CN110509261A - 一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置 - Google Patents

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CN110509261A CN201910798970.3A CN201910798970A CN110509261A CN 110509261 A CN110509261 A CN 110509261A CN 201910798970 A CN201910798970 A CN 201910798970A CN 110509261 A CN110509261 A CN 110509261A
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李红双
杨楠
顾淙天
吴佳琪
马源
付善坤
张顺豪
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Shenyang Aerospace University
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure

Abstract

一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,属于辅助老年人起居的智能装备技术领域,包括拐杖、磁吸机构及运动可变式连杆机构,所述磁吸机构通过其上的磁铁与运动可变式连杆机构的小腿支撑杆配合,拐杖至于使用者腋下辅助行走。通过对现有的人体腿部运动分析,提取出了腿部在自然状态下的近似运动规律。在运动过程中,大腿以大腿根部为旋转中心,小腿以小腿根部为旋转中心,且在大腿向外侧转动的过程中,小腿略向内侧转动,且角度较小。根据不同运动状态下的具体情况,设计了运动可变式连杆机构,使得在运动的过程中,可以保证腿部外骨骼在自然状态下的运动状态与正常人腿的运动状态相似。

Description

一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置
技术领域
本发明属于辅助老年人起居的智能装备技术领域,特别涉及一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置。
背景技术
随着人年龄的不断增长,当度过了壮年期步入老年期时,身体的各项机能逐渐出现问题,老年人各方面的健康指数都会处于下降的状态之中,而腿部酸软无力就是其中一个严重的问题。
腿部酸软无力会对老年人的生活起居产生极大影响,比如:无法正常坐立、上下床、如厕、洗浴、行走等。
而现有的轮椅设计,更多的是帮助老年人进行位置的移动,无法解决上述的大多数问题,在活动范围和运动方式上有一定的局限性,并且老年人如果长期使用轮椅出行,由于身体不能伸展会影响到血液流通,造成腿部发凉甚至浮肿,同时会压迫腰椎造成更大的损害。
而拐杖的用途过小,依然需要耗费使用者大量的体力和工作。
而楼梯间的电梯或扶手等装置,造价贵,局限性强,只适用于楼梯间的上下,且扶手只起到防止摔倒的用途,不能极大方便老年人上下楼。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明的目的是提供一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其结构简单、使用方便,并且将智能控制与机械装置相结合,实现健康护理与方便生活的双重作用,使操作简便性和使用安全性更高。
为了实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,包括拐杖、磁吸机构及运动可变式连杆机构,所述磁吸机构通过其上的磁铁与运动可变式连杆机构的小腿支撑杆配合,拐杖置于使用者腋下辅助行走。
