CN109998860A - 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 - Google Patents
一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109998860A CN109998860A CN201910346077.7A CN201910346077A CN109998860A CN 109998860 A CN109998860 A CN 109998860A CN 201910346077 A CN201910346077 A CN 201910346077A CN 109998860 A CN109998860 A CN 109998860A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bracket
- thigh
- skidding
- component
- rotary power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus ; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
- A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
- A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
- A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved in a plane substantially parallel to the body-symmetrical-plane
- A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H2003/005—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about with knee, leg or stump rests
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
- A61H2003/007—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about secured to the patient, e.g. with belts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/12—Driving means
- A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/164—Feet or leg, e.g. pedal
- A61H2201/1642—Holding means therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
- A61H2201/165—Wearable interfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
- A61H2201/16—Physical interface with patient
- A61H2201/1657—Movement of interface, i.e. force application means
- A61H2201/1659—Free spatial automatic movement of interface within a working area, e.g. Robot
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H2205/00—Devices for specific parts of the body
- A61H2205/10—Leg
- A61H2205/108—Leg for the upper legs
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pain & Pain Management (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Rehabilitation Therapy (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
本发明提供一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其中:大腿支撑部件,一端连接旋转动力部件,另一端固定在人体大腿后侧,将人体大腿进行固定;旋转动力部件,其设有用于输出旋转力的旋转电机,带动大腿支撑部件给人体大腿提供助力;过载打滑部件带动大腿支撑部件绕着外骨骼支架对应的人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,或实现旋转动力部件和外骨骼支架之间进行旋转打滑运动;控制部件,根据过载打滑部件输出的扭矩值控制旋转动力部件的工作。本发明可以为人体行走进行助力功能,也可以为脑卒中康复进行康复训练,并进行一定扭矩的髋关节力量辅助,当扭矩超出一定值的时候则将髋关节部分进行打滑处理以保护电机并增加和人体运动之间的柔性。
