CN111434323A - 可调节的腰部机构及使用其的外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节的腰部机构，用于连接外骨骼机器人的下肢，腰部机构包含：第一腰部连接架、第二腰部连接架及调节组件；第一腰部连接架具有第一端部，第一端部上开设有第一滑动部；第二腰部连接架具有第二端部，第二端部上开设有对位于第一滑动部的第二滑动部，第一端部与第二端部相互嵌套连接；调节组件连接于第一滑动部及第二滑动部，转动调节组件使得第一腰部连接架及第二腰部连接架同时相向或相背运动，从而调节腰部机构的宽度。

Description

可调节的腰部机构及使用其的外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及一种可调节的腰部机构，具体涉及一种外骨骼机器人的可调节的腰部机构。

背景技术

本发明以恢复、提升慢性骨关节疾病患者、脊髋损伤患者及脑损伤患者的行走能力为目标。目前在下肢功能障碍患者中，大部分由骨关节疾病引起，其余主要由脊髋损伤及脑损伤引起。目前市场也出现了针对这些患者适用的外骨骼机器人，以助于他们的下肢行动能力的恢复。现有技术的外骨骼机器人，其腰部机构都是固定长度并且即使可以调整也需要借助专业工具，固定长度的腰部机构使得机器人下肢不能同时适应不同体型的患者，而需要借助工具的调节方式使得调节很繁琐费时，因此急需开发一种克服上述缺陷的腰部机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可调节的腰部机构，用于连接外骨骼机器人的下肢，其中，所述腰部机构包含：

第一腰部连接架，其具有第一端部，所述第一端部上开设有第一滑动部；

第二腰部连接架，其具有第二端部，所述第一端部与所述第二端部相互嵌套连接，所述第二端部上开设有对位于所述第一滑动部的第二滑动部；

调节组件，连接于所述第一滑动部及所述第二滑动部，转动所述调节组件使得所述第一腰部连接架及所述第二腰部连接架同时相向或相背运动，从而调节所述腰部机构的宽度。

上述的腰部机构，其中，所述第一端部具有第一延伸部及第一凹槽部，所述第二端部具有第二延伸部及第二凹槽部，所述第一延伸部与所述第二凹槽部配合连接，所述第二延伸部与所述第一凹槽部配合连接，所述第一滑动部开设于所述第一延伸部及所述第一凹槽部上，所述第二滑动部开设于所述第二延伸部及所述第二凹槽部上。

上述的腰部机构，其中，所述调节组件包括：

转动轴；

齿轮，装设于所述转动轴上，所述第一滑动部及所述第二滑动部上均设置有与所述齿轮啮合连接的齿条结构；

手轮，装设于所述转动轴上，转动所述手轮带动所述齿轮于所述第一滑动部及所述第二滑动部上转动。

上述的腰部机构，其中，所述第一滑动部包括依次连接的第一段部、第二段部及第三段部，所述第二段部的宽度大于所述第一段部及所述第三段部的宽度，所述齿条结构设置于所述第二段部上；所述第二滑动部包括依次连接的第四段部、第五段部及第六段部，所述第五段部的宽度大于所述第四段部及所述第六段部的宽度，所述齿条结构设置于所述第五段部上。

上述的腰部机构，其中，还包括连接套，所述第一延伸部穿入所述连接套与所述第二凹槽部配合连接，所述第二延伸部穿入所述连接套与所述第一凹槽部配合连接，通过二个第一固定件连接所述连接套、所述第一滑动部及所述第二滑动部，松开所述二个第一固定件时，转动所述手轮带动所述齿轮于所述第一滑动部及所述第二滑动部上转动，以带动所述第一连接架及所述第二连接架同时相向或相背运动，进行腰部机构的宽度调节，调节完成后，拧紧所述二个第一固定件时，以将所述第一腰部连接架、所述第二腰部连接架及所述连接套固定于一起。

上述的腰部机构，其中，所述连接套上还开设有对位设置的二个轴承固定孔，所述调节组件还包括二个轴承及轴承挡盖，所述二个轴承对应地装设于所述二个轴承固定孔上，所述二个轴承及所述轴承挡盖还套设于所述转动轴上，所述二个轴承位于所述齿轮的两侧，所述轴承挡盖位于所述二个轴承的外侧且靠近所述手轮。

