CN109262590A - 一种盘式电机外骨骼结构设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘式电机外骨骼结构设计，由腰部支撑架、髋关节盘式电机、上股骨杆、膝关节盘式电机、下股骨杆、脚踝轴承、减震弹簧、脚掌板构成，除腰部支撑架外，其它部件为左右两边镜像对称，本发明的使用更加的灵活，高功率且体积小，具有普遍适用性，应用场合更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种盘式电机外骨骼结构设计。
背景技术
对于机械外骨骼机器人的研究，国内外都有机械外骨骼的复杂机构,穿戴复杂不实用,现阶段大多数使用的是电动缸驱动,电动缸沉重,这样不仅增加患者行走难度,还给穿戴带来困难,功率的利用率也相对较低。其次，传统电机的机械外形设计较为庞大，不适合简易、方便、轻巧的穿戴，传统的电机散热也是一大问题，因为紧贴着人体所以安全隐患也必须值得重视。并且，现在的设计缺少模块化，或者说模块化设计极低、一体式设计的产品，给维修及更换部件增加困难。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种盘式电机外骨骼结构设计，为了避免给穿戴者增加不必要的负担，该设计不做取代腿部运动的设计，仅为运动辅助设备，为穿戴者下半身运动提供助力，这样可以减少穿戴者的不适应感，回避让机械外骨骼运动符合不同人的步态不同的问题，增加了模块化设计可以加减或者更换各个模块，当发生零件损坏亦可跟换对应模块，减少维修时间。同时，根据需要增加辅助模块，如防护、攀爬、电子设备集成等，可以根据需求在原有的基础上追加功能，此设计增加了电机的机械效率，使外骨骼穿戴起来更为简易，此设计中的散热问题得到很好解决，不会对人体造成任何的危害。
本发明采用的具体技术方案是：
一种盘式电机外骨骼结构设计，由腰部支撑架、髋关节盘式电机、上股骨杆、膝关节盘式电机、下股骨杆、脚踝轴承、减震弹簧、脚掌板构成，除腰部支撑架外，其它部件为左右两边镜像对称，所述腰部支撑架由硬橡胶塑腹带、臀部宽度调节机构、支撑架构成，左、右髋关节盘式电机分别连接腰部支撑架的左右两边的支撑架，硬橡胶塑腹带可以紧紧裹住腹部，臀部宽度调节机构根据胯宽拉开或者缩小结构；所述髋关节盘式电机由机座a、新型盘式电机a构成，机座a与腰部支撑架焊接，新型盘式电机a与上股骨杆上部连接，带动上股骨杆运动；所述膝关节盘式电机由机座b、新型盘式电机b构成,上股骨下部与机座b连接，新型盘式电机b与下股骨杆上部的连接，带动下股骨杆运动；所述下股骨杆与脚掌板通过脚踝轴承和减震弹簧连接，脚踝轴承连接确定可懂范围，减震弹簧防止反人体运动；所述脚踝轴承左右两侧安装有轴承端盖，对脚踝轴承进行限位。
优选地，所述髋关节盘式电机通过螺丝将机座a和新型盘式电机a连接，方便维修与更换；所述新型盘式电机a与上股骨杆上部采用螺丝连接，方便更换。
优选地，所述上股骨杆分为两部分柔性连接，中间有调节机构和缓冲机构，所述调节机构根据不同人大腿长度的不同，调剂高度，增加适用范围；所述缓冲机构在运动中会产生振动，通过缓冲机构后，将减少振动对人体产生的各种影响。
优选地，所述膝关节盘式电机，通过螺丝将机座b和新型盘式电机b连接，方便维修与更换；所述机座b与上股骨杆上部采用螺丝连接，方便跟换与维修；新型盘式电机b与下股骨杆采用螺丝夹紧连接方式连接，带动下股骨杆运动，在满足强度的前提下增加可更换性。
优选地，所述脚掌板面上安装有减震块。
优选地，在腰部支撑架搭载电子集成，以完成不同功能需求的后续升级能力。
优选地，在腰部支撑座加装防护设施，增强防护能力。
优选地，在腰部支撑座加装攀爬设备，为穿戴者在攀爬时提供助力。