Description
技术领域
本发明涉及一种下肢外骨骼机器人,具体地,涉及一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人。
背景技术
目前助行类和脑卒中康复类下肢外骨骼机器人与人体连接依靠关节电机提供扭矩输出,连接刚性太大,当扭矩过大会产生旋转电机过载发热。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,当扭矩超出一定值的时候则可将髋关节部分进行打滑处理以保护电机并增加和人体运动之间的柔性,解决了现有的助行类和脑卒中康复类下肢外骨骼机器人与人体连接的关节电机会扭矩过大,从而过载发热的问题。
为实现以上目的,本发明提供一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,包括:用于包裹人体躯体的外骨骼支架,其特征在于,还包括过载打滑部件、旋转动力部件、大腿支撑部件和控制部件;
所述大腿支撑部件,一端连接所述旋转动力部件,另一端固定在人体大腿后侧,将人体大腿进行固定;
所述旋转动力部件,其设有用于输出旋转力的旋转电机,带动所述大腿支撑部件给人体大腿提供助力;
所述过载打滑部件,连接所述控制部件、所述旋转动力部件和所述外骨骼支架,所述过载打滑部件带动所述大腿支撑部件绕着所述外骨骼支架对应的人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,提供行走过程中的助力;或者,所述过载打滑部件在所述旋转动力部件的所述旋转电机过载时,实现所述旋转动力部件和所述外骨骼支架之间进行旋转打滑运动;
所述控制部件,与所述过载打滑部件、所述旋转动力部件连接,根据所述过载打滑部件输出的扭矩值控制所述旋转动力部件的工作。
本发明进一步设置为,所述旋转动力部件还包括:减速器、编码器,所述编码器用于检测所述旋转电机的旋转速度,并传给所述控制部件;所述减速器的一端连接所述旋转电机,另一端连接所述大腿支撑部件。通过编码器的信号采集,使得控制部件对旋转电机工作进行控制。
本发明进一步设置为,所述过载打滑部件包括:所述过载打滑部件包括:至少一个波珠螺丝、打滑连接环,其中,
所述打滑连接环的表面设有至少一个凹槽,每个所述凹槽内设置一个所述波珠螺丝的弹珠,所述凹槽均设计成一边高一边低;所述波珠螺丝带动所述打滑连接环绕着人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,或者,所述波珠螺丝的弹珠收入所述波珠螺丝的腔体内,所述外骨骼支架和所述旋转动力部件之间处于旋转打滑状态。
本发明进一步设置为,所述过载打滑部件还包括内轴承、外轴承和减速器连接支架;
所述打滑连接环的内圈和所述内轴承的外圈连接,所述内轴承的内圈和所述外骨骼支架上的髋关节旋转轴外圈连接;所述打滑连接环的外圈与所述外轴承的内圈连接,所述外轴承的外圈与所述减速器连接支架的内圈形成过盈配合连接,使得所述打滑连接环和所述减速器连接支架之间能旋转滑动;
所述减速器连接支架的内圈与所述旋转动力部件的输出端连接,所述减速器连接支架的旋转轴的轴心和所述旋转动力部件的旋转轴的轴心重合。
上述的过载打滑部件通过波珠螺丝、打滑连接环的配合,能够巧妙实现旋转打滑状态、圆周运动之间的控制,实现保护电机以及增加和人体运动之间的柔性。
本发明进一步设置为,所述波珠螺丝是一种具备弹力的滚珠,波珠螺丝包括弹珠、弹簧和壳体,所述壳体的外螺纹固定在所述外骨骼支架上,所述壳体内设有一腔体,该腔体内部设有所述弹簧,所述弹簧顶住所述弹珠,外部对所述弹珠施加力产生所述弹簧的伸缩形变。该波珠螺丝结构与上述凹槽配合,用于使得外骨骼支架和旋转动力部件之间处于旋转打滑状态。
本发明进一步设置为,所述过载打滑部件还包括:压力传感器安装槽和压力传感器,其中:
所述打滑连接环外圆周面设置至少一个第一凸起,所述第一凸起上设有压力传感器安装槽,所述压力传感器安装槽位于所述打滑连接环的外周,用于放置所述压力传感器;
所述减速器连接支架外圆周面设置至少一个第二凸起,所述减速器连接支架的第二凸起与所述打滑连接环的第一凸起接触,并与所述打滑连接环内的所述压力传感器接触;
所述压力传感器感应所述打滑连接环的切线方向的压力,从而得到所述大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值,将压力转换成扭矩信号传递给所述控制部件。
本发明上述过载打滑部件的设计,能准确检测大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值,所述控制部件根据检测到的扭矩值控制旋转动力部件的工作,便于精确控制。
本发明进一步设置为,所述外骨骼支架包括:支架背板、支架右侧板、支架左侧板、支架大腿右侧板和支架大腿左侧板,其中:
所述支架背板的左右两侧各开有至少两个螺纹孔,所述支架右侧板和所述支架左侧板通过至少四个所述螺纹孔与所述支架背板连接,所述支架右侧板的左端和所述支架左侧板的右端均设有横向等距螺纹孔,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板上均设有竖向等距螺纹孔,所述支架大腿右侧板通过螺栓同时穿插所述支架右侧板左侧的横向等距螺纹孔和所述支架大腿右侧板上的竖向等距螺纹孔与所述支架右侧板连接;所述支架大腿左侧板通过螺栓同时穿插所述支架左侧板右侧的横向等距螺纹孔和所述支架大腿左侧板上的竖向等距螺纹孔与所述支架左侧板连接,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板下端均与所述大腿支撑部件和所述旋转动力部件转动连接。
