机械式助力型下肢外骨骼制造技术

本发明专利技术公开了机械式助力型下肢外骨骼，其包括护腰组件和自适应腿骨骼活动组件，其中，两个所述自适应腿骨骼活动组件分别连接在所述护腰组件两侧的底端，且两个所述自适应腿骨骼活动组件相对称设置，所述自适应腿骨骼活动组件包括髋关节连接件二、股骨杆、护腿一、胫骨骼组件以及气动弹簧组件，所述髋关节连接件二的顶端可转动连接在所述护腰组件一侧的底端。本发明专利技术装置为了增加户外使用率，使用了纯机械结构，助力源来源于使用者日常活动中的多余势能，储存在装置的储能元件中在下一个动作时释放起到助力作用，此外为了不同使用人群，结构设计采用模块化设计，只需更换个别组件就可以实现不同的需求。

【技术实现步骤摘要】
机械式助力型下肢外骨骼
本专利技术具体涉及机械下肢外骨骼领域，具体是机械式助力型下肢外骨骼。
技术介绍
目前，大多数国家的科研机构对外骨骼机器人的研究都处于基础起步阶段，比较领先的国家主要是美国和日本；法国、俄罗斯、韩国等也在外骨骼机器人技术上有所建树；而我国对外骨骼机器人领域的探索比较晚，但随着外骨骼机器欠在社会上的需求量不断增大，我国国家自然科学基金、863和科技支撑计划等也逐渐开展了相应的研究；2004年，海军航空学院开展了关于外骨骼技术的研究，并于2006年首次推出了第一-代外骨骼机器人，之后又展示了第二代外骨骼机器人；该装备以电池为能量来源，通过安置于足底的压力传感器收集步态信息，然后通过h微处理器得发出信息驱动电动机输出动力，从而实现了穿戴者的负重行走四。除此之外，哈尔滨工业大学开展了关于康复训练的外骨骼机器人的研究:上海大学和浙江大学也分别研制出了不同用途的下肢外骨骼机器人:清华大学、陆军第二炮兵学院、中科院合肥智能研究所、东南大学、海军航空工程学院、南京理工大学、上海大学、浙江大学、哈尔滨工业大学东南大学、中口学技术大学等科研单位也逐渐开始了外将机出技术的研5E。总体来说，现如今的外骨骼机器人有以下几个问题：1.续航问题：大多需外接电源，适合室内特种作业不适合户外无充电装置的情况；2.成本高昂：无论国内国外设备价格都在万元以上，大部分家庭现有的经济水平难以接受这样高昂的额外支出；3.重量大便携度不高：装置重量偏高在无能源驱动情况下无法运作，整体框架偏大在不使用时存储运输不方便；4.安全性：电机驱动有一定的风险性，老人无相应的知识。在遇到突发情况时易对人身造成伤害。
技术实现思路
为此，本专利技术提出机械式助力型下肢外骨骼以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：机械式助力型下肢外骨骼，其包括护腰组件和自适应腿骨骼活动组件，其中，两个所述自适应腿骨骼活动组件分别连接在所述护腰组件两侧的底端，且两个所述自适应腿骨骼活动组件相对称设置，其特征在于：所述自适应腿骨骼活动组件包括髋关节连接件二、股骨杆、护腿一、胫骨骼组件以及气动弹簧组件，所述髋关节连接件二的顶端可转动连接在所述护腰组件一侧的底端，所述髋关节连接件二的底端固定连接有所述股骨杆的一端，所述股骨杆的另一端固定连接有股骨护腿固定件，且所述股骨护腿固定件的内侧固定有所述护腿一，所述股骨护腿固定件的底端固定有股骨杆气弹簧座一，所述股骨杆气弹簧座一的底端固定有膝关节连接件二，所述膝关节连接件二远离所述股骨杆气弹簧座一的一端采用膝关节轴盖转动连接膝关节连接件一的顶端，所述膝关节连接件一的底端连接有所述胫骨骼组件，且所述胫骨骼组件采用所述气动弹簧组件活动连接所述股骨杆气弹簧座一。