所述拐杖包括拐杖体,拐杖体的伸缩杆外端同心套装有减震弹簧,且减震弹簧一端与拐杖体的固定杆末端固定连接,伸缩杆末端同心套装于球型连杆一端的孔内,且减震弹簧另一端与球型连杆固定连接,球型连杆另一端与轮架相连,轮架下表面设置有三个耳板组,每个耳板组由两块耳板组成,耳板设置于轮架的长边处,每组耳板上通过轮轴安装有滑轮,其中位于中间的一对滑轮为编码轮,轮架两端设置有刹车片,且刹车片位于轮架的短边处。
所述磁吸机构包括第一直线导轨、滑块及磁铁,第一直线导轨上滑动安装有滑块,滑块顶部固定连接有磁铁,磁铁为类Z字型结构,磁铁面向运动可变式连杆机构一端开设有凹槽。
所述运动可变式连杆机构包括长安装板和直线滑杆,长安装板为两根,两个长安装板上均通过螺栓固定安装有两个第二直线滑轨,两个长安装板通过两个护腰连接,两个护腰的后端安装有控制箱,位于下方的护腰前端分别安装有第一按钮和第二按钮,第二直线导轨上滑动安装有第一转轴滑块,第一转轴滑块外侧通过转轴和轴承与第一转动套相连,两个长安装板底端通孔内分别通过轴承与两个第一连接转轴一端相连,每个第一连接转轴伸出长安装板内侧部分通过联轴器安装有电机,第一连接转轴伸出长安装板外侧部分依次安装第一杆件、短连杆及大腿支撑杆,所述第一杆件与第一连接转轴之间安装有轴承,所述短连杆与大腿支撑杆端部内侧焊接,所述大腿支撑杆外侧壁通过转轴和轴承与第二转动套连接,所述直线滑杆依次贯穿第一转动套和第二转动套,大腿支撑杆另一端与通过可调节转轴与小腿支撑杆相连运动可变式连杆机构通过小腿支撑杆与磁吸机构的凹槽配合,所述直线滑杆的中下部通过转轴与大腿支撑杆中下部连接,直线滑杆底端通过第二连接转轴与小腿支撑杆连接,所述大腿支撑杆上通过两个Ω形安装座设置有两个大腿绑带,所述小腿支撑杆上通过两个Ω形安装座设置有两个小腿绑带,所述短连杆另一端和第二杆件通过转轴连接,第一杆件末端和第二杆件中部通过转轴连接有第三杆件,第三杆件中部与第二杆件中下部安装有电动伸缩杆。
所述大腿支撑杆包括大腿空心固定杆和大腿空心伸缩杆,所述大腿空心固定杆用于安装大腿绑带,大腿空心固定杆靠近小腿支撑杆一端套装有大腿空心伸缩杆,且大腿空心固定杆靠近小腿支撑杆一端外侧壁上均匀开设有第一调节孔,大腿空心伸缩杆内腔通过固定轴设置有第一固定块,第一固定块中心孔内通过第一弹簧安装有第一锁舌,第一锁舌用于与第一调节孔配合使用调节大腿支撑杆的长度。
所述小腿支撑杆包括小腿空心伸缩杆和小腿空心固定杆,小腿空心固定杆用于安装小腿绑带,小腿空心固定杆靠近大腿支撑杆一端套装有小腿空心伸缩杆,且小腿空心固定杆靠近大腿空心支撑杆一端外侧壁上均匀开设有调节孔,小腿空心伸缩杆内腔通过固定轴设置有固定块,固定块中心孔内通过弹簧安装有锁舌,锁舌用于与通孔配合使用调节小腿支撑杆的长度。
所述控制箱内安装有单片机、小型蓄电池、陀螺仪及蓝牙模块,所述单片机分别与小型蓄电池、电机、安全气囊、陀螺仪及蓝牙模块电连接,腰部前侧的第一按钮与第二按钮串联在电源与单片机之间,所述蓝牙模块分别与编码轮和电动推杆电连接。
小型蓄电池直接与单片机相连,给单片机进行供电,由第一按钮和第二按钮控制装置启动与停止,同时单片机分别与两侧电机、腰部的安全气囊、陀螺仪和蓝牙模块进行电连接,蓝牙模块主要接受由拐杖的编码轮返还到单片机的数据来判断当前的步速是否合理,进而通过单片机对电机的转速进行调节,使实际步速趋于正常。同时还可由蓝牙模块实现对电动推杆的无线控制,来控制电动推杆的伸缩。当陀螺仪识别到异常的角度和方位的急剧变化,以此来判断用户处于跌倒过程中,立即弹开护腰内部的安全气囊实现对老年人的缓冲保护作用。
本发明的有益效果为:
1、通过对现有的人体腿部运动分析,提取出了腿部在自然状态下的近似运动规律。在运动过程中,大腿以大腿根部为旋转中心,小腿以小腿根部为旋转中心,且在大腿向外侧转动的过程中,小腿略向内侧转动,且角度较小。根据不同运动状态下的具体情况,设计了运动可变式连杆机构,使得在运动的过程中,可以保证腿部外骨骼在自然状态下的运动状态与正常人腿的运动状态相似。
2、由于使用者的身高腿长,骨骼年龄不相同,所以为了适应不同使用者的自身情况,本发明大腿支撑杆和小腿支撑杆为可伸缩式,使用者可以根据自身情况自我调整。
3、本发明装置结构相对简单,且由镁合金与树脂材料制成。装置轻便,便于携带。电机采用无刷直流电机,具有宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小的特点。通过多杆机构的巧妙设计,将能量传递损失减小到最低,使得使用更加的独立与方便。