所述支架背板上的至少四个所述螺纹孔用于调节使用者的髋部尺寸,所述支架右侧板和所述支架左侧板上的横向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心前后之间的距离,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板上的竖向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心上下之间的距离。
本发明外骨骼支架能够灵活调整尺寸大小以及宽度距离,适用于不同使用者的身形,更为协调。
本发明进一步设置为,所述机器人还包括固定部件,所述固定部件连接所述外骨骼支架,用于将人的躯体与所述外骨骼支架固定,使用者在使用机器人能更为稳定。
本发明进一步设置为,所述机器人还包括供电部件,安装在外骨骼机器人上,或者放置于外骨骼机器人外部,用于给所述旋转动力部件和所述控制部件提供电能。
与现有技术相比,本发明具有如下至少一种有益效果:
本发明上述具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,当扭矩超出一定值时则可将髋关节部分进行打滑处理以保护电机并增加和人体运动之间的柔性,解决了现有的助行类和脑卒中康复类下肢外骨骼机器人与人体连接的关节电机会扭矩过大,从而过载发热的问题。
本发明上述具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,过载打滑部件结构设计巧妙,操作便捷,可以为人体行走提供助力功能,也可以为脑卒中康复提供康复训练。
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,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一优选实施例的负载结构示意图;
图2为本发明一优选实施例的空载结构示意图;
图3为本发明一优选实施例的外骨骼支架结构示意图;
图4为本发明一优选实施例的后视结构示意图;
图5为本发明一优选实施例中的外骨骼支架和过载打滑部件的连接示意图;
图6为本发明一优选实施例中过载打滑部件结构爆炸图;
图7为本发明一优选实施例中外骨骼支架和过载打滑部件的连接细节图;
图8为本发明一优选实施例中外骨骼支架和过载打滑部件的连接剖面图;
图9a、图9b为本发明一优选实施例中外骨骼支架和过载打滑部件的装配剖面图;
图中:010-外骨骼支架,011-支架背板,012-支架右侧板,013-支架左侧板,014-支架大腿右侧板,015-支架大腿左侧板,020-身体绑带,030-过载打滑部件,031-波珠螺丝,032-打滑连接环,033-内轴承,034-外轴承,035-减速器连接支架,036-压力传感器安装槽,037-压力传感器,040-旋转动力部件,050-大腿支撑部件,060-蓄电池,070-控制部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1-3所示,为本发明的具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人的一优选实施例的负载结构示意图。图中包括:外骨骼支架010、身体绑带020、过载打滑部件030、旋转动力部件040、大腿支撑部件050、蓄电池060和控制部件070;其中:外骨骼支架010,用于包裹人体的躯体,以便将整个机器人与人体固定;身体绑带020,用于固定人的躯体,优选固定在人体腰部或肩部,身体绑带020连接外骨骼支架010,身体绑带020可以方便安装和拆卸;过载打滑部件030,用于连接控制部件070、旋转动力部件040和外骨骼支架010,过载打滑部件030还可以测量大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值,将检测的扭矩值传递给控制部件070;旋转动力部件040,是一个具备旋转力输出的机电部件,用于带动大腿支撑部件050给人的大腿提供辅助力;大腿支撑部件050为一个连杆部件,一端连接旋转动力部件040,另一端固定在人体大腿后侧,并将大腿进行固定,由旋转动力部件040带动大腿进行助力运动,助力的旋转动力部件040的旋转轴和人体髋关节的旋转轴重合;蓄电池060,为一种可以多次充放电的储能装置,用于给旋转动力部件040和控制部件070提供电能;控制部件070,为一种具有计算能力的处理器,连接旋转动力部件040和过载打滑部件030。在本实施例中,控制部件070根据过载打滑部件030输出的扭矩值控制旋转动力部件的工作:当大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值大于等于设定值时,则通过过载打滑部件030将旋转动力部件040和外骨骼支架010之间旋转打滑;当大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值低于设定值时,则使得旋转动力部件040带动大腿支撑部件050绕着外骨骼支架010对应的人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,提供行走过程中的助力。