优选地，所述盘式电机外骨骼结构设计采用新式铝合金材料，减少了设备的重量。
与现有技术相比较，本发明的具有以下有益效果：
1、本发明的使用更加的灵活，高功率且体积小，具有普遍适用性，应用场合更加广泛。
2、由于步态识别的技术要求达不到，使用动力外骨骼会使穿戴者反而要竭尽全力配合机械外骨骼运动，并且也由于步态识别曲线采集得到后的应用没有理想顺滑，传统的电机驱动柔顺力不够，给穿戴者造成负担。本发明的外骨骼灵活巧妙能适应各类人群，而助力外骨骼仅需给穿戴者提供助力即可，减少穿戴者的不适感，不需要穿戴者去适应机械外骨骼。
3、使用新型铝合金材料制作外骨骼框架，在符合强度的前提下尽可能减少质量和复杂的机械设计，减少对穿戴者负担。同样，新型盘式电机的多样性，在力矩符合要求的前提下，与传统电机相比大大减小了体积及重量，负载时震动和噪声较小，因为行走时负载可能会是动态的，盘式电机随负载变化所引起的转速变化很小，这样就能为穿戴者提供全新舒适感受。并且也是未来结构优化的必然趋势。
4、本发明的模块化设计相比较以往设计的一体式增加了更多部分升级、部分快速维修、功能增加等操作的可能性。适用于不同人群所需功能不同的特点，可以安装防护、攀爬、电子设备集成等设备，完成功能升级。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为髋关节盘式电机结构示意图；
图3为上股骨杆结构示意图；
图4为膝关节盘式电机及连接示意图；
图5为脚部机构组结构示意图
图6为腰部支撑架的结构示意图；
图中，1、腰部支撑架；1-1、硬橡胶塑腹带；1-2、臀部宽度调节机构；1-3、支撑架；2、髋关节盘式电机；2-1、机座a；2-2、新型盘式电机a；3、上股骨杆；3-1上股骨杆上部；3-2、上股骨杆下部；3-3、调节及缓冲机构；4、膝关节盘式电机；4-1、机座b；4-2、新型盘式电机b；4-3、调节及缓冲机构；5、下股骨杆；6、脚踝轴承；6-1、轴承端盖；7、减震弹簧；8、脚掌板；8-1、减震块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
实施例1
一种盘式电机外骨骼结构设计，如图1所示，由腰部支撑架1、髋关节盘式电机2、上股骨杆3、膝关节盘式电机4、下股骨杆5、脚踝轴承6、减震弹7、脚掌板8构成，除腰部支撑架1外，其它部件为左右两边镜像对称；
如图6所示，所述腰部支撑架由硬橡胶塑腹带1-1、臀部宽度调节机构1-2、支撑架1-3构成，左、右髋关节盘式电机4分别连接腰部支撑架的左右两边的支撑架1-3，硬橡胶塑腹带1-1可以紧紧裹住腹部，臀部宽度调节机构1-2根据胯宽拉开或者缩小结构；
如图2所示，所述髋关节盘式电机由机座a2-1、新型盘式电机a2-2构成，通过螺丝将机座a2-1和新型盘式电机a2-2连接，机座a2-1与腰部支撑架的支撑架1-3焊接，方便维修与更换；所述新型盘式电机a2-2与上股骨杆上部3-1采用螺丝连接，带动上股骨杆3运动的同时方便更换；
如图3所示，所述上股骨杆3分为两部分柔性连接，中间有调节及缓冲机构3-3，所述调节机构根据不同人大腿长度的不同，调剂高度，增加适用范围；所述缓冲机构在运动中会产生振动，通过缓冲机构后，将减少振动对人体产生的各种影响。
如图4所示，所述膝关节盘式电机4由机座b4-1、新型盘式电机b4-2构成,通过螺丝将机座b4-1和新型盘式电机b4-2连接，方便维修与更换；上股骨下部3-2与机座b4-1螺丝连接，方便跟换与维修；新型盘式电机b4-2与下股骨杆5采用螺丝夹紧连接方式连接，带动下股骨杆运动，且在满足强度的前提下增加可更换性。
