无源外骨骼制造技术

本发明专利技术公开了一种无源外骨骼，包括用于佩戴在使用者腰部位置的腰板，所述腰板的两端分别设有腿部机构；所述腿部机构包括大腿骨架和小腿骨架，所述大腿骨架的上下两端分别与所述腰板和所述小腿骨架之间铰接连接，所述小腿骨架的下端设有与使用者的脚部配合的踝板；所述大腿骨架和小腿骨架之间设有助力系统；所述助力系统包括辅助气缸和用于控制所述辅助气缸动作的气路系统；所述气路系统包括高压气瓶和用于对所述高压气瓶充气的主动充气系统；所述高压气瓶与所述辅助气缸之间设有控制气路；所述主动充气系统包括设置在所述踝板处的充气踏板，所述充气踏板与所述高压气瓶之间设有充气气路。本发明专利技术的一种无源外骨骼，可实现主动蓄能。蓄能。蓄能。

【技术实现步骤摘要】
无源外骨骼


[0001]本专利技术涉及一种外骨骼，具体的为一种无源外骨骼。

技术介绍

[0002]外骨骼又称机械外骨骼或动力外骨骼，是可穿戴在人体身上为人体提供额外动力的机器装置。根据有无动力源可分为有源外骨骼、无源外骨骼，根据动力形式的不同可分为气压驱动外骨骼、液压驱动外骨骼、电机驱动外骨骼、弹性材料驱动外骨骼，根据用途的不同可分为助力外骨骼、康复外骨骼、增强型外骨骼，根据助力区域的不同可分为下肢外骨骼、上肢外骨骼、全身外骨骼等，根据材料的不同可分为钢甲式外骨骼、柔性外骨骼等，根据使用场景的不同可分为军用类外骨骼、民用消费类外骨骼、医疗类外骨骼、工业辅助类外骨骼等。本设计所研究的方向和定位为无源下肢助力气动外骨骼。
[0003]外骨骼的种类和研究方向众多，各种类型都具有一定的优点和缺陷。其中，有源外骨骼常常由电池供电，电机减速器驱动关节，这种方式的优点就是能够提供足够大的动力增强穿戴者的力量，同时传动关节更为灵活和精确。但是这种方式难以避免的要携带电池、电机和减速器，极大的增加了外骨骼的负重，造成穿戴极为臃肿，同时由于减速器的存在使得电机正向驱动容易，而穿戴者反向动作需要很大的力量，从而机器才是主要操控者并非使用者本身，因此有源外骨骼仅适合部分特殊场景下使用，无法适合各种路况，产业化推广困难。无源外骨骼可克服有源外骨骼存在的体积臃肿、结构复杂的问题，与有源外骨骼之间形成良好的互补。
[0004]加拿大纽芬兰大学的G.K.I.Mann等人研发了一款用于蹲举助力的膝关节外骨骼。该外骨骼属于利用了弹性材料的无源外骨骼，在下蹲过程中，弹簧压缩并进行储能，在人站立的时候弹簧释放能量，并助力膝关节伸展，减少人体的代谢能量消耗。但是该机构的缺点是只能被动助力，储存于弹簧中的能量需要利用人体膝关节的弯曲进行蓄能，虽然弯曲的过程存在一定的惯性，但在对弹簧做功和其能量释放的过程中，两次做功浪费了部分能量，且该机构体积庞大，造成穿戴不便。
[0005]同理，公开号为CN112809658A的中国专利申请公开了一种无源膝关节外骨骼，包括：小腿连接板和大腿连接板，蓄能机构，所述蓄能机构将所述小腿连接板和大腿连接板可转动的连接在一起；所述蓄能机构具有初始能量；所述小腿连接板和大腿连接板相对转动时，向所述蓄能机构集聚能量；调节机构，所述调节结构连接在蓄能机构位于所述小腿连接板和大腿连接板之间的部分；所述调节结构用于调节所述初始能量。所述蓄能机构包括：转轴，所述转轴与所述小腿连接板紧固连接，由所述小腿连接板带动所述转轴转动；涡卷弹簧，所述涡卷弹簧的内圈端部与所述转轴紧固连接；承载座，所述承载座用于承载所述涡卷弹簧，且所述涡卷弹簧的外圈端部与所述承载座紧固连接；所述承载座具有外边沿，贯穿所述外边沿开设有通孔；第一盖体，所述第一盖体具有容纳空间，所述承载座固定在所述容纳空间内；贯穿所述第一盖体靠近边沿的位置开设第一环形通槽，沿所述第一环形通槽的内壁向远离所述第一盖体中心的方向间隔开设多个第一限位孔；第二盖体，所述第二盖体与
