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1. (WO2018077256) LOWER LIMB MOVEMENT-ASSISTING MACHINE SKELETON HAVING CENTER-OF-GRAVITY SELF-ADJUSTMENT AND BALANCING FUNCTION
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011  

说明书

发明名称 : 一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼

技术领域

[0001]
本发明涉及外骨骼机械领域,尤其是涉及一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼。

背景技术

[0002]
机械外骨骼,又名“外骨骼装甲”或“外骨骼机甲”,其结构原理类似昆虫的外骨骼,通过穿戴在人身上,给人提供额外的动力增强人体机能并提供防护。现有的下肢辅助行走外骨骼机械已基本能给人提供额外的动力,但其本身与人体连接,当机械跟不上人体运动的节奏时容易导致重心不稳,但目前的下肢辅助行走外骨骼机械大都没有中心自调节机构,很容易摔倒,所以有必要发明一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼。
[0003]
发明内容
[0004]
本发明要解决的技术问题是:为了克服上述中存在的问题,提供了一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其结构合理,具有结构简单、使用方便、智能化程度高等优点,有效解决现有下肢辅助行动机器骨骼不能很好地稳定人体重心的问题。
[0005]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,包括底座、髋部支架、小腿支架、脚部固定板以及驱动器,所述底座的上表面通过第一球铰铰接有腰部转动座;
[0006]
所述腰部转动座的左、右、后三个方向上还分别设置有重心调节装置,重心调节装置包括固定设置在腰部转动座上的两块支撑块、固定设置在腰部转动座上的第一电机、丝杠、配重滑块以及缓冲弹簧;所述第一电机的转轴是与丝 杠的一端相互传动连接,丝杠的另一端是与两块支撑板分别相互转动连接;所述的缓冲弹簧是与丝杠套设并与两块支撑块相互固定连接,所述的配重滑块是与丝杠传动连接并与缓冲弹簧相互抵接;
[0007]
所述髋部支架的上端是通过第二球铰与底座的下表面铰接,所述第二球铰的外表面固定安装有重力传感器;所述的髋部支架与底座之间设置有液压缸,液压缸的上端是通过第三球铰与底座连接,液压缸的下端是通过第四球铰与髋部抬升座连接;
[0008]
所述髋部支架的外表面上端设有驱动器铰接座,所述髋部支架的下表面设有膝关节连接凸块,所述髋部支架的下端是通过膝关节连接凸块、连接凹槽与小腿支架上端相互铰接;
[0009]
所述髋部支架内部设有空腔,并在支架壁面上竖直设置有通槽,空腔内设置有压缩气瓶、电磁阀,并在通槽内侧设置有安全气囊,通槽上设置有用于保护安全气囊的盖板;
[0010]
所述小腿支架的外表面固定安装有加速度传感器以及开设有环形连接槽,所述环形连接槽上设置有连接环,连接环上设置有连接块;所述驱动器的上端是与驱动器铰接座相互铰接,驱动器的下端是与连接块相互铰接;
[0011]
所述的驱动器包括一个U字形外壳,U字形外壳上对称设置有滑槽;U字形外壳的内部固定安装有第二电机,所述第二电机的转轴传动连接有丝杠,所述丝杠螺纹连接有丝杠螺母,所述丝杠螺母的下表面固定连接有移动杆,所述的丝杠螺母上设置有滑动连接于滑槽的导向杆。
[0012]
进一步地,所述腰部转动座上固定设置有背包,所述背包的外表面设有开关,所述背包的内部固定安装有蓄电池、总控制器和处理器;所述底座的下表面固定安装有陀螺仪。
[0013]
进一步地,所述腰部转动座、髋部支架、小腿支架和脚部固定座的外表面均固定安装有弹性束缚带。
[0014]
进一步地,所述小腿支架的下端是与脚部固定板通过第五球铰相互铰接;所述脚部固定板的下表面固定安装有若干压力传感器。
[0015]
进一步地,所述陀螺仪、重力传感器、加速度传感器、电磁阀、第二电机、第一电机和压力传感器均通过电路连接于总控制器。
[0016]
进一步地,所述髋部支架、小腿支架和脚部固定座均设置有两个。
[0017]
进一步地,所述总控制器的型号可以根据实际场景需要,选用设置安装型号为AtmegalCAN128单片机。
[0018]
进一步地,所述处理器的型号可以根据实际场景需要,选用设置安装型号为intel-酷睿-i7-6700K。
[0019]
进一步地,所述的压力传感器是分别设置在脚部固定板的前后左右四个方向位置。
[0020]
本发明的有益效果是:一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,包括底座、髋部支架、小腿支架、脚部固定板以及驱动器,其中的底座与髋部支架、小腿支架、脚部固定板通过球铰连接,当下肢辅助行动机器骨骼跟不上人体运动节奏时可减少机械对人体活动的限制,利于人体稳定自身重心;在底座上设置有重心调节装置,当陀螺仪检测到重心不稳时能及时调整重心,避免摔倒;其结构合理,具有结构简单、使用方便、智能化程度高等优点,有效解决现有下肢辅助行动机器骨骼不能很好地稳定人体重心的问题。