上述实施例的控制部件070,可以通过过载打滑部件030输出的大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值以及通过旋转动力部件040的编码器检测大腿支撑部件050旋转的角度,对当前的检测值进行计算,输出旋转动力部件040上的旋转电机的速度、位置和扭矩,另外,控制部件070还可以通过有线或无线形式与外部控制器进行数据通讯,接受外部的指令,将当前的工作状态发送到外部。当然,也可以采用其他方式来获取上述的参数,控制旋转动力部件040的工作。
如图3所示,在部分实施例中,外骨骼支架010为一种具有一定机械强度的支持架,外骨骼支架010包括:支架背板011、支架右侧板012、支架左侧板013、支架大腿右侧板014和支架大腿左侧板015,其中:支架背板011的左右两侧各开有至少两个螺纹孔,支架右侧板012和支架左侧板013通过至少四个螺纹孔与支架背板011连接,支架右侧板012的左端和支架左侧板013的右端均设有横向等距螺纹孔,支架大腿右侧板014和支架大腿左侧板015上均设有竖向等距螺纹孔,支架大腿右侧板014通过螺栓同时穿插支架右侧板012左侧的横向等距螺纹孔和支架大腿右侧板014上的竖向等距螺纹孔与支架右侧板012连接;支架大腿左侧板015通过螺栓同时穿插支架左侧板013右侧的横向等距螺纹孔和支架大腿左侧板015上的竖向等距螺纹孔与支架左侧板013连接,支架大腿右侧板014和支架大腿左侧板015下端均与大腿支撑部件050和旋转动力部件040转动连接;支架背板011上的至少四个螺纹孔用于调节使用者的髋部尺寸,支架右侧板012和支架左侧板013上的横向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心前后之间的距离,支架大腿右侧板014和支架大腿左侧板015上的竖向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心上下之间的距离。
外骨骼支架010可以根据人体的实际尺寸进行调节,使得旋转动力部件040的旋转动力部件040的旋转电机的输出轴和人体髋关节的旋转轴重合。
如图5和图6所示,在部分优选实施例中,过载打滑部件030包括:至少一个波珠螺丝031、打滑连接环032、内轴承033、外轴承034、减速器连接支架035、压力传感器安装槽036和压力传感器037;波珠螺丝031,为一种具备弹力的滚珠,波珠螺丝由弹珠、弹簧和壳体组成,壳体外螺纹固定在外骨骼支架上,壳体包含一个腔体,腔体内部设有弹簧,弹簧顶住弹珠,并根据外部对弹珠的施加力量产生弹簧的伸缩形变。波珠螺丝031的螺纹固定在外骨骼支架010上,外绕着外骨骼支架010上对应的人体髋关节旋转轴。
如图7所示,打滑连接环032的表面设置至少一个凹槽,每个凹槽对应一个波珠螺丝031的弹珠。如图8所示,打滑连接环032的凹槽均设计成一边高一边低,当大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值低于设定值时,波珠螺丝031带动打滑连接环032绕着人体髋关节的旋转轴进行圆周运动;当大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值超过设定值时,波珠螺丝031的弹珠会收入波珠螺丝031的腔体内并跨过凹槽,外骨骼支架010和旋转动力部件040之间处于旋转打滑状态。
如图6和图9a、9b所示,打滑连接环032的内圈和内轴承033的外圈连接,内轴承033的内圈和外骨骼支架010上的髋关节旋转轴外圈连接,起到旋转滑动作用;减速器连接支架035的内圈与旋转动力部件040的旋转轴(即旋转电机的输出轴)连接,减速器连接支架035的旋转轴心和旋转动力部件040的旋转轴心重合。打滑连接环032的外圈与外轴承034的内圈连接,外轴承034的外圈与减速器连接支架035的内圈连接,使得打滑连接环032和减速器连接支架035之间可以旋转滑动。
进一步的,打滑连接环032外圆周面设置至少一个第一凸起,第一凸起上设有与打滑连接环032圆周方向的空腔,即压力传感器安装槽036;减速器连接支架035外圆周面设置至少一个第二凸起,减速器连接支架035的第二凸起与打滑连接环032的第一凸起接触,并与打滑连接环032内的压力传感器037接触,将压力转换成扭矩信号,传递给控制部件070;压力传感器037安装在压力传感器安装槽036内,感应打滑连接环032的切线方向的压力,从而计算出大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值。当扭矩值大于设定值后,控制部件070给旋转动力部件040的旋转电机设定一个恒定的转速值,此时旋转动力部件040输出处于低扭矩状态。
上述实施例的机器人,在使用时:
首先,通过身体绑带020将使用者和外骨骼支架010、大腿支撑部件050固定连接。
其次,过载打滑部件030检测使用者大腿和大腿支撑部件050之间的扭矩值,当扭矩值低于设定值,大腿支撑部件050带动用于大腿进行行走运行,辅助大腿抬起。
然后,当大腿支撑部件050和大腿之间的扭矩超过设定值时,过载打滑部件030处于打滑状态,控制部件070控制旋转动力部件040的旋转电机输出恒定转速值,直到使用者大腿回落。
周而复始,在使用者抬腿的时候提供一定扭矩的助力输出。
在一具体实施例中,旋转动力部件040包括:旋转电机、减速器及编码器,旋转电机为双输出电机,一端输出连接减速器,用于提供一定扭矩的旋转力,另一端输出带动编码器,用于检测当前电机的转速和角度。编码器用于检测旋转电机的旋转速度,并传给控制部件070;减速器的一端连接旋转电机,另一端连接大腿支撑部件050。
在上述任一实施例的基础上,旋转电机为直流永磁电机、直流无刷电机、直流步进电机、交流伺服电机、交流异步电机中的一种。控制部件控制旋转电机,然后由旋转电机来实现过载打滑部件的相应的旋转打滑或圆周运动。
