一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，属于人体助力技术领域，包括连接外骨骼、左侧肢体外骨骼以及右侧肢体外骨骼，右侧肢体外骨骼包括体宽调节外骨骼、髋关节助力器、大腿外骨骼、膝关节助力器、小腿外骨骼以及挡块。针对需要髋关节、膝关节需要辅助动力的特殊从业人员及康复病人所设计的助力外骨骼机构，能够有效辅助大小腿的抬腿动作，减轻运动消耗及缓解肢体运动障碍，2个髋关节俯仰自由度和2个膝关节俯仰自由度，驱动采用的是超薄力矩电机，能够有效贴合身体，使结构更加紧凑，三种训练模式，让步行动作更为流畅的“追踪模式”；引导使用者在行走时左右腿的弯曲的“对称模式”和调整使用者重心的“踏板模式”。

An exoskeleton mechanism of hip and knee joint based on booster

The utility model discloses a booster based hip and knee joint power assisted exoskeleton mechanism, which belongs to the technical field of human body power assisted, including connecting exoskeleton, left limb exoskeleton and right limb exoskeleton. The right limb exoskeleton includes body width adjusting exoskeleton, hip joint booster, thigh exoskeleton, knee joint booster, calf exoskeleton and stopper. The power assisted exoskeleton mechanism designed for the special practitioners and rehabilitation patients who need auxiliary power for hip and knee joints can effectively assist the leg lifting of big and small legs, reduce the exercise consumption and relieve the movement obstacle of limbs, 2 hip joint pitch degrees of freedom and 2 knee joint pitch degrees of freedom, and the ultra-thin torque motor is used to drive, which can effectively fit the body, so that More compact structure, three training modes, more fluent \tracking mode\ for walking; the \symmetry mode\ for guiding users to bend their left and right legs while walking and the \pedal mode\ for adjusting users' center of gravity.

【技术实现步骤摘要】
一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构
本技术涉及一种外骨骼机构，特别是涉及一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，属于人体助力

