CN110393656B - 一种可轮腿两用的下肢外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可轮腿两用的下肢外骨骼。本发明包括轴对称设置的两组外骨骼机构,所述两组外骨骼机构通过设于中间的髋板连接,所述每组外骨骼机构均包括髋关节机构、连接于所述髋关节机构下端的膝关节机构、连接于所述膝关节机构下端的踝关节机构,所述髋板上安装有轮腿双传机构和膝关节驱动装置,所述膝关节机构的小腿杆上安装有前轮机构,所述前轮机构通过悬架机构进行安装。本发明的轮腿外骨骼的传动设计能够实现外骨骼运动和轮式运动两种状态。
Description
技术领域
本发明属于外骨骼技术领域,具体涉及一种可轮腿两用的下肢外骨骼。
背景技术
穿戴下肢外骨骼是机器人的一种典型的外骨骼助力装置,穿戴在使用者下肢外部,通过电机驱动各关节,加之以角度传感器以及力矩传感器,为使用者提供诸如助力、助行、保护、身体支撑等功能,同时又融合传感、控制、信息获取等机器人技术,使得外骨骼在操作者的无意识控制下完成助力行走等功能,是典型人机一体化系统。
下肢助力外骨骼是助力外骨骼的一种,实质上是一种以人为主、机械为辅的人机结合可穿戴设备,具有人的智能和机械的速度、耐力等,它不仅可以提高人的体力、耐力,还可以保护人体并支持人体结构。下肢助力外骨骼作为外骨骼机器人一种,具有十分明显的针对性,其目的是扩展人体下肢运动的能力,无论是在军事、民用还是医疗领域都有非常广阔应用前景。
目前,下肢外骨骼的发展迅速,主要集中在助力和康复两个方向。可穿戴下肢外骨骼是一种帮助人体扩展下肢运动能力的助力装置,能够使人在负重或长时间行走的情况下,降低运动强度,为穿戴者提供充足的力量和耐力来增强长距离行走和负重等能力。
随着外骨骼技术的发展,为下肢外骨骼加入轮式运动的研究开始展开,将外骨骼与轮式机器人的优点相结合,在不同的状况下以不同的状态使用,以更好的适应各种的状况,充分发挥外骨骼性能,为外骨骼的研究提供了一个新的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种可轮腿两用的下肢外骨骼,使用套索驱动外骨骼的髋关节,通过带传动系统驱动后轮,通过运动切换盘实现两种运动的切换,结构简单轻巧,便于生产和大范围推广。
上述的目的通过以下技术方案实现:
一种可轮腿两用的下肢外骨骼,包括轴对称设置的两组外骨骼机构,所述两组外骨骼机构通过设于中间的髋板连接,所述每组外骨骼机构均包括髋关节机构、连接于所述髋关节机构下端的膝关节机构、连接于所述膝关节机构下端的踝关节机构,所述髋板上安装有轮腿双传机构和膝关节驱动装置,所述膝关节机构的小腿杆上安装有前轮机构,所述前轮机构通过悬架机构进行安装。
进一步地,所述轮腿双传机构包括髋关节电机驱动组件、电机输出轴、套索盘、运动切换盘、插销、滚针轴承、滑键、带传动系统、后轮、套索,所述髋关节电机驱动组件通过螺栓与髋板固定连接,所述电机输出轴与电机驱动组件通过螺栓固定连接,所述套索盘通过滚针轴承与电机输出轴配合,所述运动切换盘两面安装有插销,所述运动切换盘通过滑键与电机输出轴配合,所述带传动系统的大带轮通过滚针轴承与电机输出轴配合,所述后轮通过螺栓与带传动系统的小带轮连接。
进一步地,所述套索盘其面上打有一圈的通孔。
进一步地,所述套索盘上面固定安装两根套索,所述套索另一端与髋关节机构固定连接。
进一步地,所述带传动系统的大带轮上打有一圈的通孔。
进一步地,所述运动切换盘可在电机输出轴上滑动。
进一步地,所述运动切换盘滑向套索盘端,插销插入套索盘的圆孔,轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态,所述运动切换盘滑向带传动系统端,插销插入大带轮的圆孔,轮腿外骨骼处于轮式运动状态。
进一步地,所述膝关节驱动装置包括膝关节电机驱动组件、套索盘、套索,所述膝关节驱动装置通过螺栓与髋板固定连接,所述套索盘与膝关节电机驱动组件通过螺栓固定连接,所述套索盘上面固定安装两根套索,所述套索另一端与膝关节机构固定连接。
进一步地,所述膝关节机构包括膝关节上连接板、膝关节下连接板、膝关节、螺栓件、小腿杆,所述螺栓件可通过螺纹与膝关节上连接板、膝关节下连接板相连,所述轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态时,螺栓件向下旋,仅与膝关节下连接板相连,所述轮腿外骨骼处于轮式运动状态时,螺栓件向上旋,同时与膝关节下连接板、膝关节上连接板相连。
进一步地,所述悬架机构包括自旋紧螺栓、前轮固定架、车架,所述悬架机构通过自旋紧螺栓固定连接前轮机构和膝关节机构的小腿杆。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)传统外骨骼机构只有外骨骼一种运动状态,本发明通过运动切换拨盘使外骨骼具有外骨骼状态和轮式运动状态两种状态。
(2)本发明中,通过车架和螺柱实现了外骨骼在外骨骼状态和轮式运动状态两种状态的自由度分配。
(3)本发明结构简单,质量轻,可穿戴性强,机构能适应各种不同场景和环境,可用于军事、民用等各个领域和众多场合,也可用于康复或者助力行走等,可用于外骨骼状态,也可用于轮式运动状态。
附图说明
图1是本发明的外骨骼的腿式运动状态示意图。
图2是本发明的外骨骼的轮式运动状态示意图。
图3是本发明中的轮腿双传机构示意图。
图4是本发明中的轮腿双传机构的大带轮、套索盘、运动切换盘、电机输出轴配合示意图。