附图说明
图1为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼整体结构示意图;
图2为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼中的拐杖示意图;
图3为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼的运动可变式连杆机构转化为座椅状态时的三维示意图;
图4为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼的运动可变式连杆机构转化为座椅状态时的侧视图;
图5为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼的运动可变式连杆机构转化为辅助行走状态示意图;
图6为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼的运动可变式连杆机构的大腿支撑干伸缩部分的结构示意图;
图7为本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼的运动可变式连杆机构的小腿支撑干伸缩部分的结构示意图;
1-拐杖,101-拐杖体,102-减震弹簧,103-球型连杆,104-轮架,105-耳板,106-编码轮,107-刹车片,2-磁吸机构,201-第一直线导轨,202-滑块,203-电磁铁,204-凹槽,3-运动可变式连杆机构,301-长安装板,302-直线滑杆,303-第二直线滑轨,304-护腰,305-控制箱,306-第一按钮,307-第二按钮,308-第一转轴滑块,309-第一转动套,310-第一连接转轴,311-第一杆件,312-短连杆,313-大腿支撑杆,314-第二转动套,315-可调节转轴,316-小腿支撑杆,317-第二连接转轴,318-Ω形安装座,319-大腿绑带,320-小腿绑带,321-第二杆件,322-第三杆件,323-电动伸缩杆,401-大腿空心固定杆,402-大腿空心伸缩杆,403-第一调节孔,404-第一固定块,405-第一弹簧,406-第一锁舌,407-第一固定轴,408-小腿空心固定杆,409-小腿空心伸缩杆,410-第二调节孔,411-第二固定块,412-第二弹簧,413-第二锁舌,414-第二固定轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图7所示,一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,包括拐杖1、磁吸机构2及运动可变式连杆机构3,所述磁吸机构2通过其上的磁铁与运动可变式连杆机构3的小腿支撑杆配合,拐杖1置于使用者腋下辅助行走。
所述拐杖1包括拐杖体101(型号为:64513298710231),拐杖体101的伸缩杆外端同心套装有减震弹簧102,使拐杖1在既定的范围内滑移时,可通过减震弹簧102弹性的作用,将滑轮紧密的贴合在地面上,使编码轮106计数更精准,拐杖1支撑人体更稳定,且减震弹簧102一端与拐杖体101的固定杆末端固定连接,伸缩杆末端同心套装于球型连杆103一端的孔内,且减震弹簧102另一端与球型连杆103固定连接,球型连杆103另一端与轮架104相连,轮架104下表面设置有三个耳板组,每个耳板组由两块耳板105组成,耳板105设置于轮架104的长边处,每组耳板105上通过轮轴安装有滑轮,其中位于中间的一对滑轮为编码轮106,编码轮106用于负责记录当前速度,用蓝牙模块与拐杖1的编码轮106通信形成闭环系统,通过拐杖1底部双侧的编码器返回的速度信息与其他辅助信息综合判断腿部运动频率,通过单片机控制电机通过无极调速进行运动补偿或运动削弱,使速度变化平缓,在使用时更加稳定和安全,轮架104两端设置有刹车片107,且刹车片107位于轮架104的短边处;拐杖体101可为多功能拐杖体101,用于放置水杯、钥匙、纸巾、购物袋等。