技术介绍
外骨骼助力机器人将会提高人体的行走和活动的能力，使劳动人们的工作强度下降。制造、物流行业工人每天面临着大量机械式反复搬运重物的操作，腰部、肩部等部位承受巨大的负重压力，易产生腰椎间盘突出等职业病，同时工作效率不高。本方案提供一款外骨骼助力机器人，方便在工人工作过程中使用，减轻工作中身体的负重压力。外骨骼本质便是一种能够固定在人体上的结构,它能够把人体做出的行为和机械系统的动能紧密联系起来,与此同时，可以为人提供需要的额外动力和运动能力,进而实现增强人体机能的效果。目前为止，外骨骼提供帮助的人群主要可以包括两类：一是在运动过程中具有障碍的人，如老年人、身体残疾的人、偏瘫的患者等，外骨骼技术给了这些人第二次如同正常人运动的机会；二是在运动能力方面需要提高的人，如医院抢救病人时，需要对病人实施心肺复苏的医生、在工作中，从事体力劳动的工人、医院里护理瘫痪病人的护士等。现有技术的缺陷和不足：1.目前已知的各类成熟驱动方案均有体积大、质量重、噪音大、耗能高的缺陷，没有一种驱动器能够和人类肌肉相比较。2.可穿戴外骨骼机器人系统对电池功率的要求比较特殊，既要能保证小功率长时间输出(如行走、负重等)，又要有瞬时大功率输出的能力(如跑、跳等)，这样的能源系统现在尚不存在。3.结构系统的柔顺性和轻便性也有很多问题，目前没有一套系统能够真正让人感到舒适。
技术实现思路
本技术的主要目的是为了提供一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，外骨骼本质便是一种能够固定在人体上的结构，它能够把人体做出的行为和机械系统的动能紧密联系起来，与此同时，可以为人提供需要的额外动力和运动能力，进而实现增强人体机能的效。本技术的目的可以通过采用如下技术方案达到：一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，包括连接外骨骼、左侧肢体外骨骼以及右侧肢体外骨骼，所述右侧肢体外骨骼包括一端与所述连接外骨骼固定连接的体宽调节外骨骼、与所述体宽调节外骨骼另一端固定连接的髋关节助力器、固定在所述髋关节助力器一端的大腿外骨骼、一端与所述大腿外骨骼固定连接的膝关节助力器、设置在膝关节助力器另一端的小腿外骨骼以及设置在所述小腿外骨骼下端前侧与所述小腿外骨骼固定连接的挡块。优选的，所述连接外骨骼一侧设有电源，所述电源上设有控制器，所述挡块内侧设有压力传感器。优选的，所述髋关节助力器包括扁平力矩电机，所述扁平力矩电机一侧设有与所述扁平力矩电机固定连接被所述扁平力矩电机的电机输出轴洞穿的固定块，所述固定块上端焊接有与体宽调节外骨骼下端固定连接的连接块，所述固定块一侧旋转连接有与所述扁平力矩电机的电机输出轴固定连接的力矩输出单元，所述力矩输出单元下端焊接有与所述大腿外骨骼上端固定连接的力矩输出连接块。优选的，所述连接块与体宽调节外骨骼通过连接件固定连接，所述固定件一侧与所述体宽调节外骨骼下端一侧螺母连接，所述固定件另一侧与所述连接块螺母连接，所述力矩输出连接块紧贴着所述大腿外骨骼一侧，并与所述大腿外骨骼螺母连接。优选的，所述左侧肢体外骨骼与所述右侧肢体外骨骼对称分布，且它们结构相同，所述髋关节助力器与所述膝关节助力器结构相同，且所述膝关节助力器与所述大腿外骨骼之间的连接方式相同于所述髋关节助力器与所述体宽调节外骨骼之间的连接方式，所述膝关节助力器与所述小腿外骨骼之间的连接方式相同于所述髋关节助力器与所述大腿外骨骼之间的连接方式。优选的，所述体宽调节外骨骼包括横杆、竖杆以及用于连接所述横杆与所述竖杆的弧形块，所述述横杆以及所述竖杆均与所述弧形块焊接，所述横杆与所述竖杆均为可伸缩杆。优选的，所述体宽调节外骨骼、大腿外骨骼以及小腿外骨骼均为可伸缩结构。本技术的有益技术效果：1、针对需要髋关节、膝关节需要辅助动力的特殊从业人员及康复病人所设计的助力外骨骼机构，能够有效辅助大小腿的抬腿动作，减轻运动消耗及缓解肢体运动障碍。2、外骨骼助力机器人总共有4个自由度，2个髋关节俯仰自由度和2个膝关节俯仰自由度，驱动采用的是超薄力矩电机，能够有效贴合身体，使结构更加紧凑。3、三种训练模式，让步行动作更为流畅的“追踪模式”；引导使用者在行走时左右腿的弯曲的“对称模式”和调整使用者重心的“踏板模式”。附图说明图1为按照本技术的基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构的一优选实施例的整体结构示意图；图2为按照本技术的基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构的一优选实施例的髋关节助力器的结构示意图；图3为按照本技术的家用微型秸秆粉碎装置的基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构的体宽调节外骨骼的结构示意图；图4为按照本技术的家用微型秸秆粉碎装置的基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构的总体控制系统原理框图。图中：1-体宽调节外骨骼，2-髋关节助力器，3-大腿外骨骼，4-连接外骨骼，5-电源，6-挡块，7-膝关节助力器，8-小腿外骨骼，101-弧形块，102-横杆，103-竖杆，201-力矩输出单元，202-固定块，203-扁平力矩电机，204-力矩输出连接块，205-连接块。具体实施方式为使本领域技术人员更加清楚和明确本技术的技术方案，下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。本技术有以下实施例：如图1-图3所示，实施例提供的一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，包括连接外骨骼4、左侧肢体外骨骼以及右侧肢体外骨骼，右侧肢体外骨骼包括一端与连接外骨骼4固定连接的体宽调节外骨骼1、与体宽调节外骨骼1另一端固定连接的髋关节助力器2、固定在髋关节助力器2一端的大腿外骨骼3、一端与大腿外骨骼3固定连接的膝关节助力器7、设置在膝关节助力器7另一端的小腿外骨骼8以及设置在小腿外骨骼8下端前侧与小腿外骨骼8固定连接的挡块6。在实施例中，如图1所示，连接外骨骼4一侧设有电源5，电源5上设有控制器，挡块6内侧设有压力传感器，控制器包括外部通信模块，控制系统，运动控制模块，意图判断模块；压力传感器上设有无线通信模块；髋关节助力器2上设有伺服控制单元，伺服控制单元上设有无线通信模块，压力传感器上的无线通信模块与伺服控制单元上的无线通信模块均连接控制器上的外部通讯模块。在实施例中，髋关节外骨骼助力机器人包括了三种训练模式，让步行动作更为流畅的“追踪模式”；引导使用者在行走时左右腿的弯曲的“对称模式”和调整使用者重心的“踏板模式”。在实施例中，如图2所示，髋关节助力器2包括被伺服控制单元控制的扁平力矩电机203，扁平力矩电机203一侧设有与扁平力矩电机203固定连接被扁平力矩电机203的电机输出轴洞穿的固定块202，固定块202上端焊接有与体宽调节外骨骼1下端固定连接的连接块205，固定块202一侧旋转连接有与扁平力矩电机203的电机输出轴固定连接的力矩输出单元201，力矩输出单元201下端焊接有与大腿外骨骼3上端固定连接的力矩输出连接块204，髋关节助力器2控制大腿外骨骼3的运动，从而控制穿戴者的髋关节的运动。在实施例中，如图1所示，连接块205与体宽调节外骨骼1通过连接件9固定连接，固定件9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，其特征在于，包括连接外骨骼(4)、左侧肢体外骨骼以及右侧肢体外骨骼，所述右侧肢体外骨骼包括一端与所述连接外骨骼(4)固定连接的体宽调节外骨骼(1)、与所述体宽调节外骨骼(1)另一端固定连接的髋关节助力器(2)、固定在所述髋关节助力器(2)一端的大腿外骨骼(3)、一端与所述大腿外骨骼(3)固定连接的膝关节助力器(7)、设置在膝关节助力器(7)另一端的小腿外骨骼(8)以及设置在所述小腿外骨骼(8)下端前侧与所述小腿外骨骼(8)固定连接的挡块(6)。

