CN110640724A - 一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，包括大腿支撑结构、小腿支撑结构、脚踝支架、臀部垫板及气弹簧，所述大腿支撑结构与小腿支撑结构活动连接，所述脚踝支架与小腿支撑结构活动连接，所述臀部垫板固定设置在大腿支撑结构上，所述气弹簧一端与臀部垫板活动连接，另一端与小腿支撑结构活动连接，从而实现大腿支撑结构与小腿支撑结构之间的支撑。本发明的有益效果是：该装置能够实现操作工人随走随坐的功能，便于工人进行工作，提高工业生产效率，缓解工人疲劳。此外，该外骨骼随行装备主要是自驱动，不采用电机驱动，轻便环保，且零件链接多为装配式结构，不存在焊接，可回收性强。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产辅助装备，具体涉及一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置。
背景技术
人体机器外骨骼是一种外穿的，融入了机器、电子、计算机控制等人电机体系，在为穿着者供给诸如支持等功能的基础上，将传感器技术、计算机技术融入此中，为穿着者供给别的能量，加强人体性能，帮助相关人员完成一定的工作。
在工业领域，身着外骨骼装备的工人们可以有效的减轻能量消耗，进而提高工作效率。可以辅助工人进行大量诸如焊接或者汽车生产线的劳动，从而节省了大量体力，也提高了生产效率，也为企业节省了生产成本，从而提高效益。工人可以在外骨骼外部接上一个隐形座椅，随走随坐，生产线的工人甚至可以坐在隐形座椅上进行焊接的工作量大的工作。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了结构设计合理的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置。
本发明的技术方案如下：
一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，包括大腿支撑结构、小腿支撑结构、脚踝支架、臀部垫板及自动伸缩支撑系统，所述大腿支撑结构与小腿支撑结构活动连接，所述脚踝支架与小腿支撑结构活动连接，所述臀部垫板固定设置在大腿支撑结构上，所述自动伸缩支撑系统一端与臀部垫板活动连接，另一端与小腿支撑结构活动连接，从而实现大腿支撑结构与小腿支撑结构之间的支撑。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述大腿支撑结构包括大腿夹板、大腿绑带、夹板螺纹孔、臀部垫板螺纹孔、大腿板、大腿夹板孔及大腿板铰链座，所述大腿夹板通过夹板螺纹孔与大腿板固定，所述大腿绑带穿设在大腿夹板孔内，所述大腿板铰链座通过销轴与小腿支撑结构活动相连。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述小腿支撑结构包括小腿板、小腿板上铰链座、小腿夹板螺纹孔、小腿夹板孔、小腿夹板、小腿板支架铰链座、小腿板支架及小腿板下铰链座，所述小腿板上铰链座通过销轴与大腿支撑结构活动相连，所述小腿夹板通过螺栓螺母与小腿板固定，所述小腿夹板孔内穿设小腿绑带，所述小腿板支架铰链座固定在小腿板支架，所述小腿板下铰链座通过销轴与脚踝支架活动连接。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述臀部垫板包括垫板圆筒、储物盒及臀部垫板螺纹孔，所述垫板圆筒采用圆筒状结构，所述储物盒采用正方体结构，其下端开有用于控制线穿设的小孔，所述臀部垫板通过臀部垫板螺纹孔固定连接在大腿支撑结构上。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述脚踝支架包括脚踝支架铰链座，所述脚踝支架铰链座通过销轴与小腿支撑结构固定连接。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述自动伸缩支撑系统采用气弹簧，所述气弹簧包括气弹簧铰链座、压力管、活塞杆及活塞杆套筒，所述气弹簧铰链座通过销轴与臀部垫板相连，所述活塞杆套筒通过销轴与小腿支架结构相连。
