CN107877491A - 机械外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的机械外骨骼包括主体结构、第一电机、第一滑轮组、第一臂体以及第一翻转件。第一翻转件的一端与主体结构的端部连接，第一翻转件的另一端与第一臂体连接，第一翻转件用于实现第一臂体与主体结构的翻转连接，第一电机与主体结构固定连接，第一电机的转轴连接有第一传动绳，第一传动绳经所述第一滑轮组与第一臂体的端部连接。机械外骨骼通过第一电机、第一传动绳以及第一滑轮组之间的配合实现在主体结构上对第一臂体进行拉动，与将电机设置在关节处相比，由于电机未设置在关节处而是设置在主体结构上并通过第一电机、第一滑轮组、第一传动绳的配合来实现消耗的电机的功率较小，由于消耗的功率小也可以选用体积较小的小功率电机。

Description

机械外骨骼

技术领域

本发明涉及机动工具领域，具体而言，涉及一种机械外骨骼。

背景技术

现有的机械外骨骼可以通俗的理解成可穿戴机器人，它具有机械肢体和关节结构，肢体由金属材料制造并由各机械关节连接，各机械关节受安装在关节处的电机或液压装置驱动，机械关节驱动机械肢体带动佩戴者的肢体运动，从而达到助力效果。

由于将电机或液压装置设置在关节处，这种情况下往往需要电机具有较大的功率才能对肢体的运动进行驱动，且由于需要较大的功率，电机的所占体积往往也比较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种机械外骨骼，以改善现有的外骨骼的电机功率较大，电机所占体积较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机械外骨骼，所述机械外骨骼包括：所述机械外骨骼包括主体结构、第一电机、第一滑轮组、第一臂体以及第一翻转件，所述第一翻转件的一端与所述主体结构的端部连接，所述第一翻转件的另一端与所述第一臂体连接，所述第一翻转件用于实现所述第一臂体与所述主体结构的翻转连接，所述第一电机与所述主体结构固定连接，所述第一电机的转轴连接有第一传动绳，所述第一传动绳经所述第一滑轮组与所述第一臂体的端部连接。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述第一臂体包括第一前臂、第一后臂、第一定滑轮以及第二电机，所述第一前臂与所述第一后臂转动连接，所述第二电机以及第一定滑轮均与所述第一后臂固定连接，所述第二电机的转轴连接有第二传动绳，所述第二传动绳经所述第一定滑轮与所述第一前臂固定连接。

第二电机以及第一定滑轮均可以设置在第一后臂的表面，第二电机通过转动带动第二电机的转轴转动，第二电机的转轴连接有第二传动绳。第一定滑轮能够实现第二传动绳的方向的改变。通过第二传动绳对第一前臂的拉动来实现第一前臂与第一后臂之间的相对运动。

优选地，上述的机械外骨骼中，还包括下肢助力机构以及连接机构，所述连接机构的一端与所述主体结构连接，所述连接机构的另一端与所述下肢助力机构连接，所述连接机构包括多个连接块与多个金属球，每个连接块的第一侧与第二侧均开设有半球状凹槽，所述半球状凹槽与所述金属球相贴合，所述多个连接块中一个连接块的第一侧通过所述金属球与相邻的连接块的第二侧连接，相邻两个连接块还通过至少一根固定带连接。

每个连接块的第一侧与第二侧均开设有半球状凹槽，半球状凹槽与金属球相配合，使得连接机构的活动更加灵活，能够最大可能的完成多个角度的身体弯曲，保证身体运动的灵活性。相邻两个连接块之间还可以通过至少一根固定带连接。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述连接块内设置有凹槽，所述凹槽内设置有永磁材料。

连接块的凹槽内设置有永磁材料，能够较好的对相邻两个连接块之间的金属球进行磁力吸引。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述下肢助力机构包括固定架以及第一肢体，所述固定架与所述第一肢体转动连接。

固定架以及第一肢体的存在能够较好的实现对人体的下肢运动的辅助。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述固定架包括延伸架以及三角固定架，所述三角固定架为Y形三角固定架，包括第一延伸角、第二延伸角以及第三延伸角，所述第一延伸角与所述延伸架的端部固定连接，所述下肢助力机构包括第三电机、第四电机、第三定滑轮以及第四定滑轮，所述第三电机与第四电机均与所述第一肢体连接，所述第三定滑轮与所述第三电机相配合，所述第四定滑轮与所述第四电机相配合，所述第三电机的转轴连接有第三传动绳，所述第三传动绳经所述第三定滑轮与所述第二延伸角固定连接，所述第四电机的转轴连接有第四传动绳，所述第四传动绳经所述第四定滑轮与所述第三延伸角固定连接。