上述的腰部机构，其中，还包括二个腰部绑带板，所述第一腰部连接架还具有第三端部，所述第二腰部连接架还具有第四端部，所述二个腰部绑带板对应地装设于所述第三端部及所述第四端部上。

上述的腰部机构，其中，所述第三端部上平行开设有沿第一方向的二个第三滑动部，所述第四端部上平行开设有沿第一方向的二个第四滑动部，二个第二固定件将所述二个腰部绑带板其中之一固定于所述第三滑动部上，二个第三固定件将所述二个腰部绑带板其中之另一固定于所述第四滑动部上，松开所述第二固定件及/或所述第三固定件时，可调节所述腰部绑带板于所述腰部机构上的位置。

上述的腰部机构，其中，所述第三端部上还开设有第一平键槽，所述第一平键槽位于所述二个第三滑动部之间，所述第四端部上还开设有第二平键槽，所述第二平键槽位于所述二个第四滑动部之间，所述腰部机构还包括二个平键及二个下肢连接架，所述二个平键对应地装设于所述第一平键槽及所述第二平键槽内，所述二个下肢连接架对应地连接于所述二个平键，所述二个第二固定件还固定所述二个下肢连接架的其中之一于所述第三滑动部上，所述二个第三固定件还固定所述二个下肢连接架的其中之另一于所述第四滑动部上，松开所述第二固定件及/或所述第三固定件时，可调节所述下肢连接架于所述腰部机构上的位置。

本发明还提供一种外骨骼机器人，其中，包含：

上述中任一项所述的腰部机构；

二个下肢，连接于所述腰部机构，通过所述腰部机构调节所述下肢的左右相对位置，以及所述下肢相对于所述腰部机构的前后位置。

本发明针对于现有技术其功效在于，拆装方便、结构简单，同时实现了快速调节、精准定位、运动导向、锁紧防松的功能，节省了原材料，同时由于采取齿轮方式调节，因此调节时十分省力。

附图说明

图1是本发明可调节的腰部机构的整体结构示意图；

图2是图1中第一腰部连接架的结构示意图；

图3是图1中第二腰部连接架的结构示意图；

图4是图1的爆炸示意图；

图5是图1中调节组件、第一滑动部及第二滑动部的连接示意图；

图6是图1中腰部绑带板、下肢连接架及腰部连接架组装后的剖视图；

图7是本发明外骨骼机器人结构示意图。

其中，附图标记：

腰部机构1

第一腰部连接架11

第一端部D1

第一滑动部H1

第一延伸部111

第一凹槽部112

第一段部H11

第二段部H12

第三段部H13

第三端部D3

第三滑动部H3

第一平键槽113

第二腰部连接架12

第二端部D2

第二滑动部H2

第二延伸部121

第二凹槽部122

第四段部H21

第五段部H22

第六段部H23

第四端部D4

第四滑动部H4

第二平键槽123

调节组件13

转动轴131

齿轮132

手轮133

轴承134

轴承挡盖135

连接套14

固定通孔141

轴承固定孔142

第一固定件15

方形螺栓151

螺母152

腰部绑带板16

第二固定件17

螺栓171

螺母172

第三固定件18

螺栓181

螺母182

头部T

第一杆部G1

第二杆部G2

平面结构P

平键19

下肢连接架20

连接槽21

第一方向X

齿条结构C

下肢2

具体实施方式

兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本发明实施的限制。

请参照图1-图6，图1是本发明可调节的腰部机构的整体结构示意图；图2是图1中第一腰部连接架的结构示意图；图3是图1中第二腰部连接架的结构示意图；图4是图1的爆炸示意图；图5是图1中调节组件、第一滑动部及第二滑动部的连接示意图；图6是图1中腰部绑带板、下肢连接架及腰部连接架组装后的剖视图。如图1-图6所示，可调节的腰部机构用于连接外骨骼机器人的下肢，腰部机构1包含：第一腰部连接架11、第二腰部连接架12及调节组件13；第一腰部连接架11具有第一端部D1，所述第一端部D1上开设有第一滑动部H1；第二腰部连接架12具有第二端部D2，所述第一端部D1与所述第二端部D2相互嵌套连接，所述第二端部D2上开设有对位于所述第一滑动部H1的第二滑动部H2；调节组件13连接于所述第一滑动部H1及所述第二滑动部H2，转动所述调节组件13使得所述第一腰部连接架11及所述第二腰部连接架12同时相向或相背运动，从而调节所述腰部机构1的宽度。

