CN107414799A - 一种无动力可穿载的助力机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无动力可穿载的助力机器人,包括阻力装置和护膝装置，所述助力装置与护膝装置之间连接有强力支撑杆；所述助力装置包括助力板，所述助力板上安装有弹簧助力器，所述弹簧助力器的弹簧设置在靠近强力支撑杆的顶部；所述护膝装置主要包括护膝带，所述护膝带与强力支撑杆的底部连接，本发明通过设置的无动力助力机器人，能够应用在医疗器械上，可以支撑人体骨骼减少膝盖的运动损伤，可以帮助人下肢行走阻力和运动创伤康复器件的走动助力功能。
Description
技术领域
本发明涉及机器人的技术领域，尤其涉及使用玄武岩纤维复合材料和碳纤维复合材料制备得到的轻质高强安全环保的无动力可穿戴的助力机器人，具体的说，是指一种无动力可穿载的助力机器人。
背景技术
可穿戴型助力机器人可分为两类：1)直接式：直接给使用者提供动力，如下肢助力、背部助力及上肢助力等，这种情况下，助力装置的运动需超前于人体相应的运动；2)间接式：分担使用者的劳动负荷，诸如背负的重物、搬运的货物等，从而达到减轻使用者劳动强度的目的，这种模式需要机器人与使用者同步运动。
随着人们生活水平的提高，大家向往更舒适的生活，人们对到室外去行走能力和享受绿色空间环境的要求越来越高,长期在室内居住人群尤其是行动不方便的人群来，外出行走相当困难。
而现有的可穿戴的助力机器人，大多数的都需要为助力机器人提供动力、而且大多数的可穿戴助力机器人都比较机械化，相对而言都比较笨重，无法满足长期生活在室内的人群想出去行走的需求，尤其是中老年人和患者，更不可能适用现有笨重的可穿戴的助力机器人。
因此有必要设计一种能够帮助中老年人和患者或者长期徒步的人群，出行方便、柔软性好、且减少受伤和疲劳的技术方案。
发明内容
本发明提供一种无动力可穿载的助力机器人，用于解决现有技术中存在：现有的可穿戴的助力机器人，大多数的都需要为助力机器人提供动力、而且大多数的可穿戴助力机器人都比较机械化，相对而言都比较笨重，无法满足长期生活在室内的人群想出去行走的需求，尤其是中老年人和患者，更不可能适用现有笨重的可穿戴的助力机器人等技术问题。
为了解决上述技术问题，达到能够帮助中老年人和患者或者长期徒步的人群，出行方便、柔软性好、且减少受伤和疲劳的有益效果，本发明通过以下技术方案实现：包括助力装置和护膝装置，所述助力装置与护膝装置之间连接有强力支撑杆；所述助力装置包括助力板，所述助力板上安装有弹簧助力器，所述弹簧助力器的弹簧设置在靠近强力支撑杆的顶部；
所述护膝装置主要包括护膝带，所述护膝带与强力支撑杆的底部连接。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述弹簧助力器的内侧还设置有用于调节助力强度的强力调节栓。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述助力板的顶部设置有挂钩，在助力板的顶部设置挂钩，并且该挂钩能够在挂在腰带或者皮带上，使得本发明装置更容易固定。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述助力板的形状为S形或U形或Y形，助力板的形状可以有多种形状，但是优选为S形或U形或Y形，这三种形状都可以更好的贴合在人体身上，使得助力效果很好。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述助力板的厚度为1～8mm，将助力板的厚度设置为1～8mm，该厚度更容易贴合在人体上，尤其是当厚度为2～6mm时为最佳的。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述强力支撑杆上还设置有助力挂件。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述护膝装置还包括有紧扣a，所述紧扣a设置在护膝带的两端，两紧扣a的自由端通过设置紧扣b进行连接，所述强力支撑杆的底部与紧扣b连接，为了使本装置的灵活性更强，设置两紧扣a在护膝带上，并通过紧扣将其连接，并且紧扣a和紧扣b之间的大小都是可以调节的。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述强力支撑杆的长度能够调节，优选支撑杆的长度可以调节，这样便能够适用于更多人。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述助力机器人还包括腰带，所述挂钩挂在腰带上。腰带是一种使用高强合成革、耐磨合成革等材料组成的安全舒适万能腰带，材料也可以是高分子纤维、芳纶纤维、尼龙纤维与棉织纤维等材料制成的高强编织带，且挂钩挂在腰带上，更有助固定助力装置。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述助力板的材质为玄武石-碳纤维复合材料；所述弹簧的材质为金属复合材料或高性能复合材料；所述强力支撑杆的材质为碳纤维强度复合材料或金属复合材料。
