CN109015599A - 一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人 - Google Patents

一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，包括腰部固定架、混合动力构件和腿部固定架，所述混合动力构件分别与腰部固定架、腿部固定架固定连接；所述腰部固定架包括腰部固定杆；所述混合动力构件包括腰部连接杆，所述腰部连接杆外侧设有轴承，所述轴承外套接有旋转套筒，所述旋转套筒上设有驱动电机；所述腿部固定架包括腿部固定杆；所述腰部固定杆一端与腰部连接杆固定连接，所述腿部固定杆顶部与旋转套筒固定连接。本发明的优点在于：其不仅可以起到助力的效果，而且结构简单，还能根据人体腰围尺寸做出调整，穿戴轻便，成本较低。

Description

一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人
技术领域
本发明涉及外骨骼辅助机械技术领域，具体涉及一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人。
背景技术
随着互联网技术的成熟以及网上购物的日益流行，收发快递已成为我们生活中必不可少的一部分，与日俱增的快递订单在给人们带来便利的同时，也给快递员带来较大的工作压力，尤其是在分拣快递包裹时，反复的弯腰直立会给腰部带来极大的损伤。在我国的制造业行业中，工厂的工人在反复持续的搬运和装卸工件时，也会对腰部造成较大的肌肉损伤。因此，针对长期从事装卸和搬运的工作人员发明一种腰部助力外骨骼机器人显得尤为重要。
经文献检索，中国发明专利CN106737579A一种用于辅助搬运的腰部助力机器人利用盘式电机驱动，通过谐波减速器减速以提高扭矩，进而起到助力的效果。该发明单纯利用电机驱动虽然可以起到助力的效果，但是结构较为复杂，不能根据人体腰围尺寸做出调整，穿戴笨重，成本较高。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种结构简单，腰部可调节并且易穿戴的辅助搬运的腰部助力机器人，以解决上述缺陷。
发明内容
本发明提供一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其具有结构简单，占用空间小，腰部可调节宽度，易穿戴并且具有通用性的特点。
为实现上述目的，本发明所涉及的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，包括腰部固定架、混合动力构件和腿部固定架，所述混合动力构件分别与腰部固定架、腿部固定架固定连接；所述腰部固定架包括腰部固定杆；所述混合动力构件包括腰部连接杆，所述腰部连接杆外侧设有轴承，所述轴承外套接有旋转套筒，所述旋转套筒上设有驱动电机；所述腿部固定架包括腿部固定杆；所述腰部固定杆一端与腰部连接杆固定连接，所述腿部固定杆顶部与旋转套筒固定连接。
进一步地，所述腰部固定架还包括旋转支座，所述旋转支座上设有旋转夹板，所述旋转夹板与腰部固定杆的另一端连接。
更进一步地，所述混合动力构件上还设有行星减速器，所述行星减速器设置在驱动电机与旋转套筒之间。
进一步地，所述轴承包括依次套接的扭转弹簧拨环、深沟球轴承，内旋转套筒、扭转弹簧、扭转弹簧支承座止推滑块、联轴器、法兰盘。
进一步地，所述驱动电机包括编码器、电机驱动器。
进一步地，所述腿部固定架还包括护板，所述护板设置在腿部固定杆的底部。
更进一步地，所述腰部固定架、混合动力构件和腿部固定架成对设置，所述旋转支座上对称设有两个旋转夹板，所述对称设置的腰部固定杆分别与两个旋转夹板固定连接。
作为优选项，所述腿部固定杆顶部还设有合页，所述腿部固定杆通过合页与旋转套筒旋转连接。
作为优选项，所述腿部固定架上还设有加强垫板，所述加强垫板设置在腿部固定杆与护板之间。
作为优选项，所述腰部固定架上还设有姿态检测单元、角度处理与控制单元、便携式电源装置，所述姿态检测单元、角度处理与控制单元、便携式电源装置设置在腰部固定杆外侧，所述姿态检测单元、角度处理与控制单元、便携式电源装置分别与编码器连通。