如图5所示，所述下股骨杆5与脚掌板8通过脚踝轴承6连接和减震弹簧7连接(穿戴性的)，脚踝轴承6连接确定可懂范围，减震弹簧7防止反人体运动；所述脚踝轴承6左右两侧安装有轴承端盖6-1，对脚踝轴承6进行限位，脚掌板8面上安装有减震块8-1，减少穿戴者不适感，
实施例2
在实施例的基础上，在腰部支撑架搭载电子集成，以完成不同功能需求的后续升级能力。
实施例3
在实施例1的基础上，在腰部支撑座加装防护设施，增强防护能力。
实施例4
在实施例1的基础上，在腰部支撑座加装攀爬设备，为穿戴者在攀爬时提供助力。
Claims (9)
1.一种盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于由腰部支撑架、髋关节盘式电机、上股骨杆、膝关节盘式电机、下股骨杆、脚踝轴承、减震弹簧、脚掌板构成，除腰部支撑架外，其它部件为左右两边镜像对称，所述腰部支撑架由硬橡胶塑腹带、臀部宽度调节机构、支撑架构成，左、右髋关节盘式电机分别连接腰部支撑架的左右两边的支撑架，硬橡胶塑腹带可以紧紧裹住腹部，臀部宽度调节机构根据胯宽拉开或者缩小结构；所述髋关节盘式电机由机座a、新型盘式电机a构成，机座a与腰部支撑架焊接，新型盘式电机a与上股骨杆上部连接，带动上股骨杆运动；所述膝关节盘式电机由机座b、新型盘式电机b构成,上股骨下部与机座b连接，新型盘式电机b与下股骨杆上部的连接，带动下股骨杆运动；所述下股骨杆与脚掌板通过脚踝轴承和减震弹簧连接，脚踝轴承连接确定可懂范围，减震弹簧防止反人体运动；所述脚踝轴承左右两侧安装有轴承端盖，对脚踝轴承进行限位。
2.根据权利要求1所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于所述髋关节盘式电机通过螺丝将机座a和新型盘式电机a连接，方便维修与更换；所述新型盘式电机a与上股骨杆上部采用螺丝连接，方便更换。
3.根据权利要求1所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于所述上股骨杆分为两部分柔性连接，中间有调节机构和缓冲机构，所述调节机构根据不同人大腿长度的不同，调剂高度，增加适用范围；所述缓冲机构在运动中会产生振动，通过缓冲机构后，将减少振动对人体产生的各种影响。
4.根据权利要求1所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于所述膝关节盘式电机，通过螺丝将机座b和新型盘式电机b连接，方便维修与更换；所述机座b与上股骨杆上部采用螺丝连接，方便跟换与维修；新型盘式电机b与下股骨杆采用螺丝夹紧连接方式连接，带动下股骨杆运动，在满足强度的前提下增加可更换性。
5.根据权利要求1所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于所述脚掌板面上安装有减震块。
6.根据权利要求1-5任意一种所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于在腰部支撑架搭载电子集成，以完成不同功能需求的后续升级能力。
7.根据权利要求1-5任意一种所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于在腰部支撑座加装防护设施，增强防护能力。
8.根据权利要求1-5任意一种所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于在腰部支撑座加装攀爬设备，为穿戴者在攀爬时提供助力。
9.根据权利要求1-5任意一种所述的盘式电机外骨骼结构设计，其特征在于所述盘式电机外骨骼结构设计采用新式铝合金材料，减少了设备的重量。
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