所述磁吸机构2包括第一直线导轨201、滑块202及磁铁,第一直线导轨201上滑动安装有滑块202,滑块202顶部固定连接有磁铁,磁铁为类Z字型结构,磁铁面向运动可变式连杆机构3一端开设有凹槽204;磁吸机构2用于与运动可变式连杆机构3的小腿支撑杆316配合,为了满足老人在坐立、上厕所、上下床等位置需要固定的需求,在电磁铁203与和小腿支撑杆316的内部安装有nfc芯片;当老人在坐立、如厕、上下床时,使小腿支撑杆316与磁铁紧密连接,可以防止其意外跌倒。同时,为了适应不同环境对固定位置的不同需求,可以自由调节支架的位置,从而实现在不同位置实现不同角度定位,更加方便使用。
所述运动可变式连杆机构3包括长安装板301和直线滑杆302,长安装板301为两根,两个长安装板301上均通过螺栓固定安装有两个第二直线滑轨303,两个长安装板301通过两个护腰304连接,护腰304为安全气囊,当老人出现意外有摔倒的倾向时,腰部的安全气囊会及时弹开,保护老年人在跌倒时受到重创,两个护腰304的后端安装有控制箱305,位于下方的护腰304前端分别安装有第一按钮306和第二按钮307,第一按钮306用于控制电机的开闭,第二按钮307用于控制电动伸缩杆323的开闭,第二直线导轨上滑动安装有第一转轴滑块308,第二直线导轨与第一转轴滑块308组成滑轨滑块组件,型号为:SGR SGB,第一转轴滑块308外侧通过转轴和轴承与第一转动套309相连,两个长安装板301底端通孔内分别通过轴承与两个第一连接转轴310一端相连,每个第一连接转轴310伸出长安装板301内侧部分通过联轴器安装有电机,第一连接转轴310伸出长安装板301外侧部分依次安装第一杆件311、短连杆312及大腿支撑杆313,所述第一杆件311与第一连接转轴310之间安装有轴承,所述短连杆312与大腿支撑杆313端部内侧焊接,所述大腿支撑杆313外侧壁通过转轴和轴承与第二转动套314连接,所述直线滑杆302依次贯穿第一转动套309和第二转动套314,大腿支撑杆313另一端与通过可调节转轴315与小腿支撑杆316相连运动可变式连杆机构3通过小腿支撑杆316与磁吸机构的凹槽204配合,所述直线滑杆302的中下部通过转轴与大腿支撑杆313中下部连接,直线滑杆302底端通过第二连接转轴317与小腿支撑杆316连接,所述大腿支撑杆313上通过两个Ω形安装座318设置有两个大腿绑带319,所述小腿支撑杆316上通过两个Ω形安装座318设置有两个小腿绑带320,所述短连杆312另一端和第二杆件321通过转轴连接,第一杆件311末端和第二杆件321中部通过转轴连接有第三杆件322,第三杆件322中部与第二杆件321中下部安装有电动伸缩杆323,第一杆件311、短连杆312、第二杆件321和第三杆件322及电动伸缩杆323组成座椅腿机构,为了方便老年人在出行时能随时随地的坐下休息,安装座椅腿机构,通过电动伸缩杆323的设置,来实现座椅腿机构在平时处于收于大腿支撑杆313下方状态,而在使用时,轻点第二按钮307即可放出,同时具有自锁功能;不用时,轻点第二按钮307即可收回。
所述大腿支撑杆313包括大腿空心固定杆401和大腿空心伸缩杆402,所述大腿空心固定杆401用于安装大腿绑带319,大腿空心固定杆401靠近小腿支撑杆316一端套装有大腿空心伸缩杆402,且大腿空心固定杆401靠近小腿支撑杆316一端外侧壁上均匀开设有第一调节孔403,大腿空心伸缩杆402内腔通过第一固定轴407设置有第一固定块404,第一固定块401中心孔内通过第一弹簧405安装有第一锁舌406,第一锁舌406用于与第一调节孔403配合使用调节大腿支撑杆313的长度。
所述小腿支撑杆316包括小腿空心伸缩杆409和小腿空心固定杆408,小腿空心固定杆408用于安装小腿绑带320,小腿空心固定杆408靠近大腿支撑杆313一端套装有小腿空心伸缩杆409,且小腿空心固定杆408靠近大腿空心支撑杆一端外侧壁上均匀开设有第二调节孔410,小腿空心伸缩杆409内腔通过第二固定轴414设置有第二固定块411,第二固定块411中心孔内通过第二弹簧412安装有第二锁舌413,第二锁舌413用于与通孔配合使用调节小腿支撑杆316的长度。
