CN108354785B - 一种无动力行走助力柔性外骨骼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无动力行走助力柔性外骨骼装置，包括行走装置和动力装置，所述行走装置设置在人的下肢上，并与动力装置相互联动，以接收动力装置输出的动力并带动人的下肢行走，所述动力装置包括脚踏机构和联动机构，所述脚踏机构设置于人的鞋底上，用于供人踩踏输出动力，所述联动机构设置于人的腿上，并与脚踏机构联动，还与行走装置联动，用于接收脚踏机构的输出动力，并将动力传递至行走装置以驱动行走装置行走。本发明的无动力行走助力柔性外骨骼装置，通过脚踏机构和联动机构的设置，便可以有效的实现一个将人行走的过程中脚踩的动力传递到行走装置的效果，如此结构简单、成本低且不需要依靠外动力源。
Description
技术领域
本发明涉及一种行走装置，更具体的说是涉及一种无动力行走助力柔性外骨骼装置。
背景技术
行走运动是人体最重要的肢体运动之一，与人们的日常生活密切相关。许多人在日常工作和生活中需要进行长时间、长距离的行走运动，如护士、城市环卫工人、管道维护人员及军事人员等，其工作过程中大部分时间内处于行走状态，繁忙的工作和长时间的行走会极大的影响他们的工作效率和生活质量。同时随着社会经济的高速发展及人们对自然界探索的不断深入，如自然资源的探测、户外探险活动等对人体行走运动的能力提出了更高的要求。
长时间、长距离的行走经常会导致身体不适及肌肉疲劳等症状，长期性的肌肉疲劳更是引起肌肉组织损伤的最主要原因，严重的肌肉损伤甚至会导致肾功能衰竭等后果。肌肉组织损伤会极大地影响人体进行正常肢体运动的能力，降低生活质量，而且肌肉组织损伤对人体的损害是无法挽回的。因此，为了对人体进行更好的保护，研究一种便于穿戴、能够辅助人体下肢进行正常行走运动的装置十分必要。
自19世纪60年代以来，工程师们不断的在设计一种机器，以使人们走路变得更加轻便简单。下肢外骨骼机器人具有增强人体机能和辅助下肢康复训练的功能，这些功能可以帮助人们更好的行走，在军事和医疗领域具有很好的发展前景，逐渐成为机器人领域的研究热点。国外研究中，美国一家电气公司研制出一款可穿戴的单兵装备，用于增强士兵的持重及负重能力，缓解士兵长距离负重行军引起的疲劳″日本筑波大学研制的助力腿，该装置通过采集贴在人皮肤上的肌电传感器信号精确控制实现助力行走。国内助力装置研究也发展迅速中国兵器工业集团公司研制了单兵外骨骼系统，适用于侦察、巡逻等行动任务！这些助力装置结构复杂，需要外部动力源，如电池″电机等，成本高，多用于军事领域，这与军工中有完善的后勤保障有关。如果该类产品用于民用，当动力源缺失时，助力装置成为累赘，实用性不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、不依靠外动力源的无动力行走助力柔性外骨骼装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种无动力行走助力柔性外骨骼装置，包括行走装置和动力装置，所述行走装置设置在人的下肢上，并与动力装置相互联动，以接收动力装置输出的动力并带动人的下肢行走，所述动力装置包括脚踏机构和联动机构，所述脚踏机构设置于人的鞋底上，用于供人踩踏输出动力，所述联动机构设置于人的腿上，并与脚踏机构联动，还与行走装置联动，用于接收脚踏机构的输出动力，并将动力传递至行走装置以驱动行走装置行走。