图5是本发明中的运动方式切换盘示意图。
图6是本发明中的悬架示意图。
图7是本发明中的前轮安装示意图。
图8是本发明中的膝关节驱动装置示意图。
图9是本发明中的外骨骼运动状态下膝关节示意图。
图10是本发明中的轮式运动状态下膝关节示意图。
图中有:外骨骼机构包括髋板(10)、髋关节机构(11)、膝关节机构(12)、踝关节机构(13)、轮腿双传机构(2)、膝关节驱动装置(3)、前轮机构(4)、悬架机构(5),轮腿双传机构包括髋关节电机驱动组件(201)、电机输出轴(202)、套索盘(203)、运动切换盘(204)、插销(205)、滚针轴承(206)、滑键(207)、带传动系统(208)、后轮(209)、套索(210),膝关节驱动装置(3)包括膝关节电机驱动组件(301)、套索盘(302)、套索(303),膝关节机构(12)包括膝关节上连接板(1201)、膝关节下连接板(1202)、膝关节(1203)、螺栓件(1204)、小腿杆(1205),悬架机构(5)包括自旋紧螺栓(501)、前轮固定架(502)、车架(503)。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1至图10所示,本发明的一种可轮腿两用的下肢外骨骼,包括轴对称设置的两组外骨骼机构(1),所述两组外骨骼机构(1)通过设于中间的髋板(10)连接,所述每组外骨骼机构(1)均包括髋关节机构(11)、连接于所述髋关节机构(11)下端的膝关节机构(12)、连接于所述膝关节机构(12)下端的踝关节机构(13),所述髋板(10)上安装有轮腿双传机构(2)和膝关节驱动装置(3),所述膝关节机构(12)的小腿杆(1205)上安装有前轮机构(4),所述前轮机构(4)通过悬架机构(5)进行安装。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述轮腿双传机构(2)包括髋关节电机驱动组件(201)、电机输出轴(202)、套索盘(203)、运动切换盘(204)、插销(205)、滚针轴承(206)、滑键(207)、带传动系统(208)、后轮(209)、套索(210),所述髋关节电机驱动组件(201)通过螺栓与髋板(10)固定连接,所述电机输出轴(202)与电机驱动组件(201)通过螺栓固定连接,所述套索盘(203)通过滚针轴承(206)与电机输出轴(202)配合,所述运动切换盘(204)两面安装有插销(205),所述运动切换盘(204)通过滑键(207)与电机输出轴(202)配合,所述带传动系统(208)的大带轮(2081)通过滚针轴承(206)与电机输出轴(202)配合,所述后轮(209)通过螺栓与带传动系统(208)的小带轮(2082)连接。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述套索盘(203)其面上打有一圈的通孔。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述套索盘(203)上面固定安装两根套索(210),所述套索(210)另一端与髋关节机构(11)固定连接。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述带传动系统(208)的大带轮(2081)上打有一圈的通孔。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述运动切换盘(204)可在电机输出轴(202)上滑动。
作为一种实施例,如图3、图4、图5所示,所述运动切换盘(204)滑向套索盘(203)端,插销(205)插入套索盘(203)的圆孔,轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态,所述运动切换盘(204)滑向带传动系统(208)端,插销(205)插入大带轮(2081)的圆孔,轮腿外骨骼处于轮式运动状态。
作为一种实施例,如图8、图9、图10所示,所述膝关节驱动装置(3)包括膝关节电机驱动组件(301)、套索盘(302)、套索(303),所述膝关节驱动装置(3)通过螺栓与髋板(10)固定连接,所述套索盘(302)与膝关节电机驱动组件(301)通过螺栓固定连接,所述套索盘(302)上面固定安装两根套索(303),所述套索(303)另一端与膝关节机构(12)固定连接。
作为一种实施例,如图8、图9、图10所示,所述膝关节机构(12)包括膝关节上连接板(1201)、膝关节下连接板(1202)、膝关节(1203)、螺栓件(1204)、小腿杆(1205),所述螺栓件(1204)可通过螺纹与膝关节上连接板(1201)、膝关节下连接板(1202)相连,所述轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态时,螺栓件(1204)向下旋,仅与膝关节下连接板(1202)相连,所述轮腿外骨骼处于轮式运动状态时,螺栓件(1204)向上旋,同时与膝关节下连接板(1202)、膝关节上连接板(1201)相连。
作为一种实施例,如图6、图7所示,所述悬架机构(5)包括自旋紧螺栓(501)、前轮固定架(502)、车架(503),所述悬架机构(5)通过自旋紧螺栓(501)固定连接前轮机构(4)和膝关节机构(12)的小腿杆(1205)。