工作原理：现有的助力机器人基本都是刚性体，整体柔顺性差，这样在使用的时候，人与装置运动时会造成不协调和不自然，本发明主要包括助力装置和护膝装置，助力装置能够自身提供动力，无需外接电源而提供动力，本发明的动力来源是将助力装置安装在大腿臀部出，采用弹簧式获取人体运动时肌肉的收紧和松弛的全部动作，将此信号传递至弹簧助力器上，从而得到为本发明提供动力。助力器中的弹簧不仅助力效率高，而且更重要的是存在无需电能和其他动力等问题，因此避免了一旦无电能和动力支持则导致助力机器人失效的情况，或者随着时间延长电能损耗而造成助力机器人功率波动，影响助力机器人的稳定性和使用功能，由于本无动力助力机器人无切换电能等拆卸与电安全设施，维护成本低，因而无动力助力机器人产品的使用极为便利和安全可靠。另外一方面，使用无动力助力机器人有节能、环保、绿色产品的理念，因此，本发明的一种无动力助力机器人效率高、安全可靠稳定、无安全隐患、使用过程中无不良的电池产品引发的安全控制系统问题。
助力板采用玄武岩纤维-碳纤维复合材料制成，助力板将助力器等部件进行紧密的封装固定并使其连成一体，其中所述玄武岩纤维-碳纤维复合材料助力板为使用无机纤维-玄武岩纤维和碳纤维等高科技材料。
助力板可以是完全以无机纤维通过压力压制或其它工艺处理得到的是S的形式或者U的形式或者的Y形，如高性能纤维、玄武岩纤维、碳纤维等，其纤维的含量为复合材料板总量的45-85％，无动力可穿载助力机器人的产品规整性与美观性完好。本发明所述为唯一的玄武岩纤维材料，是在1450℃～1500℃的高温下，经过铂铑合金拉丝漏板拉制得到的纤维，用于制备复合板，具有良好的绝热保温和阻燃性能。本发明所述的玄武岩纤维-碳纤维复合材料板的厚度为1—8mm，优选为2-6mm。
本发明所述无动力穿载助力机器人中的碳纤维是一种力学性能优异的新材料，密度约为1.75g/cm3，其抗拉强度、弹性模量高，抗蠕变，耐腐蚀，耐疲劳，耐高温性能性优越，热膨胀系数小，和树脂结合制备的树脂基碳纤维复合筋其纵向拉伸强度可达2000Mpa。此外，玄武岩纤维-碳纤维复合材料可充分发挥材料的耐酸碱腐蚀，抗氧化，高稳定性，长寿命等特点，碳纤维复合材料产品在300℃下普遍能够达到稳定工作100000小时的时间，所以，本发明所述的碳纤维一种密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀的一种新型高强复合材料，具有比传统复合材料无法比拟的优点，因此碳纤维-玄武岩纤维复合材料比起传统的金属材料具有耐腐蚀、耐潮气和寿命长等特点。
本发明所述的碳纤维所选取的玄武岩纤维-碳纤维规格型号、纤维直径大小可以根据实际的使用和制作需求选取，如可以选用3k、6k、12k、24k等不同规格的碳纤维。本发明所述的碳纤复合材料不限制其所包含的碳纤维的型号和数量，可以是一束，也可以是多束。进一步，为了生产方便的需要，本发明优选的碳纤维是一种已经在表面进行处理，所述的绝缘层材料优先使用聚四氟乙烯、硅橡胶、聚氯乙烯或交联聚乙烯材料。
本发明所述的复合材料金属强力支撑杆，是采用在金属强力支撑杆的表面镀一层氟碳漆，也可采用镀铝层、镀铜层或镀铬层等，本发明的金属强力支撑杆在其下方配有挂钩件，可以起到固定护膝带和安全调节系统的作用，也可调节强力支撑杆的距离。
本发明所述的护膝带，是一种使用高强高弹、耐磨等材料组成的安全调节系统，材料可以是聚四氟乙烯纤维、芳纶、尼龙和高粉聚乙烯纤维等材料，
本发明所述的安全调节系统，在使用中当系统检测到强力支撑杆强度度达到一定的上限值，即可以自行使强力支撑杆从挂勾滑出，助力器停止工作，保证了无动力可穿载助力机器人的使用安全。
本发明所述的万能腰带，是一种使用高强合成革、耐磨合成革等材料组成的安全舒适万能腰带，材料也可以是高分子纤维、芳纶纤维、尼龙纤维与棉织纤维等材料制成的高强编织带。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明设置的无动力助力机器人，能够应用在医疗器械上，可以支撑人体骨骼减少膝盖的运动损伤，可以帮助人下肢行走助力和运动创伤康复器件的走动助力功能；
(2)本发明通过设置助力装置和护膝装置，该装置具有形状结构简单，重量轻、强度高，绝热隔热性能好、安全性高、环保和阻燃的特点，特别适合中老年人助力行走，适于长途徒步人群，具有帮助在关节疾痛和运动创伤康复器件人群的走动助力功能；
(3)本发明通过设置弹簧助力器，并且该弹簧助力器的材质为金属复合材料或高性能纤维复合材料制备而成，高弹高模制成的助力器在受力后，回弹块，转换效率高，运动均匀，对在行走的人具有助力、帮助舒筋活血、改善人体内筋脉微循环，帮助提高人体下肢行走力等功效。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：
图1为本发明无动力可穿载的助力机器人的立体图1；
图2为本发明无动力可穿载的助力机器人的立体图2；
图3为本发明助力装置去除弹簧的结构示意图；
图4为本发明腰带的结构示意图。
其中：11—助力板，12—助力器，13—弹簧，14—挂钩，15—强力调节栓，21—护膝带，22—紧扣a，23—紧扣b，31—强力支撑杆，32—助力挂件，33—腰带。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种无动力可穿载的助力机器人，如图1～4所示，包括助力装置和护膝装置，所述助力装置与护膝装置之间连接有强力支撑杆31；所述助力装置包括助力板11，所述助力板11上安装有弹簧13助力器12，所述弹簧助力器12的弹簧13设置在靠近强力支撑杆31的顶部；