所述控制箱305内安装有单片机、小型蓄电池、陀螺仪及蓝牙模块,所述单片机分别与小型蓄电池、电机、安全气囊、陀螺仪及蓝牙模块电连接,腰部前侧的第一按钮306与第二按钮307串联在电源与单片机之间,所述蓝牙模块分别与编码轮106和电动推杆电连接;单片机型号为STM32F103VET6,陀螺仪型号为MPU6050,蓝牙模块型号为HC-05;小型蓄电池直接与单片机相连,给单片机进行供电,由第一按钮306和第二按钮307控制装置启动与停止,同时单片机分别与两侧电机、腰部的安全气囊、陀螺仪和蓝牙模块进行电连接,蓝牙模块主要接受由拐杖1的编码轮106返还到单片机的数据来判断当前的步速是否合理,进而通过单片机对电机的转速进行调节,使实际步速趋于正常。同时还可由蓝牙模块实现对电动推杆的无线控制,来控制电动推杆的伸缩。当陀螺仪识别到异常的角度和方位的急剧变化,以此来判断用户处于跌倒过程中,立即弹开护腰304内部的安全气囊实现对老年人的缓冲保护作用。
本发明辅助老年人行动的智能腿部外骨骼装置的一次使用过程为:
穿戴时,首先将护腰304包裹在使用者的腰部,大腿绑带319绑在使用者的大腿部,小腿绑带320绑在使用者的小腿腿部,当穿戴好后,使用者可根据自身情况进行大腿支撑杆313及小腿支撑杆316的长度调节,通过按下大腿支撑杆313上的第一锁舌406,拉拽大腿空心伸缩杆402,调整大腿支撑杆313的长度,调整完长度后松开第一锁舌406,第一锁舌406在弹簧的作用下穿入第一调节孔403内,将调节后的大腿支撑杆313的长度固定,同理,小腿支撑杆316的调节方式与大腿支撑杆313一致;
当在平路行走时,使用者两侧腋下夹持拐杖1进行支撑;
本实施例中瞬时按下第一按钮306,定时器从按下第一按钮306开始计时到松开第一按钮306计停止计时,在0.2s内时,触发行走状态;双击第一按钮306,触发上下楼梯状态;长按第一按钮306一秒时,触发如厕状态。
行走时,第一转轴滑块308的旋转中心的位置固定,瞬时按下第一按钮306,触发定时器,0.2s后,单片机发送行走启动指令给电机,通过大腿根部的电机正反转带动大腿支撑杆313绕第一连接转轴310做往复运动,从而带动运动可变式连杆机构3进行行走运动:首先左侧的大腿支撑杆313绕第一连接转轴310做顺时针运动,左侧的小腿支撑杆316相对于大腿支撑杆313绕可调节转轴315做逆时针运动,同时直线滑杆302绕第二连接转轴317相对于小腿支撑杆316做顺时针运动,带动第二转动套314和第一转动套309旋转一定角度,并在第二转动套314和第一转动套309中向上滑移,此时左侧大腿支撑杆313与小腿支撑杆316呈现出抬起一定高度并向前迈步的趋势,与正常行走的迈步姿态无异,此时右侧的运动可变式连杆机构3的大腿支撑杆313与小腿支撑杆316呈一条直线与地面垂直,当定时器反馈给单片机1.2s的时长信号时,单片机发送指令给左侧电机同时发送指令给右侧电机,左侧的电机反转,带动运动可变式连杆机构3做反向运动,同时右侧的运动可变式连杆机构3进行与上述左侧的运动可变式连杆机构3运动流程一致的迈步运动,右侧大腿支撑杆313绕第一连接转轴310做逆时针运动,右侧小腿支撑杆316相对于大腿支撑杆313绕可调节转轴315做顺时针运动,同时直线滑杆302绕第二连接转轴317相对于右侧小腿支撑杆316做逆时针运动,带动第二转动套314和第一转动套309反向旋转一定角度,并在第二转动套314和第一转动套309中向下滑移,回到初始位置,此时左侧大腿支撑杆313与小腿支撑杆316呈一条直线与地面垂直,此时右侧的电机正转大腿支撑杆313与小腿支撑杆316呈现出抬起一定高度并向前迈步的趋势;通过两侧运动可变式连杆机构3的运动轨迹的交替变换来实现最终行走的姿态;进行连续行走运动时,当右侧的运动可变式连杆机构3迈出后,左侧的运动可变式连杆机构3所带动的腿部在原地不动,此时身体前倾,率先迈出的腿部在身体前倾重心改变的情况下,所带动的腿部的脚掌接触地面,此时率先迈出的腿部的脚掌落地的位置不变,后运动的可变式连杆机构3开始进行迈腿运动,同时率先运动的可变式连杆机构3开始反转,从迈步状态变为直立状态,即直至该侧大腿支撑杆313与小腿支撑杆316呈一条直线与地面垂直,即上述迈步运动的初始状态位置,同时在迈步状态变为直立状态的过程中将护腰304所带的使用者身体以及后运动的可变式连杆机构3所带的腿部向前推动,完成另一侧腿部向前迈步的运动状态。通过两侧运动可变式连杆机构3的运动轨迹的交替变换来实现最终行走的姿态。