附图说明

[0021]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022]
图1是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的整体结构示意图;
[0023]
图2是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的底座结构示意图;
[0024]
图3是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的重心调节装置结构示意图;
[0025]
图4是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的底座与髋部支架连接结构示意图;
[0026]
图5是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的小腿支架与脚部固定板连接结构示意图;
[0027]
图6是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的髋部支架与小腿支架连接结构示意图;
[0028]
图7是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的髋部支架剖面结构示意图;
[0029]
图8是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的连接环结构示意图;
[0030]
图9是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的驱动器主视结构示意图;
[0031]
图10是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的驱动器侧视结构示意图;
[0032]
图11是本发明所述一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼的电子元件连接结构示意图。
[0033]
附图中标记分述如下:1、底座,11、陀螺仪,12、腰部转动座,14、背包,141、处理器,142、总控制器,143、蓄电池,15、开关,16、第一球铰,17、重心调节装置,170、支撑块,171、第一电机,172、丝杠、173、配重滑 块,174、缓冲弹簧,2、髋部支架,21、重力传感器,22、第二球铰,23、膝关节连接凸块,24、驱动器铰接座,25、髋部抬升座,26、压缩气瓶,260、空腔,27、电磁阀,28、安全气囊,29、盖板,290、通槽,3、小腿支架,31、凹槽,32、第五球铰,33、加速度传感器,34、环形连接槽,35、连接块,36、连接环,4、脚部固定板,42、压力传感器,5、驱动器,50、液压缸,51、第三球铰,52、第四球铰,53、U字形外壳,531、滑槽,54、第二电机,55、丝杠,56、丝杠螺母,561、导向杆,57、移动杆。