进一步，作为优选，所述胫骨骼组件包括胫骨杆、踝关节支撑件、胫腿护腿固定件、护腿二以及股骨杆气弹簧座二，所述胫骨杆的一端固定连接在所述膝关节连接件一的底端，所述胫骨杆的另一端固定连接有所述踝关节支撑件，所述胫骨杆外表面的上部固定套设有所述胫腿护腿固定件，且所述胫腿护腿固定件的内侧固定设置有所述护腿二，所述胫腿护腿固定件的顶端设置有固定套设在所述胫骨杆外表面上的所述股骨杆气弹簧座二。进一步，作为优选，所述气动弹簧组件包括气弹簧座一、气弹簧座二、气弹簧粗杆和气弹簧细杆，所述气弹簧座一固定设置在所述股骨杆气弹簧座二的前侧，且所述气弹簧座一上转动连接有所述气弹簧粗杆的底端，所述气弹簧粗杆的内腔中滑动连接有所述气弹簧细杆的一端，所述气弹簧细杆的另一端转动连接在所述气弹簧座二，且所述气弹簧座二固定设置在所述股骨杆气弹簧座一的前侧。进一步，作为优选，所述护腰组件包括护腰一、护腰二、护腰三、髋关节连接件一和髋关节轴盖，所述护腰一的两侧均固定设置有所述护腰二，且每个所述护腰二的底端均固定有所述护腰三，位于同一侧的所述护腰二和护腰三的外侧均固定有所述髋关节连接件一，每个所述髋关节连接件一的上部均设置有髋关节拉力弹簧固定件，每个所述髋关节连接件一的底端均采用所述髋关节轴盖转动连接有所述髋关节连接件二的顶端。进一步，作为优选，位于所述髋关节连接件二两侧的部分所述髋关节轴盖上均套接有髋关节扭簧。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术装置为了增加户外使用率，使用了纯机械结构，助力源来源于使用者日常活动中的多余势能，储存在装置的储能元件中在下一个动作时释放起到助力作用，此外为了不同使用人群，结构设计采用模块化设计，只需更换个别组件就可以实现不同的需求。2.本专利技术装置中髋关节采用拉力弹簧和扭矩弹簧复合作用，通过MATLAB数据计算找到平衡点抵消运动时的重力势能。3.本专利技术装置中膝关节的气动弹簧在压缩到最大限时刻让使用者悬空坐下，类似网络上的隐形椅子，便于特定场合短暂休息。4.本专利技术装置中踝关节的结构不固定选择可更换结构，根据所换结构不同实现不同作用，如泄力装置可实现行走时避免撞击，并储存部分冲击力，或类似残奥会运动员那样C型假肢增加户外的奔跑能力。附图说明图1为机械式助力型下肢外骨骼的立体结构示意图；图2为机械式助力型下肢外骨骼的正视结构示意图；图3为图2中A部分的放大示意图；图4为机械式助力型下肢外骨骼中护腰组件的结构示意图；图5为机械式助力型下肢外骨骼的局部放大示意图；图6为髋关节简画受力分析图；图7为重力力矩仿真图；图8为弹簧力矩仿真图；图9为合力矩仿真图。图中：1、护腰组件、101、护腰一；102、护腰二；103、护腰三；2、髋关节拉力弹簧固定件；3、护腿一；4、股骨护腿固定件；5、胫腿护腿固定件；6、踝关节支撑件；7、胫骨杆；8、气弹簧粗杆；9、气弹簧细杆；10、股骨杆；11、髋关节连接件二；12、护腿二；13、气弹簧座一；14、膝关节连接件一；15、气弹簧座二；16、股骨杆气弹簧座一；17、膝关节连接件二；18、膝关节轴盖；19、股骨杆气弹簧座二；20、髋关节扭簧；21、髋关节轴盖；22、髋关节连接件一。