所述护膝装置主要包括护膝带21，所述护膝带21与强力支撑杆31的底部连接。
进一步所述弹簧13助力器12的内侧还设置有用于调节助力强度的强力调节栓15。
进一步，所述助力板11的顶部设置有挂钩14。
进一步，所述助力板11的形状为S形或U形或Y形。
进一步，所述助力板11的厚度为1～8mm。
进一步，所述强力支撑杆31上还设置有助力挂件32。
进一步，所述护膝装置还包括有紧扣a22，所述紧扣a22设置在护膝带21的两端，两紧扣a22的自由端通过设置紧扣b23进行连接，所述强力支撑杆31的底部与紧扣b23连接。
进一步，所述强力支撑杆31的长度能够调节。
进一步，所述助力板11的材质为玄武石-碳纤维复合材料；所述弹簧13的材质为金属复合材料或高性能复合材料；所述强力支撑杆31的材质为碳纤维强度复合材料或金属复合材料。
具体实施方式：助力板11的材质采用无机纤维，优选采用玄武岩纤维-碳纤维复合材料制作助力板11，并将该助力板11的形状制成U形、S形或Y形，优选该形状为U形或者是Y形；并且制作过程中，该助力板11的厚度是在1～8mm之间，优选是2～6mm，该范围的助力板11，能够更加贴合与人体，效果更好，此材质的助力板11能够充分发挥材料的耐酸碱腐蚀，抗氧化、高稳定性、长寿面等特点；采用复合材料制作强力支撑杆31，具体是在强力支撑杆31的表面镀一层氟碳漆，也可以采用镀铝层、镀铜层或铬层；本实施例中的护膝带21，是才用高强高弹、耐磨等材料组成的安全调节系统，材料可以是聚四氟乙烯纤维、芳芳纶、尼龙和高粉聚乙烯纤维等材料；本实施例中腰带33的材质是采用高强度合成革、耐磨合成革等材料组成的安全舒适性腰带33。
将助力装置和护膝装置以及强力支撑杆31安装成一个完成的产品，在使用过程中先将护膝带21穿在人体的大腿上，通过紧扣a22和紧扣b23的配合，从而进行穿戴，然后将助力装置的助力板11穿戴在人的大腿臀部上，人的腰上可以有腰带33，将助力板11顶部的挂钩14挂在腰带33上，弹簧助力器12安装在助力板11上，弹簧助力器12的弹簧13是靠近在强力支撑杆31的顶部，靠近助力板11，通过弹簧13来获取人体在运动时肌肉的收紧与松弛，并将此信号传递至助力器12，助力器12内分析该信号并将信号转换为动力，从而使本发明无需外接动力，同时因人体的差异，因此将强力支撑杆31的长度设置为可以调节的，通过调节来适用于更多的人群，使得本发明的适用范围更广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解为：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：包括助力装置和护膝装置，所述助力装置与护膝装置之间连接有强力支撑杆(31)；所述助力装置包括助力板(11)，所述助力板(11)上安装有弹簧助力器(12)，所述弹簧助力器(12)的弹簧(13)设置在强力支撑杆(31)的顶部上；
所述护膝装置主要包括护膝带(21)，所述护膝带(21)与强力支撑杆(31)的底部连接。
2.根据权利要求1所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述弹簧助力器(12)的内侧还设置有用于调节助力强度的强力调节栓(15)。
3.根据权利要求1或2所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述助力板(11)的顶部设置有挂钩(14)。
4.根据权利要求3所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述助力板(11)的形状为S形或U形或Y形。
5.根据权利要求1或2所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述助力板(11)的厚度为1～8mm。
6.根据权利要求1所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述强力支撑杆(31)上还设置有助力挂件(32)。
7.根据权利要求1、2、或6所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述护膝装置还包括有紧扣a(22)，所述紧扣a(22)设置在护膝带(21)的两端，两紧扣a(22)的自由端通过设置紧扣b(23)进行连接，所述强力支撑杆(31)的底部与紧扣b(23)连接。
8.根据权利要求6所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于：所述强力支撑杆(31)的长度能够调节。
9.根据权利要求1所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于，所述助力机器人还包括腰带(33)，挂钩(14)挂在腰带(33)上。
10.根据权利要求1所述的无动力可穿载的助力机器人，其特征在于，所述助力板(11)的材质为玄武石-碳纤维复合材料；所述弹簧(13)的材质为金属复合材料或高性能复合材料；所述强力支撑杆(31)的材质为碳纤维强度复合材料或金属复合材料。
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