CN105105986B - 具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人 - Google Patents

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具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，它涉及一种外骨骼机器人，以解决现有外骨骼助力机器人结构功能单一的问题，它包括人体后背部、左腿和右腿；左腿和右腿分别包括大腿、小腿和足部；人体后背部与大腿转动连接，大腿与小腿转动连接，小腿与足部转动连接；它还包括车座、两套轮式移动机构和两套脚部车轮机构；左腿和右腿的外侧分别布置有正对设置的两套轮式移动机构，每个足部上布置有一套脚部车轮机构；每套轮式移动机构包括支撑杆、车轮、电机、车轮轴固定件、减速器和连接轴；每套脚部车轮机构包括固定板、拉簧、固定杆和至少三个万向轮。本发明用于助力行走。

Description

具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种轮椅和行走助力双模式切换的外骨骼机器人。
背景技术
目前，外骨骼机器人以其增强人体能力，并且具有负重，康复，助老助残等作用，在世界范围已成为研究热点。现在有的外骨骼助力机器人模式单一，只能进行针对人体双足结构的行走进行助力，虽然也有些通过与轮椅结合形式的外骨骼，但是不能达到外骨骼和轮椅结构的有机结合。
发明内容
本发明是为解决现有外骨骼助力机器人结构功能单一的问题，进而提出一种具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人包括人体后背部、左腿和右腿；左腿和右腿分别包括大腿、小腿和足部；人体后背部与大腿转动连接，大腿与小腿转动连接，小腿与足部转动连接；
它还包括车座、两套轮式移动机构和两套脚部车轮机构；左腿和右腿的外侧分别布置有正对设置的两套轮式移动机构，每个足部上布置有一套脚部车轮机构；
每套轮式移动机构包括支撑杆、车轮、电机、车轮轴固定件、减速器和连接轴；电机的输出端与减速器的输入端连接，减速器的输出端与连接轴的一端连接，车轮固装在连接轴的另一端上，支撑杆的一端与人体后背部的负载安装板可拆卸连接，支撑杆的另一端与车轮轴固定件连接，连接轴的一端插装在车轮轴固定件上且二者能相对转动，两个支撑杆之间布置有与二者连接的车座；
每套脚部车轮机构包括固定板、拉簧、固定杆和至少三个万向轮；固定板布置在足部鞋底的下方，固定杆的上端与足部固接，固定杆的下端与固定板铰接，拉簧的一端与固定杆连接，拉簧的另一端与固定板连接。
本发明的有益效果是：一、本发明可以针对各种需要助力的人群，例如残疾人，老年人或者需要长时间行走的士兵等。二、本发明通过结构可以实现外骨骼助力行走模式和轮椅模式的转变，利用外骨骼的结构，充当轮椅结构的一部分，使得轮椅功能与外骨骼功能有机的结合在了一起，让两者成为了一个整体，这样设置双模式的转换非常灵活，不需要附加安装零件。三、通过双模式转换的方式，可以大幅度增加外骨骼机器人的灵活性和适应性，例如在崎岖路面可以切换成行走模式，在平整路面可以切换成轮椅模式等，进一步可以朝向新型的代步工具发展。
附图说明
图1是本发明收拢状态的整体结构立体图，图2是本发明展开成代步状态的整体结构立体图，图3是本发明具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人的结构示意图，图4是支撑杆整体结构示意图，图5是本发明轮椅模式下行走状态示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图5说明，本实施方式的具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，它包括人体后背部A、左腿和右腿；左腿和右腿分别包括大腿B、小腿C和足部D；人体后背部A与大腿B转动连接，大腿B与小腿C转动连接，小腿C与足部D转动连接；
它还包括车座3、两套轮式移动机构E和两套脚部车轮机构F；左腿和右腿的外侧分别布置有正对设置的两套轮式移动机构E，每个足部D上布置有一套脚部车轮机构F；
每套轮式移动机构E包括支撑杆2、车轮6、电机14、车轮轴固定件5、减速器15和连接轴16；电机14的输出端与减速器15的输入端连接，减速器15的输出端与连接轴16的一端连接，车轮6固装在连接轴16的另一端上，支撑杆2的一端与人体后背部A的负载安装板A1可拆卸连接，支撑杆2的另一端与车轮轴固定件5连接，连接轴16的一端插装在车轮轴固定件5上且二者能相对转动，两个支撑杆2之间布置有与二者连接的车座3；
每套脚部车轮机构F包括固定板8、拉簧10、固定杆11和至少三个万向轮9；固定板8布置在足部鞋底的下方，固定杆11的上端与足部固接，固定杆11的下端与固定板8铰接，拉簧10的一端与固定杆11连接，拉簧10的另一端与固定板8连接。
本实施方式拉簧的设计，保证了固定板8在弯折成不同角度时都能提供预紧力。连接轴16一端为中空结构，内部插入减速器15的轴，并通过键固定；连接轴16另一端通过销钉固定车轮6。本实施方式的支撑杆2上开设通孔2-5，实现支撑杆2与连接轴16的可拆卸连接，保证拆装灵活方便。
具体实施方式二：结合图1和图2说明，本实施方式的车座3为矩形框架结构。如此设置，结构稳定可靠，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图3及图4说明，本实施方式的每个支撑杆2为空心无缝钢管，支撑杆2主要由制成一体的「形杆段2-6和直杆段2-7构成，直杆段2-7与车轮轴固定件5连接，每套轮式移动机构还包括支撑杆固定件1，支撑杆固定件1为中空圆柱形结构，支撑杆固定件1固装在人体后背部A的负载安装板A1上，「形杆段2-6的短臂插装在支撑杆固定件1内，支撑杆固定件1和「形杆段2-6的短臂上分别开设有同轴设置的水平销孔2-1和同轴设置的竖直销孔2-2，支撑杆固定件1和「形杆段2-6分别通过安装在水平销孔2-1和竖直销孔2-2内的销钉可拆卸连接。如此设置，当需要收起时，即可将销钉拔起，再将支撑杆2绕支撑杆连接固定件1旋转180°后，在用销钉分别穿过支撑杆连接固定件1和支撑杆2的水平销孔和垂直销孔，完成收起时的固定工作。实现行走模式和轮椅模式的转换。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图3说明，本实施方式所述具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人还包括两个支撑梁13，支撑梁13的一端与车座3连接，支撑梁13的另一端与支撑杆2可拆卸连接。本实施方式支撑梁13通过支撑杆2上的固定槽2-3两端放置在两个支撑杆2上，并通过螺栓固定。如此设置，在轮椅模式下，保证了车座稳定良好的固定在人体后背部负载安装板上，提高了轮式移动机构的强度。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图3说明，本实施方式所述支撑梁13为实心圆柱杆。如此设置，结构稳定可靠，满足实际需要。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1-图3说明，本实施方式所述具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人还包括两个加固连接杆4，加固连接杆4的一端通过轴座耳环7与车座3铰接，加固连接杆4的另一端与支撑杆2铰接。本实施方式的支撑杆2上设置连接孔2-4，便于连接安装转动关节12，加固连接杆4与转动关节12铰接，实现轮式移动机构旋转，如此设置，保证了车座稳定良好的固定在人体后背部负载安装板上，提高了轮式移动机构的强度。其它与具体实施方式一、二、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1-图3说明，本实施方式的加固连接杆4为无缝钢管。如此设置，取材容易，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1和图3说明，本实施方式所述万向轮9的数量为三个，三个万向轮9呈三角形布置。如此设置，保证了固定板运行稳定。其它与具体实施方式一、二、四、五或七相同。