在上述任一实施例的基础上,减速器为谐波减速器、RV减速器、新星齿轮减速器、齿轮减速器中的一种。
在上述任一实施例的基础上,编码器为光电编码器、磁编码器、旋转电位器中的一种。
在上述任一实施例的基础上,蓄电池060为铅酸蓄电池、锂电池、磷酸铁锂电池、超级电容中的一种。蓄电池060安装在外骨骼机器人上,或者放置于外骨骼机器人外部。当然,供电部件也可以是采用其他的供电方式,并不局限于上述实施例中的蓄电池,只要能为控制部件和旋转电机提供电能。
上述实施例为本发明的部分优选实施例,在其他实施例中,固定部件可以采用其他方式,不局限于身体绑带020;如果外骨骼支架本身具有很好的固定功能,该固定部件也可以省略。
本发明上述实施例可以为人体行走进行助力功能,也可以为脑卒中康复进行康复训练,并进行一定扭矩的髋关节力量辅助,当扭矩超出一定值的时候则将髋关节部分进行打滑处理以保护电机并增加和人体运动之间的柔性。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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,仅是为了便于描述和简化描述,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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,包括:用于包裹人体躯体的外骨骼支架,其特征在于,还包括过载打滑部件、旋转动力部件、大腿支撑部件和控制部件;
所述大腿支撑部件,一端连接所述旋转动力部件,另一端固定在人体大腿后侧,将人体大腿进行固定;
所述旋转动力部件,其设有用于输出旋转力的旋转电机,带动所述大腿支撑部件给人体大腿提供助力;
所述过载打滑部件,连接所述控制部件、所述旋转动力部件和所述外骨骼支架,所述过载打滑部件带动所述大腿支撑部件绕着所述外骨骼支架对应的人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,提供行走过程中的助力;或者,所述过载打滑部件在所述旋转动力部件的所述旋转电机过载时,实现所述旋转动力部件和所述外骨骼支架之间进行旋转打滑运动;
所述控制部件,与所述过载打滑部件、所述旋转动力部件连接,根据所述过载打滑部件输出的扭矩值控制所述旋转动力部件的工作。
2.根据权利要求1所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述旋转动力部件还包括:减速器和编码器,所述减速器的一端连接所述旋转电机,另一端连接所述大腿支撑部件;所述编码器用于检测所述旋转电机的旋转速度,并传给所述控制部件;所述载打滑部件还测量大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值,所述控制部件根据所述过载打滑部件输出的扭矩值控制所述旋转电机的工作。
3.根据权利要求1所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述过载打滑部件包括:至少一个波珠螺丝、打滑连接环,其中,
所述打滑连接环的表面设有至少一个凹槽,每个所述凹槽内设置一个所述波珠螺丝,所述凹槽均设计成一边高一边低;所述波珠螺丝带动所述打滑连接环绕着人体髋关节的旋转轴进行圆周运动,或者,所述波珠螺丝包括弹珠,所述弹珠收入所述波珠螺丝的腔体内,所述外骨骼支架和所述旋转动力部件之间处于旋转打滑状态。
4.根据权利要求3所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述过载打滑部件还包括内轴承、外轴承和减速器连接支架;
所述打滑连接环的内圈和所述内轴承的外圈连接,所述内轴承的内圈和所述外骨骼支架上的髋关节旋转轴外圈连接;所述打滑连接环的外圈与所述外轴承的内圈连接,所述外轴承的外圈与所述减速器连接支架的内圈形成过盈配合连接,使得所述打滑连接环和所述减速器连接支架之间能旋转滑动;
所述减速器连接支架的内圈与所述旋转动力部件的输出端连接,所述减速器连接支架的旋转轴的轴心和所述旋转动力部件的旋转轴的轴心重合。
5.根据权利要求3所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述波珠螺丝还包括弹簧和壳体,所述壳体的外螺纹连接在所述外骨骼支架上,所述壳体端部设有一缺口,所述弹珠通过该缺口能部分外露出所述腔体;所述壳体内设有一腔体,该腔体内部设有所述弹簧,所述弹簧顶住所述弹珠,外部对所述弹珠施加力时产生所述弹簧的伸缩形变,使所述弹珠通过该缺口能收入所述腔体内。
6.根据权利要求3所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述过载打滑部件还包括:压力传感器安装槽和压力传感器,其中:
所述打滑连接环外圆周面设置至少一个第一凸起,所述第一凸起上设有压力传感器安装槽,所述压力传感器安装槽位于所述打滑连接环的外周,用于放置所述压力传感器;
所述减速器连接支架外圆周面设置至少一个第二凸起,所述减速器连接支架的第二凸起与所述打滑连接环的第一凸起接触,并与所述打滑连接环内的所述压力传感器接触;
所述压力传感器感应所述打滑连接环的切线方向的压力,从而得到所述大腿支撑部件和人体大腿之间的扭矩值,将压力转换成扭矩信号传递给所述控制部件。
7.根据权利要求1所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述外骨骼支架包括:支架背板、支架右侧板、支架左侧板、支架大腿右侧板和支架大腿左侧板,其中:
