CN111700776A - 基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器 - Google Patents
基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，包括束腰带，束腰带的两侧设有保护壳体，保护壳体由保护壳C和保护壳A构成，保护壳体中设有主动轮，主动轮内侧设有内齿棘轮，内齿棘轮中安装有从动轮，从动轮的上端设有电磁铁，电磁铁的下端设有永久磁铁B，从动轮上端中安装有棘爪，棘爪后端设有按压块，按压块的后端设有永久磁铁A，从动轮的内侧安装有大腿杆固定件，大腿杆固定件的内侧设有导轨，下端连接有大腿助力杆，导轨上安装有储能弹簧，保护壳C的内侧连接有调节杆。本发明解决了老年群体长时间行走障碍问题，具有步距自动适应不同情况下人的走路习惯、助力模式可调、安全可靠、结构简单﹑成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及行走助力装置技术领域，尤其涉及基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器。
背景技术
经过改革开放40多年来的快速发展,我国已步入了一个高寿命、老龄化的时代，老龄化问题引起了整个社会的普遍关注，人口老龄化引起的主要问题就是失能老人人口的急剧增加，据有关预测分析，至2050年做家务困难的老人人数将达至1.4亿，在行走方面具有中度困难以上的达21.1%，下肢力量不足是老年人无法长时间行走的主要原因，导致老年人的生活范围受到限制，使用辅助行走装置是解决这一问题的有效途径。
辅助行走装置主要分为手持式与穿戴式，手持式辅助行走装置（如手杖）因其使用简单、便携性好、价格低廉，是目前市场上最常见的辅助行走装置，该装置通过上肢力量和手杖的共同作用来弥补下肢力量的不足，没有从根本上解决老年人下肢抬腿无力的问题。长期使用易造成上肢疲劳，最重要的是束缚了老年人的双手，对老年人的行走姿态也造成一定的不良影响。
穿戴式辅助行走装置的主要形式有带动力与无动力的。无动力助步器存在以下问题：（1）装置弹簧部分仍需人腿做功储能，未从根本上解决老年人长时间行走“累”的问题（2）直立不动时，双腿仍受到向前的力，舒适性较差（3）助力模式单一。难以满足不同群体对装置的使用需求。带有驱动的辅助行走装置具有自动化程度较高、功能较多、提供扭矩较大等优点。但同时也存在以下问题：（1）每一种行走模式下均需前期适应性训练（2）结构相对复杂，可靠性有待提高；（3）大多未能从结构上考虑安全性，如发生故障时骤停等（4）成本过高，难以普及（如，日本的外骨骼制造公司计划量产的ATOUN轻量化腰部外骨骼“ATOUNMODEL Y”的售价高达3.5万人民币）。鉴于以上原因，针对老年人下肢力量的不足，发明了一种能适应老年人走路模式、结构简单、成本低的步距自适应的下肢辅助行走装置,以满足老年人日常生活及长时间行走的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，解决了老年群体长时间行走障碍问题，具有步距自动适应不同情况下人的走路习惯、助力模式可调、安全可靠、结构简单﹑成本低的优点。
具体方案如下：
基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：包括束腰带，所述束腰带的左右两侧对称设有保护壳体，所述保护壳体由内外设置的保护壳C和保护壳A构成，保护壳体中设有主动轮，所述主动轮为竖直设置的圆盘状结构，其中部与设置在保护壳A外侧的蜗轮蜗杆减速电机的输出轴配合连接，内侧中部设有内齿棘轮，所述主动轮的内齿棘轮中配合安装有共中轴心的从动轮，所述从动轮的内侧上端设有电磁铁，所述电磁铁中配合安装有电磁铁通电后可向下滑动的推杆，电磁铁的下端后侧设有永久磁铁B，所述从动