CN105835038A - 一种可飞行外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可飞行外骨骼，包括带翼背架、下肢外骨骼基体，能量储蓄装置和控制电路板，下肢外骨骼基体包括髋部件，以及两条结构相同且对称设置于髋部件两侧的支撑腿，支撑腿包括由上至下依次连接的大腿模块、小腿模块和鞋模块，大腿模块和小腿模块上均设有固连悬桨的飞行驱动装置，带翼背架上设有螺旋桨组件和控制手柄组件，能量储蓄装置和控制电路板安装于背板下部，背板安装于髋部件上。该可飞行外骨骼，可实现多种运动模式，既能实现垂直起降和飞行，又能实现地面助力助行，使人体能够快速行动。实用价值大，值得在业内推广。

Description

一种可飞行外骨骼

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可飞行外骨骼。

背景技术

目前外骨骼普遍用于负重助力和康复助力，是穿戴在操纵者身上的一种典型的生-机-电一体化智能装置，可以显著地提高操纵者的运动性能，增强了激动能力。由于外骨骼在各个领域发挥的作用十分巨大，使得其发展前景十分广阔。

现有的外骨骼按照仿生部位分为下肢外骨骼、上肢外骨骼、手掌/手指外骨骼和全身外骨骼；按照机器人运动方式分为作动型机器人和助力型机器人。但是，它们的共同功能都是在地面用于协同辅助人体的基本运动、提高基本运动的性能。

随着外骨骼智能化、多样化的发展，外骨骼除了能辅助人体完成基本的地面动作外，还需要能帮助人类进行飞行，实现能够翱翔蓝天的愿望，从而拓展人类的交通方式，大大提高了便利性和机动性。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种可实现垂直起降和飞行，同时具备地面助力助行功能的可飞行外骨骼。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可飞行外骨骼，包括带翼背架、下肢外骨骼基体，能量储蓄装置和控制电路板，其中，

所述下肢外骨骼基体包括髋部件，以及两条结构相同且对称设置于髋部件两侧的支撑腿，所述支撑腿包括由上至下依次连接的大腿模块、小腿模块和鞋模块，所述大腿模块和小腿模块上分别设置有飞行驱动装置一和飞行驱动驱动装置二，所述飞行驱动装置一和飞行驱动驱动装置二的输出轴分别固定连接有旋桨一和旋桨二；

所述带翼背架包括背板和垂直设置于背板上部外侧的翼板，所述翼板上设置有螺旋桨组件，所述背板上部相对于翼板的另一侧设置有控制手柄组件，所述能量储蓄装置和控制电路板安装于背板下部，所述背板的下端安装于髋部件上；

所述能量储蓄装置、螺旋桨组件、飞行驱动装置一和飞行驱动装置二、大腿模块、小腿模块、控制手柄组件均与控制电路板电连接，所述能量储蓄装置用于为所述可飞行外骨骼提供运动能量。

优选地，所述螺旋桨组件包括涵道风扇、基座、电机，以及安装于翼板下侧的变速控制箱，所述翼板上设有通孔，所述基座安装于通孔内，所述涵道风扇安装于基座内，所述电机安装于基座上且其输出轴与涵道风扇固定连接，所述变速控制箱一端与基座机械连接，另一端与控制电路板电连接。

优选地，所述基座与所述通孔转动连接，使所述涵道风扇和电机可随基座绕所述通孔的连心线转动。

优选地，所述大腿模块包括关节驱动装置一、大腿杆件，关节驱动装置一的外壳和输出轴分别固定连接于所述髋部件的端部和所述大腿杆件的上端，所述飞行驱动装置一设置于大腿杆件上，位于关节驱动装置一的下方处，飞行驱动装置一和关节驱动装置一均与控制电路板电连接。

优选地，所述小腿模块包括关节驱动装置二、小腿杆件，所述关节驱动装置二的外壳和输出轴分别固定连接于所述大腿杆件的下端和所述小腿杆件的上端，所述飞行驱动装置二设置于小腿杆件上，位于关节驱动装置一的下方处，所述关节驱动装置二和飞行驱动装置二均与控制电路板电连接。

