穿戴型电动智能助残外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置，包括腰环、胯环、连接于腰环和胯环之间的多个主动连杆组件、背架以及下肢助力外骨骼，所述背架与腰环连接，两个所述下肢助力外骨骼分别连接于胯环左右两侧，所述主动连杆组件包括主动伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环转动配合、下端与主动伸缩杆上端转动配合，所述下铰链头下端与胯环转动配合、上端与主动伸缩杆下端转动配合；本发明专利技术通过多杆结构驱动形成基本步形运动，穿戴式助力外骨骼装置可通过人工控制实现身体姿态及腿部动作精细控制，在保持系统良好的负重助力前提下，实现步行运动助力，减轻穿戴者步行运动负荷。动负荷。

【技术实现步骤摘要】
穿戴型电动智能助残外骨骼装置


[0001]本专利技术属于穿戴式助力外骨骼机械
，特别涉及一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置。

技术介绍

[0002]穿戴式助力外骨骼是一种可穿戴在操作者身体外部的一种可助残机械装置，它可给穿戴外骨骼的人提供支撑、保护，及增强运动和负重能力。穿戴式外骨骼广泛应用于医疗康复以及工业生产应用等众多领域。
[0003]穿戴式助力外骨骼中髋关节和腰杆机械结构直接影响使用者胯部位置和腰部位置的活动自由度，现有穿戴式外骨骼的腰部和胯部机械结构的关节自由度不足，一般只包括多个转动自由度来配合人体动作，与人体实际运动匹配能力不足，行动缓慢，辅助效能难以发挥，且机械关节粗大，与人体贴合度不好，穿戴舒适度差。
[0004]因此，为解决以上问题，需要一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置，通过多杆联动在维持良好穿戴匹配性的基础上，最大限度的贴合人体的实际运动，利于驱动使用者实现复杂的胯部、腰部、肩部和腿部动作，利于提高人机匹配性能。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置，需要一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置，通过多杆联动在维持良好穿戴匹配性的基础上，最大限度的贴合人体的实际运动，利于驱动使用者实现复杂的胯部、腰部、肩部和腿部动作，利于提高人机匹配性能。
[0006]本专利技术的穿戴型电动智能助残外骨骼装置，包括用于与腰部配合的腰环、用于与胯部配合的胯环、连接于腰环和胯环之间的多个主动连杆组件、用于穿戴于肩部的背架以及用于穿戴于左、右腿部的两个下肢助力外骨骼，所述背架设置于腰环的上方并与腰环连接，两个所述下肢助力外骨骼分别连接于胯环左右两侧，所述主动连杆组件包括主动伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与主动伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头下端与胯环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头上端与主动伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。
[0007]进一步，所述下肢助力外骨骼包括大腿连杆、小腿连杆、用于驱动大腿连杆和小腿连杆摆动并可被主动伸缩的行动连杆以及用于为行动连杆提供动力的驱动组件；所述大腿连杆上端与胯环通过转动副配合连接，所述大腿连杆下端以及行动连杆下端分别与小腿连杆上端通过转动副配合连接并形成两个转动副，所述驱动组件安装于胯环上并与行动连杆上端驱动配合用于驱动行动连杆摆动从而驱动大腿连杆和小腿连杆相对摆动实现跨步运动。
[0008]进一步，所述背架与腰环之间通过多个主动作动器连接，所述主动作动器包括主动伸缩柱、上铰接头和下铰接头，所述上铰接头上端与背架以Z向轴线为中心转动配合，所
述上铰接头下端与主动伸缩柱上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰接头下端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰接头上端与主动伸缩柱下端以水平轴线为中心转动配合。
[0009]进一步，所述主动伸缩杆和主动伸缩柱以及行动连杆均包括外筒、可轴向伸缩内套于外筒内的内杆以及设置于外筒内并用于驱动内杆伸缩的伸缩驱动件。
[0010]进一步，所述胯环包括左半胯环以及右半胯环，所述左半胯环和右半胯环呈C状结构用于适形围抱于胯部左右侧，所述左半胯环和右半胯环下连接有侧板，两个所述下肢助力外骨骼分别连接于两个侧板上。
[0011]进一步，所述腰环包括腰带、固定于腰带上的多个安装节以及锁扣，所述上铰链头和下铰接头可转动安装于安装节上，所述锁扣设置于腰带上用于调节腰带松紧。
[0012]进一步，所述主动连杆组件设置有两组，两组所述主动连杆组件分别连接于腰环与左半胯环之间以及腰环与右半胯环之间，每组主动连杆组件中至少包括六根主动连杆组件，两组主动连杆组件围绕腰环呈环形布置且相邻主动连杆组件两两呈V形布局。
[0013]进一步，所述背架包括呈倒置U形的左肩架和右肩架以及连接于左肩架和右肩架背部之间的背板，所述主动作动器设置有三组，三组所述主动作动器分别连接于左肩架与腰环之间、右肩架与腰环之间以及背板与腰环之间。
[0014]进一步，每组主动作动器中包括两根主动作动器，两根所述主动作动器呈V形布置。
