CN111347399B - 腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例公开了腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人。该腿部的外骨骼装置的一具体实施方式包括：上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸，其中，上主板，为与大腿对应的穿戴部分；下主板，为与小腿对应的穿戴部分；主连接板，分别与上主板和下主板转动连接，主连接板绕下主板的旋转与上主板绕主连接板的旋转联动；驱动组件的一端与主连接板固定连接，另一端与驱动连杆转动连接；驱动连杆与气缸的出轴固定连接；气缸与下主板固定连接。该实施方式提高了外骨骼装置的机动性和适用范围；并且，本公开的外骨骼装置可以具有更轻的重量和更小的空间占用量。

Description

腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人

技术领域

本公开的实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人。

背景技术

腿部外骨骼是一种固定在人体的腿部，能够为人体行走提供助力的机器人设备。

目前，腿部外骨骼通常是电动形式的。具体的，可以在腿部外骨骼上安装电机，进而腿部外骨骼可以依靠电机释放的能量来为腿部提供助力。

发明内容

本公开的实施例提出了腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人。

第一方面，本公开的实施例提供了一种腿部的外骨骼装置，该装置包括上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸，其中，上主板，为与大腿对应的穿戴部分；下主板，为与小腿对应的穿戴部分；主连接板，分别与上主板和下主板转动连接，主连接板绕下主板的旋转与上主板绕主连接板的旋转联动；驱动组件的一端与主连接板固定连接，另一端与驱动连杆转动连接；驱动连杆与气缸的出轴固定连接；气缸与下主板固定连接。

在一些实施例中，上主板包括上齿轮，下主板包括用于与上齿轮啮合的下齿轮，上齿轮和下齿轮用于使主连接板绕下主板的旋转与上主板绕主连接板的旋转联动。

在一些实施例中，该装置还包括：副连接板，副连接板分别与上主板和下主板转动连接，与主连接板相对设置在上主板和下主板的两侧。

在一些实施例中，主连接板上设置有上主板转轴，上主板通过上主板转轴与主连接板转动连接。

在一些实施例中，该装置还包括：第一卡簧，用于固定上主板转轴。

在一些实施例中，主连接板上还设置有下主板转轴，下主板通过下主板转轴与主连接板转动连接。

在一些实施例中，该装置还包括：第二卡簧，用于固定下主板转轴。

在一些实施例中，该装置还包括：驱动组件转轴，驱动组件通过驱动组件转轴与驱动连杆转动连接。

在一些实施例中，该装置还包括：第三卡簧，用于固定驱动组件转轴。

在一些实施例中，该装置还包括：固定在下主板上的至少两个定位销，至少两个定位销分别设置在出轴的两侧，用于限制出轴的移动方向。

第二方面，本公开的实施例提供了一种腿部的外骨骼机器人，包括如上述第一方面中任一实施例中描述的的腿部的外骨骼装置。

本公开的实施例提供的腿部的外骨骼装置和腿部的外骨骼机器人，包括上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸，其中，上主板为与大腿对应的穿戴部分；下主板为与小腿对应的穿戴部分；主连接板分别与上主板和下主板转动连接，进而，上主板可以绕主连接板旋转，主连接板也可以绕下连接板旋转，并且，主连接板绕下主板的旋转与上主板绕主连接板的旋转可以联动；驱动组件的一端与主连接板固定连接，进而驱动组件可以随着主连接板的旋转而旋转；气缸与下主板固定连接；驱动连杆的一端与驱动组件转动连接，另一端与气缸的出轴固定连接，从而驱动连杆可以在驱动组件的驱动下，带动气缸的出轴移动，进而实现气缸的储能和释能，以此，本公开的腿部的外骨骼装置可以在气缸释能时，为腿部的行动提供助力，相较于现有技术中的电动式的外骨骼装置，本公开机械式的外骨骼装置不存在续航的问题，可在全天候环境下使用，提高了外骨骼装置的机动性和适用范围；并且，由于本公开的外骨骼装置不需要安装电机等结构，所以本公开的外骨骼装置可以具有更轻的重量和更小的空间占用量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1A是根据本公开的腿部的外骨骼装置的一个实施例的结构示意图；

图1B是图1A示出的腿部的外骨骼装置中的气缸的一个实施例的结构示意图；

图1C示出了图1A中的腿部的外骨骼装置的储能过程的示意图；

图1D示出了图1A中的腿部的外骨骼装置的释能过程的示意图；

图2是根据本公开的腿部的外骨骼装置的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1A示出了根据本公开的腿部的外骨骼装置的一个实施例的结构示意图。如图1A所示，腿部的外骨骼装置100可以包括上主板101、下主板102、主连接板103、驱动组件104、驱动连杆105和气缸106。