优选地，所述鞋模块包括外骨骼鞋，所述外骨骼鞋的鞋底设有凹槽和滑轮，所述滑轮放置于凹槽内。

优选地，所述能量储蓄装置设有外接充能插头。

优选地，所述控制手柄组件包括手柄和连接杆，所述连接杆一端转动连接于背板上部，另一端与手柄转动连接，所述手柄上设有按键且控制电路板电连接。

本发明的有益效果是：本发明提供的可飞行外骨骼，在传统助力助行的外骨骼上设置了飞行装置，可实现多种运动模式。在带翼背架上设置于螺旋桨组件，同时在大腿模块和小腿模块处设置飞行驱动装置和旋桨，使人体能够借助螺旋桨组件和悬桨产生的风力，实现垂直起降和飞行，起飞条件灵活自由。进一步的，当在地面行走时，螺旋桨组件也可提供助行风力，实现地面助力助行，使人体能够快速行动。该可飞行外骨骼，实用价值大，值得在业内推广。

附图说明

图1是本发明可飞行外骨骼结构示意图；

图2是本发明可飞行外骨骼飞行模式示意图；

图3是本发明外骨骼鞋结构示意图；

图4是本发明可飞行外骨骼疾行模式示意图。

附图标记说明：1、带翼背架；2、基座；3、涵道风扇、4、电机；5、飞行驱动装置一；6、旋桨一；7、变速控制箱；8、手柄；9、能量储存装置；10、控制电路板；11、关节驱动装置一；12、滑轮；13、连接杆；14、关节驱动装置二；15、飞行驱动装置二；16、旋桨二；100、髋部件；200、大腿杆件；300、小腿杆件；400、外骨骼鞋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-4所示，本发明的可飞行外骨骼机构示意图，包括带翼背架1、下肢外骨骼基体，能量储蓄装置9和控制电路板10。下肢外骨骼基体包括髋部件100，以及两条结构相同且对称设置于髋部件两侧的支撑腿。支撑腿包括由上至下依次连接的大腿模块、小腿模块和鞋模块，大腿模块和小腿模块上分别设置有飞行驱动装置一5和飞行驱动驱动装置二15，飞行驱动装置一5和飞行驱动驱动装置二15的输出轴分别固定连接有旋桨一6和旋桨二16。带翼背架1包括背板和垂直设置于背板上部外侧的翼板，翼板上设置有螺旋桨组件，背板上部相对于翼板的另一侧设置有控制手柄组件，能量储蓄装置9和控制电路板10安装于背板下部，背板下端安装在髋部件100上。

能量储蓄装置9、螺旋桨组件，飞行驱动装置一5和飞行驱动装置二15、大腿模块、小腿模块、控制手柄组件均与控制电路板9电连接。

以下通过具体实施例对本发明的结构和原理进行进一步的详细说明，以进一步展示本发明的优点：

螺旋桨组件包括涵道风扇2、基座3、电机4，变速控制箱7。涵道风扇2、基座3、电机4的数量均为两个。显然，通孔、涵道风扇2、基座3、电机4的数量不限于两个，可根据飞行实际需求增加或减少相应部件的数量。当采用双旋翼横列式的涵道布局可使得飞行时的平衡性好。基座3包括环形侧壁和中心支架，以及连接于环形侧壁和中心支架之间的条幅，涵道风扇2安装于基座内，电机4安装于中心支架处，电机4的输出轴与涵道风扇2固定连接。翼板上设有两个通孔，两个通孔相对背板平行分布于翼板上。基座3安装于通孔内，基座3与通孔转动连接，使涵道风扇2和电机4可随基座3绕通孔的连心线转动。变速控制箱7安装于翼板下侧，位于两个通孔之间，其一端与基座3机械连接，另一端与控制电路板10电连接。能量储蓄装置9和控制电路板10安装于背板下部，能量储蓄装置9位于翼板和控制电路板10之间。能量储蓄装置9于控制电路板电连接，且其上设置有外接充能插头。

