一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置，通过添加座椅与鞋子部分，更利于装置的穿戴与固定，同时位于两腿之间的结构设计既可以减少空间占用又可方便行走；利用电机驱动齿轮，带动腿部连杆的弯曲与伸展，进而抬起座椅使其支撑部分体重，减轻行走时腿部肌肉与关节的负担；通过在小腿连杆内部安装Teflon绳与弹簧装置，提供步行时胫骨外伸的辅助力，提高行走效率；利用陀螺仪与足底力传感器获取的人体运动与物理参数，检测使用者的运动意图，达到自然行走的效果；此外，利用嵌入式控制系统与手机之间建立通讯连接，更好的实现人机交互与对机器人的实时控制。

A Wearable Weight Support Walking Aid Device

The utility model discloses a wearable weight-supporting walking assistant device, which is more conducive to the wearing and fixing of the device by adding seat and shoe parts, and the structural design between the legs can reduce the space occupation and facilitate walking. The motor drives the gear to drive the bending and stretching of the leg connecting rod, and then lifts the seat to make the weight of the supporting part decrease. The burden of leg muscles and joints in light walking; the auxiliary force of tibia extension during walking is provided by installing Teflon rope and spring device inside leg connecting rod to improve walking efficiency; the human motion and physical parameters obtained by gyroscope and foot force sensor are used to detect the user's motional intention and achieve the effect of natural walking; in addition, the embedded control system and hand are used. Establishing communication connection between computers can better realize human-computer interaction and real-time control of robots.

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置
本技术涉及一种下肢外骨骼机器人，尤其涉及一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置。
技术介绍
可穿戴下肢助力机器人是一种可以辅助人完成行走、坐立、下蹲起立等多种运动的人机一体化装置，通常可以通过使用手杖、拐杖、助力器等手动器械来实现。但是这些手动器械的使用都要依赖手臂的力量。然而手臂的力量过小，减重助力的效果不明显，也很容易使手臂疲劳。另外，使用这些手动器械时，手臂因被占用而不能做其它工作，也会带来生活上的诸多不便。对于重症骨关节炎患者往往选择乘坐轮椅外出。然而使用轮椅难以通过有台阶或不平整的路况，并且坐轮椅时，腿部长时间得不到应有的锻炼，容易引发“废用综合症”,导致腿部血液循环不畅、肌肉萎缩等现象，使健康状况更加恶化。医学实践表明，最理想的方法是如水中步行，关节在低负荷下经常运动，既可减小关节疼痛和磨损,也能避免“废用综合症”，产生物理康复医疗的作用。然而水中步行训练对于大多数患者来说，很难具备这样的条件与设施。因此目前尚没有一个的装置能解决日常生活中需要的面向室内和户外的减重步行助力问题。面对急切的社会需求、庞大的社会群体，国内外学术机构针对减重步行助力机器的研究还不太成熟，市场上也缺乏功能先进的产品，因此研发新型减重步行助力机器，解决老年人行走困难的问题，具有重要的社会意义和广阔的市场前景。