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：请参阅附图1-5，本专利技术提供一种技术方案：机械式助力型下肢外骨骼，其包括护腰组件1和自适应腿骨骼活动组件，其中，两个自适应腿骨骼活动组件分别连接在护腰组件1两侧的底端，且两个自适应腿骨骼活动组件相对称设置，自适应腿骨骼活动组件包括髋关节连接件二11、股骨杆10、护腿一3、胫骨骼组件以及气动弹簧组件，髋关节连接件二11的顶端可转动连接在护腰组件1一侧的底端，髋关节连接件二11的底端固定连接有股骨杆10的一端，股骨杆10的另一端固定连接有股骨护腿固定件4，且股骨护腿固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.机械式助力型下肢外骨骼，其包括护腰组件(1)和自适应腿骨骼活动组件，其中，两个所述自适应腿骨骼活动组件分别连接在所述护腰组件(1)两侧的底端，且两个所述自适应腿骨骼活动组件相对称设置，其特征在于：所述自适应腿骨骼活动组件包括髋关节连接件二(11)、股骨杆(10)、护腿一(3)、胫骨骼组件以及气动弹簧组件，所述髋关节连接件二(11)的顶端可转动连接在所述护腰组件(1)一侧的底端，所述髋关节连接件二(11)的底端固定连接有所述股骨杆(10)的一端，所述股骨杆(10)的另一端固定连接有股骨护腿固定件(4)，且所述股骨护腿固定件(4)的内侧固定有所述护腿一(3)，所述股骨护腿固定件(4)的底端固定有股骨杆气弹簧座一(16)，所述股骨杆气弹簧座一(16)的底端固定有膝关节连接件二(17)，所述膝关节连接件二(17)远离所述股骨杆气弹簧座一(16)的一端采用膝关节轴盖(18)转动连接膝关节连接件一(14)的顶端，所述膝关节连接件一(14)的底端连接有所述胫骨骼组件，且所述胫骨骼组件采用所述气动弹簧组件活动连接所述股骨杆气弹簧座一(16)。/n

【技术特征摘要】
1.机械式助力型下肢外骨骼，其包括护腰组件(1)和自适应腿骨骼活动组件，其中，两个所述自适应腿骨骼活动组件分别连接在所述护腰组件(1)两侧的底端，且两个所述自适应腿骨骼活动组件相对称设置，其特征在于：所述自适应腿骨骼活动组件包括髋关节连接件二(11)、股骨杆(10)、护腿一(3)、胫骨骼组件以及气动弹簧组件，所述髋关节连接件二(11)的顶端可转动连接在所述护腰组件(1)一侧的底端，所述髋关节连接件二(11)的底端固定连接有所述股骨杆(10)的一端，所述股骨杆(10)的另一端固定连接有股骨护腿固定件(4)，且所述股骨护腿固定件(4)的内侧固定有所述护腿一(3)，所述股骨护腿固定件(4)的底端固定有股骨杆气弹簧座一(16)，所述股骨杆气弹簧座一(16)的底端固定有膝关节连接件二(17)，所述膝关节连接件二(17)远离所述股骨杆气弹簧座一(16)的一端采用膝关节轴盖(18)转动连接膝关节连接件一(14)的顶端，所述膝关节连接件一(14)的底端连接有所述胫骨骼组件，且所述胫骨骼组件采用所述气动弹簧组件活动连接所述股骨杆气弹簧座一(16)。


2.根据权利要求1所述的机械式助力型下肢外骨骼，其特征在于：所述胫骨骼组件包括胫骨杆(7)、踝关节支撑件(6)、胫腿护腿固定件(5)、护腿二(12)以及股骨杆气弹簧座二(19)，所述胫骨杆(7)的一端固定连接在所述膝关节连接件一(14)的底端，所述胫骨杆(7)的另一端固定连接有所述踝关节支撑件(6)，所述胫骨杆(7)外表面的上部固定套设有所述胫腿护腿固定件(5)，且所述胫腿护腿固定件(5)的内侧固定设置有所述护腿二(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀辉，李殿超，万正阳，樊晨博，张喜旺，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：河南;41