所述第一盖体相对，扣合在所述转轴的一端；贯穿所述第二盖体靠近边沿的位置开设第二环形通槽，沿所述第二环形通槽的内壁向远离所述第二盖体中心的方向间隔开设多个第二限位孔；所述第二环形通槽与所述第一环形通槽相对，所述第二限位孔与所述第一限位孔一一相对；所述大腿连接板位于所述第一盖体和第二盖体之间，并与所述第一盖体和第二盖体紧固连接在一起；所述第一盖体、承载座和第二盖体均能够在所述大腿连接板的带动下围绕所述转轴转动。
[0006]该无源膝关节外骨骼采用的蓄能机构仍利用了涡卷弹簧这样的弹性材料，在蓄能机构初始能量确定的情况下，可以将小腿连接板与穿戴者的小腿连接在一起，将大腿连接板与穿戴者的大腿连接在一起。当穿戴者曲腿时，带动小腿连接板和大腿连接板相对转动，此时，相对转动的小腿连接板和大腿连接板向蓄能机构进一步的集聚能量，与蓄能机构所具有的初始能量一起为穿戴者助力。当穿戴者伸腿时，蓄能机构所具有的初始能量以及向蓄能机构集聚的能量共同为穿戴者助力。该无源膝关节外骨骼虽然在一定程度上能够满足使用要求，但仍然只能被动助力，储存于涡卷弹簧中的能量需要利用人体膝关节的弯曲进行蓄能，虽然弯曲的过程存在一定的惯性，但在对涡卷弹簧做功和其能量释放的过程中，两次做功浪费了部分能量；另外，该无源膝关节外骨骼还存在机构体积庞大、结构复杂的问题，造成穿戴不便。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无源外骨骼，可实现主动蓄能。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种无源外骨骼，包括用于佩戴在使用者腰部位置的腰板，所述腰板的两端分别设有腿部机构；
[0010]所述腿部机构包括大腿骨架和小腿骨架，所述大腿骨架的上下两端分别与所述腰板和所述小腿骨架之间铰接连接，所述小腿骨架的下端设有与使用者的脚部配合的踝板；
[0011]所述大腿骨架和小腿骨架之间设有助力系统；
[0012]所述助力系统包括辅助气缸和用于控制所述辅助气缸动作的气路系统；所述气路系统包括高压气瓶和用于对所述高压气瓶充气的主动充气系统；所述高压气瓶与所述辅助气缸之间设有控制气路；所述主动充气系统包括设置在所述踝板处的充气踏板，所述充气踏板与所述高压气瓶之间设有充气气路。
[0013]进一步，所述大腿骨架与所述小腿骨架通过连杆机构铰接连接。
[0014]进一步，所述连杆机构包括三角板、第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述三角板上设有连接边；
[0015]所述第二连杆的两端分别与所述连接边和所述第一连杆之间铰接连接并形成第一铰接点和第二铰接点，所述第三连杆分别与所述连接边和所述第一连杆之间铰接连接并形成第三铰接点和第四铰接点；
[0016]所述第一铰接点和第二铰接点之间的距离与所述第三铰接点和第四铰接点之间的距离相等；所述第一铰接点与第三铰接点之间的距离与所述第二铰接点和第四铰接点之间的距离相等；
[0017]所述三角板固定安装在所述大腿骨架上或与所述大腿骨架设为一体，所述连接边
相对于所述大腿骨架成倾斜设置；所述辅助气缸的缸体固定安装在所述小腿骨架上，所述辅助气缸的活塞杆与所述三角板、第一连杆、第二连杆或第三连杆铰接连接；或，