轮上端开设有放置槽，放置槽中安装有棘爪，所述棘爪与从动轮转动连接，并与内齿棘轮相适配，其后端设有按压块，所述按压块置于电磁铁的推杆下方，且按压块的后端设有可与永久磁铁B相互吸引的永久磁铁A，所述从动轮的内侧中部配合安装有大腿杆固定件，所述大腿杆固定件的内侧中部设有导轨，下端连接有大腿助力杆，所述导轨为圆弧状结构，其中轴线与从动轮的中轴线共线，导轨上配合安装有储能弹簧，所述储能弹簧的前端与设置在导轨上的储能弹簧约束卡扣接触，后端配合连接有储能弹簧导轨安装件，所述储能弹簧导轨安装件可沿导轨滑动，所述保护壳C的内侧中部转动连接有调节杆，所述调节杆包括前后连接的长杆段和短杆段，其中，短杆段的后端通过调节件与储能弹簧导轨安装件固定连接，所述保护壳C的内侧下部沿弧形轨迹从前往后依次设有卡件A、卡件B、卡件C和卡件D，长杆段的前端可配合卡接在卡件A、卡件B、卡件C和卡件D中，所述大腿助力杆的下端内侧设有大腿托板。
作为本发明的进一步改进，所述保护壳 C的内侧还设有保护壳B。
作为本发明的进一步改进，所述调节杆的长杆段前端设有把手。
作为本发明的进一步改进，所述电磁铁的底部配合安装有电磁铁座。
作为本发明的进一步改进，所述保护壳 C的内侧下部设有竖直传感器。
作为本发明的进一步改进，还包括两个脚底传感器。
作为本发明的进一步改进，所述束腰带的后侧还设有控制模块和电源模块，所述控制模块连接有控制器，所述竖直传感器、脚底传感器、电磁铁和蜗轮蜗杆减速电机均与控制模块信号连接。
作为本发明的进一步改进，所述控制器上设有报警器和电源开关。
本发明的有益效果在于：
1、结合了机械技术和控制技术，步距自适应使用者的走路习惯，无需前期适应性训练；
2、通过设置卡件A或卡件B（卡件C、卡件D），为不同的穿戴者提供不同的助力模式，提高了本装置的实用价值；
3、当蜗轮蜗杆减速电机或电器元件出现故障时或断电情况下可通过调节调节件的位置，使得大腿托板处于自由转动状态，几乎对穿戴者没有额外负载，具有较强的推广与应用价值；
4、本发明与市场同类产品比较，价格低廉，实用性强。
附图说明
图1为本发明基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器的结构示意图。
图2为图1中去掉束腰带后左半部分的结构示意图。
图3为图2中去掉保护壳B、大腿助力杆、大腿托板以及脚底传感器后的示意图。
图4为图3中去掉保护壳C后的结构示意图。
图5为图4的正面示意图。
图6为图5中A的局部放大图。
图7为主动轮示意图。
图8为控制器示意图。
附图标记列表：
1-束腰带，11-控制模块，12-电源模块，13-保护壳A，131-保护壳B，132-保护壳C，14-蜗轮蜗杆减速电机，15-控制器，151-报警器，152-电源开关，2-大腿助力杆，21-大腿托板，211-竖直传感器，22-脚底传感器，3-调节件，31-调节杆，311-卡件A，312-卡件B，313-卡件C，314-卡件D，32-把手，33-储能弹簧导轨安装件，34-储能弹簧，35-储能弹簧约束卡扣，36-导轨，4-电磁铁，41-电磁铁座，42-主动轮，43-从动轮，44-大腿杆固定件，5-棘爪，51-永久磁铁A，52-永久磁铁B 。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图所示，基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，包括束腰带1，所述束腰带1的左右两侧对称设有保护壳体，所述保护壳体由内外设置的保护壳 