本发明的优点在于：其不仅可以起到助力的效果，而且结构简单，还能根据人体腰围尺寸做出调整，穿戴轻便，成本较低。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为腰部固定架的结构示意图；
图3为混合动力构件的组装图；
图4为混合动力构件的分解图；
图5为腿部支撑部件的组装图；
图6为腿部支撑部件的分解图。
图中：腰部固定架1(其中：腰部固定杆1.1、旋转支座1.2、旋转夹板1.3、姿态检测单元1.4、角度处理与控制单元1.5、便携式电源装置1.6)、混合动力构件2(其中：腰部连接杆2.1、轴承2.2、扭转弹簧拨环2.2a、深沟球轴承2.2b，内旋转套筒2.2c、扭转弹簧2.2d、扭转弹簧支承座2.2e、止推滑块2.2f、联轴器2.2g、法兰盘2.2h、旋转套筒2.3、驱动电机2.4、编码器2.4a、电机驱动器2.4b、行星减速器2.5)、腿部固定架3(其中：腿部固定杆3.1、护板3.2、合页3.3、加强垫板3.4)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，包括腰部固定架1、混合动力构件2和腿部固定架3，所述混合动力构件2分别与腰部固定架1、腿部固定架3固定连接；所述腰部固定架1包括腰部固定杆1.1；所述混合动力构件2包括腰部连接杆2.1，所述腰部连接杆2.1外侧设有轴承2.2，所述轴承2.2外套接有旋转套筒2.3，所述旋转套筒2.3上设有驱动电机2.4；所述腿部固定架3包括腿部固定杆3.1；所述腰部固定杆1.1一端与腰部连接杆2.1固定连接，所述腿部固定杆3.1顶部与旋转套筒2.3固定连接。
进一步地，所述腰部固定架1还包括旋转支座1.2，所述旋转支座1.2上设有旋转夹板1.3，所述旋转夹板1.3与腰部固定杆1.1的另一端连接。
更进一步地，所述混合动力构件2上还设有行星减速器2.5，所述行星减速器2.5设置在驱动电机2.4与旋转套筒2.3之间。
进一步地，所述轴承2.2包括依次套接的扭转弹簧拨环2.2a、深沟球轴承2.2b，内旋转套筒2.2c、扭转弹簧2.2d、扭转弹簧支承座2.2e止推滑块2.2f、联轴器2.2g、法兰盘2.2h。
进一步地，所述驱动电机2.4包括编码器2.4a、电机驱动器2.4b。
进一步地，所述腿部固定架3还包括护板3.2，所述护板3.2设置在腿部固定杆3.1的底部。
更进一步地，所述腰部固定架1、混合动力构件2和腿部固定架3成对设置，所述旋转支座1.2上对称设有两个旋转夹板1.3，所述对称设置的腰部固定杆1.1分别与两个旋转夹板1.3固定连接。
作为优选项，所述腿部固定杆3.1顶部还设有合页3.3，所述腿部固定杆3.1通过合页3.3与旋转套筒2.3旋转连接。
作为优选项，所述腿部固定架3上还设有加强垫板3.4，所述加强垫板3.4设置在腿部固定杆3.1与护板3.2之间。
作为优选项，所述腰部固定架1上还设有姿态检测单元1.4、角度处理与控制单元1.5、便携式电源装置1.6，所述姿态检测单元1.4、角度处理与控制单元1.5、便携式电源装置1.6设置在腰部固定杆1.1外侧，所述姿态检测单元1.4、角度处理与控制单元1.5、便携式电源装置1.6分别与编码器2.4a连通。
本发明实际使用时：
当穿戴者在搬运重物时，穿戴者先通过调整腰部固定杆1.1与旋转夹板1.3的孔位对应关系，从而调整腰部助力外骨骼机器人的腰部固定架1宽度，以适应不同腰围尺寸，调整好宽度之后，穿戴者通过腰部固定架1上连接的魔术贴绑带将腰部固定杆1.1绑缚在腰间，然后穿戴者将护板3.2上的魔术贴绑带绑缚在大腿上，完成穿戴。
穿戴者穿戴好混合驱动腰部助力外骨骼机器人之后，穿戴者在搬运重物时，穿戴者在向下弯腰过程中，人体带动混合动力构件2转动，由于混合动力构件2上固定有姿态检测单元1.4，姿态检测单元1.4可以检测到人体弯腰的角度，当角度达到设定的阈值时，由角度处理与控制单元1.5发出动力驱动信号，电机驱动器2.4b在接收到驱动信号后，将信号传递给驱动电机2.4，驱动电机2.4与行星减速器2.5相连接，行星减速器2.5的输出轴通过联轴器2.2g与一个止推滑块2.2f连接，从而带动止推滑块2.2f转动，另一个止推滑块2.2f通过扭转弹簧支承座2.2e与内旋转套筒2.2c相连接，由两个止推滑块2.2f之间的推动带动内旋转套筒2.2c的转动，当内旋转套筒2.2c内腔的凸起与扭转弹簧2.2d的转动端接触时，将推动扭转弹簧2.2d转动，扭转弹簧2.2d的固定端通过扭转弹簧拨环2.2a与旋转套筒2.3连接，旋转套筒2.3与腿部固定架3连接，在穿戴者向下弯腰的过程中保持固定状态，因此，向下弯腰的过程中，扭转弹簧2.2d通过人体向下的重力和驱动电机2.4的带动，完成储能过程，当腰部弯曲到预设的角度时，驱动电机2.4停止转动，人体在搬起重物直立的过程中，驱动电机2.4反转，同时扭转弹簧2.2d释能，从而内旋转套筒2.2c反转，混合动力构件2将力传递给腰部支撑杆件，从而辅助人直立。