所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，还包括靠背，所述靠背固定设置在臀部垫板的上。
本发明的有益效果是：该装置能够实现操作工人随走随坐的功能，便于工人进行工作，提高工业生产效率，缓解工人疲劳。此外，该外骨骼随行装备主要是自驱动，不采用电机驱动，轻便环保，且零件链接多为装配式结构，不存在焊接，可回收性强。
附图说明
图1为本发明的整体结构正视图；
图2为本发明的整体结构侧视图；
图3为本发明的大腿支撑结构的结构示意图；
图4是本发明小腿支撑结构的结构示意图；
图5是本发明臀部垫板的结构示意图；
图6是本发明脚踝支架的结构示意图；
图7是本发明气弹簧的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
如图1-7所示，一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，主要用于生产线上的工人，不同于以往传统的外骨骼设计，该设计的驱动元并不是电机气缸等动力元件，而是依靠人体自身的运动，使得外骨骼贴合人体运动。包括大腿支撑结构，小腿支撑结构，臀部垫板、脚踝支架以及气弹簧。每一条下肢的支撑机构都由一只气弹簧来提供，大腿支撑机构与小腿支撑机构通过铰链连接，小腿支撑机构与脚踝支架通过铰链连接。可自锁式气弹簧位于大腿支撑板与小腿支撑板之间，可以提供支撑力，使人可以在行进的同时可以随时坐立。该装置主要用于工业生产线上工人的装备，例如焊接，装配等，可以有效的提高生产效率，缓解工人的疲劳。
实施例：
一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，包括靠背1、坐垫2、大腿支撑结构3、小腿支撑结构4、臀部垫板5、脚踝支架6及气弹簧7。坐垫2使用时固定在臀部垫板5上，以提高乘坐的舒适感；臀部垫板5固定在大腿支撑结构3上，大腿支撑结构3与小腿支撑结构4之间活动连接，脚踝支架6与小腿支撑结构4之间活动连接，气弹簧7一端与小腿支撑结构4活动相连，另一端与臀部垫板5活动相连。
大腿支撑结构3包括大腿夹板31、大腿绑带32、夹板螺纹孔33、臀部垫板螺纹孔34、大腿板35、大腿夹板孔36及大腿板铰链座37；大腿夹板31通过在夹板螺纹孔33内设置螺栓螺母与大腿板35固定，大腿绑带32穿设在大腿夹板孔36内，起到固定穿戴者大腿的作用，给穿戴者更好的体验。大腿板铰链座37通过销轴与小腿支撑结构5活动连接。大腿支撑结构3根据拟人化要求，起到支撑大腿的作用。长为300mm-350mm，宽度约为80mm。大腿板35上共有8个螺纹孔，其中4个与大腿夹板31相连接，4个与臀部垫板5相连，大腿夹板31两侧开两孔，大腿绑带32从中穿过。
小腿支撑结构4包括小腿板48、小腿板上铰链座41、小腿夹板螺纹孔42、小腿夹板孔43、小腿夹板44、小腿板支架铰链座45、小腿板支架46及小腿板下铰链座47，小腿板上铰链座41通过销轴与大腿板铰链座37活动连接，小腿夹板44通过在小腿夹板螺纹孔42内设置螺栓螺母与小腿板48固定，小腿夹板孔43内穿设小腿绑带，过起到固定穿戴者小腿的作用，给穿戴者更好的体验。小腿板支架46设置在小腿板48上，小腿板支架铰链座45固定在小腿板支架46，小腿板支架铰链座45（双耳铰链座）的安装位置要预留出一部分保证气弹簧的安装，在气弹簧7行程内不与小腿板48发生干涉，小腿板下铰链座47通过销轴与脚踝支架铰链座61活动连接，小腿支撑结构根据拟人化要求，起到支撑小腿的作用，并与大腿支撑结构，脚踝支架相连接。
臀部垫板5包括垫板圆筒51、储物盒52及臀部垫板螺纹孔53。垫板圆筒51设计成圆筒状起到支撑坐垫的作用，垫板圆筒51内部设有内螺纹，靠背1通过螺栓与垫板圆筒51固定连接。储物盒52为正方体结构，用于安放气弹簧控制器，下端开有5mm的小孔供气弹簧的控制线穿过，臀部垫板5上共有4个臀部垫板螺纹孔53，用于固定连接在大腿板35上，臀部垫板5根据拟人化要求，起到支撑臀部的作用。
脚踝支架6的设计不需要考虑过多的自由度，以防造成自由度冗杂，只要保证支架能够绕中轴正常转动即可。脚踝支架6中的脚踝支架铰链座61通过销轴与小腿板下铰链座47活动连接；所述脚踝支架6根据拟人化要求，设计成贴合人脚踝的形状。