在本实施例中，上主板101为与大腿对应的穿戴部分。如图1所示，上主板101的形状可以与大腿外侧的形状相适应，例如，上主板101可以为如图1所示的、投影为矩形的板状结构。当然，上述上主板101还可以为如投影为椭圆形的板状结构等其他形状结构，这里没有唯一的限定。

在本实施例中，下主板102为与小腿对应的穿戴部分。如图1所示，下主板102的形状可以与小腿外侧的形状相适应，例如，下主板102可以为如图1所示的、投影为矩形的板状结构。当然，上述下主板102还可以为如投影为椭圆形的板状结构等其他形状结构，这里没有唯一的限定。

需要说明的是，在本实施例中，上主板101可以与下主板102接触，进而，下主板102可以为上主板101提供部分的支撑力，有助于减小上主板101在穿戴时从大腿位置滑落的可能性。

可以理解的是，腿部的状态可以包括伸直状态和弯曲状态。当腿部从伸直状态向弯曲状态变化或者从弯曲状态向伸直状态变化时，大腿穿戴的上述上主板则会相对于小腿穿戴下主板旋转。

在本实施例中，主连接板103可以分别与上主板101和下主板102 转动连接。进而，上述上主板101可以绕主连接板103旋转，主连接板103可以绕下主板102旋转。其中，上主板绕主连接板101旋转的旋转方向与主连接板103绕下主板102旋转的旋转方向相同，以此，可以实现上主板相对于下主板的旋转，进而可以实现穿戴上主板和下主板的腿部能够在伸直状态和弯曲状态之间切换。

在本实施例中，主连接板103可以采用各种方式与上主板101转动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，主连接板103 上可以设置有上主板转轴107，上主板101可以通过上主板转轴107 与主连接板103动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，装置100还可以包括：第一卡簧108，第一卡簧108可以设置在上主板转轴107 上，用于固定上主板转轴107。本实现方式通过设置第一卡簧，可以对上主板转轴107进行限位，防止上主板转轴107在上主板旋转的过程中发生移动，有助于提高上主板旋转的稳定性。

在本实施例中，与上主板类似，主连接板103可以采用各种方式与下主板102转动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，主连接板103 上可以设置有下主板转轴109，下主板102可以通过下主板转轴109 与主连接板103动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，装置100还可以包括：第二卡簧110，第二卡簧110可以设置在下主板转轴109 上，用于固定下主板转轴109。本实现方式通过设置第二卡簧，可以对下主板转轴109进行限位，防止下主板转轴109在主连接板103旋转的过程中发生移动，有助于提高主连接板旋转的稳定性。

在本实施例中，主连接板103绕下主板102的旋转可以与上主板 101绕主连接板103的旋转联动。具体而言，上主板101绕主连接板 103的旋转可以带动主连接板103绕下主板102旋转。

具体的，主连接板103绕下主板102的旋转可以通过各种方式与上主板101绕主连接板103的旋转联动。例如，可以在上主板和主连接板之间设置弹簧，当上主板相对于主连接板旋转时，上述弹簧拉伸，进而产生拉力，在该拉力的作用下，可以使得主连接板跟随上主板旋转，进而实现主连接板绕下主板1的旋转可以通过各种方式与上主板绕主连接板的旋转联动。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，上主板101 可以包括上齿轮1011，下主板102而言包括用于与上齿轮1011啮合的下齿轮1021，上齿轮1011和下齿轮1012可以用于使主连接板103 绕下主板102的旋转与上主板101绕主连接板103的旋转联动。

具体的，当上主板101绕主连接板103旋转时，上齿轮1011可以于下齿轮1021啮合，进而在两个齿轮的啮合而产生的摩擦力的作用下，可以使得主连接板跟随上主板旋转，进而实现主连接板绕下主板的旋转可以通过各种方式与上主板绕主连接板的旋转联动。

在本实施例中，驱动组件可以为用于驱动上述驱动连杆移动的结构，如图1所示，驱动组件104可以包括两个连接端，其中一个连接端可以与主连接板103固定连接，另一个连接端可以与驱动连杆105 转动连接。进而，驱动组件104可以随着主连接板103的旋转而旋转，并且，驱动组件104的旋转可以是绕着驱动连杆105的旋转。