Claims (4)

1.具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，它包括人体后背部(A)、左腿和右腿；左腿和右腿分别包括大腿(B)、小腿(C)和足部(D)；人体后背部(A)与大腿(B)转动连接，大腿(B)与小腿(C)转动连接，小腿(C)与足部(D)转动连接；
其特征在于：它还包括车座(3)、两套轮式移动机构(E)和两套脚部车轮机构(F)；左腿和右腿的外侧分别布置有正对设置的两套轮式移动机构(E)，每个足部(D)上布置有一套脚部车轮机构(F)；
每套轮式移动机构(E)包括支撑杆(2)、车轮(6)、电机(14)、车轮轴固定件(5)、减速器(15)和连接轴(16)；电机(14)的输出端与减速器(15)的输入端连接，减速器(15)的输出端与连接轴(16)的一端连接，车轮(6)固装在连接轴(16)的另一端上，支撑杆(2)的一端与人体后背部(A)的负载安装板(A1)可拆卸连接，支撑杆(2)的另一端与车轮轴固定件(5)连接，连接轴(16)的一端插装在车轮轴固定件(5)上且二者能相对转动，两个支撑杆(2)之间布置有与二者连接的车座(3)；
每套脚部车轮机构(F)包括固定板(8)、拉簧(10)、固定杆(11)和至少三个万向轮(9)；固定板(8)布置在足部鞋底的下方，固定杆(11)的上端与足部固接，固定杆(11)的下端与固定板(8)铰接，拉簧(10)的一端与固定杆(11)连接，拉簧(10)的另一端与固定板(8)连接；
每个支撑杆(2)为空心无缝钢管，支撑杆(2)主要由制成一体的「形杆段(2-6)和直杆段(2-7)构成，直杆段(2-7)与车轮轴固定件(5)连接，每套轮式移动机构还包括支撑杆固定件(1)，支撑杆固定件(1)为中空圆柱形结构，支撑杆固定件(1)固装在人体后背部(A)的负载安装板(A1)上，「形杆段(2-6)的短臂插装在支撑杆固定件(1)内，支撑杆固定件(1)和「形杆段(2-6)的短臂上分别开设有同轴设置的水平销孔(2-1)和同轴设置的竖直销孔(2-2)，支撑杆固定件(1)和「形杆段(2-6)分别通过安装在水平销孔(2-1)和竖直销孔(2-2)内的销钉可拆卸连接；支撑杆(2)能绕支撑杆连接固定件(1)旋转180°；
所述具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人还包括两个支撑梁(13)，支撑梁(13)的一端与车座(3)连接，支撑梁(13)的另一端与支撑杆(2)可拆卸连接；支撑梁(13)通过支撑杆(2)上的固定槽(2-3)两端放置在两个支撑杆(2)上，并通过螺栓固定；
所述具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人还包括两个加固连接杆(4)，加固连接杆(4)的一端通过轴座耳环(7)与车座(3)铰接，加固连接杆(4)的另一端与支撑杆(2)铰接。
2.根据权利要求1所述的具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，其特征在于：车座(3)为矩形框架结构。
3.根据权利要求1或2所述的具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，其特征在于：加固连接杆(4)为无缝钢管。
4.根据权利要求3所述的具有轮式移动功能的助行外骨骼机器人，其特征在于：所述万向轮(9)的数量为三个，三个万向轮(9)呈三角形布置。
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