控制手柄组件包括手柄和连接杆。连接杆为竖直杆状，手柄8和连接杆13的数量均为两个。背板上部两边同一高度处设置有两个圆孔，连接杆13的一端通过销轴连接在圆孔内，可绕圆孔轴转动。连接杆13的另一端设置有圆台。手柄8上端设有圆孔，下端设有按键。连接杆13上的圆台穿过手柄8上端的圆孔从而连接，并使控制手柄可绕连接杆13转动。按键与控制电路板10电连接。同样的，手柄8和连接杆13的数量不限于两个，且连接杆13的形状不限于竖直杆状。手柄8和连接杆13也可采用一个，将连接杆13设置于背板上部中间位置。连接杆13也可采用T型。本实施例中采用数量均为两个的手柄8和连接杆13，可以更好的使操作者掌握平衡，便于操作。

大腿模块包括关节驱动装置一11、大腿杆件200。髋部件采用U型结构。背板安装于U型结构的中间横梁上，关节驱动装置一11的外壳固定连接在髋部件100的端部，关节驱动装置一11的输出轴与大腿杆件200的上端固定连接。于关节驱动装置一11处的大腿杆件200上设置有用于安装飞行驱动装置一5的基座，该基座设置有安装孔，飞行驱动装置一5的外壳与该安装孔固定连接。飞行驱动装置一5和关节驱动装置一11均与控制电路板10电连接。小腿模块包括关节驱动装置二13、小腿杆件300。关节驱动装置二14的外壳固定连接于大腿杆件200的下端，关节驱动装置二14的输出轴与小腿杆件300的上端固定连接。于关节驱动装置二14处的小腿杆件300上设置有用于安装飞行驱动装置二15的基座，该基座设置有安装孔，飞行驱动装置二15的外壳与该安装孔固定连接。关节驱动装置二14和飞行驱动装置二15均与控制电路板10电连接。值得说明的是，飞行驱动装置一5/飞行驱动装置二15的外壳也可直接固定连接大腿杆件200/小腿杆件300上，但通过设置基座可以使飞行驱动装置一5/飞行驱动装置二15的安装更加稳固，增加整个装置的稳定性。

鞋模块包括外骨骼鞋400。如图3所示，外骨骼鞋结构示意图，外骨骼鞋400包括足形底板，足形底板底部设有凹槽和滑轮12，滑轮12放置于凹槽内。滑轮数量为四个，可以通过转动立起。足形底板上侧设有凸台，小腿杆件的下端安装在凸台上。

下面对本发明可飞行外骨骼的应用做进一步描述：

助力助行模式：能力储蓄装置9为关节驱动装置一11和关节驱动装置二14提供能量，同时通过控制电路板10的控制信号实现关节驱动装置一11和关节驱动装置二14的变速、正转/反转等，同时滑轮12转置于鞋底凹槽中，从而帮助穿戴者完成髋关节部位和膝关节的屈/伸运动，实现步行、奔跑、上/下楼梯等地面运动功能。

垂直起降模式：通过手柄8按键和变速控制箱7将基座2转到水平位置，同时能量储蓄装置为电机4、飞行驱动装置一5和飞行驱动装置二15提供能量，驱动涵道风扇3、旋桨一6和旋桨二16转动，从而产生向下的风力，进而推动穿戴者和外骨骼在垂直方向上的起/降。

飞行模式：如图2所示，通过手柄8按键和变速控制箱7将涵道风扇3向垂直方向倾转，能量储蓄装置9为电机4、飞行驱动装置一5和飞行驱动装置二15提供能量，驱动涵道风扇3、旋桨一6和旋桨二16转动，从而产生向下和向后的风力，进而推动穿戴者和外骨骼向前飞行。通过对两个电机4进行差速调节，以及改变大腿杆件200和小腿杆件300的朝向，可以改变飞行航向。

疾行模式：将滑轮12转置到垂直方向，同时通过手柄8按键和变速控制箱7将基座2转动到垂直方向，能量储蓄装置9为电机4提供能量，驱动涵道风扇3转动，从而产生向后的锋利，进而推动穿戴者向前极速滑动。通过干煸外骨骼鞋400的朝向，可以改变移动滑行方向。