作为本发明的进一步改进，所述脚踏机构包括嵌设在左脚鞋底内的左气囊和嵌设在右脚鞋底内的右气囊，所述联动机构包括贴设在人的左右腿上并沿着人的左右腿延伸的左通气管道和右通气管道，所述左通气管道的一端与左气囊连接并相互连通，所述右通气管道的一端与右气囊连接并相互连通，所述行走装置包括用于套接在人腰上的固定环、左气动杆和右气动杆，所述左气动杆的一端和右气动杆的一端均与固定环固定连接，所述左气动杆相对于固定环的另一端固定在人的左膝盖的位置上，所述右气动杆相对于固定环的另一端固定在人的右膝盖的位置上，所述左气动杆与固定环连接的一端与左通气管道相对于左气囊的另一端连接并相互连通，所述右气动杆与固定环连接的一端与右通气管道相对于右气囊的另一端连接并相互连通，当左气囊被踩下压缩时，左气动杆充气伸长，推动左膝盖向下运动，右气囊膨胀，右气动杆被抽气缩短，拉动右膝盖向上运动，当右气囊被踩下压缩时，右气动杆充气伸长，推动右膝盖向下运动，左气囊膨胀，左气动杆被抽气缩短，拉动左膝盖向上运动。
作为本发明的进一步改进，所述左气动杆相对于固定环的另一端固定连接有左套环，所述右气动杆相对于固定环的另一端固定连接有右套环，所述左套环套接在人左腿膝盖上方大腿的位置上，所述右套环套接在人右腿膝盖上方大腿的位置上，所述左套环和右套环均为弹性伸缩带，所述左气动杆相对于固定环的另一端和右气动杆相对于固定环的另一端，分别与两条弹性伸缩带固定连接，所述弹性伸缩带的两端通过魔术贴固定连接，以套接在人左腿膝盖和右腿膝盖的上方的位置上，当弹性伸缩带固定在人腿上时，弹性伸缩带被拉伸产生弹力。
作为本发明的进一步改进，所述左气动杆和右气动杆均为气动肌肉，所述固定环包括固定带和设置在固定带一端的锁扣，所述固定带相对于锁扣的另一端伸入到锁扣内被锁扣锁定，以将固定带形成一个环套接在人的腰上，所述左气动杆的一端和右气动杆的一端均固定在固定带上。
作为本发明的进一步改进，所述左气囊和右气囊均包括囊体和设置在囊体内驱动囊体压缩复位的复位组件，所述囊体呈长条波纹管状，其一端与鞋底固定连接，另一端与地面相接触，所述复位组件包括复位弹簧，该复位弹簧的两端分别与囊体的两端同轴固定，所述囊体与鞋底连接的一端开设有透气孔，所述左通气管道相对于左气囊的一端和右通气管道相对于右气囊的一端分别与两个透气孔固定连接并与透气孔相互连通。
作为本发明的进一步改进，所述左通气管道的管体与左套环的弹性伸缩带固定连接，所述右通气管道的管体与右套环的弹性伸缩带固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述左气动杆和右气动杆均为气动肌肉，所述固定环包括环状的弹性充气管体，当固定环固定到人的腰上时，弹性充气管体充气套在人的腰上固定，所述弹性充气管体包括左管体和右管体，所述左通气管道相对于左气囊的另一端和左气动杆的一端均与左管体相互连接并连通，所述右通气管道相对于右气囊的另一端和右气动杆的一端均与右管体相互连接并连通。
作为本发明的进一步改进，所述左通气管道和右通气管道的外管壁上均设有若干个沿左通气管道和右通气管道长度方向排布的粘贴扣，所述粘贴扣为魔术扣，用于粘贴到人的裤腿上。
本发明的有益效果，通过行走装置的设置，便可以有效的在人们行走的过程中对于人的下肢实现一个行走助力的效果，减轻人们的下肢的负担，而通过动力装置的设置，便可以有效的提供一个动力给行走装置，使得行走装置的能够很好的带动人的下肢进行行走了，而将动力装置设置成脚踏机构和联动就，便可以利用脚踏机构有效的将人行走过程中所产生的踩踏力进行转化后输出，而通过联动机构的设置，便可以有效的将脚踏机构所输出的动力传递到行走装置内，如此行走装置便可以接收动力进行助力行走了，相比于现有技术中的助力行走装置，通过脚踏机构实现了利用了人的行走的脚踏力作为主要动力，相比于现有技术中的助力装置需要通过外部的动力源进行动力驱动的结构，不会出现动力缺失导致的动力源成累赘的问题。
附图说明
图1为本发明的无动力行走助力柔性外骨骼装置的整体结构图；
图2为脚踏机构的整体结构图；