本发明的一种可轮腿两用的下肢外骨骼,由外骨骼运动状态切换为轮式运动状态的过程是:安装前轮机构(4)与悬架机构(5),向上旋转螺栓件(1204),锁死膝关节(1203)自由度,滑动运动切换盘(204),将插销(205)插入大带轮(2081)中。
本发明的一种可轮腿两用的下肢外骨骼,由轮式运动状态切换为外骨骼运动状态的过程是:拆下前轮机构(4)与悬架机构(5),向下旋转螺栓件(1204),释放膝关节(1203)自由度,滑动运动切换盘(204),将插销(205)插入套索盘(203)中。
以上仅是本发明的优选实施方式,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的前提下,还可以做出若干可以预期的改进和等同替换,这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案,均落入本发明的保护。
Claims (9)
1.一种可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,包括轴对称设置的两组外骨骼机构(1),所述两组外骨骼机构(1)通过设于中间的髋板(10)连接,所述每组外骨骼机构(1)均包括髋关节机构(11)、连接于所述髋关节机构(11)下端的膝关节机构(12)、连接于所述膝关节机构(12)下端的踝关节机构(13),所述髋板(10)上安装有轮腿双传机构(2)和膝关节驱动装置(3),所述膝关节机构(12)的小腿杆(1205)上安装有前轮机构(4),所述前轮机构(4)通过悬架机构(5)进行安装;
所述轮腿双传机构(2)包括髋关节电机驱动组件(201)、电机输出轴(202)、套索盘(203)、运动切换盘(204)、插销(205)、滚针轴承(206)、滑键(207)、带传动系统(208)、后轮(209)、套索(210),所述髋关节电机驱动组件(201)通过螺栓与髋板(10)固定连接,所述电机输出轴(202)与电机驱动组件(201)通过螺栓固定连接,所述套索盘(203)通过滚针轴承(206)与电机输出轴(202)配合,所述运动切换盘(204)两面安装有插销(205),所述运动切换盘(204)通过滑键(207)与电机输出轴(202)配合,所述带传动系统(208)的大带轮(2081)通过滚针轴承(206)与电机输出轴(202)配合,所述后轮(209)通过螺栓与带传动系统(208)的小带轮(2082)连接。
2.根据权利要求1 所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述套索盘(203)面上打有一圈的通孔。
3.根据权利要求2所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述套索盘(203)上面固定安装两根套索(210),所述套索(210)另一端与髋关节机构(11)固定连接。
4.根据权利要求2所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述带传动系统(208)的大带轮(2081)上打有一圈的通孔。
5.根据权利要求2所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述运动切换盘(204)可在电机输出轴(202)上滑动。
6.根据权利要求2所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述运动切换盘(204)滑向套索盘(203)端,插销(205)插入套索盘(203)的圆孔,轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态,所述运动切换盘(204)滑向带传动系统(208)端,插销(205)插入大带轮(2081)的圆孔,轮腿外骨骼处于轮式运动状态。
7.根据权利要求1所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述膝关节驱动装置(3)包括膝关节电机驱动组件(301)、套索盘(302)、套索(303),所述膝关节驱动装置(3)通过螺栓与髋板(10)固定连接,所述套索盘(302)与膝关节电机驱动组件(301)通过螺栓固定连接,所述套索盘(302)上面固定安装两根套索(303),所述套索(303)另一端与膝关节机构(12)固定连接。
8.根据权利要求1所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述膝关节机构(12)包括膝关节上连接板(1201)、膝关节下连接板(1202)、膝关节(1203)、螺栓件(1204)、小腿杆(1205),所述螺栓件(1204)可通过螺纹与膝关节上连接板(1201)、膝关节下连接板(1202)相连,所述轮腿外骨骼处于外骨骼运动状态时,螺栓件(1204)向下旋,仅与膝关节下连接板(1202)相连,所述轮腿外骨骼处于轮式运动状态时,螺栓件(1204)向上旋,同时与膝关节下连接板(1202)、膝关节上连接板(1201)相连。
9.根据权利要求1所述的可轮腿两用的下肢外骨骼,其特征在于,所述悬架机构(5)包括自旋紧螺栓(501)、前轮固定架(502)、车架(503),所述悬架机构(5)通过自旋紧螺栓(501)固定连接前轮机构(4)和膝关节机构(12)的小腿杆(1205)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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