具体实施方式

[0034]
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0035]
如图1所示的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,包括底座1、髋部支架2、小腿支架3、脚部固定板4以及驱动器5,所述底座1的上表面通过第一球铰16铰接有腰部转动座12;
[0036]
如图2、图3所示,所述腰部转动座12的左、右、后三个方向上还分别设置有重心调节装置17,重心调节装置17包括固定设置在腰部转动座12上的两块支撑块170、固定设置在腰部转动座12上的第一电机171、丝杠172、配重滑块173以及缓冲弹簧174;所述第一电机171的转轴是与丝杠172的一端相互传动连接,丝杠172的另一端是与两块支撑板170分别相互转动连接;所述的缓冲弹簧174是与丝杠172套设并与两块支撑块170相互固定连接,所述的配重滑块173是与丝杠172传动连接并与缓冲弹簧174相互抵接;在一种可能的实施例中,重心调节装置17可能设置在髋部支架2和/或小腿支架3上。
[0037]
所述腰部转动座12上固定设置有背包14,所述背包14的外表面设有开关15,所述背包14的内部固定安装有蓄电池143、总控制器142和处理器141; 所述底座1的下表面固定安装有陀螺仪11。
[0038]
如图4所示,所述髋部支架2的上端是通过第二球铰22与底座1的下表面铰接,所述第二球铰22的外表面固定安装有重力传感器21;所述的髋部支架2与底座1之间设置有液压缸50,液压缸50的上端是通过第三球铰51与底座1连接,液压缸50的下端是通过第四球铰52与髋部抬升座25连接;
[0039]
所述髋部支架2的外表面上端设有驱动器铰接座24,所述髋部支架2的下表面设有膝关节连接凸块23。
[0040]
如图6所示,所述髋部支架2的下端是通过膝关节连接凸块23、连接凹槽31与小腿支架3上端相互铰接。
[0041]
如图6、图7所示,所述髋部支架2内部设有空腔260,并在支架壁面上竖直设置有通槽290,空腔260内设置有压缩气瓶26、电磁阀27,并在通槽290内侧设置有安全气囊28,通槽290上设置有用于保护安全气囊28的盖板29;当检测到人跌倒时电磁阀27被打开,安全气囊28弹出保护使用人员,在一种实施例中,安全气囊28也可设置在小腿支架3、底座1或者背包14上。
[0042]
如图5、图6所示,所述小腿支架3的外表面固定安装有加速度传感器33以及开设有环形连接槽34,所述环形连接槽34上设置有连接环36,连接环36上设置有连接块35;所述驱动器5的上端是与驱动器铰接座24相互铰接,驱动器5的下端是与连接块35相互铰接,连接环36的存在使得小腿小幅度的转动不会受到限制,当然在一种可能的实施例中,连接环36也可由球铰代替。
[0043]
如图9、图10所示,所述的驱动器5包括一个U字形外壳53,U字形外壳53上对称设置有滑槽531;U字形外壳53的内部固定安装有第二电机54,所述第二电机54的转轴传动连接有丝杠55,所述丝杠55螺纹连接有丝杠螺母56,所述丝杠螺母56的下表面固定连接有移动杆57,所述的丝杠螺母56上设置有 滑动连接于滑槽531的导向杆561。驱动器的作用在于为膝关节处提供动力。
[0044]
在一种实施例中,所述腰部转动座12、髋部支架2、小腿支架3和脚部固定座4的外表面均固定安装有弹性束缚带用于与人的身体相连接,当然在另一种可能的实施例中可用环形的卡环与人体连接。
[0045]
在一种实施例中,所述小腿支架3的下端是与脚部固定板4通过第五球铰32相互铰接;所述脚部固定板4的下表面固定安装有若干压力传感器42,压力传感器42用于检测脚掌受力情况,辅助陀螺仪检测重心的偏移情况。
[0046]
所述陀螺仪11、重力传感器21、加速度传感器33、电磁阀27、第二电机54、第一电机171和压力传感器42均通过电路连接于总控制器142。
[0047]
在一种实施例中,所述髋部支架2、小腿支架3和脚部固定座4均设置有两个,他们对称设置在人体左右两侧前后两个方向或者单独的设置再人体上。
[0048]
在一种实施例中,所述总控制器142的型号为AtmegalCAN128单片机。
[0049]
在一种实施例中,所述处理器141的型号为intel-酷睿-i7-6700K。
[0050]
在一种实施例中,所述的压力传感器42是分别设置在脚部固定板4的前后左右四个方向位置,或者前、后两侧布置,凡是能检测脚掌受力情况即可。
[0051]
本发明所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,包括底座、髋部支架、小腿支架、脚部固定板以及驱动器,其中的底座与髋部支架、小腿支架、脚部固定板通过球铰连接,当下肢辅助行动机器骨骼跟不上人体运动节奏时可减少机械对人体活动的限制,利于人体稳定自身重心;在底座上设置有重心调节装置,当陀螺仪检测到重心不稳时能及时调整重心,避免摔倒;其结构合理,具有结构简单、使用方便、智能化程度高等优点,有效解决现有下肢辅助行动机器骨骼不能很好地稳定人体重心的问题。
[0052]
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。 本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