气弹簧7包括气弹簧铰链座71，压力管72，活塞杆73以及活塞杆套筒74。气弹簧铰链座71通过销轴与臀部垫板相连，活塞杆套筒74通过销轴与小腿板支架铰链座45相连；气弹簧7选用JKQ可锁定气弹簧，在工作人员没有按下控制开关的情况下，气弹簧7处于自由状态，可自由运动。气弹簧7通过压力管72中的气体介质进行工作，工作人员按下控制开关时，气弹簧7内部阀门关闭时，就被锁定在目标位置。气弹簧7采用销柱式铰链，并按照接头螺纹，设有气弹簧接口。
本发明根据人体下肢运动机理研究，将工人的运动方式考虑在内，做到拟人化的目标，确定了具体的结构设计，采用人自身驱动方式，不采用外加动力源助行。
由此可见，本产品研究了人体运动方式和规律仿生下肢模仿人的下肢，使之与其同步，选择合适的控制系统以及相应传感器，来控制、反馈仿生下肢的运动，能够在不添加电力设备的前提下，节约人力成本，提高生产效率，制造经济及社会价值。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (7)
1.一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，包括大腿支撑结构（3）、小腿支撑结构（4）、脚踝支架（6）、臀部垫板（5）及自动伸缩支撑系统，所述大腿支撑结构（3）与小腿支撑结构（4）活动连接，所述脚踝支架（6）与小腿支撑结构（4）活动连接，所述臀部垫板（5）固定设置在大腿支撑结构（3）上，所述自动伸缩支撑系统一端与臀部垫板（5）活动连接，另一端与小腿支撑结构（4）活动连接，从而实现大腿支撑结构（3）与小腿支撑结构（4）之间的支撑。
2.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述大腿支撑结构（3）包括大腿夹板（31）、大腿绑带（32）、夹板螺纹孔（33）、臀部垫板螺纹孔（34）、大腿板（35）、大腿夹板孔（36）及大腿板铰链座（37），所述大腿夹板（31）通过夹板螺纹孔（33）与大腿板（35）固定，所述大腿绑带（32）穿设在大腿夹板孔（36）内，所述大腿板铰链座（37）通过销轴与小腿支撑结构（4）活动相连。
3.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述小腿支撑结构（4）包括小腿板（48）、小腿板上铰链座（41）、小腿夹板螺纹孔（42）、小腿夹板孔（43）、小腿夹板（44）、小腿板支架铰链座（45）、小腿板支架（46）及小腿板下铰链座（47），所述小腿板上铰链座（41）通过销轴与大腿支撑结构（3）活动相连，所述小腿夹板（44）通过螺栓螺母与小腿板（48）固定，所述小腿夹板孔（43）内穿设小腿绑带，所述小腿板支架铰链座（45）固定在小腿板支架（46），所述小腿板下铰链座（47）通过销轴与脚踝支架活动连接。
4.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述臀部垫板（5）包括垫板圆筒（51）、储物盒（52）及臀部垫板螺纹孔（53），所述垫板圆筒（51）采用圆筒状结构，所述储物盒（52）采用正方体结构，其下端开有用于控制线穿设的小孔，所述臀部垫板（5）通过臀部垫板螺纹孔（53）固定连接在大腿支撑结构（3）上。
5.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述脚踝支架（6）包括脚踝支架铰链座（61），所述脚踝支架铰链座（61）通过销轴与小腿支撑结构（4）固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，所述自动伸缩支撑系统采用气弹簧（7），所述气弹簧（7）包括气弹簧铰链座（71）、压力管（72）、活塞杆（73）及活塞杆套筒（74），所述气弹簧铰链座（71）通过销轴与臀部垫板（5）相连，所述活塞杆套筒（74）通过销轴与小腿支架结构（3）相连。
7.根据权利要求1所述的一种随走随坐的下肢随行外骨骼装置，其特征在于，还包括靠背（1），所述靠背（1）固定设置在臀部垫板（5）的上。
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