值得注意的是，在本实施例中，第一腰部连接架11及第二腰部连接架12均为L型支架，但本发明并不以此为限。

其中，所述第一端部D1具有第一延伸部111及第一凹槽部112，所述第二端部D2具有第二延伸部121及第二凹槽部122，所述第一延伸部111插入所述第二凹槽部122与配合第二凹槽部122连接，所述第二延伸部121插入所述第一凹槽部112与配合第一凹槽部112连接，所述第一滑动部H1开设于所述第一延伸部111及所述第一凹槽部112上，所述第二滑动部H2开设于所述第二延伸部121及所述第二凹槽部122上。其中，在本实施例中，凹槽部与延伸部的宽度相同，另本发明并不对凹槽部与延伸部的长度进行限制，凹槽部与延伸部的长度可以相同或不同。

进一步地，所述调节组件13包括：转动轴131、齿轮132及手轮133；齿轮132装设于所述转动轴131上，所述第一滑动部H1及所述第二滑动部H2上均设置有与所述齿轮132啮合连接的齿条结构C；手轮133装设于所述转动轴131上，转动所述手轮133带动所述齿轮132于所述第一滑动部H1及所述第二滑动部上H2转动。

其中，所述第一滑动部H1包括依次连接的第一段部H11、第二段部H12及第三段部H13，所述第二段部H12的宽度大于所述第一段部H11及所述第三段部H13的宽度，所述齿条结构C设置于所述第二段部H12上；所述第二滑动部H2包括依次连接的第四段部H21、第五段部H22及第六段部H23，所述第五段部H22的宽度大于所述第四段部H21及所述第六段部H23的宽度，所述齿条结构C设置于所述第五段部H22上。

再进一步地，腰部机构1还包括连接套14，所述第一延伸部111穿入所述连接套14插入所述第二凹槽部122，所述第二延伸部121穿入所述连接套14插入所述第一凹槽部112，通过二个第一固定件15连接所述连接套14、所述第一滑动部H1及所述第二滑动部H2，松开所述二个第一固定件15时，转动所述手轮133带动所述齿轮132于所述第一滑动部H1及所述第二滑动部H2上转动，以带动所述第一连接架11及所述第二连接架12同时相向或相背运动，从而进行腰部机构1的宽度调节，调节完成后，拧紧所述二个第一固定件15时，以将所述第一腰部连接架11、所述第二腰部连接架12及所述连接套14固定于一起。同时采用安装于连接套14两端的第一固定件15固定第一腰部连接架11、第二腰部连接架12和连接套14的设计方式，使第一腰部连接架11和第二腰部连接架12相对于连接套14都是两点固定，可以限制腰部结构在实际使用中的倾覆变形量，提高腰部结构的使用性能。

其中，在本实施例中，二个第一固定件15均包括方形螺栓151及螺母152，连接套14开设有适配于方形螺栓151的二个固定通孔141，一螺栓151穿过一固定通孔141、第四段部及第三段部后连接于一螺母152，另一螺栓151穿过另一固定通孔141、第六段部及第一段部后连接于另一螺母152。

其中，连接套14上还开设有对位设置的二个轴承固定孔142，所述调节组件13还包括二个轴承134及轴承挡盖135，所述二个轴承134对应地装设于所述二个轴承固定孔142上，所述二个轴承134及所述轴承挡盖135还套设于所述转动轴131上，所述二个轴承134位于所述齿轮132的两侧，所述轴承挡盖135设置于所述二个轴承134的外侧且靠近所述手轮133。