[0015]进一步，所述驱动组件包括转动配合安装于机体上的转动轮副、驱动转动轮副转动的驱动装置以及摇臂，所述行动连杆上端与转动轮副偏心转动配合，所述摇臂组件两端分别通过转动副配合于胯环以及行动连杆上端，所述摇臂组件与行动连杆形成的转动副位于转动轮副与行动连杆形成的转动副上方。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术以主动作动器、主动连杆组件和行动连杆为执行机构，通过构建多杆型多自由度躯干支撑控制系统，以刚性背架为结构定型装置，通过多杆协同构建多自由度虚拟脊柱，保持躯干支撑控制系统对穿戴者身体躯干部分的支撑扶正作用，并始终维持良好的结构稳定性和承载性能。整个系统采用通过曲柄
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连杆
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摇臂结构、多杆型多自由度虚拟胯关节机构与多杆型多自由度背负传载系统在半柔性腰带的上下传载连接下，形成结构稳定、传载可靠、运动自由的穿戴式电动助力外骨骼装置，实现外骨骼自主行走和良好的支撑扶正功能，可以有效协助运动能力丧失的残疾人恢复运动能力。
[0018]本专利技术通过多杆结构驱动形成基本步形运动，穿戴式助力外骨骼装置可通过人工控制实现身体姿态及腿部动作精细控制，在保持系统良好的负重助力前提下，实现步行运动助力，减轻穿戴者步行运动负荷，穿戴者无需付出人工控制负荷，就可以通过外骨骼驱动下实现灵活运动，同时提高穿戴者负重能力和行动能力；而且在保持系统良好的支撑助力前提下，实现高效精细的残疾人康复助力运动，利于恢复残疾人甚至高位截瘫病人的自主行动能力，多杆协同结构不仅能够实现良好的支撑扶正作用和丰富灵活的运动自由度，而且能够保证良好的人体贴合度和穿戴舒适性，将能够成为残疾人恢复正常生活的得力助手；
[0019]本专利技术通过背架、腰环、左半胯环和右半胯环并结合多个主动连杆组件和多个主
动作动器构建多杆型多自由度适配于人体上半身的随动式穿戴式外骨骼结构，以主动连杆组件和主动作动器为执行机构，可主动驱动人体腰部以及肩部运动，可作为助残外骨骼用于控制身体，实现人体姿态控制的电动控制；并且在保持机械结构良好的人机匹配前提下，可实现背部至腰腿间良好的传载能力和足够的灵活性；
[0020]本专利技术通过驱动组件配合多连杆结构即实现了对整个仿生机械外骨骼穿戴装置的驱动，简化了下肢助力外骨骼的结构，降低了整个外骨骼的重量，提升了用户体验；下肢助力外骨骼通过曲柄连杆机构配合摇臂协同机构的基础上，通过大腿外骨骼与驱动连杆差动配合，构建单电机驱动与人体步形运动的基本转换，实现一般步形运动的高效助力；同时配合驱动连杆伸缩，实现膝关节角度主动精细调节能力。
[0021]本专利技术的可保持机械腿部结构与躯干间良好的载荷传递能力和运动自由度，在保证良好的人体贴合度、舒适性和传载能力的基础上，实现良好的人机匹配特性，具有良好的人机功效和准确的仿生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿戴型电动智能助残外骨骼装置，其特征在于：包括用于与腰部配合的腰环、用于与胯部配合的胯环、连接于腰环和胯环之间的多个主动连杆组件、用于穿戴于肩部的背架以及用于穿戴于左、右腿部的两个下肢助力外骨骼，所述背架设置于腰环的上方并与腰环连接，两个所述下肢助力外骨骼分别连接于胯环左右两侧，所述主动连杆组件包括主动伸缩杆、上铰链头和下铰链头，所述上铰链头上端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰链头下端与主动伸缩杆上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰链头下端与胯环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰链头上端与主动伸缩杆下端以水平轴线为中心转动配合。2.根据权利要求1所述的穿戴型电动智能助残外骨骼装置，其特征在于：所述下肢助力外骨骼包括大腿连杆、小腿连杆、用于驱动大腿连杆和小腿连杆摆动并可被主动伸缩的行动连杆以及用于为行动连杆提供动力的驱动组件；所述大腿连杆上端与胯环通过转动副配合连接，所述大腿连杆下端以及行动连杆下端分别与小腿连杆上端通过转动副配合连接并形成两个转动副，所述驱动组件安装于胯环上并与行动连杆上端驱动配合用于驱动行动连杆摆动从而驱动大腿连杆和小腿连杆相对摆动实现跨步运动。3.根据权利要求2所述的穿戴型电动智能助残外骨骼装置，其特征在于：所述背架与腰环之间通过多个主动作动器连接，所述主动作动器包括主动伸缩柱、上铰接头和下铰接头，所述上铰接头上端与背架以Z向轴线为中心转动配合，所述上铰接头下端与主动伸缩柱上端以水平轴线为中心转动配合，所述下铰接头下端与腰环以Z向轴线为中心转动配合，所述下铰接头上端与主动伸缩柱下端以水平轴线为中心转动配合。4.根据权利要求3所述的穿戴型电动智能助残外骨骼装置，其特征在于：所述主动伸缩杆和主动伸缩柱以及行动连杆均包括外筒、可轴向伸缩内套于外筒内...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳平，聂祥樊，延黎，邓涛，杜玉环，李建，张书博，文张军，曾杨洋，彭思逸，胡铭薇，程彦凯，王嘉鑫，白文亮，唐远沛，王中昊，李冰，王相龙，戴家俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
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