权利要求书

[权利要求 1]
一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,包括底座(1)、髋部支架(2)、小腿支架(3)、脚部固定板(4)以及驱动器(5),所述底座(1)的上表面通过第一球铰(16)铰接有腰部转动座(12),其特征在于: 所述腰部转动座(12)的左、右、后三个方向上还分别设置有重心调节装置(17),重心调节装置(17)包括固定设置在腰部转动座(12)上的两块支撑块(170)、固定设置在腰部转动座(12)上的第一电机(171)、丝杠(172)、配重滑块(173)以及缓冲弹簧(174);所述第一电机(171)的转轴是与丝杠(172)的一端相互传动连接,丝杠(172)的另一端是与两块支撑板(170)分别相互转动连接;所述的缓冲弹簧(174)是与丝杠(172)套设并与两块支撑块(170)相互固定连接,所述的配重滑块(173)是与丝杠(172)传动连接并与缓冲弹簧(174)相互抵接; 所述髋部支架(2)的上端是通过第二球铰(22)与底座(1)的下表面铰接,所述第二球铰(22)的外表面固定安装有重力传感器(21);所述的髋部支架(2)与底座(1)之间设置有液压缸(50),液压缸(50)的上端是通过第三球铰(51)与底座(1)连接,液压缸(50)的下端是通过第四球铰(52)与髋部抬升座(25)连接; 所述髋部支架(2)的外表面上端设有驱动器铰接座(24),所述髋部支架(2)的下表面设有膝关节连接凸块(23),所述髋部支架(2)的下端是通过膝关节连接凸块(23)、连接凹槽(31)与小腿支架(3)上端相互铰接; 所述髋部支架(2)内部设有空腔(260),并在支架壁面上竖直设置有通槽(290),空腔(260)内设置有压缩气瓶(26)、电磁阀(27),并在通槽(290)内侧设置有安全气囊(28),通槽(290)上设置有用于保护安全气囊(28)的盖板(29); 所述小腿支架(3)的外表面固定安装有加速度传感器(33)以及开设有环形连接槽(34),所述环形连接槽(34)上设置有连接环(36),连接环(36)上设置有连接块(35);所述驱动器(5)的上端是与驱动器铰接座(24)相互铰接,驱动器(5)的下端是与连接块(35)相互铰接; 所述的驱动器(5)包括一个U字形外壳(53),U字形外壳(53)上对称设置有滑槽(531);U字形外壳(53)的内部固定安装有第二电机(54),所述第二电机(54)的转轴传动连接有丝杠(55),所述丝杠(55)螺纹连接有丝杠螺母(56),所述丝杠螺母(56)的下表面固定连接有移动杆(57),所述的丝杠螺母(56)上设置有滑动连接于滑槽(531)的导向杆(561)。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述腰部转动座(12)上固定设置有背包(14),所述背包(14)的外表面设有开关(15),所述背包(14)的内部固定安装有蓄电池(143)、总控制器(142)和处理器(141);所述底座(1)的下表面固定安装有陀螺仪(11)。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述腰部转动座(12)、髋部支架(2)、小腿支架(3)和脚部固定座(4)的外表面均固定安装有弹性束缚带。
[权利要求 4]
根据权利要求2所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述小腿支架(3)的下端是与脚部固定板(4)通过第五球铰(32)相互铰接;所述脚部固定板(4)的下表面固定安装有若干压力传感器(42)。
[权利要求 5]
根据权利要求4所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述陀螺仪(11)、重力传感器(21)、加速度传感器(33)、 电磁阀(27)、第二电机(54)、第一电机(171)和压力传感器(42)均通过电路连接于总控制器(142)。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述髋部支架(2)、小腿支架(3)和脚部固定座(4)均设置有两个。
[权利要求 7]
根据权利要求5所述的一种具有重心自调节平衡功能的下肢辅助行动机器骨骼,其特征在于:所述的压力传感器(42)是分别设置在脚部固定板(4)的前后左右四个方向位置。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]  
[ 图 0007]  
[ 图 0008]  
[ 图 0009]  
[ 图 0010]  
[ 图 0011]