又进一步地，腰部机构1还包括二个腰部绑带板16，所述第一腰部连接架11还具有第三端部D3，所述第二腰部连接架12还具有第四端部D4，所述二个腰部绑带板16对应地装设于所述第三端部D3及所述第四端部D4上。

其中，所述第三端部D3上平行开设有沿第一方向X的二个第三滑动部H3，所述第四端部D4上平行开设有沿第一方向X的二个第四滑动部H4，二个第二固定件17将所述二个腰部绑带板16其中之一固定于所述第三滑动部H3上，二个第三固定件18将所述二个腰部绑带板16其中之另一固定于所述第四滑动部H4上，松开所述第二固定件17及/或所述第三固定件18时，可调节所述腰部绑带板16于所述腰部机构1上的位置。

更进一步地，所述第三端部D3上还开设有第一平键槽113，所述第一平键槽113位于所述二个第三滑动部H3之间且平行于第三滑动部H3，所述第四端部D4上还开设有第二平键槽123，所述第二平键槽123位于所述二个第四滑动部H4之间且平行于第四滑动部H4，所述腰部机构1还包括二个平键19及二个下肢连接架20，所述二个平键19对应地装设于所述第一平键槽113及所述第二平键槽123内，所述二个下肢连接架20对应地连接于所述二个平键19，所述二个第二固定件17还固定所述二个下肢连接架20的其中之一于所述第三滑动部H3上，所述二个第三固定件18还固定所述二个下肢连接架20的其中之另一于所述第四滑动部H4上，松开所述第二固定件17及/或所述第三固定件18时，还可调节所述下肢连接架20于所述腰部机构1上的位置，进而起到调节下肢位置的效果。平键19的设计可以承受来自沿下肢连接架20方向的力，保护所述第二固定件17及所述第三固定件18，提高设备的安全性。

其中，在本实施例中，二个下肢连接架20上均开设有对应于平键19的连接槽21，连接槽21与平键19配合连接，连接槽21可于平键19上滑动。

其中，在本实施中，第二固定件17及第三固定件18结构相同，且均包括螺栓171、181及螺母172、182。螺栓171的一端穿过腰部绑带板16、第三滑动部H3及一下肢连接架20连接于螺母172；螺栓181的一端穿过腰部绑带板16、第四滑动部H4及一下肢连接架20连接于螺母182。

进一步地，螺栓171、181均具有依次连接的头部T、第一杆部G1及第二杆部G2，第一杆部G1设置有贴合第三滑动部H3或第四滑动部H4的二个平面结构P，二个平面结构P于第三滑动部H3或第四滑动部H4上滑动，第二杆部G2连接对应地螺母172或螺母182，其中在本实施例中，第一杆部G1呈方形柱状体结构，第二杆部G2呈圆形柱状体结构，但本发明并不以此为限。

请参照图7，图7是本发明外骨骼机器人结构示意图。如图7所示本发明外骨骼机器人包含：腰部机构1及二个下肢2，其中腰部机构11的结构与前述实施例相同，在此就不再赘述了，二个下肢2对应地连接于腰部机构1的二个下肢连接架20，通过所述腰部机构调节所述下肢的左右相对位置，以及所述下肢相对于所述腰部机构的前后位置。

本发明的腰部结构及外骨骼机器人，具有拆装方便、结构简单的优点，同时实现了快速调节、精准定位、运动导向、锁紧防松的功能，节省了原材料，同时由于采取齿轮方式调节，因此调节时十分省力。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可调节的腰部机构，用于连接外骨骼机器人的下肢，其特征在于，所述腰部机构包含：

第一腰部连接架，其具有第一端部，所述第一端部上开设有第一滑动部；

第二腰部连接架，其具有第二端部，所述第一端部与所述第二端部相互嵌套连接，所述第二端部上开设有对位于所述第一滑动部的第二滑动部；

调节组件，连接于所述第一滑动部及所述第二滑动部，转动所述调节组件使得所述第一腰部连接架及所述第二腰部连接架同时相向或相背运动，从而调节所述腰部机构的宽度。

2.如权利要求1所述的腰部机构，其特征在于，所述第一端部具有第一延伸部及第一凹槽部，所述第二端部具有第二延伸部及第二凹槽部，所述第一延伸部与所述第二凹槽部配合连接，所述第二延伸部与所述第一凹槽部配合连接，所述第一滑动部开设于所述第一延伸部及所述第一凹槽部上，所述第二滑动部开设于所述第二延伸部及所述第二凹槽部上。

