本发明专利技术公开了一种助行坐倚外骨骼、控制方法，包括腰跨部绑带、大腿机构、小腿机构、足部机构、角度测量机构、控制盒和供电模块；腰跨部绑带两侧安装有一对大腿机构；大腿机构一端内侧安装有角度测量机构，角度测量机构测量的信息传输至控制盒；大腿机构另一端与小腿机构一端连接，小腿机构另一端安装有足部机构；供电模块用于供电；控制盒控制大腿机构、小腿机构实现对应运动模式下的运动。本发明专利技术通过位于人体左侧的外骨骼左腿与人体右腿同步运动，位于人体右侧的外骨骼右腿与人体左腿同步运动，能够为人行走提供助力与支撑效果。并且本装置通过髋关节自锁电机的自锁和膝关节限位机构的机械锁定可为人体的倚靠姿态和蹲坐姿态提供支撑。支撑。支撑。
【技术实现步骤摘要】
一种助行坐倚外骨骼、控制方法
[0001]本专利技术涉及一种助行坐倚外骨骼、控制方法，属于下肢支撑外骨骼领域。
技术介绍
[0002]在现代化的生产生活中，尽管广泛应用各类交通工具、自动化设备将人类从繁重的体力劳动中解放出来，但仍有例如工业中特殊零件的加工、医疗卫生行业中负责手术的进行、服务行业中的美容美发等岗位需要手工操作。这些类型的工作中有一个典型的共同特点，即工作人员需要长期保持静止站立、半蹲且会进行短距离的步行移动长期从事这种类型工作的工人腿部肌肉和下肢关节容易发生损伤，增加了患肌肉骨骼相关疾病的风险，还可能缩短职业寿命并造成严重的职业后遗症。
[0003]针对以上情况，可穿戴外骨骼座椅的概念被提出。可穿戴外骨骼座椅结合人体的灵活性和机械结构装置的特点，为工人在不舒适的高度工作时提供倚靠或坐姿辅助。目前多数外骨骼座椅采用可固定的半活动结构为穿戴者提供支撑，通过绑带连接在穿戴者的臀部和腿部，通过可活动的膝关节和踝关节使穿戴者可以行走。
[0004]但由于外骨骼座椅通过多根绑带捆绑在穿戴者的腿部，以及外骨骼自身也存在一定的重量，其仍然会对穿戴者的正常行走产生一定影响，使穿戴者感到较大的束缚感，且并不具备助行功能。
[0005]综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种助行坐倚外骨骼、控制方法，通过巧妙的结构构建了可以用于助行、坐、倚不同姿态下的外骨骼穿戴设备，并进一步依据控制方法实现不同运动模式下的控制。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]根据本专利技术的一方面，提供了一种助行坐倚外骨骼，包括腰跨部绑带1、大腿机构4、小腿机构5、足部机构6、角度测量机构8、控制盒7和供电模块9；所述腰跨部绑带1两侧安装有一对大腿机构4；所述大腿机构4一端内侧安装有角度测量机构8，角度测量机构8测量的信息传输至控制盒7；所述大腿机构4另一端与小腿机构5一端连接，所述小腿机构5另一端安装有足部机构6；所述供电模块9用于供电；所述控制盒7控制大腿机构4、小腿机构5实现对应运动模式下的运动。
[0009]所述大腿机构4包括大腿动力模块、大腿板，所述大腿动力模块包括安装板16、髋关节自锁电机18，所述安装板16下端固定角度测量机构8中的编码器底座14，安装板16上端与腰跨部绑带1铰接，安装板16外侧安装髋关节自锁电机18，髋关节自锁电机18传动轴通过髋关节电机联轴器31安装大腿板。
[0010]所述角度测量机构8包括大腿绑带10、夹板11、编码器旋转轴12、镜像磁铁13、编码器底座14、磁编码器15；所述大腿绑带10通过夹板11固定在编码器旋转轴12上，所述编码器
旋转轴12末端装有镜像磁铁13，所述编码器旋转轴12插入在编码器底座14中，所述固定在大腿机构4上的编码器底座14外侧安装有磁编码器15，所述磁编码器15中心与镜像磁铁13中心在同一直线上。
[0011]所述小腿机构5包括小腿动力模块、小腿板，所述小腿动力模块包括膝关节电机21、限位挡块22，所述大腿机构4另一端安装有膝关节电机21，所述膝关节电机21传动轴的末端安装贯穿限位挡块22的膝关节电机联轴器23，通过膝关节电机联轴器23与小腿板一端连接，限位挡块22与大腿机构4的大腿板固定，小腿板与限位挡块22配合，限制小腿机构5向前摆动最大角度为α
°
，向后摆动最大角度为β
°
。
[0012]所述小腿机构5与足部机构6之间通过踝关节辅助机构连接。
[0013]所述踝关节辅助机构包括弹簧压板32、圆柱形滑块33，所述弹簧压板32一端与小腿机构5中的小腿板固定，弹簧压板32另一端与足部机构6弹性连接且弹簧压板32另一端设有圆柱形滑块33，用于沿足部机构6上下移动。
[0014]所述弹簧压板32另一端中部与安装在足部机构6中足部安装外壳24滑槽内的弹簧Ⅰ25配合且圆柱形滑块33能沿滑槽上下移动，弹簧压板32另一端两侧与足部安装外壳24两侧的弹簧Ⅱ26、弹簧Ⅲ27配合。
[0015]所述足部机构6包括足部安装外壳24、单向轴承28、轮轴29、摩擦轮30；所述足部安装外壳24两侧内嵌有单向轴承28，所述单向轴承28安装有轮轴29，所述轮轴29两侧安装有摩擦轮30。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种助行坐倚外骨骼的控制方法，包括三种运动模式至少之一；
