体式胸托与髋关节，所述髋关节包括腰部绑缚板、力发生装置和与所述胸部支撑杆连接的转动板，所述力发生装置具有基座、拉线轮、钢绳和弹性元件，所述转动板两端分别连接所述胸部支撑杆与所述拉线轮，所述拉线轮通过钢绳连接弹性元件，所述基座内设有腿部支撑杆容置槽，所述腿部支撑装置包括腿部支撑杆与贴合大腿的大腿挡板，所述腿部支撑杆上端连接所述腿部支撑杆容置槽，所述腿部支撑杆下端与大腿挡板可旋转地铰接。2.根据权利要求1所述的穿戴式助力外骨骼机器人，其特征在于，所述一体式胸托包括支撑底板、转动轴组和基体，所述基体包括基板、胸部支撑杆转接件和覆盖在基体表面的至少一个壳层的外壳，所述基板和外壳之间具有开口部，所述开口部具有球面轮廓的支承面，所述胸部支撑杆转接件与基板和外壳铰接；所述转动轴组包括转动轴，所述转动轴一端固定在支撑底板上，另一端具有外表面呈球面轮廓的结合端部，所述结合端部可旋转地保持于所述支承面上，所述结合端部与所述支承面组成球面副。3.根据权利要求2所述的穿戴式助力外骨骼机器人，其特征在于，所述外壳的第一壳层为胸部外壳，所述胸部外壳配合地安装在基板上，所述胸部外壳内表面与基板之间的空腔形成胸部外壳容置槽。4.根据权利要求2所述的穿戴式助力外骨骼机器人，其特征在于，所述结合端部由转动轴和球形轴承结合组成，所述球形轴承至少部分位于胸部外壳容置槽内。5.根据权利要求1或2所述的穿戴式助力外骨骼机器人，其特征在于，所述一体式胸托上还设有用于检测人体运动能耗和评估人体局部肌肉疲劳情况的胸部传感器。6.根据权利要求5所述的穿戴式助力外骨骼机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，林西川，岳春峰，汝长海，孙钰，王伟，
申请(专利权)人：江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32