C132和保护壳A13构成，保护壳体中设有主动轮42，所述主动轮42为竖直设置的圆盘状结构，其中部与设置在保护壳A13外侧的蜗轮蜗杆减速电机14的输出轴配合连接，内侧中部设有内齿棘轮，所述主动轮42的内齿棘轮中配合安装有共中轴心的从动轮43，所述从动轮43的内侧上端设有电磁铁4，所述电磁铁4中配合安装有电磁铁4通电后可向下滑动的推杆，电磁铁4的下方后侧设有永久磁铁B52，所述从动轮43上端开设有放置槽，放置槽中安装有棘爪5，所述棘爪5与从动轮43转动连接，并与内齿棘轮相适配，其后端设有按压块，所述按压块置于电磁铁4的推杆下方，且按压块的后端设有可与永久磁铁B52相互吸引的永久磁铁A51，所述从动轮43的内侧中部配合安装有大腿杆固定件44，所述大腿杆固定件44的内侧中部设有导轨36，下端连接有大腿助力杆2，所述导轨36为圆弧状结构，其中轴线与从动轮43的中轴线共线，导轨36上配合安装有储能弹簧34，所述储能弹簧34的前端与设置在导轨36上的储能弹簧约束卡扣35接触，后端配合连接有储能弹簧导轨安装件33，所述储能弹簧导轨安装件33可沿导轨36滑动，所述保护壳C132的内侧中部转动连接有调节杆31，所述调节杆31包括前后连接的长杆段和短杆段，其中，短杆段的后端通过调节件3与储能弹簧导轨安装件33固定连接，所述保护壳C132的内侧下部沿弧形轨迹从前往后依次设有卡件A311、卡件B312、卡件C313和卡件D314，长杆段的前端可配合卡接在卡件A311、卡件B312、卡件C313和卡件D314中，所述大腿助力杆2的下端内侧设有大腿托板21。
在本实施例中，所述保护壳 C132的内侧还设有保护壳B131，所述调节杆31的长杆段前端设有把手32，所述电磁铁4的底部配合安装有电磁铁座41，所述保护壳 C132的内侧下部设有竖直传感器211，还包括两个脚底传感器22，所述束腰带1的后侧还设有控制模块11和电源模块12，所述控制模块11连接有控制器15，所述竖直传感器211、脚底传感器22、电磁铁4和蜗轮蜗杆减速电机14均与控制模块11信号连接，所述控制器15上设有报警器151和电源开关152。
本发明的工作原理及使用方法如下：
1、穿戴装置后，按下电源开关152，装置通电；
2、左（右）腿向前运动，大腿助力杆2转过竖直方向时，竖直传感器211受压，向控制模块11发出信号，蜗轮蜗杆减速电机14带动主动轮42顺时针转动，同时电磁铁4通电吸合，使得推杆向下运动，进而推动棘爪5顺时针转动，使得棘爪5与主动轮42锁定，最终蜗轮蜗杆减速电机14通过主动轮42、棘爪5、从动轮43和大腿杆固定件44带动大腿助力杆2顺时针转动，为穿戴者行走过程中的大腿摆动提供助力（电磁铁4、棘爪5与大腿杆固定件44均安装在从动轮43上）；
3、装置内设有储能弹簧34，在第2步骤中，因从动轮43顺时针转动，固定在从动轮43上的储能弹簧约束卡扣35开始压缩储能弹簧34，从而为储能弹簧34储能；
4、当人体脚底触地时，脚底传感器22受压，向控制模块11发出信号，电磁铁4断电，蜗轮蜗杆减速电机14逆时针迅速转动一圈，带动主动轮42逆时针转动一定角度，将棘爪5逆时针压回，此后棘爪5在永久磁铁A51与永久磁铁B52的吸力作用下与主动轮42脱离，并与从动轮43相对静止。然后储能弹簧34释能，推动储能弹簧约束卡扣35，从而带动从动轮43逆时针转动，从而为穿戴者在走路时的支撑期提供助力（永久磁铁A51固定在棘爪5上，永久磁铁B52固定在电磁铁座41上）；
5、右（左）腿重复２、３、４步骤，实现助力行走；
6、按下电源开关152，装置断电停止工作；
7、可通过装置上的把手32旋转调节杆31至卡件B312或卡件C313、卡件D314处（同时提供摆动助力和支撑助力），从而调节行走过程中储能弹簧34被压缩的距离，实现支撑阶段助力力度的调节。当调节杆31至卡件A311时，行走过程中储能弹簧34几乎不被压缩（仅有摆动助力）。当装置电源低于设定值时，报警器151报警，穿戴者可将调节杆31旋转至卡件A311处，以节约电能。当电路故障或电量为零时，由于调节杆3在卡件A311处，无需克服储能弹簧34做功，另外，在永久磁铁A51作用下，棘爪5与主动轮42脱离啮合（主动轮带有内齿棘轮），大腿助力杆2处于自由转动状态。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (8)
1.基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：包括束腰带（1），所述束腰带（1）的左右两侧对称设有保护壳体，所述保护壳体由内外设置的保护壳C（132）和保护壳A（13）构成，保护壳体中设有主动轮（42），所述主动轮（42）为竖直设置的圆盘状结构，其中部与设置在保护壳A（13）外侧的蜗轮蜗杆减速电机（14）的输出轴配合连接，内侧中部设有内齿棘轮，所述主动轮（42）的内齿棘轮中配合安装有共中轴心的从动轮（43），所述从动轮（43）的内侧上端设有电磁铁（4），所述电磁铁（4）中配合安装有电磁铁（4）通电后可向下滑动的推杆，电磁铁（4）的下方后侧设有永久磁铁B（52），所述从动轮（43）上端开设有放置槽，放置槽中安装有棘爪（5），所述棘爪（5）与从动轮（43）转动连接，并与内齿棘轮相适配，其后端设有按压块，所述按压块置于电磁铁（4）的推杆下方，且按压块的后端设有可与永久磁铁B（52）相互吸引的永久磁铁A（51），所述从动轮（43）的内侧中部配合安装有大腿杆固定件（44），所述大腿杆固定件（44）的内侧中部设有导轨（36），下端连接有大腿助力杆（2），所述导轨（36）为圆弧状结构，其中轴线与从动轮（43）的中轴线共线，导轨（36）上配合安装有储能弹簧（34），所述储能弹簧（34）的前端与设置在导轨（36）上的储能弹簧约束卡扣（35）接触，后端配合连接有储能弹簧导轨安装件（33），所述储能弹簧导轨安装件（33）可沿导轨（36）滑动，所述保护壳C（132）的内侧中部转动连接有调节杆（31），所述调节杆（31）包括前后连接的长杆段和短杆段，其中，短杆段的后端通过调节件（3）与储能弹簧导轨安装件（33）固定连接，所述保护壳C（132）的内侧下部沿弧形轨迹从前往后依次设有卡件A（311）、卡件B（312）、卡件C（313）和卡件D（314），长杆段的前端可配合卡接在卡件A（311）、卡件B（312）、卡件C（313）和卡件D（314）中，所述大腿助力杆（2）的下端内侧设有大腿托板（21）。
2.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述保护壳 C（132）的内侧还设有保护壳B（131）。
3.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述调节杆（31）的长杆段前端设有把手（32）。
4.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述电磁铁（4）的底部配合安装有电磁铁座（41）。
5.根据权利要求1所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述保护壳 C（132）的内侧下部设有竖直传感器（211）。
6.根据权利要求5所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：还包括两个脚底传感器（22）。
7.根据权利要求6所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述束腰带（1）的后侧还设有控制模块（11）和电源模块（12），所述控制模块（11）连接有控制器（15），所述竖直传感器（211）、脚底传感器（22）、电磁铁（4）和蜗轮蜗杆减速电机（14）均与控制模块（11）信号连接。
8.根据权利要求7所述的基于蜗轮蜗杆减速电机及储能弹簧混合驱动的辅助行走器，其特征在于：所述控制器（15）上设有报警器（151）和电源开关（152）。
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