图3为固定环实施例2的整体结构图。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1至3所示，本实施例的一种无动力行走助力柔性外骨骼装置，包括行走装置1和动力装置2，所述行走装置1设置在人的下肢上，并与动力装置2相互联动，以接收动力装置2输出的动力并带动人的下肢行走，所述动力装置2包括脚踏机构21和联动机构22，所述脚踏机构21设置于人的鞋底上，用于供人踩踏输出动力，所述联动机构22设置于人的腿上，并与脚踏机构21联动，还与行走装置1联动，用于接收脚踏机构21的输出动力，并将动力传递至行走装置1以驱动行走装置1行走，在使用本实施例的柔性外骨骼装置的过程中，首先将行走装置1固定在人的下肢上，再将动力装置2内的脚踏机构21设置在人的鞋底上，同时将联动机构22设置在人的下肢上，并且与脚踏机构21和行走装置1相互联动，如此便可实现将人行走的过程中的踩踏力转换到行走装置1进行助力行走的动力，这样在使用本实施例的装置的过程中，就不需要同现有技术中的助力装置一样，设置一个主动的动力源去驱动行走装置1，导致在动力源无法提供动力的时候，动力源就会变成一个累赘在人身上，如此不仅不能够有效的对人的行走起到助力的作用，还会拖累人的行走的问题，因此本实施例中通过脚踏机构21与联动机构22的配合作用有效的实现利用人行走过程中踩踏力来作为动力，就能够有效的实现一个不需要动力源便能够有限的驱动行走装置1的效果。
作为改进的一种具体实施方式，所述脚踏机构21包括嵌设在左脚鞋底内的左气囊211和嵌设在右脚鞋底内的右气囊212，所述联动机构22包括贴设在人的左右腿上并沿着人的左右腿延伸的左通气管道221和右通气管道222，所述左通气管道221的一端与左气囊211连接并相互连通，所述右通气管道222的一端与右气囊212连接并相互连通，所述行走装置1包括用于套接在人腰上的固定环11、左气动杆12和右气动杆13，所述左气动杆12的一端和右气动杆13的一端均与固定环11固定连接，所述左气动杆12相对于固定环11的另一端固定在人的左膝盖的位置上，所述右气动杆13相对于固定环11的另一端固定在人的右膝盖的位置上，所述左气动杆12与固定环11连接的一端与左通气管道221相对于左气囊211的另一端连接并相互连通，所述右气动杆13与固定环11连接的一端与右通气管道222相对于右气囊212的另一端连接并相互连通，当左气囊211被踩下压缩时，左气动杆12充气伸长，推动左膝盖向下运动，右气囊212膨胀，右气动杆13被抽气缩短，拉动右膝盖向上运动，当右气囊212被踩下压缩时，右气动杆13充气伸长，推动右膝盖向下运动，左气囊211膨胀，左气动杆12被抽气缩短，拉动左膝盖向上运动，在人行走的过程中，是左脚和右脚交替的依次踩下去的，因此当人左脚踩下去的时候，左脚鞋底内的左气囊211就会因为人踩踏的力量被压缩，如此左气囊211内的空气就会被挤压而出，进入到左通气管道222内，然后通过左通气管道222进入到左气动杆12内，那么左气动杆12就会伸长，将人的左膝盖向下推，助力人的左脚的踩下，当人的右脚踩下去的时候，人的左脚会抬起，那么左气囊211就不会再被压缩，如此左气囊211就会复位，抽取掉左通气管道222内的空气，进而抽取掉左气动杆12内的空气，使得左气动杆12收缩，左气动杆12就会拉着人的左膝盖向上运动，协助人左脚的抬起，在人的右脚踩下和抬起的时候，右气动杆13也同上述一样伸缩来协助人的右脚的踩下和抬起，如此有效的实现一个利用人行走的过程中，脚踩踏的力量来协助人的行走，如此相比于现有技术中，上述协助的过程中，并不需要同现有技术中一样，需要设置动力源，进而导致在动力源失去动力的时候，变成累赘在人身上导致人行走时更加费力的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