3.如权利要求2所述的腰部机构，其特征在于，所述调节组件包括：

转动轴；

齿轮，装设于所述转动轴上，所述第一滑动部及所述第二滑动部上均设置有与所述齿轮啮合连接的齿条结构；

手轮，装设于所述转动轴上，转动所述手轮带动所述齿轮于所述第一滑动部及所述第二滑动部上转动。

4.如权利要求3所述的腰部机构，其特征在于，所述第一滑动部包括依次连接的第一段部、第二段部及第三段部，所述第二段部的宽度大于所述第一段部及所述第三段部的宽度，所述齿条结构设置于所述第二段部上；所述第二滑动部包括依次连接的第四段部、第五段部及第六段部，所述第五段部的宽度大于所述第四段部及所述第六段部的宽度，所述齿条结构设置于所述第五段部上。

5.如权利要求4所述的腰部机构，其特征在于，还包括连接套，所述第一延伸部穿入所述连接套与所述第二凹槽部配合连接，所述第二延伸部穿入所述连接套与所述第一凹槽部配合连接，通过二个第一固定件连接所述连接套、所述第一滑动部及所述第二滑动部，松开所述二个第一固定件时，转动所述手轮带动所述齿轮于所述第一滑动部及所述第二滑动部上转动，以带动所述第一连接架及所述第二连接架同时相向或相背运动，进行腰部机构的宽度调节，调节完成后，拧紧所述二个第一固定件时，以将所述第一腰部连接架、所述第二腰部连接架及所述连接套固定于一起。

6.如权利要求5所述的腰部机构，其特征在于，所述连接套上还开设有对位设置的二个轴承固定孔，所述调节组件还包括二个轴承及轴承挡盖，所述二个轴承对应地装设于所述二个轴承固定孔上，所述二个轴承及所述轴承挡盖还套设于所述转动轴上，所述二个轴承位于所述齿轮的两侧，所述轴承挡盖位于所述二个轴承的外侧且靠近所述手轮。

7.如权利要求1所述的腰部机构，其特征在于，还包括二个腰部绑带板，所述第一腰部连接架还具有第三端部，所述第二腰部连接架还具有第四端部，所述二个腰部绑带板对应地装设于所述第三端部及所述第四端部上。

8.如权利要求7所述的腰部机构，其特征在于，所述第三端部上平行开设有沿第一方向的二个第三滑动部，所述第四端部上平行开设有沿第一方向的二个第四滑动部，二个第二固定件将所述二个腰部绑带板其中之一固定于所述第三滑动部上，二个第三固定件将所述二个腰部绑带板其中之另一固定于所述第四滑动部上，松开所述第二固定件及/或所述第三固定件时，可调节所述腰部绑带板于所述腰部机构上的位置。

9.如权利要求8所述的腰部机构，其特征在于，所述第三端部上还开设有第一平键槽，所述第一平键槽位于所述二个第三滑动部之间，所述第四端部上还开设有第二平键槽，所述第二平键槽位于所述二个第四滑动部之间，所述腰部机构还包括二个平键及二个下肢连接架，所述二个平键对应地装设于所述第一平键槽及所述第二平键槽内，所述二个下肢连接架对应地连接于所述二个平键，所述二个第二固定件还固定所述二个下肢连接架的其中之一于所述第三滑动部上，所述二个第三固定件还固定所述二个下肢连接架的其中之另一于所述第四滑动部上，松开所述第二固定件及/或所述第三固定件时，可调节所述下肢连接架于所述腰部机构上的位置。

10.一种外骨骼机器人，其特征在于，包含：

上述权利要求1-9中任一项所述的腰部机构；

二个下肢，连接于所述腰部机构，通过所述腰部机构调节所述下肢的左右相对位置，以及所述下肢相对于所述腰部机构的前后位置。

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