当姿态检测单元1.4检测到人体回复到初始位置时，角度处理与控制单元1.5控制电机驱动器2.4b，驱动电机2.4停止转动，完成重物的搬起动作。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：包括腰部固定架(1)、混合动力构件(2)和腿部固定架(3)，所述混合动力构件(2)分别与腰部固定架(1)、腿部固定架(3)固定连接；
所述腰部固定架(1)包括腰部固定杆(1.1)；
所述混合动力构件(2)包括腰部连接杆(2.1)，所述腰部连接杆(2.1)外侧设有轴承(2.2)，所述轴承(2.2)外套接有旋转套筒(2.3)，所述旋转套筒(2.3)上设有驱动电机(2.4)；
所述腿部固定架(3)包括腿部固定杆(3.1)；
所述腰部固定杆(1.1)一端与腰部连接杆(2.1)固定连接，所述腿部固定杆(3.1)顶部与旋转套筒(2.3)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腰部固定架(1)还包括旋转支座(1.2)，所述旋转支座(1.2)上设有旋转夹板(1.3)，所述旋转夹板(1.3)与腰部固定杆(1.1)的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述混合动力构件(2)上还设有行星减速器(2.5)，所述行星减速器(2.5)设置在驱动电机(2.4)与旋转套筒(2.3)之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述轴承(2.2)包括依次套接的扭转弹簧拨环(2.2a)、深沟球轴承(2.2b)，内旋转套筒(2.2c)、扭转弹簧(2.2d)、扭转弹簧支承座(2.2e)止推滑块(2.2f)、联轴器(2.2g)、法兰盘(2.2h)。
5.根据权利要求4所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述驱动电机(2.4)包括编码器(2.4a)、电机驱动器(2.4b)。
6.根据权利要求5所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腿部固定架(3)还包括护板(3.2)，所述护板(3.2)设置在腿部固定杆(3.1)的底部。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腰部固定架(1)、混合动力构件(2)和腿部固定架(3)成对设置，所述旋转支座(1.2)上对称设有两个旋转夹板(1.3)，所述对称设置的腰部固定杆(1.1)分别与两个旋转夹板(1.3)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腿部固定杆(3.1)顶部还设有合页(3.3)，所述腿部固定杆(3.1)通过合页(3.3)与旋转套筒(2.3)旋转连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腿部固定架(3)上还设有加强垫板(3.4)，所述加强垫板(3.4)设置在腿部固定杆(3.1)与护板(3.2)之间。
10.根据权利要求9所述的一种基于混合驱动的腰部助力外骨骼机器人，其特征在于：所述腰部固定架(1)上还设有姿态检测单元(1.4)、角度处理与控制单元(1.5)、便携式电源装置(1.6)，所述姿态检测单元(1.4)、角度处理与控制单元(1.5)、便携式电源装置(1.6)设置在腰部固定杆(1.1)外侧，所述姿态检测单元(1.4)、角度处理与控制单元(1.5)、便携式电源装置(1.6)分别与编码器(2.4a)连通。
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