[0018]所述三角板固定安装在所述小腿骨架上或与所述小腿骨架设为一体，所述连接边相对于所述小腿骨架成倾斜设置；所述辅助气缸的缸体固定安装在所述大腿骨架上，所述辅助气缸的活塞杆与所述三角板、第一连杆、第二连杆或第三连杆铰接连接。
[0019]进一步，所述连杆机构包括第四连杆和第五连杆，所述第四连杆和第五连杆的其中一端铰接连接并形成第五铰接点，所述第四连杆的另一端与所述大腿骨架之间铰接连接，所述第五连杆的另一端与所述小腿骨架之间铰接连接；所述大腿骨架与所述小腿骨架之间铰接连接；
[0020]所述辅助气缸的缸体与所述大腿骨架或小腿骨架之间铰接连接，所述辅助气缸的活塞杆与所述第四连杆或第五连杆之间铰接连接，或，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无源外骨骼，其特征在于：包括用于佩戴在使用者腰部位置的腰板(1)，所述腰板(1)的两端分别设有腿部机构；所述腿部机构包括大腿骨架(2)和小腿骨架(3)，所述大腿骨架(2)的上下两端分别与所述腰板(1)和所述小腿骨架(3)之间铰接连接，所述小腿骨架(3)的下端设有与使用者的脚部配合的踝板(4)；所述大腿骨架(2)和小腿骨架(3)之间设有助力系统；所述助力系统包括辅助气缸(5)和用于控制所述辅助气缸(5)动作的气路系统；所述气路系统包括高压气瓶(6)和用于对所述高压气瓶(6)充气的主动充气系统；所述高压气瓶(6)与所述辅助气缸(5)之间设有控制气路；所述主动充气系统包括设置在所述踝板(4)处的充气踏板(7)，所述充气踏板(7)与所述高压气瓶(6)之间设有充气气路。2.根据权利要求1所述的无源外骨骼，其特征在于：所述大腿骨架(2)与所述小腿骨架(3)通过连杆机构铰接连接。3.根据权利要求2所述的无源外骨骼，其特征在于：所述连杆机构包括三角板(8)、第一连杆(9)、第二连杆(10)和第三连杆(11)，所述三角板(8)上设有连接边(8a)；所述第二连杆(10)的两端分别与所述连接边(8a)和所述第一连杆(9)之间铰接连接并形成第一铰接点(12)和第二铰接点(13)，所述第三连杆(11)分别与所述连接边(8a)和所述第一连杆(9)之间铰接连接并形成第三铰接点(14)和第四铰接点(15)；所述第一铰接点(12)和第二铰接点(13)之间的距离与所述第三铰接点(14)和第四铰接点(15)之间的距离相等；所述第一铰接点(12)与第三铰接点(14)之间的距离与所述第二铰接点(13)和第四铰接点(15)之间的距离相等；所述三角板(8)固定安装在所述大腿骨架(2)上或与所述大腿骨架(2)设为一体，所述连接边(8a)相对于所述大腿骨架(2)成倾斜设置；所述辅助气缸(5)的缸体固定安装在所述小腿骨架(3)上，所述辅助气缸(5)的活塞杆与所述三角板(8)、第一连杆(9)、第二连杆(10)或第三连杆(11)铰接连接；或，所述三角板(8)固定安装在所述小腿骨架(3)上或与所述小腿骨架(3)设为一体，所述连接边(8a)相对于所述小腿骨架(3)成倾斜设置；所述辅助气缸(5)的缸体固定安装在所述大腿骨架(2)上，所述辅助气缸(5)的活塞杆与所述三角板(8)、第一连杆(9)、第二连杆(10)或第三连杆(11)铰接连接。4.根据权利要求2所述的无源外骨骼，其特征在于：所述连杆机构包括第四连杆(16)和第五连杆(17)，所述第四连杆(16)和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，李跃强，邵俊凯，陈岩，刘雨涵，刘逸果，刘懿铭，
申请(专利权)人：重庆科达机械有限公司，
类型：发明
国别省市：