需要说明的是，主连接板103上与驱动组件104连接的位置可以是非规则位置，主连接板103绕下主板102旋转时，非规则位置的竖直高度可以发生变化，进而，驱动组件104连接到非规则位置，可以在随着主连接板103旋转的过程中，产生竖直方向的位移，进而，可以驱动与其连接的驱动连杆在竖直方向上移动。

在这里，非规则位置可以由技术人员根据主连接板的形状等因素确定，为不模糊本公开的重点，将不再对具体的确定过程进行进一步描述。

在本实施例中，驱动组件104可以采用各种方式与驱动连杆105 转动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，装置100还可以包括驱动组件转轴111，驱动组件104可以通过驱动组件转轴111 与驱动连杆105转动连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，如图1所示，装置100还可以包括：第三卡簧112，第三卡簧112可以设置在驱动组件转轴111 上，用于固定驱动组件转轴111。本实现方式通过设置第三卡簧，可以对驱动组件转轴111进行限位，防止驱动组件转轴111在驱动组件 104旋转的过程中发生移动，有助于提高驱动组件旋转的稳定性。

在本实施例中，如图1所示，驱动连杆10可以包括两个连接端，其中一个连接端可以与上述驱动组件转动连接，另一个连接端可以与气缸106的出轴1061固定连接。进而，当驱动组件105在驱动组件 104的驱动下在竖直方向上移动使，气缸106的出轴1061可以随着驱动连杆105的移动而移动。

在本实施例中，气缸106的缸体1062与下主板102固定连接。进而当气缸106的出轴1061随着驱动连杆105移动时，出轴1061可以相对于缸体1062移动。

在本实施例中，为了更清楚地表征气缸106的结构，图1B示出了装置100中的气缸106的一个实施例的结构示意图。

如图1B所示，气缸106包括出轴1061和缸体1062，其中，出轴 1061为可伸缩结构，当出轴1061向缩入缸体1062的方向移动时，可以压缩气缸1062内的气体，使缸体1062内气压大于外界大气压，进而实现气缸储能。

具体的，图1C示出了腿部的外骨骼装置100的储能过程的示意图。图中的以实线示出的上主板、连接板、驱动组件和驱动连杆等可以对应初始状态，图中的以虚线示出的上主板、连接板、驱动组件和驱动连杆等可以对应储能后状态。可以理解，由初始状态到储能后状态变化的过程中，上主板可以如图1C所示进行逆时针的旋转，而主连接板可以在上主板的带动下同样进行逆时针的旋转，进而驱动组件可以随着主连接板旋转，同时产生竖直向下的位移，进而驱动连杆可以在驱动组件的驱动下带动出轴向下移动，以此，实现气缸的储能。

相对应的，当出轴1061向伸出缸体1062的方向移动时，由于缸体1062内的气压大于外界大气压，所以缸体1062内的气体会为出轴 1061的伸出提供助力，与此同时，缸体1062内的气压逐渐趋近于外界大气压，进而实现气缸释能。

具体的，图1D示出了腿部的外骨骼装置100的释能过程的示意图。图中的以实线示出的上主板、连接板、驱动组件和驱动连杆等可以对应初始状态，图中的以虚线示出的上主板、连接板、驱动组件和驱动连杆等可以对应释能后状态。可以理解，由初始状态到储能后状态变化的过程中，上主板可以如图1D所示进行顺时针的旋转，而主连接板可以在上主板的带动下同样进行顺时针的旋转，进而驱动组件可以随着主连接板旋转，同时产生竖直向上的位移，进而驱动连杆可以在驱动组件的驱动下带动出轴向上移动，以此，实现气缸的释能。

在本实施例的一些可选的实现方式中，腿部的外骨骼装置还可以包括：固定在下主板上的至少两个定位销，至少两个定位销可以分别设置在出轴的两侧，用于限制出轴的移动方向。具体的，作为示例，如图1所示，可以在下主板102上设置四个定位销113，具体可以在出轴1062的两侧分别设置两个，以此，可以点至出轴1062在竖直方向上移动。

本申请的上述实施例所公开的腿部的外骨骼装置100，包括上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸，其中，上主板为与大腿对应的穿戴部分；下主板为与小腿对应的穿戴部分；主连接板分别与上主板和下主板转动连接，进而，上主板可以绕主连接板旋转，主连接板也可以绕下连接板旋转，并且，主连接板绕下主板的旋转与上主板绕主连接板的旋转可以联动；驱动组件的一端与主连接板固定连接，进而驱动组件可以随着主连接板的旋转而旋转；气缸与下主板固定连接；驱动连杆的一端与驱动组件转动连接，另一端与气缸的出轴固定连接，从而驱动连杆可以在驱动组件的驱动下，带动气缸的出轴移动，进而实现气缸的储能和释能，以此，本公开的腿部的外骨骼装置可以在气缸释能时，为腿部的行动提供助力，相较于现有技术中的电动式的外骨骼装置，本公开机械式的外骨骼装置不存在续航的问题，可在全天候环境下使用，提高了外骨骼装置的机动性和适用范围；并且，由于本公开的外骨骼装置不需要安装电机等结构，所以本公开的外骨骼装置可以具有更轻的重量和更小的空间占用量。