所述支架背板的左右两侧各开有至少两个螺纹孔,所述支架右侧板和所述支架左侧板通过至少四个所述螺纹孔与所述支架背板连接,所述支架右侧板的左端和所述支架左侧板的右端均设有横向等距螺纹孔,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板上均设有竖向等距螺纹孔,所述支架大腿右侧板通过螺栓同时穿插所述支架右侧板左侧的横向等距螺纹孔和所述支架大腿右侧板上的竖向等距螺纹孔与所述支架右侧板连接;所述支架大腿左侧板通过螺栓同时穿插所述支架左侧板右侧的横向等距螺纹孔和所述支架大腿左侧板上的竖向等距螺纹孔与所述支架左侧板连接,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板下端均与所述大腿支撑部件和所述旋转动力部件转动连接。
8.根据权利要求7所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,所述支架背板上的至少四个所述螺纹孔用于调节使用者的髋部尺寸,所述支架右侧板和所述支架左侧板上的横向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心前后之间的距离,所述支架大腿右侧板和所述支架大腿左侧板上的竖向等距螺纹孔用于调节旋转动力部件输出轴心和人体髋关节运动轴心上下之间的距离。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,还包括固定部件,所述固定部件连接所述外骨骼支架,用于将人的躯体与所述外骨骼支架固定。
10.根据权利要求1-8任一项所述的一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人,其特征在于,还包括供电部件,安装在外骨骼机器人上,或者放置于外骨骼机器人外部,用于给所述旋转动力部件和所述控制部件提供电能。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910346077.7A CN109998860B (zh) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910346077.7A CN109998860B (zh) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109998860A true CN109998860A (zh) | 2019-07-12 |
CN109998860B CN109998860B (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=67174578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910346077.7A Active CN109998860B (zh) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109998860B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112405503A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-26 | 江苏恒毅运控智能设备科技有限公司 | 一种基于位置误差特征的助行辅助设备及其助行方法 |
CN112936224A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-11 | 山东大学 | 一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统及使用方法 |
CN115195902A (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-18 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种运动装置及行走机器人 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103317523A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-09-25 | 林佳杰 | 一种机器人关节 |
CN104842372A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-08-19 | 北京理工大学 | 一种仿人机器人关节过载保护装置 |
CN204964082U (zh) * | 2015-06-08 | 2016-01-13 | 广东衡准测控自动化有限公司 | 一种法兰盘式扭矩传感器 |
CN108724243A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-11-02 | 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 | 柔性仿生关节和机器人 |
CN109009891A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 浙江大学 | 可穿戴式电驱助力外骨骼下肢机构 |
-
2019