第三电机的转轴转动，带动第三传动绳伸长或减短，从而改变与第二延伸角之间的距离，实现下肢助力机构带动人的腿部向前移动。第四电机的转轴转动，带动第四传动绳伸长或减短，从而改变其与第三延伸角之间的距离，实现下肢助力机构带动人的腿部向后移动。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述第一肢体包括第一子肢体以及第二子肢体，所述第一子肢体与所述第二子肢体转动连接，所述第三电机、第四电机、第三定滑轮以及第四定滑轮均设置于所述第一子肢体。

第一肢体还可以包括第一子肢体和第二子肢体，第一子肢体与人的大腿部位对应，第二子肢体与人体的小腿部位对应。

优选地，上述的机械外骨骼中，还包括第五电机以及第五定滑轮，所述第五电机设置在所述第二子肢体，所述第五定滑轮与所述第五电机相配合，所述第五电机的转轴连接有第五传动绳，所述第五传动绳经所述第五定滑轮与所述第一子肢体连接。

第五定滑轮以及第五电机设置在第二子肢体，第五传动绳经第五定滑轮与第一子肢体连接，通过第五定滑轮以及第五电机对第五传动绳的牵引实现第一子肢体与第二子肢体之间的转动。

优选地，上述的机械外骨骼中，还包括脚踏板，所述脚踏板与所述第二子肢体的远离所述第一子肢体的端部连接。

脚踏板用于放置人体的足部，两个脚踏板的每个均包括两个侧板，每个侧板的两个侧边均开设有条形通孔，条形通孔用于连接有织物，织物可以更好的固定人体的足部。

优选地，上述的机械外骨骼中，所述主体结构与所述第一臂体均为碳纤维材料。

碳纤维材料可以在保证结构强度的同时减轻机械外骨骼的重量，从而减少对人体的束缚。

本发明实施例提供的机械外骨骼的有益效果为：

本发明实施例提供的机械外骨骼包括有主体结构、第一电机、第一滑轮组、第一臂体以及第一翻转件。第一翻转件的一端与主体结构的端部连接，第一翻转件的另一端与第一臂体连接，第一翻转件用于实现第一臂体与主体结构的翻转连接，第一电机与主体结构固定连接，第一电机的转轴连接有第一传动绳，第一传动绳经所述第一滑轮组与第一臂体的端部连接。第一翻转件可以随着人体的移动而被动移动，第一电机转动可以带动转轴转动，从而拉动第一传动绳带动第一臂体的移动，第一传动绳带动第一臂体的移动方向与第一翻转件限定的第一臂体的移动方向不同，从而实现第一臂体可以在较多的移动范围内运动。本申请实施例提供的机械外骨骼通过第一电机、第一传动绳以及第一滑轮组之间的配合实现在主体结构上对第一臂体进行拉动，与将电机设置在关节处相比，由于电机未设置在关节处而是设置在主体结构上并通过第一电机、第一滑轮组、第一传动绳的配合来实现消耗的电机的功率较小，由于消耗的功率小也可以选用体积较小的小功率电机。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的机械外骨骼的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的机械外骨骼的另一视角的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的机械外骨骼的连接机构的局部放大图。

图标：100-机械外骨骼；110-主体结构；120-第一电机；121-第一传动绳；130-第一滑轮组；140-第一臂体；141-第一前臂；142-第一后臂；143-第一定滑轮；144-第二电机；1441-第二传动绳；150-第一翻转件；160-下肢助力机构；161-固定架；1611-延伸架；162-第一肢体；1621-第一子肢体；1622-第二子肢体；163-三角固定架；1631-第一延伸角；1632-第二延伸角；1633-第三延伸角；164-第三电机；1641-第三传动绳；165-第四电机；1651-第四传动绳；166-第三定滑轮；167-第四定滑轮；170-连接机构；171-连接块；172-金属球；173-固定带；174-凹槽；180-第五电机；181-第五传动绳；190-第五定滑轮；210-脚踏板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1示出了本发明实施例提供的一种机械外骨骼100，所述机械外骨骼100包括主体结构110、第一电机120、第一滑轮组130、第一臂体140以及第一翻转件150。

所述第一翻转件150的一端与所述主体结构110的端部连接，所述第一翻转件150的另一端与所述第一臂体140连接。所述第一翻转件150用于实现所述第一臂体140与所述主体结构110的翻转连接。请参见图2，第一翻转件150能够实现第一臂体140相对于主体结构110实现水平翻转。

所述第一电机120与所述主体结构110固定连接，所述第一电机120的转轴连接有第一传动绳121，所述第一传动绳121经所述第一滑轮组130与所述第一臂体140的端部连接。