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：本技术的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其较佳的具体实施方式是：包括座垫、轨道组件、控制装置、大腿外壳、小腿组件、小腿外壳、工型连杆、转动组件、鞋子、足底力传感器、连接架、Teflon绳、电池、编码器、电机、陀螺仪、弹簧组、滑轮、齿轮、大腿连杆、Kvaser、驱动器、旋转轴、旋钮手柄、膝关节弹簧、滑块；所述轨道组件通过所述弹簧组连接于所述座垫下端，所述大腿连杆上端通过所述齿轮与轨道组件啮合，所述滑轮通过螺栓连接固定于所述轨道组件上；所述大腿外壳通过螺栓连接固定于所述大腿连杆上，所述电池与所述控制装置分别安装于所述大腿外壳上；所述大腿连杆下端与所述小腿组件通过所述Teflon绳连接；所述小腿外壳通过螺栓连接固定于所述小腿组件上，所述小腿外壳下端通过所述工型连杆与所述连接架固定连接；所述连接架通过所述转动组件与所述鞋子连接，所述鞋子的鞋底装有足底力传感器。由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例提供的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，设计通过添加座椅与鞋子部分，更利于装置的穿戴与固定，同时位于两腿之间的结构设计既可以减少空间占用又可方便行走；设计利用电机驱动齿轮，带动腿部连杆的弯曲与伸展，进而抬起座椅使其支撑部分体重，减轻行走时腿部肌肉与关节的负担；设计通过在小腿连杆内部安装Teflon绳与弹簧装置，提供步行时胫骨外伸的辅助力，提高行走效率；设计利用陀螺仪与足底力传感器获取的人体运动与物理参数，检测使用者的运动意图，达到自然行走的效果；此外，设计利用嵌入式控制系统与手机之间建立通讯连接，更好的实现人机交互与对机器人的实时控制；本技术能够很好的应用于可穿戴步行辅助装置，减小行走时的能耗，提高舒适性，具有极大的应用价值。附图说明图1为本技术实施例提供的可穿戴体重支撑型步行辅助装置的整体结构示意图；图2为本技术实施例的轴测图；图3为本技术实施例的座垫组件局部图；图4为本技术实施例的大腿组件局部图；图5为本技术实施例的腿部组件局部图；图6为本技术实施例的小腿组件局部图；图7a、图7b分别为本技术实施例的膝关节被动助力工作原理图；图8为本技术实施例的基于关节角度误差的机器人运动控制框图；图9为本技术实施例的膝关节限位装置结构图；图10为本技术实施例的上位机运行原理图；图11为本技术实施例的下位机运行原理图。图中，1为座垫、2为轨道组件、3为控制装置、4为大腿外壳、5为小腿组件、6为小腿外壳、7为工型连杆、8为转动组件、9为鞋子、10为足底力传感器、11为连接架、12为Teflon绳、13为电池、14为编码器、15为电机、16为陀螺仪、17为弹簧组、18为滑轮、19为齿轮、20为大腿连杆、21为Kvaser、22为驱动器、23为旋转轴、24为旋钮手柄、25为膝关节弹簧、26为滑块。具体实施方式下面将对本技术实施例作进一步地详细描述。本技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本技术的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其较佳的具体实施方式是：包括座垫、轨道组件、控制装置、大腿外壳、小腿组件、小腿外壳、工型连杆、转动组件、鞋子、足底力传感器、连接架、Teflon绳、电池、编码器、电机、陀螺仪、弹簧组、滑轮、齿轮、大腿连杆、Kvaser、驱动器、旋转轴、旋钮手柄、膝关节弹簧、滑块；所述轨道组件通过所述弹簧组连接于所述座垫下端，所述大腿连杆上端通过所述齿轮与轨道组件啮合，所述滑轮通过螺栓连接固定于所述轨道组件上；所述大腿外壳通过螺栓连接固定于所述大腿连杆上，所述电池与所述控制装置分别安装于所述大腿外壳上；所述大腿连杆下端与所述小腿组件通过所述Teflon绳连接；所述小腿外壳通过螺栓连接固定于所述小腿组件上，所述小腿外壳下端通过所述工型连杆与所述连接架固定连接；所述连接架通过所述转动组件与所述鞋子连接，所述鞋子的鞋底装有足底力传感器。所述陀螺仪固定于所述座垫后端的中间位置。所述小腿组件包括所述膝关节弹簧、旋转轴，所述膝关节弹簧位于所述小腿组件与所述滑块之间，所述Teflon绳穿过所述膝关节弹簧内部，并通过绳槽固定，其两端分别固定在所述滑块和大腿连杆上。所述转动组件包括角接触球轴承、轴承端盖。所述编码器安装于所述电机旋转轴上，所述电机的外圈与所述大腿连杆固定，内圈与所述齿轮固定。