当在上坡或下坡路行走时,运动可变式连杆机构3上的电机的转动角度会受到路况的影响,上坡时,由拐杖1上的编码轮106反馈给单片机的速度低于平路行走速度,此时单片机控制电机降低转速与编码轮106相适应;下坡时,由拐杖1上的编码轮106反馈给单片机的速度高于平路行走速度,此时单片机控制电机升高转速与编码轮106相适应。
当上下楼梯时,由于整体的运动流程与平路行走行走时无异,主要的差异在于运动的步态不同,行走时迈步距离大,大小腿前倾,且脚面与地面相差高度不大;上下楼时,步伐长度较为紧凑,且抬腿高度高,脚面与台阶面相差有较大高度。而改变步态,即改变可变式连杆机构3的运动轨迹的方式,是通过改变第一转轴滑块308在第二直线滑轨303的位置从而改变可变式连杆机构3的运动轨迹,当从行走步态改为上楼步态时,松拧第一转轴滑块308上的锁块,手动滑动第一转轴滑块308向上改变位置,按使用者情况调整好位置后,拧紧锁块;当从上楼步态改为行走步态时,松拧第一转轴滑块308上的锁块,手动滑动第一转轴滑块308向下改变位置,按使用者情况调整好位置后,拧紧锁块。
当使用者需要休息时,第一杆件311、第二杆件321与大腿支撑杆313平行,当按下第二按钮307后,单片机接收到按下第二按钮307的第一次脉冲信号,发送一个伸长长度指令给电动伸缩杆323,电动伸缩杆323不断伸展,短连杆312与第二杆件321及第一杆件311与第三杆件322之间的夹角逐渐增大,使第二杆件321由与大腿支撑杆313平行的位置转动至与短连杆312共线的位置,即运动至死点位置,此时电动伸缩杆323伸长到了单片机发送的伸长长度值,电动伸缩杆323自行停止运动,座椅完全展开,使用者可坐下休息;当收回时,再次按下第二按钮307,单片机接收到按下第二按钮307的第二次脉冲信号,发送一个缩短长度指令给电动伸缩杆323,电动伸缩杆323开始缩短,短连杆312与第二杆件321及第一杆件311与第三杆件322之间的夹角逐渐减小,使第二杆件321由与短连杆312共线的位置转动至与大腿支撑杆313平行的位置,此时第二杆件321与第一杆件311平行设置,电动伸缩杆323伸缩完成单片机发送的缩短长度指令后停止工作,电动座椅装置自动收回至初始状态。
当在家中老年人想要上厕所时,在马桶前安放有磁吸机构2,可自行调节磁吸机构2的位置进而调节电磁铁203的位置以适应用户的实际需求,当如厕时,将两侧小腿支撑杆316吸附于磁吸机构2中的电磁铁203上,此时小腿支撑杆316为固定机架,长按第一按钮306一秒,触发定时器并计时,1s后反馈时间信号给单片机,单片机控制两侧电机启动,电机正转,带动大腿支撑杆313绕第一连接转轴310做顺时针运动,同时直线滑杆302绕第二连接转轴317相对于小腿支撑杆316做顺时针运动,带动第二转动套314和第一转动套309旋转一定角度,并在第二转动套314和第一转动套309中向上滑移,使大腿支撑杆313与小腿支撑杆316之间的夹角由零度变为90°后,电机停止工作,运动可变式连杆机构3将会实现坐姿的运动状态,以完成如厕的动作;站立时,长按第一按钮306一秒,触发定时器并计时,1s后反馈时间信号给单片机,单片机控制两侧电机启动,电机反转,带动大腿支撑杆313绕第一连接转轴310做逆时针运动,同时直线滑杆302绕第二连接转轴317相对于小腿支撑杆316做逆时针运动,带动第二转动套314和第一转动套309旋转一定角度,并在第二转动套314和第一转动套309中向下滑移,使大腿支撑杆313与小腿支撑杆316之间的夹角由90°度变为0°后,即可实现站立状态。

Claims (7)

1.一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于,包括拐杖、磁吸机构及运动可变式连杆机构,所述磁吸机构通过其上的磁铁与运动可变式连杆机构的小腿支撑杆配合,拐杖置于使用者腋下辅助行走。