所述第一臂体140具体包括第一前臂141、第一后臂142、第一定滑轮143以及第二电机144。所述第一前臂141与所述第一后臂142转动连接，所述第二电机144以及第一定滑轮143均与所述第一后臂142固定连接，所述第二电机144的转轴连接有第二传动绳1441，所述第二传动绳1441经所述第一定滑轮143与所述第一前臂141固定连接。第二传动绳1441的一端与第二电机144的转轴连接，第二传动绳1441的另一端经过第一定滑轮143的变向与第一前臂141连接。请参见图1，当第二传动绳1441收紧时，可以将第一前臂141拉向第一后臂142。

第二电机144以及第一定滑轮143均可以设置在第一后臂142的表面，第二电机144通过转动带动第二电机144的转轴转动，第二电机144的转轴连接有第二传动绳1441。第一定滑轮143能够实现第二传动绳1441的方向的改变。通过第二传动绳1441对第一前臂141的拉动来实现第一前臂141与第一后臂142之间的相对运动。

在本申请提供的机械外骨骼100的一种具体实施方式中，机械外骨骼100还包括下肢助力机构160以及连接机构170。所述连接机构170的一端与所述主体结构110连接，所述连接机构170的另一端与所述下肢助力机构160连接，所述连接机构170包括多个连接块171与多个金属球172，每个连接块171的第一侧与第二侧均开设有半球状凹槽174，所述半球状凹槽174与所述金属球172相贴合，所述多个连接块171中一个连接块171的第一侧通过所述金属球172与相邻的连接块171的第二侧连接，相邻两个连接块171还通过至少一根固定带173连接。

请参见图3，每个连接块171的第一侧与第二侧均开设有半球状凹槽174，半球状凹槽174可以与金属球172相配合，该种连接方式使得连接机构170的移动更灵活，活动范围更大。

连接机构170能够最大可能的完成多个角度的身体弯曲，保证身体运动的灵活性。相邻两个连接块171之间还可以通过至少一根固定带173连接，具体地，相邻两个连接块171之间可以通过三根固定带173连接，连接块171的两侧以及连接块171的中间均可以连接有固定带173。

优选地，上述的机械外骨骼100中，所述连接块171内设置有凹槽174，所述凹槽174内设置有永磁材料。连接块171的凹槽174内设置有永磁材料，能够较好的对相邻两个连接块171之间的金属球172进行磁力吸引，从而可以加强相邻两个连接块171之间的连接紧密度。

所述下肢助力机构160具体可以包括固定架161以及第一肢体162，所述固定架161与所述第一肢体162转动连接。

所述固定架161包括延伸架1611以及三角固定架163。延伸架1611为从连接机构170的远离主体机构的一端延伸出的两个刚性延伸部，请参见图1和图2。

所述三角固定架163为Y形三角固定架163，包括第一延伸角1631、第二延伸角1632以及第三延伸角1633。所述第一延伸角1631与所述延伸架1611的端部固定连接。

所述下肢助力机构160还包括第三电机164、第四电机165、第三定滑轮166以及第四定滑轮167。所述第三电机164与第四电机165均与所述第一肢体162连接，所述第三定滑轮166与所述第三电机164相配合，所述第四定滑轮167与所述第四电机165相配合。所述第三电机164的转轴连接有第三传动绳1641，所述第三传动绳1641经所述第三定滑轮166与所述第二延伸角1632固定连接，所述第四电机165的转轴连接有第四传动绳1651，所述第四传动绳1651经所述第四定滑轮167与所述第三延伸角1633固定连接。

第三电机164的转轴转动，带动第三传动绳1641伸长或减短，从而改变与第二延伸角1632之间的距离，实现下肢助力机构160带动人的腿部向前移动。第四电机165的转轴转动，带动第四传动绳1651伸长或减短，从而改变其与第三延伸角1633之间的距离，实现下肢助力机构160带动人的腿部向后移动。

所述第一肢体162还包括有第一子肢体1621以及第二子肢体1622，所述第一子肢体1621与所述第二子肢体1622转动连接，所述第三电机164、第四电机165、第三定滑轮166以及第四定滑轮167均设置于所述第一子肢体1621。第一子肢体1621与人的大腿部位对应，第二子肢体1622与人体的小腿部位对应。

机械外骨骼100中还包括第五电机180以及第五定滑轮190，所述第五电机180设置在所述第二子肢体1622，所述第五定滑轮190与所述第五电机180相配合，所述第五电机180的转轴连接有第五传动绳181，所述第五传动绳181经所述第五定滑轮190与所述第一子肢体1621连接。

第五定滑轮190以及第五电机180设置在第二子肢体1622，第五传动绳181经第五定滑轮190与第一子肢体1621连接，通过第五定滑轮190以及第五电机180对第五传动绳181的牵引实现第一子肢体1621与第二子肢体1622之间的转动。