[0017]第一运动模式，用于为穿戴者提供行走助力；
[0018]第二运动模式，为穿戴者坐姿姿态提供支撑；
[0019]第三运动模式，为穿戴者倚靠姿态提供支撑。
[0020]所述第一运动模式下，位于人体左侧的外骨骼左腿3与人体右腿同步运动，位于人体右侧的外骨骼右腿2与人体左腿同步运动；所述第二运动模式下，助行坐倚外骨骼为固定姿态：所述小腿机构5向前摆动α
°
，所述大腿机构4向后摆动α
°
；所述第三运动模式下，助行坐倚外骨骼为固定姿态：所述小腿机构5向后摆动β
°
；所述大腿机构4不摆动；其中，以穿戴者初次保持站立姿势穿戴设备时，磁编码器15读取的穿戴者髋关节在人体矢状面上的角度，并设置为零点；以零点作为初始状态进行各运动模式控制。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1.本装置通过安装在腰跨部绑带两侧的外骨骼左腿和外骨骼右腿，位于人体左侧的外骨骼左腿与人体右腿同步运动，位于人体右侧的外骨骼右腿与人体左腿同步运动，使得本装置能够在人行走时分担腿部的支撑力，同时抵消人摆腿时对人体产生的转动惯量，维持人体平衡；
[0023]2.本装置通过弹簧连接小腿机构与足部机构，使得本装置可以适应大多数路面，同时摩擦轮通过单向轴承安装在足部安装外壳上，使得外骨骼腿向前摆动时不受干扰，向后摆动时摩擦轮与地面相对静止，为人行走提供向前的动力；
[0024]3.本装置通过膝关节电机联轴器贯穿限位挡块安装在小腿机构顶端，同时髋关节自锁电机安装在髋关节电机安装板下端，使得本装置在小腿机构向前摆动30
°
，大腿机构向
后摆动30
°
时，装置为倚靠姿态提供支撑，在小腿机构向后摆动100
°
，所述大腿机构不摆动时，装置为蹲坐姿态提供支撑；
[0025]4.本装置通过角度测量机构安装在大腿机构内侧，同时大腿绑带通过夹板固定在编码器旋转轴上，使得装置可以准确识别人体行走时腿部的摆动幅度与速度；
[0026]5.本装置轻巧便捷，体型小，重量轻，穿戴方便，对人体的约束性小。
附图说明
[0027]图1为本专利技术结构结构示意图；
[0028]图2为本专利技术结构侧视示意图；
[0029]图3为本专利技术大腿机构与腰跨部绑带连接处爆炸示意图；
[0030]图4为本专利技术大腿机构与小腿机构连接处示意图；
[0031]图5为本专利技术大腿机构与小腿机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种助行坐倚外骨骼，其特征在于，包括腰跨部绑带(1)、大腿机构(4)、小腿机构(5)、足部机构(6)、角度测量机构(8)、控制盒(7)和供电模块(9)；所述腰跨部绑带(1)两侧安装有一对大腿机构(4)；所述大腿机构(4)一端内侧安装有角度测量机构(8)，角度测量机构(8)测量的信息传输至控制盒(7)；所述大腿机构(4)另一端与小腿机构(5)一端连接，所述小腿机构(5)另一端安装有足部机构(6)；所述供电模块(9)用于供电；所述控制盒(7)控制大腿机构(4)、小腿机构(5)实现对应运动模式下的运动。2.根据权利要求1所述的助行坐倚外骨骼，其特征在于，所述大腿机构(4)包括大腿动力模块、大腿板，所述大腿动力模块包括安装板(16)、髋关节自锁电机(18)，所述安装板(16)下端固定角度测量机构(8)中的编码器底座(14)，安装板(16)上端与腰跨部绑带(1)铰接，安装板(16)外侧安装髋关节自锁电机(18)，髋关节自锁电机(18)传动轴通过髋关节电机联轴器(31)安装大腿板。3.根据权利要求1所述的助行坐倚外骨骼，其特征在于，所述角度测量机构(8)包括大腿绑带(10)、夹板(11)、编码器旋转轴(12)、镜像磁铁(13)、编码器底座(14)、磁编码器(15)；所述大腿绑带(10)通过夹板(11)固定在编码器旋转轴(12)上，所述编码器旋转轴(12)末端装有镜像磁铁(13)，所述编码器旋转轴(12)插入在编码器底座(14)中，所述固定在大腿机构(4)上的编码器底座(14)外侧安装有磁编码器(15)，所述磁编码器(15)中心与镜像磁铁(13)中心在同一直线上。4.根据权利要求1所述的助行坐倚外骨骼，其特征在于，所述小腿机构(5)包括小腿动力模块、小腿板，所述小腿动力模块包括膝关节电机(21)、限位挡块(22)，所述大腿机构(4)另一端安装有膝关节电机(21)，所述膝关节电机(21)传动轴的末端安装贯穿限位挡块(22)的膝关节电机联轴器(23)，通过膝关节电机联轴器(23)与小腿板一端连接，限位挡块(22)与大腿机构(4)的大腿板固定，小腿板与限位挡块(22)配合，限制小腿机构(5)向前摆动最大角度为α
°
，向后...
【专利技术属性】
技术研发人员：张浩鲲，高贯斌，李奇，马铭豪，萧涵，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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