述左气动杆12相对于固定环11的另一端固定连接有左套环121，所述右气动杆13相对于固定环11的另一端固定连接有右套环131，所述左套环121套接在人左腿膝盖上方大腿的位置上，所述右套环131套接在人右腿膝盖上方大腿的位置上，所述左套环121和右套环131均为弹性伸缩带3，所述左气动杆12相对于固定环11的另一端和右气动杆13相对于固定环11的另一端，分别与两条弹性伸缩带3固定连接，所述弹性伸缩带3的两端通过魔术贴固定连接，以套接在人左腿膝盖和右腿膝盖的上方的位置上，当弹性伸缩带3固定在人腿上时，弹性伸缩带3被拉伸产生弹力，在使用本实施例的装置之前，首先需要将固定环11套到人的腰上，然后将左套环121套在人的大腿相对于左膝盖上方一点的位置上，将右套环131套在人的大腿相对于右膝盖上方一点的位置上，主要是因为人在行走的过程中膝盖是一个转折点，若是膝盖上有障碍物那就会导致人们在行走的过程中会阻碍到人的行走，因此在本实施例中将左套环121和右套环131设置在膝盖上方大腿的位置可以避免左套环121和右套环131与左膝盖和右膝盖相接触导致的阻碍人的行走的问题，而在固定左套环121和右套环131的过程中，首先将弹性伸缩带3上的魔术贴打开，使得弹性伸缩带3变成一条带子，然后将这条带子绑到人的腿上，然后通过魔术贴连接起来，使得弹性伸缩带3能够有效的绑到人的大腿上，如此快速有效的实现完成左套环121和右套环131的固定，同时利用弹性伸缩带3进行固定的方式，能够更好的贴合人的腿部，避免人在使用装置的过程中腿部不舒服的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述左气动杆12和右气动杆13均为气动肌肉，所述固定环11包括固定带111和设置在固定带111一端的锁扣112，所述固定带111相对于锁扣112的另一端伸入到锁扣112内被锁扣112锁定，以将固定带111形成一个环套接在人的腰上，所述左气动杆12的一端和右气动杆13的一端均固定在固定带111上，气动肌肉是现有技术中一种仿生装置，利用气动肌肉的伸缩作用，能够更好的实现带动人的左膝盖和右膝盖运动的效果，同时由于气动肌肉的软性结构，能够更好的舒适性，而通过固定带111和锁扣112的设置，便可同现有技术中的裤腰带一样，有效的固定到人的腰上了，一方面使用起来更加的方便，另一方面也可使用现有的裤腰带来改造成固定环11，降低了整个装置的生产成本。
作为改进的一种具体实施方式，所述左气囊211和右气囊212均包括囊体4和设置在囊体4内驱动囊体4压缩复位的复位组件5，所述囊体4呈长条波纹管状，其一端与鞋底固定连接，另一端与地面相接触，所述复位组件5包括复位弹簧51，该复位弹簧51的两端分别与囊体4的两端同轴固定，所述囊体4与鞋底连接的一端开设有透气孔41，所述左通气管道221相对于左气囊211的一端和右通气管道221相对于右气囊212的一端分别与两个透气孔41固定连接并与透气孔41相互连通，通过囊体4的伸缩作用，便可有效的实现抽取空气和输出空气的效果，而通过复位弹簧51的设置，便可在输出空气的时候，复位弹簧51被压缩积累弹性势能，然后在抽取空气的时候，通过复位弹簧51释放弹性势能，将囊体4复位成原来的状态，如此囊体4有效的实现一个抽气的效果，实现了在人脚踩下的时候输出空气，在抬起的时候，复位抽取空气的效果，如此能够很好的实现一个利用人行走的过程中踩踏力的效果。