机械外骨骼100还可以包括脚踏板210，所述脚踏板210与所述第二子肢体1622的远离所述第一子肢体1621的端部连接。

脚踏板210用于放置人体的足部，两个脚踏板210的每个均包括两个侧板，每个侧板的两个侧边均开设有条形通孔，条形通孔用于连接有织物，织物可以更好的固定人体的足部。

具体地，所述主体结构110、第一臂体140、固定架161、第一肢体162均可以为碳纤维材料。碳纤维材料可以在保证结构强度的同时减轻机械外骨骼100的重量，从而减少对人体的束缚。

本发明实施例提供的机械外骨骼100能够通过电机、定滑轮、传动绳之间的配合，实现外骨骼之间的转动，从而为穿戴该机械外骨骼100的使用者提供助力。该种助力由于是通过电机、定滑轮以及传动绳之间形成的杠杆来实现的，与直接将电机设置在外骨骼的关节连接处相比，本发明实施例提供的机械外骨骼100在电机的功率较小的情况下就能够实现对外骨骼的驱动，并且较小的功率使得电机的体积可以更小，能够减轻外骨骼的重量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种机械外骨骼，其特征在于，所述机械外骨骼包括主体结构、第一电机、第一滑轮组、第一臂体以及第一翻转件，

所述第一翻转件的一端与所述主体结构的端部连接，所述第一翻转件的另一端与所述第一臂体连接，所述第一翻转件用于实现所述第一臂体与所述主体结构的翻转连接，

所述第一电机与所述主体结构固定连接，所述第一电机的转轴连接有第一传动绳，所述第一传动绳经所述第一滑轮组与所述第一臂体的端部连接。

2.根据权利要求1所述的机械外骨骼，其特征在于：所述第一臂体包括第一前臂、第一后臂、第一定滑轮以及第二电机，

所述第一前臂与所述第一后臂转动连接，所述第二电机以及第一定滑轮均与所述第一后臂固定连接，所述第二电机的转轴连接有第二传动绳，所述第二传动绳经所述第一定滑轮与所述第一前臂固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的机械外骨骼，其特征在于：还包括下肢助力机构以及连接机构，所述连接机构的一端与所述主体结构连接，所述连接机构的另一端与所述下肢助力机构连接，

所述连接机构包括多个连接块与多个金属球，每个连接块的第一侧与第二侧均开设有半球状凹槽，所述半球状凹槽与所述金属球相贴合，所述多个连接块中一个连接块的第一侧通过所述金属球与相邻的连接块的第二侧连接，相邻两个连接块还通过至少一根固定带连接。

4.根据权利要求3所述的机械外骨骼，其特征在于：所述连接块内设置有凹槽，所述凹槽内设置有永磁材料。

5.根据权利要求3所述的机械外骨骼，其特征在于：所述下肢助力机构包括固定架以及第一肢体，所述固定架与所述第一肢体转动连接。

6.根据权利要求5所述的机械外骨骼，其特征在于：所述固定架包括延伸架以及三角固定架，所述三角固定架为Y形三角固定架，包括第一延伸角、第二延伸角以及第三延伸角，所述第一延伸角与所述延伸架的端部固定连接，

所述下肢助力机构包括第三电机、第四电机、第三定滑轮以及第四定滑轮，所述第三电机与第四电机均与所述第一肢体连接，所述第三定滑轮与所述第三电机相配合，所述第四定滑轮与所述第四电机相配合，

所述第三电机的转轴连接有第三传动绳，所述第三传动绳经所述第三定滑轮与所述第二延伸角固定连接，

所述第四电机的转轴连接有第四传动绳，所述第四传动绳经所述第四定滑轮与所述第三延伸角固定连接。

7.根据权利要求6所述的机械外骨骼，其特征在于：所述第一肢体包括第一子肢体以及第二子肢体，所述第一子肢体与所述第二子肢体转动连接，所述第三电机、第四电机、第三定滑轮以及第四定滑轮均设置于所述第一子肢体。

8.根据权利要求7所述的机械外骨骼，其特征在于：还包括第五电机以及第五定滑轮，所述第五电机设置在所述第二子肢体，所述第五定滑轮与所述第五电机相配合，

所述第五电机的转轴连接有第五传动绳，所述第五传动绳经所述第五定滑轮与所述第一子肢体连接。

9.根据权利要求7所述的机械外骨骼，其特征在于：还包括脚踏板，所述脚踏板与所述第二子肢体的远离所述第一子肢体的端部连接。

10.根据权利要求1所述的机械外骨骼，其特征在于：所述主体结构与所述第一臂体均为碳纤维材料。