2.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述拐杖包括拐杖体,拐杖体的伸缩杆外端同心套装有减震弹簧,且减震弹簧一端与拐杖体的固定杆末端固定连接,伸缩杆末端同心套装于球型连杆一端的孔内,且减震弹簧另一端与球型连杆固定连接,球型连杆另一端与轮架相连,轮架下表面设置有三个耳板组,每个耳板组由两块耳板组成,耳板设置于轮架的长边处,每组耳板上通过轮轴安装有滑轮,其中位于中间的一对滑轮为编码轮,轮架两端设置有刹车片,且刹车片位于轮架的短边处。
3.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述磁吸机构包括第一直线导轨、滑块及磁铁,第一直线导轨上滑动安装有滑块,滑块顶部固定连接有磁铁,磁铁为类Z字型结构,磁铁面向运动可变式连杆机构一端开设有凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述运动可变式连杆机构包括长安装板和直线滑杆,长安装板为两根,两个长安装板上均通过螺栓固定安装有两个第二直线滑轨,两个长安装板通过两个护腰连接,两个护腰的后端安装有控制箱,位于下方的护腰前端分别安装有第一按钮和第二按钮,第二直线导轨上滑动安装有第一转轴滑块,第一转轴滑块外侧通过转轴和轴承与第一转动套相连,两个长安装板底端通孔内分别通过轴承与两个第一连接转轴一端相连,每个第一连接转轴伸出长安装板内侧部分通过联轴器安装有电机,第一连接转轴伸出长安装板外侧部分依次安装第一杆件、短连杆及大腿支撑杆,所述第一杆件与第一连接转轴之间安装有轴承,所述短连杆与大腿支撑杆端部内侧焊接,所述大腿支撑杆外侧壁通过转轴和轴承与第二转动套连接,所述直线滑杆依次贯穿第一转动套和第二转动套,大腿支撑杆另一端与通过可调节转轴与小腿支撑杆相连运动可变式连杆机构通过小腿支撑杆与磁吸机构的凹槽配合,所述直线滑杆的中下部通过转轴与大腿支撑杆中下部连接,直线滑杆底端通过第二连接转轴与小腿支撑杆连接,所述大腿支撑杆上通过两个Ω形安装座设置有两个大腿绑带,所述小腿支撑杆上通过两个Ω形安装座设置有两个小腿绑带,所述短连杆另一端和第二杆件通过转轴连接,第一杆件末端和第二杆件中部通过转轴连接有第三杆件,第三杆件中部与第二杆件中下部安装有电动伸缩杆。
5.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述大腿支撑杆包括大腿空心固定杆和大腿空心伸缩杆,所述大腿空心固定杆用于安装大腿绑带,大腿空心固定杆靠近小腿支撑杆一端套装有大腿空心伸缩杆,且大腿空心固定杆靠近小腿支撑杆一端外侧壁上均匀开设有第一调节孔,大腿空心伸缩杆内腔通过固定轴设置有第一固定块,第一固定块中心孔内通过第一弹簧安装有第一锁舌,第一锁舌用于与第一调节孔配合使用调节大腿支撑杆的长度。
6.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述小腿支撑杆包括小腿空心伸缩杆和小腿空心固定杆,小腿空心固定杆用于安装小腿绑带,小腿空心固定杆靠近大腿支撑杆一端套装有小腿空心伸缩杆,且小腿空心固定杆靠近大腿空心支撑杆一端外侧壁上均匀开设有调节孔,小腿空心伸缩杆内腔通过固定轴设置有固定块,固定块中心孔内通过弹簧安装有锁舌,锁舌用于与通孔配合使用调节小腿支撑杆的长度。
7.根据权利要求1所述的一种辅助老年人行动的腿部外骨骼装置,其特征在于:所述控制箱内安装有单片机、小型蓄电池、陀螺仪及蓝牙模块,所述单片机分别与小型蓄电池、电机、安全气囊、陀螺仪及蓝牙模块电连接,腰部前侧的第一按钮与第二按钮串联在电源与单片机之间,所述蓝牙模块分别与编码轮和电动推杆电连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111604890A (zh) * 2019-12-30 2020-09-01 合肥工业大学 一种适用于外骨骼机器人的运动控制方法

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