作为改进的一种具体实施方式，所述左通气管道221的管体与左套环121的弹性伸缩带3固定连接，所述右通气管道222的管体与右套环131的弹性伸缩带3固定连接，这样便能够有效的将左通气管道221和右通气管道222连接左套环121，将右通气管道222连接右套环131，将左通气管道221和右通气管道222的管体进行固定，避免在人使用装置行走的过程中，左通气管道221和右通气管道222挂在人脚上阻碍人行走的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述左气动杆12和右气动杆13均为气动肌肉，所述固定环11包括环状的弹性充气管体113，当固定环11固定到人的腰上时，弹性充气管体113充气套在人的腰上固定，所述弹性充气管体113包括左管体1131和右管体1132，所述左通气管道221相对于左气囊211的另一端和左气动杆12的一端均与左管体1131相互连接并连通，所述右通气管道221相对于右气囊212的另一端和右气动杆13的一端均与右管体1132相互连接并连通，通过弹性充气管体113的设置，便可通过内部气体膨胀的方式来固定到人的腰上，如此相比于之前采用现有的裤腰带的结构的方式，其内本身存有气体，因而能够有效的增加气动肌肉内的气压，使得气动肌肉的伸缩力度更强，能够更好的辅助人们的行走了。
作为改进的一种具体实施方式，所述左通气管道221和右通气管道222的外管壁上均设有若干个沿左通气管道221和右通气管道222长度方向排布的粘贴扣6，所述粘贴扣6为魔术扣，用于粘贴到人的裤腿上，如此在使用本实施例的装置的过程中，将左通气管道221和右通气管道222固定到人的裤腿上，避免在装置使用的过程中，出现左通气管道221和右通气管道222挂在那里阻碍人行走的问题。
综上所述，本实施例的骨骼装置，通过动力装置2和行走装置1的配合设置，便可以有效的实现提供动力助力人行走的效果，而通过将动力装置2设置成脚踏机构21和联动机构22便能够实现将人行走的过程中所产生的脚踏力作为动力驱动行走装置1助力行走的效果，避免现有技术中因为动力源失去动力而成为累赘的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种无动力行走助力柔性外骨骼装置，包括行走装置(1)和动力装置(2)，所述行走装置(1)设置在人的下肢上，并与动力装置(2)相互联动，以接收动力装置(2)输出的动力并带动人的下肢行走，其特征在于：所述动力装置(2)包括脚踏机构(21)和联动机构(22)，所述脚踏机构(21)设置于人的鞋底上，用于供人踩踏输出动力，所述联动机构(22)设置于人的腿上，并与脚踏机构(21)联动，还与行走装置(1)联动，用于接收脚踏机构(21)的输出动力，并将动力传递至行走装置(1)以驱动行走装置(1)行走；
所述脚踏机构(21)包括嵌设在左脚鞋底内的左气囊(211)和嵌设在右脚鞋底内的右气囊(212)，所述联动机构(22)包括贴设在人的左右腿上并沿着人的左右腿延伸的左通气管道(221)和右通气管道(222)，所述左通气管道(221)的一端与左气囊(211)连接并相互连通，所述右通气管道(222)的一端与右气囊(212)连接并相互连通，所述行走装置(1)包括用于套接在人腰上的固定环(11)、左气动杆(12)和右气动杆(13)，所述左气动杆(12)的一端和右气动杆(13)的一端均与固定环(11)固定连接，所述左气动杆(12)相对于固定环(11)的另一端固定在人的左膝盖的位置上，所述右气动杆(13)相对于固定环(11)的另一端固定在人的右膝盖的位置上，所述左气动杆(12)与固定环(11)连接的一端与左通气管道(221)相对于左气囊(211)的另一端连接并相互连通，所述右气动杆(13)与固定环(11)连接的一端与右通气管道(222)相对于右气囊(212)的另一端连接并相互连通，当左气囊(211)被踩下压缩时，左气动杆(12)充气伸长，推动左膝盖向下运动，右气囊(212)膨胀，右气动杆(13)被抽气缩短，拉动右膝盖向上运动，当右气囊(212)被踩下压缩时，右气动杆(13)充气伸长，推动右膝盖向下运动，左气囊(211)膨胀，左气动杆(12)被抽气缩短，拉动左膝盖向上运动。