所述大腿连杆和所述小腿组件均包括滑动配合的内矩形实体硬铝杆、外矩形硬铝空管，所述内矩形实体硬铝杆与外矩形硬铝空管之间设有旋钮手柄。所述小腿组件上端的偏心轮轮廓是包括两个直径不同的同心圆用样条曲线平滑交叉；所述小腿组件与大腿连杆的转动中心偏移，同时在所述小腿组件上端设置限制块。所述控制装置是一种包括上位机和下位机的嵌入式控制系统，所述上位机与下位机通过WiFI通讯连接。所述上位机包括手机，所述下位机包括控制板。本技术的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，设计通过添加座椅与鞋子部分，更利于装置的穿戴与固定，同时位于两腿之间的结构设计既可以减少空间占用又可方便行走；设计利用电机驱动齿轮，带动腿部连杆的弯曲与伸展，进而抬起座椅使其支撑部分体重，减轻行走时腿部肌肉与关节的负担；设计通过在小腿连杆内部安装Teflon绳与弹簧装置，提供步行时胫骨外伸的辅助力，提高行走效率；设计利用陀螺仪与足底力传感器获取的人体运动与物理参数，检测使用者的运动意图，达到自然行走的效果；此外，设计利用嵌入式控制系统与手机之间建立通讯连接，更好的实现人机交互与对机器人的实时控制；本技术能够很好的应用于可穿戴步行辅助装置，减小行走时的能耗，提高舒适性，具有极大的应用价值。本技术的优点与积极效果为：1、本技术小腿组件内部安装弹簧，同时Tefl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其特征在于：包括座垫(1)、轨道组件(2)、控制装置(3)、大腿外壳(4)、小腿组件(5)、小腿外壳(6)、工型连杆(7)、转动组件(8)、鞋子(9)、足底力传感器(10)、连接架(11)、Teflon绳(12)、电池(13)、编码器(14)、电机(15)、陀螺仪(16)、弹簧组(17)、滑轮(18)、齿轮(19)、大腿连杆(20)、Kvaser(21)、驱动器(22)、旋转轴(23)、旋钮手柄(24)、膝关节弹簧(25)、滑块(26)；所述轨道组件(2)通过所述弹簧组(17)连接于所述座垫(1)下端，所述大腿连杆(20)上端通过所述齿轮(19)与轨道组件(2)啮合，所述滑轮(18)通过螺栓连接固定于所述轨道组件(2)上；所述大腿外壳(4)通过螺栓连接固定于所述大腿连杆(20)上，所述电池(13)与所述控制装置(3)分别安装于所述大腿外壳(4)上；所述大腿连杆(20)下端与所述小腿组件(5)通过所述Teflon绳(12)连接；所述小腿外壳(6)通过螺栓连接固定于所述小腿组件(5)上，所述小腿外壳(6)下端通过所述工型连杆(7)与所述连接架(11)固定连接；所述连接架(11)通过所述转动组件(8)与所述鞋子(9)连接，所述鞋子(9)的鞋底装有足底力传感器(10)。...

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其特征在于：包括座垫(1)、轨道组件(2)、控制装置(3)、大腿外壳(4)、小腿组件(5)、小腿外壳(6)、工型连杆(7)、转动组件(8)、鞋子(9)、足底力传感器(10)、连接架(11)、Teflon绳(12)、电池(13)、编码器(14)、电机(15)、陀螺仪(16)、弹簧组(17)、滑轮(18)、齿轮(19)、大腿连杆(20)、Kvaser(21)、驱动器(22)、旋转轴(23)、旋钮手柄(24)、膝关节弹簧(25)、滑块(26)；所述轨道组件(2)通过所述弹簧组(17)连接于所述座垫(1)下端，所述大腿连杆(20)上端通过所述齿轮(19)与轨道组件(2)啮合，所述滑轮(18)通过螺栓连接固定于所述轨道组件(2)上；所述大腿外壳(4)通过螺栓连接固定于所述大腿连杆(20)上，所述电池(13)与所述控制装置(3)分别安装于所述大腿外壳(4)上；所述大腿连杆(20)下端与所述小腿组件(5)通过所述Teflon绳(12)连接；所述小腿外壳(6)通过螺栓连接固定于所述小腿组件(5)上，所述小腿外壳(6)下端通过所述工型连杆(7)与所述连接架(11)固定连接；所述连接架(11)通过所述转动组件(8)与所述鞋子(9)连接，所述鞋子(9)的鞋底装有足底力传感器(10)。2.根据权利要求1所述的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其特征在于：所述陀螺仪(16)固定于所述座垫(1)后端的中间位置。3.根据权利要求2所述的可穿戴体重支撑型步行辅助装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智军，徐崔超，袁培江，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34