【技术特征摘要】
1.一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，其特征在于，包括连接外骨骼(4)、左侧肢体外骨骼以及右侧肢体外骨骼，所述右侧肢体外骨骼包括一端与所述连接外骨骼(4)固定连接的体宽调节外骨骼(1)、与所述体宽调节外骨骼(1)另一端固定连接的髋关节助力器(2)、固定在所述髋关节助力器(2)一端的大腿外骨骼(3)、一端与所述大腿外骨骼(3)固定连接的膝关节助力器(7)、设置在膝关节助力器(7)另一端的小腿外骨骼(8)以及设置在所述小腿外骨骼(8)下端前侧与所述小腿外骨骼(8)固定连接的挡块(6)。2.如权利要求1所述的一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，其特征在于：所述连接外骨骼(4)一侧设有电源(5)，所述电源(5)上设有控制器，所述挡块(6)内侧设有压力传感器。3.如权利要求1所述的一种基于助力器的髋、膝关节助力外骨骼机构，其特征在于：所述髋关节助力器(2)包括扁平力矩电机(203)，所述扁平力矩电机(203)一侧设有与所述扁平力矩电机(203)固定连接被所述扁平力矩电机(203)的电机输出轴洞穿的固定块(202)，所述固定块(202)上端焊接有与体宽调节外骨骼(1)下端固定连接的连接块(205)，所述固定块(202)一侧旋转连接有与所述扁平力矩电机(203)的电机输出轴固定连接的力矩输出单元(201)，所述力矩输出单元(201)下端焊接有与所述大腿外骨骼(3)上端固定连接的力矩输出连接块(204)。4.如权利要求3所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈赛旋，骆敏舟，
申请(专利权)人：江苏集萃智能制造技术研究所有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32