接下来，请继续参考图2，其示出了根据本公开的腿部的外骨骼装置的另一个实施例的结构示意图。在本实施例中，腿部的外骨骼装置200可以包括上主板201、下主板202、主连接板203、副连接板204、驱动组件205、驱动连杆206和气缸207。需要说明的是，图 2对应的实施例中的上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸的实现方式可以参考图1对应的实施例，此处不再赘述。这里着重对相对于图1增加的结构“副连接板”进行描述。

在本实施例中，副连接板可以用于连接上主板和下主板，如图2 所示，副连接板204可以与主连接板203相对设置在上主板201和下主板202的两侧。并且，与主连接板203相类似，副连接板204可以分别与上主板201和下主板202转动连接。

具体的，副连接板204可以采用与主连接板203相类似的方式分别与上主板201和下主板202转动连接，具体可参看图1对应的实施例中的相关描述，此处不再赘述。

本申请的上述实施例提供的腿部的外骨骼装置200，与图1对应的腿部的外骨骼装置100相比，本实施例中的腿部的外骨骼装置200 增加了副连接板这个结构，通过增加这个结构，可以使得本实施例的上主板与下主板的连接更为稳固，进而提高上主板相对于下主板旋转的稳定性，减小上主板旋转过程中脱离主连接板的可能性。

本申请还公开了一种腿部的外骨骼机器人。该腿部的外骨骼机器人可以包括上文描述的腿部的外骨骼装置。本领域技术人员应当理解，上述腿部的外骨骼机器人除了包括外骨骼装置之外，还可以包括一些其他的公知的结构，如传感器、与腰部对应的穿戴部分等。为了不模糊本申请的重点，将不再对这些公知的结构进行进一步描述。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (11)

1.一种腿部的外骨骼装置，包括上主板、下主板、主连接板、驱动组件、驱动连杆和气缸，其中，

所述上主板，为与大腿对应的穿戴部分；

所述下主板，为与小腿对应的穿戴部分；

所述主连接板，分别与所述上主板和所述下主板转动连接，所述主连接板绕所述下主板的旋转与所述上主板绕所述主连接板的旋转联动；

所述驱动组件的一端与所述主连接板固定连接，另一端与所述驱动连杆转动连接；

所述驱动连杆与所述气缸的出轴固定连接；

所述气缸与所述下主板固定连接；

所述上主板，被配置成在大腿姿态变化时带动所述主连接板旋转；

所述主连接板，被配置成在旋转时带动所述驱动组件产生竖直向上或向下的位移；

所述驱动组件，被配置成在产生竖直向下的位移时，驱动所述驱动连杆带动所述气缸的出轴向下移动完成气缸的储能；在产生竖直向上的位移时，驱动所述驱动连杆带动所述气缸的出轴向上移动实现气缸的释能，为腿部的行动提供助力。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述上主板包括上齿轮，所述下主板包括用于与所述上齿轮啮合的下齿轮，所述上齿轮和所述下齿轮用于使所述主连接板绕所述下主板的旋转与所述上主板绕所述主连接板的旋转联动。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：副连接板，所述副连接板分别与所述上主板和所述下主板转动连接，与所述主连接板相对设置在所述上主板和所述下主板的两侧。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主连接板上设置有上主板转轴，所述上主板通过所述上主板转轴与所述主连接板转动连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述装置还包括：第一卡簧，用于固定所述上主板转轴。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主连接板上还设置有下主板转轴，所述下主板通过所述下主板转轴与所述主连接板转动连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置还包括：第二卡簧，用于固定所述下主板转轴。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括：驱动组件转轴，所述驱动组件通过所述驱动组件转轴与所述驱动连杆转动连接。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括：第三卡簧，用于固定所述驱动组件转轴。

10.根据权利要求1-9之一所述的装置，其中，所述装置还包括：固定在所述下主板上的至少两个定位销，所述至少两个定位销分别设置在所述出轴的两侧，用于限制所述出轴的移动方向。

11.一种腿部的外骨骼机器人，包括如权利要求1-10之一所述的腿部的外骨骼装置。

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