2.根据权利要求1所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左气动杆(12)相对于固定环(11)的另一端固定连接有左套环(121)，所述右气动杆(13)相对于固定环(11)的另一端固定连接有右套环(131)，所述左套环(121)套接在人左腿膝盖上方大腿的位置上，所述右套环(131)套接在人右腿膝盖上方大腿的位置上，所述左套环(121)和右套环(131)均为弹性伸缩带(3)，所述左气动杆(12)相对于固定环(11)的另一端和右气动杆(13)相对于固定环(11)的另一端，分别与两条弹性伸缩带(3)固定连接，所述弹性伸缩带(3)的两端通过魔术贴固定连接，以套接在人左腿膝盖和右腿膝盖的上方的位置上，当弹性伸缩带(3)固定在人腿上时，弹性伸缩带(3)被拉伸产生弹力。
3.根据权利要求1或2所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左气动杆(12)和右气动杆(13)均为气动肌肉，所述固定环(11)包括固定带(111)和设置在固定带(111)一端的锁扣(112)，所述固定带(111)相对于锁扣(112)的另一端伸入到锁扣(112)内被锁扣(112)锁定，以将固定带(111)形成一个环套接在人的腰上，所述左气动杆(12)的一端和右气动杆(13)的一端均固定在固定带(111)上。
4.根据权利要求1或2所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左气囊(211)和右气囊(212)均包括囊体(4)和设置在囊体(4)内驱动囊体(4)压缩复位的复位组件(5)，所述囊体(4)呈长条波纹管状，其一端与鞋底固定连接，另一端与地面相接触，所述复位组件(5)包括复位弹簧(51)，该复位弹簧(51)的两端分别与囊体(4)的两端同轴固定，所述囊体(4)与鞋底连接的一端开设有透气孔(41)，所述左通气管道(221)相对于左气囊(211)的一端和右通气管道(221)相对于右气囊(212)的一端分别与两个透气孔(41)固定连接并与透气孔(41)相互连通。
5.根据权利要求2所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左通气管道(221)的管体与左套环(121)的弹性伸缩带(3)固定连接，所述右通气管道(222)的管体与右套环(131)的弹性伸缩带(3)固定连接。
6.根据权利要求1或2所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左气动杆(12)和右气动杆(13)均为气动肌肉，所述固定环(11)包括环状的弹性充气管体(113)，当固定环(11)固定到人的腰上时，弹性充气管体(113)充气套在人的腰上固定，所述弹性充气管体(113)包括左管体(1131)和右管体(1132)，所述左通气管道(221)相对于左气囊(211)的另一端和左气动杆(12)的一端均与左管体(1131)相互连接并连通，所述右通气管道(221)相对于右气囊(212)的另一端和右气动杆(13)的一端均与右管体(1132)相互连接并连通。
7.根据权利要求1或2所述的无动力行走助力柔性外骨骼装置，其特征在于：所述左通气管道(221)和右通气管道(222)的外管壁上均设有若干个沿左通气管道(221)和右通气管道(222)长度方向排布的粘贴扣(6)，所述粘贴扣(6)为魔术扣，用于粘贴到人的裤腿上。
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