综上所述，本发明提供的可飞行外骨骼，带翼背架1的翼板和涵道风扇3，以及大、小腿处的旋桨一6和旋桨二16，能使人体能够垂直起降，起飞条件灵活、自由。同时通过基座2的倾转，涵道风扇3的风力能够提供水平方向上的分力，使得人体能够向前飞行。改变涵道风扇3的各自转速以及腿杆的朝向，又能改变飞行的航向。双旋翼横列式的涵道布局使得飞行时的平衡性好；在地面将外骨骼鞋400底部的滑轮12立起，并将基座2倾转到垂直位置，涵道风扇向后侧吹风，则能够帮助人体快速移动。该可飞行外骨骼，可实现多种运动模式，适用性强，值得在业内推广。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可飞行外骨骼，其特征在于：包括带翼背架(1)、下肢外骨骼基体，能量储蓄装置(9)和控制电路板(10)，其中，

所述下肢外骨骼基体包括髋部件(100)，以及两条结构相同且对称设置于髋部件两侧的支撑腿，所述支撑腿包括由上至下依次连接的大腿模块、小腿模块和鞋模块，所述大腿模块和小腿模块上分别设置有飞行驱动装置一(5)和飞行驱动驱动装置二(15)，所述飞行驱动装置一(5)和飞行驱动驱动装置二(15)的输出轴分别固定连接有旋桨一和旋桨二；

所述带翼背架(1)包括背板和垂直设置于背板上部外侧的翼板，所述翼板上设置有螺旋桨组件，所述背板上部相对于翼板的另一侧设置有控制手柄组件，所述能量储蓄装置(9)和控制电路板(10)安装于背板下部，所述背板的下端安装于髋部件(100)上；

所述能量储蓄装置(9)、螺旋桨组件、飞行驱动装置一(5)和飞行驱动装置二(15)、大腿模块、小腿模块、控制手柄组件均与控制电路板(10)电连接，所述能量储蓄装置(9)用于为所述可飞行外骨骼提供运动能量。

2.根据权利要求1所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述螺旋桨组件包括基座(2)、涵道风扇(3)、电机(4)，以及安装于翼板下侧的变速控制箱(7)，所述翼板上设有通孔，所述基座(2)安装于通孔内，所述涵道风扇(3)安装于基座(2)内，所述电机(4)安装于基座(2)上且其输出轴与涵道风扇(3)固定连接，所述变速控制箱(7)一端与基座(2)机械连接，另一端与控制电路板(7)电连接。

3.根据权利要求2所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述基座(2)与所述通孔转动连接，使所述涵道风扇(3)和电机(4)可随基座(2)绕所述通孔的连心线转动。

4.根据权利要求1-3任一所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述大腿模块包括关节驱动装置一(11)、大腿杆件(200)，关节驱动装置一(11)的外壳和输出轴分别固定连接于所述髋部件(100)的端部和所述大腿杆件(200)的上端，所述飞行驱动装置一(5)设置于大腿杆件(200)上，位于关节驱动装置一(11)的下方处，飞行驱动装置一(5)和关节驱动装置一(11)均与控制电路板(10)电连接。

5.根据权利要求1-3任一所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述小腿模块包括关节驱动装置二(14)、小腿杆件(300)，所述关节驱动装置二(14)的外壳和输出轴分别固定连接于所述大腿杆件(200)的下端和所述小腿杆件(300)的上端，所述飞行驱动装置二(15)设置于小腿杆件(300)上，位于关节驱动装置二(15)的下方处，所述关节驱动装置二(14)和飞行驱动装置二(15)均与控制电路板(10)电连接。

6.根据权利要求1-3任一所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述控制手柄组件包括手柄(8)和连接杆(13)，所述连接杆(13)一端转动连接于所述背板上部，另一端与手柄(8)转动连接，所述手柄(8)上设有按键且与控制电路板电连接。

7.根据权利要求1-3任一所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述鞋模块包括外骨骼鞋(400)，所述外骨骼鞋(400)的鞋底设有凹槽和滑轮(12)，所述滑轮(12)放置于凹槽内。

8.根据权利要求1-3任一所述的可飞行外骨骼，其特征在于：所述能量储蓄装置(9)设有外接充能插头。