- 2019-04-26 CN CN201910346077.7A patent/CN109998860B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103317523A (zh) * | 2013-07-08 | 2013-09-25 | 林佳杰 | 一种机器人关节 |
CN104842372A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-08-19 | 北京理工大学 | 一种仿人机器人关节过载保护装置 |
CN204964082U (zh) * | 2015-06-08 | 2016-01-13 | 广东衡准测控自动化有限公司 | 一种法兰盘式扭矩传感器 |
CN109009891A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-18 | 浙江大学 | 可穿戴式电驱助力外骨骼下肢机构 |
CN108724243A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-11-02 | 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 | 柔性仿生关节和机器人 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112405503A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-02-26 | 江苏恒毅运控智能设备科技有限公司 | 一种基于位置误差特征的助行辅助设备及其助行方法 |
CN112936224A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-11 | 山东大学 | 一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统及使用方法 |
CN115195902A (zh) * | 2021-04-12 | 2022-10-18 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种运动装置及行走机器人 |
CN115195902B (zh) * | 2021-04-12 | 2023-09-12 | 广东博智林机器人有限公司 | 一种运动装置及行走机器人 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109998860B (zh) | 2021-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109998860A (zh) | 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 | |
Zhu et al. | Design and validation of a torque dense, highly backdrivable powered knee-ankle orthosis | |
CN108904221B (zh) | 可变刚度弹性多功能驱动器及其运动控制方法 | |
CN103522302B (zh) | 一种基于重力蓄能的大出力机器人柔性储能关节 | |
CN109172289A (zh) | 基于多功能驱动器的髋关节康复外骨骼及其运动控制方法 | |
Zhu et al. | Design and validation of a partial-assist knee orthosis with compact, backdrivable actuation | |
CN209852459U (zh) | 多足机器人 | |
CN107595547A (zh) | 一种用于上肢康复训练的双臂机器人 | |
CN111645772A (zh) | 多足机器人 | |
CN107690375A (zh) | 轻便式动力关节装置和下肢助力外骨骼设备及其控制方法 | |
CN110123496A (zh) | 上肢运动功能补偿设备 | |
CN103767815A (zh) | 前置式动力性踝足康复矫形器 | |
CN108113845A (zh) | 一种踝关节康复系统 | |
CN207139796U (zh) | 髋关节助力机构及下肢外骨骼 | |
CN112476419A (zh) | 穿戴式助行机器人 | |
CN206491990U (zh) | 踝关节康复系统 | |
CN109998859A (zh) | 一种下肢外骨骼机器人的过载打滑机构 | |
CN113172608A (zh) | 智能起重式外骨骼机器人 | |
CN1057581A (zh) | 下肢高位截瘫者用电动步行机 | |
CN108724152A (zh) | 一种用于原地举升负载的上肢助力机构 | |
CN105003401B (zh) | 人体腿部运动能量收集装置 | |
CN210046660U (zh) | 一种具备过载打滑功能的下肢外骨骼机器人 | |
CN205013205U (zh) | 人体腿部运动能量收集装置 | |
CN209984545U (zh) | 一种下肢外骨骼机器人的过载打滑机构 | |
CN109702765A (zh) | 一种动力关节装置和下肢助力设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |