CN112168524B - 一种可实现坐立行三态转换的辅助移动轮椅外骨骼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，包括两组支架、座板组件、一组或两组外骨骼和左右连接件；每组支架均包括行走机构和升降机构，升降机构包括滑块和侧板，侧板固定连接在滑块上能随滑块上、下移动实现升降；座板组件包括座板，座板能随侧板的升降实现收起和放平；每组外骨骼均包括依次连接的外骨骼髋关节、外骨骼大腿杆、外骨骼膝关节、外骨骼小腿杆、外骨骼踝关节和脚底板。使用者通过各电机控制整个装置的移动、转弯和刹车、侧板的升降和外骨骼关节的转动，从而实现坐姿，站立，行走三种状态的转换。本发明能够解决下肢运动障碍的人群站立和行走的问题，将轮椅与可穿戴外骨骼巧妙地结合在一起，适用不同的人群。

Description

一种可实现坐立行三态转换的辅助移动轮椅外骨骼装置
技术领域
本发明涉及医疗康复器械，特别涉及一种可以实现患者坐姿、站姿和行走三种状态转换的辅助移动轮椅外骨骼装置。
背景技术
当前社会中风是一种高发病率的世界范围的疾病，它严重影响人的生命与健康。中风患者多患有脑瘫、偏瘫，导致他们失去行走能力，生活不能自理，对他们的生活造成了极大的困扰，同时，也给他们的家庭带来了巨大的经济负担。站立和行走是中风患者的两大迫切需求，目前市场的可供使用的康复装置是可穿戴外骨骼和轮椅。轮椅只能实现坐姿的辅助移动，但是不能使患者的下肢得到康复训练，这容易导致患者下肢出现肌肉萎缩，而且轮椅也不能实现站立，长期坐在轮椅上会使患者心理自卑感越来越严重。可穿戴外骨骼可以帮助患者进行康复训练，但是需要平衡和支撑患者的体重，此外，因为中风患者下肢完全瘫痪，不能自主运动，所以他们能够运用外骨骼进行康复训练的时间是很短暂的，一般来说，他们穿戴外骨骼训练比较短的一段时间就会很累，所以需要坐下来休息，而且可穿戴外骨骼也不能实现患者又坐姿到站姿的转换，因此设计出一种可实现坐姿、站立、行走三种状态相互转换以及行走训练后坐下来休息的康复装置是很有必要的，可以为很多患者带来福音。
发明内容
本发明的目的是克服现有可穿戴外骨骼和轮椅各自存在的问题，提供一种可帮助失去行走能力的人群实现坐姿、站立以及行走的辅助移动轮椅外骨骼装置，本发明既能为使用者站立后的行走时提供支撑，保持行走的平衡，提高使用安全性，也可以让使用者在进行完康复训练后坐下来休息，且设计稳固可靠，成本较低。
本发明所采用的技术方案是：一种可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，包括：
相对布置的两组支架，每组所述支架均包括行走机构和升降机构；所述行走机构用于控制所述轮椅外骨骼装置的移动、转弯和刹车；所述升降机构包括滑块和侧板，所述滑块能上、下移动，所述侧板固定连接在所述滑块上，能随所述滑块上、下移动实现升降；
座板组件，所述座板组件包括座板，所述座板设置在所述两组支架之间，能随所述侧板的升降实现收起和放平；
一组或两组外骨骼，每组所述外骨骼均包括依次连接的外骨骼髋关节、外骨骼大腿杆、外骨骼膝关节、外骨骼小腿杆、外骨骼踝关节和脚底板；所述外骨骼髋关节连接在所述侧板上，并能使所述外骨骼大腿杆发生转动，所述外骨骼膝关节能使所述外骨骼大腿杆与所述外骨骼小腿杆之间发生相对转动，所述外骨骼踝关节能使所述外骨骼小腿杆与所述脚底板之间发生相对转动；以及，
左右连接件，所述左右连接件连接所述两组支架。
进一步地，所述行走机构包括：
底部支撑架，所述升降机构的丝杠导轨和所述座板组件的座板支撑架均固定连接在所述底部支撑架上；以及，
驱动轮和万向轮，所述驱动轮和万向轮安装在所述底部支撑架的底部。
进一步地，所述升降机构还包括：
86步进电机；
丝杠导轨，所述丝杠导轨固定连接在所述行走机构的底部支撑架上；以及，
丝杠，通过所述86步进电机驱动所述丝杠转动带动所述滑块沿所述丝杠导轨上、下移动。
进一步地，每组所述支架均还包括扶手结构，所述扶手结构包括：
扶手，所述扶手的内端固定连接在所述侧板上；以及，
扶手连接杆，所述扶手连接杆与所述扶手呈一角度布置，所述扶手连接杆的内端固定连接在所述侧板上，所述扶手连接杆的外端与所述扶手的外端固定连接。
进一步地，每组所述支架均还包括减重带结构，所述减重带结构包括：
减重带固定板，所述减重带固定板与所述侧板固定连接；以及，
减重带，所述减重带绑在所述减重带固定板上。
进一步地，所述座板组件还包括两条L型导轨，所述两条L型导轨分别通过座板支撑架固定连接在所述两组支架的行走机构的底部支撑架上；所述L型导轨的其中一支臂水平布置、另一支臂竖直布置，并且，竖直布置的支臂位于所述轮椅外骨骼装置的后部，所述L型导轨的两支臂的连接处圆滑过渡；
所述座板设置在所述两条L型导轨之间，所述座板的两侧前端均设置有与所述L型导轨相配合的圆柱头，两个所述圆柱头分别伸入至对应的所述L型导轨内，使得所述座板能沿所述L型导轨滑动。
进一步地，所述座板的末端通过座板连接杆与所述侧板连接，所述座板连接杆的一端与所述侧板固定连接、另一端与所述座板的末端转动连接，使得所述座板能随所述侧板的升降沿所述L型导轨滑动实现收起和放平。
进一步地，所述座板的中后部两侧边缘设置有角型槽，所述角型槽由呈直角布置的短边和长边组成，当所述座板放平时，所述短边自所述座板的上表面向上延伸、所述长边自所述短边的顶端向外延伸，使得所述座板放平时，所述角型槽的长边卡在所述L型导轨的上边沿上。
进一步地，所述左右连接件包括：
U型板，所述U型板的两端分别与所述两组支架的升降机构的丝杠导轨固定连接；
U型杆a，所述U型杆a的两端分别与所述两组支架的减重带固定板固定连接；以及，
U型杆b，所述U型杆b的两端分别与位于所述座板组件两侧的座板支撑架固定连接。
进一步地，所述外骨骼大腿杆包括大腿外杆和设置在所述大腿外杆内能伸缩的大腿内杆；
所述外骨骼小腿杆包括小腿外杆和设置在所述小腿外杆内能伸缩的小腿内杆；
所述外骨骼髋关节包括髋关节转轴、圆柱滚子轴承、髋关节驱动舵机以及相互啮合的大齿轮和小齿轮；所述髋关节转轴的一端与所述大腿内杆固定连接、另一端通过所述圆柱滚子轴承与所述侧板连接，所述圆柱滚子轴承的外圈与所述侧板固定连接、内圈与所述髋关节转轴固定连接；所述大齿轮固定连接在髋关节转轴上，并位于所述大腿内杆与所述侧板之间；所述髋关节驱动舵机设置在所述侧板的外侧，所述髋关节驱动舵机的输出轴与所述小齿轮固定连接，通过所述髋关节驱动舵机驱动所述小齿轮转动，从而带动所述大齿轮转动，进而带动所述髋关节转轴转动，从而实现所述外骨骼大腿杆转动；
所述外骨骼膝关节包括膝关节转轴、两个深沟球轴承、两个V型连接件、大腿外杆连接件和推杆电机；所述膝关节转轴的两端分别通过所述两个深沟球轴承与所述两个V型连接件连接，每个所述深沟球轴承的外圈分别与对应的所述V型连接件固定连接、内圈均与所述膝关节转轴固定连接；所述大腿外杆连接件位于所述两个V型连接件之间，所述大腿外杆连接件的一端与所述大腿外杆固定连接、另一端固定连接在所述膝关节转轴上；所述两个V型连接件的其中一支臂共同与所述小腿外杆固定连接、另一支臂共同与所述推杆电机的推杆固定连接，所述推杆电机的基座固定连接在所述大腿外杆上，通过所述推杆电机的推杆的伸缩带动所述外骨骼大腿杆发生相对所述外骨骼小腿杆的转动；
所述外骨骼踝关节包括踝关节连接件a、踝关节连接件b和踝关节转轴，所述踝关节连接件a与所述脚底板固定连接，所述踝关节连接件b与所述小腿内杆固定连接，所述踝关节转轴连接所述踝关节连接件a和踝关节连接件b。
本发明的有益效果是：
从坐立到站立，再到辅助行走的整个过程中，本轮椅外骨骼装置都会为使用者提供平衡支撑，保证使用者不会因为平衡不足而摔倒，保证使用的安全性。
外骨骼大腿杆和小腿杆都是可以调节长度的杆，这样外骨骼可以适应更多不同的人群，使他们穿着起来方便、舒服。
集轮椅和穿戴外骨骼的功能与一体，同时还能实现坐姿到站立的转换，满足具有下肢运动障碍的人群的需求，一机多用，功能强大。
附图说明
图1是本发明轮椅外骨骼装置坐姿状态的结构侧视图；
图2是本发明轮椅外骨骼装置坐姿状态的结构左视图；
图3是本发明轮椅外骨骼装置坐姿状态的结构后视图；
图4是本发明轮椅外骨骼装置站立状态的结构侧视图；
图5是本发明轮椅外骨骼装置站立状态的结构左视图；
图6是本发明轮椅外骨骼装置除去包装外壳的坐姿状态的结构侧视图；
图7是本发明轮椅外骨骼装置除去包装外壳的坐姿状态的结构后视图；
图8是本发明轮椅外骨骼装置的右边部分的结构侧视图；
图9是本发明轮椅外骨骼装置的外骨骼部分的结构侧视图；
图10是本发明轮椅外骨骼装置的外骨骼髋关节爆炸示意图；
图11是本发明轮椅外骨骼装置的外骨骼髋关节剖视图；
图12是本发明轮椅外骨骼装置的外骨骼膝关节爆炸示意图；
图13是本发明轮椅外骨骼装置的外骨骼膝关节剖视图；
附图标注：1-包装外壳a；2-底部支撑架；3-万向轮；4-驱动轮；5-包装外壳b；6-舵机外壳；7-U型板；8-座板靠背；9-U型杆a；10-减重带固定板；11-U型杆b；12-减重带；13-侧板；14-加强肋；15-髋关节齿轮包装外壳；16-座板；17-斜拉杆；18-座板支撑架；19-丝杠导轨；20-电源控制箱；21-滑块；22-垫板；23-扶手；24-86步进电机；25-角码；26-L型导轨；27-扶手连接杆；28-丝杠；29-联轴器；30-髋关节驱动舵机；31-套筒a；32-髋关节转轴；33-小齿轮；34-轴承外圈挡圈；35-圆柱滚子轴承；36-普通平键；37-套筒b；38-大齿轮；39-套筒c；40-大腿内杆；41-大腿外杆；42-推杆电机固定片；43-大腿绑带固定件；44-大腿绑带；45-膝关节转轴；46-推杆电机；47-深沟球轴承；48-V型连接件；49-大腿外杆连接件；50-小腿外杆；51-小腿绑带固定件；52-小腿绑带；53-小腿内杆；54-踝关节连接件a；55-踝关节连接件b；56-踝关节转轴；57-橡胶套；58-脚部绑带；59-脚底板；60-座板连接杆；61-轴承内圈挡圈；62-弹簧垫片；63-螺栓；64-角型槽。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
针对因中风导致脑瘫、偏瘫的具有下肢运动障碍的人群，能够帮助他们实现站立，行走以及辅助移动，本发明提出一种可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，如图1至图13所示，所述轮椅外骨骼装置包括相对布置的两组支架、座板组件、一组或两组外骨骼、左右连接件、座板靠背8、外包组壳和电源控制箱20等。
每组所述支架均包括行走机构、升降机构、扶手结构和减重带结构。
所述行走机构用于控制所述轮椅外骨骼装置的移动、转弯和刹车。所述行走机构包括底部支撑架2、驱动轮4和万向轮3，所述驱动轮4和万向轮3安装在所述底部支撑架2的底部，可以驱动整个轮椅外骨骼装置的移动，转弯和刹车。
所述升降机构包括86步进电机24、联轴器29、丝杠28、丝杠导轨19、滑块21、侧板13、斜拉杆17、垫板22和螺栓，所述丝杠导轨19固定连接在所述行走机构的底部支撑架2上，通过所述斜拉杆17和螺栓固定，如图6所示；所述86步进电机24通过所述联轴器29与所述丝杠28连接，所述86步进电机24驱动所述丝杠28转动带动所述滑块21沿所述丝杠导轨19上、下移动；所述侧板13通过螺栓固定连接在所述滑块21上，能随所述滑块21上、下移动实现升降；所述侧板13与所述滑块21之间设置有垫板22。
所述扶手结构包括扶手23、扶手连接杆27和角码25。所述扶手23的内端通过所述角码25固定连接在所述侧板13上；所述扶手连接杆27与所述扶手23呈一角度布置，所述扶手连接杆27的内端通过所述角码25固定连接在所述侧板13上，所述扶手连接杆27的外端与所述扶手23的外端固定连接。所述扶手结构能随所述侧板13上、下移动，能为使用者提供支撑，设计简单，结构稳定，强度足够。
所述减重带结构包括减重带12和减重带固定板10。所述减重带固定板10与所述侧板13通过焊接固定连接，所述减重带固定板10的顶部横梁与竖向支柱之间设置有加强肋14；所述减重带12绑在所述减重带固定板10上。使用时，所述减重带12绑在使用者的肩膀上，通过驱动所述丝杠28转动带动所述侧板13上升，从而带动所述减重带固定板10上升，给使用者提升力。
所述座板组件包括座板16、两条L型导轨26、座板支撑架18和座板连接杆60，所述座板16设置在所述两组支架之间，能随所述侧板13的升降实现收起和放平，站立和行走时不干涉人腿，同时又能为使用者坐下使提供支撑。具体地，所述两条L型导轨26分别通过所述座板支撑架18固定连接在所述两组支架的行走机构的底部支撑架2上；所述L型导轨26的其中一支臂水平布置、另一支臂竖直布置，并且，竖直布置的支臂位于所述轮椅外骨骼装置的后部，所述L型导轨26的两支臂的连接处圆滑过渡。所述座板16设置在所述两条L型导轨26之间，所述座板16的两侧前端均设置有与所述L型导轨26相配合的圆柱头，两个所述圆柱头分别伸入至对应的所述L型导轨26内，并能沿所述L型导轨26滑动，从而使得所述座板16能沿所述L型导轨26滑动；所述座板16的中后部两侧边缘焊接角型槽64，所述角型槽64由呈直角布置的短边和长边组成，当所述座板16放平时，所述短边自所述座板16的上表面向上延伸、所述长边自所述短边的顶端向外延伸，使得所述座板16放平时，所述角型槽64的长边卡在所述L型导轨26的上边沿上，此时，所述角型槽64与伸进L型导轨26的所述圆柱头共同起使用者的重力和固定所述座板16的作用；所述座板16的末端通过所述座板连接杆60与所述侧板13连接，所述座板连接杆60的一端与所述侧板13固定连接、另一端与所述座板16的末端转动连接，如图8所示，使得所述座板16能随所述侧板13的升降沿所述L型导轨26滑动实现收起和放平，其中，所述座板连接杆60和所述座板16的末端之间通过半牙螺栓连接，同时，所述座板连接杆60连接在所述半牙螺栓的光杆上，使得所述座板连接杆60与所述座板16之间能发生相对转动。
如图9所示，每组所述外骨骼均包括依次连接的外骨骼髋关节、外骨骼大腿杆、外骨骼膝关节、外骨骼小腿杆、外骨骼踝关节和脚底板59。所述外骨骼髋关节连接在所述侧板13上，使所述外骨骼与所述侧板13成为一个整体，所述外骨骼髋关节和外骨骼膝关节分别通过各自的电机驱动，能使所述外骨骼大腿杆发生转动、使所述外骨骼大腿杆与所述外骨骼小腿杆之间发生相对转动；所述外骨骼踝关节是被动的，能使所述外骨骼小腿杆与所述脚底板59之间发生相对转动。
具体地，所述外骨骼大腿杆和所述外骨骼小腿杆均能调节长短，所述外骨骼大腿杆包括大腿外杆41和设置在所述大腿外杆41内能伸缩的大腿内杆40，同样的，所述外骨骼小腿杆包括小腿外杆50和设置在所述小腿外杆50内能伸缩的小腿内杆53，其中，所述大腿外杆41设计成弯杆，其形状更符合人的大腿，提高舒适性。此外，所述大腿外杆41和所述小腿外杆50上分别设置有大腿绑带44和小腿绑带52，所述大腿绑带44通过大腿绑带固定件43固定连接在所述大腿外杆41上、所述小腿绑带52通过小腿绑带固定件51固定连接在所述小腿外杆50上。
如图10和图11所示，所述外骨骼髋关节包括髋关节转轴32、圆柱滚子轴承35、髋关节驱动舵机30、相互啮合的大齿轮38和小齿轮33、以及轴承外圈挡圈34、套筒a31、套筒b37和套筒c39。所述髋关节转轴32的一端与所述大腿内杆40固定连接、另一端通过所述圆柱滚子轴承35与所述侧板13连接，所述圆柱滚子轴承35的外圈与所述侧板13固定连接、内圈与所述髋关节转轴32固定连接，其中，所述髋关节转轴32通过普通平键36与所述圆柱滚子轴承35的内圈固定连接，所述髋关节转轴32采用轴承外圈挡圈34顶住外圈，所述轴承外圈挡圈34通过螺栓固定在所述侧板13的两侧上；所述大齿轮38固定连接在髋关节转轴32上，并位于所述大腿内杆40与所述侧板13之间；所述套筒b37和套筒c39分别设置在所述大齿轮的两侧，并均通过过渡配合安装在所述髋关节转轴32上；所述髋关节驱动舵机30设置在所述侧板13的外侧，所述髋关节驱动舵机30的输出轴与所述小齿轮33固定连接，通过所述髋关节驱动舵机30驱动所述小齿轮33转动，从而带动所述大齿轮38转动，进而带动所述髋关节转轴32转动，从而实现所述外骨骼大腿杆转动；所述套筒a31通过过渡配合装在所述髋关节驱动舵机30的轴上。所述外骨骼髋关节具有较大的传动比，驱动外骨骼大腿杆运动的扭矩充足。
如图12和图13所示，所述外骨骼膝关节包括膝关节转轴45、两个深沟球轴承47、两个V型连接件48、大腿外杆连接件49、推杆电机46以及轴承外圈挡圈、轴承内圈挡圈61、弹簧垫片62和螺栓63。所述膝关节转轴45的两端分别通过所述两个深沟球轴承47与所述两个V型连接件48连接，连接位置为所述V型连接件48的两支臂的连接处，每个所述深沟球轴承47的外圈分别与对应的所述V型连接件48固定连接、内圈均与所述膝关节转轴45固定连接；所述大腿外杆连接件49位于所述两个V型连接件48之间，所述大腿外杆连接件49的一端与所述大腿外杆41固定连接、另一端固定连接在所述膝关节转轴45上；所述两个V型连接件48的其中一支臂共同与所述小腿外杆50固定连接、另一支臂共同与所述推杆电机46的推杆固定连接，所述推杆电机46的基座通过推杆电机固定片42固定连接在所述大腿外杆41上，使用时，当患者想要站立时，小腿是不动的，而需大腿发生相对小腿的转动，因此，当所述推杆电机46的推杆伸缩时，所述外骨骼小腿杆不动，则，所述外骨骼大腿杆在所述推杆电机46的作用下发生相对所述外骨骼小腿杆的转动。此外，所述大腿外杆连接件49上用于连接所述膝关节转轴45的圆孔两侧边缘均设置有凸环，所述凸环的圆环面积介于所述深沟球轴承47的内、外圈之间，在所述大腿外杆连接件49固定连接在所述膝关节转轴45上的同时，两侧的所述凸环分别顶住所述两个深沟球轴承47的内圈内侧，所述深沟球轴承47的内圈外侧设置有轴承内圈挡圈61，所述轴承内圈挡圈61安装在所述膝关节转轴45上，一面顶住轴承内圈、另一面与所述膝关节转轴的端面齐平，并采用螺栓63固定所述轴承内圈挡圈61与所述膝关节转轴45，同时采用所述弹簧垫片62安装在所述轴承内圈挡圈61的端面与所述螺栓63的头部之间，防止螺栓63松动，此外，采用所述轴承外圈挡圈顶住所述两个深沟球轴承47的外圈，所述轴承外圈挡圈与所述V型连接件48固定连接，使得所述深沟球轴承47在转动摩擦很小的同时，又实现轴向定位，使膝关节转动可靠。
所述外骨骼踝关节包括踝关节连接件a54、踝关节连接件b55和踝关节转轴56，所述踝关节连接件a54与所述脚底板59固定连接，所述踝关节连接件b55与所述小腿内杆53固定连接，所述踝关节转轴56连接所述踝关节连接件a54和踝关节连接件b55。
所述脚底板59套设有橡胶套57，并且，设置有脚部绑带58。
所述左右连接件连接所述两组支架。所述左右连接件包括U型板7、U型杆a9和U型杆b11，所述U型板7的两端分别与所述两组支架的升降机构的丝杠导轨19固定连接；所述U型杆a9的两端分别与所述两组支架的减重带固定板10固定连接；所述U型杆b11的两端分别与位于所述座板组件两侧的座板支撑架18固定连接。所述两组支架之间通过U型板7、U型杆a9、U型杆b11以及座板靠背8连接，保证整体结构的稳定性和平衡。
所述外包组壳包括包装外壳a1、包装外壳b5、舵机外壳6和髋关节齿轮包装外壳15。其中，所述包装外壳a1和包装外壳b5可将整个装置裸露在外面的杆件包裹起来，使结构美观，同时，也可作坐姿状态的轮椅扶手23使用，使用曲面设计，提高舒适性。
所述电源控制箱20放置在底部支撑架2上，为本轮椅外骨骼装置的全部驱动电机(86步进电机24，推杆电机46，髋关节驱动舵机30，驱动轮4的电机)供电。
使用前，将滑块21调到丝杠28最底部，座板16放平，使用者坐在座板16上，调整外骨骼大腿杆和外骨骼小腿杆的杆长使其适合使用者的腿的尺寸，将大腿绑带44、小腿绑带52和脚部绑带58绑紧，是使用者感到舒适。调整好后，使用者可以通过控制驱动轮4的电机实现整个轮椅外骨骼装置的前、后移动以及刹车，通过控制左右驱动轮4的速度差实现转弯。
当使用者想要从坐立状态转换为站立时，操控86步进电机24的开关，驱动丝杠28转动，然后与丝杠28相配合的滑块21会沿丝杠导轨19向上运动，同时带动与滑块21固连的侧板13向上运动，使用者用手扶住左右两边的扶手23，再配合减重带12对使用者的提升力，实现使用者的坐姿到站姿的转换，与此同时，控制驱动轮4的电机，使整个装置随着这个上升过程缓慢向前移动，同时控制外骨骼髋关节和膝关节的电机驱动髋关节和膝关节配合着转动一定的角度，以帮助使用者更舒适更可靠的实现站立，与此同时，在侧板13上升的过程中，通过与侧板13相固连的座板连接杆60带动座板16沿L型导轨26滑动，实现座板16的收起，避免座板16在使用者站立后行走时对腿的干涉。这样，使用者就实现了站立。
当使用者站立后，控制侧板13处的髋关节驱动舵机30转动，通过齿轮传动带动外骨骼髋关节转动，同时，控制膝关节处的推杆电机46运动，通过推杆伸缩拉动膝关节处的连接片转动实现外骨骼膝关节的转动，外骨骼通过大腿绑带44和小腿绑带52绑在使用者的大腿和小腿上，从而带动人腿运动，实现行走。在行走的过程中，侧板13上升高度略高于人从坐姿到站立肩膀的上升高度，这可以使减重带12始终保持对人向上的提升力，减轻使用者的体重，更便于下肢运动障碍的人的康复训练。
当使用者想要坐下时，控制各电机进行相反的转动，使用者就可以实现从站立到坐下的转换，此时本装置就可以当作电动轮椅来使用，是可以为使用者提供行走后的休息的装置。
综上，使用者通过控制驱动轮4的轮毂电机控制整个装置的移动、转弯和刹车，控制86步进电机24来控制侧板13的升降，通过控制外骨骼髋关节和侧板13处的髋关节驱动舵机30以及膝关节处的推杆电机46来控制外骨骼的关节的转动，从而实现坐姿，站立，行走三种状态的转换，满足失去行走能力的人对站立和行走的需求。本发明能够解决下肢运动障碍的人群站立和行走的问题，将轮椅与可穿戴外骨骼巧妙地结合在一起，适用不同的人群。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，包括：
相对布置的两组支架，每组所述支架均包括行走机构和升降机构；所述行走机构用于控制所述轮椅外骨骼装置的移动、转弯和刹车，所述行走机构包括底部支撑架(2)、驱动轮(4)和万向轮(3)，所述驱动轮(4)和万向轮(3)安装在所述底部支撑架(2)的底部；所述升降机构包括滑块(21)、侧板(13)、86步进电机(24)、丝杠导轨(19)和丝杠(28)，所述丝杠导轨(19)竖直布置，并固定连接在所述行走机构的底部支撑架(2)上，通过所述86步进电机(24)驱动所述丝杠(28)转动带动所述滑块(21)沿所述丝杠导轨(19)上、下移动，所述侧板(13)固定连接在所述滑块(21)上，能随所述滑块(21)上、下移动实现升降；
座板组件，所述座板组件包括座板(16)和两条L型导轨(26)，所述两条L型导轨(26)分别通过座板支撑架(18)固定连接在所述两组支架的行走机构的底部支撑架(2)上，所述L型导轨(26)的其中一支臂水平布置、另一支臂竖直布置，并且，竖直布置的支臂位于所述轮椅外骨骼装置的后部，所述L型导轨(26)的两支臂的连接处圆滑过渡；所述座板(16)设置在所述两条L型导轨(26)之间，所述座板(16)的两侧前端均设置有与所述L型导轨(26)相配合的圆柱头，两个所述圆柱头分别伸入至对应的所述L型导轨(26)内，使得所述座板(16)能沿所述L型导轨(26)滑动，并且，所述座板(16)的末端通过座板连接杆(60)与所述侧板(13)连接，所述座板连接杆(60)的一端与所述侧板(13)固定连接、另一端与所述座板(16)的末端转动连接，使得所述座板(16)能随所述侧板(13)的升降沿所述L型导轨(26)滑动实现收起和放平；
一组或两组外骨骼，每组所述外骨骼均包括依次连接的外骨骼髋关节、外骨骼大腿杆、外骨骼膝关节、外骨骼小腿杆、外骨骼踝关节和脚底板(59)；所述外骨骼髋关节连接在所述侧板(13)上，并能使所述外骨骼大腿杆发生转动，所述外骨骼膝关节能使所述外骨骼大腿杆与所述外骨骼小腿杆之间发生相对转动，所述外骨骼踝关节能使所述外骨骼小腿杆与所述脚底板(59)之间发生相对转动；以及，
左右连接件，所述左右连接件连接所述两组支架。
2.根据权利要求1所述的可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，每组所述支架均还包括扶手结构，所述扶手结构包括：
扶手(23)，所述扶手(23)的内端固定连接在所述侧板(13)上；以及，
扶手连接杆(27)，所述扶手连接杆(27)与所述扶手(23)呈一角度布置，所述扶手连接杆(27)的内端固定连接在所述侧板(13)上，所述扶手连接杆(27)的外端与所述扶手(23)的外端固定连接。
3.根据权利要求1所述的可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，每组所述支架均还包括减重带结构，所述减重带结构包括：
减重带固定板(10)，所述减重带固定板(10)与所述侧板(13)固定连接；以及，
减重带(12)，所述减重带(12)绑在所述减重带固定板(10)上。
4.根据权利要求1所述的可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，所述座板(16)的中后部两侧边缘设置有角型槽(64)，所述角型槽(64)由呈直角布置的短边和长边组成，当所述座板(16)放平时，所述短边自所述座板(16)的上表面向上延伸、所述长边自所述短边的顶端向外延伸，使得所述座板(16)放平时，所述角型槽(64)的长边卡在所述L型导轨(26)的上边沿上。
5.根据权利要求3所述的可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，所述左右连接件包括：
U型板(7)，所述U型板(7)的两端分别与所述两组支架的升降机构的丝杠导轨(19)固定连接；
U型杆a(9)，所述U型杆a(9)的两端分别与所述两组支架的减重带固定板(10)固定连接；以及，
U型杆b(11)，所述U型杆b(11)的两端分别与位于所述座板组件两侧的座板支撑架(18)固定连接。
6.根据权利要求1所述的可实现坐立行三态转换的移动辅助轮椅外骨骼装置，其特征在于，
所述外骨骼大腿杆包括大腿外杆(41)和设置在所述大腿外杆(41)内能伸缩的大腿内杆(40)；
所述外骨骼小腿杆包括小腿外杆(50)和设置在所述小腿外杆(50)内能伸缩的小腿内杆(53)；
所述外骨骼髋关节包括髋关节转轴(32)、圆柱滚子轴承(35)、髋关节驱动舵机(30)以及相互啮合的大齿轮(38)和小齿轮(33)；所述髋关节转轴(32)的一端与所述大腿内杆(40)固定连接、另一端通过所述圆柱滚子轴承(35)与所述侧板(13)连接，所述圆柱滚子轴承(35)的外圈与所述侧板(13)固定连接、内圈与所述髋关节转轴(32)固定连接；所述大齿轮(38)固定连接在髋关节转轴(32)上，并位于所述大腿内杆(40)与所述侧板(13)之间；所述髋关节驱动舵机(30)设置在所述侧板(13)的外侧，所述髋关节驱动舵机(30)的输出轴与所述小齿轮(33)固定连接，通过所述髋关节驱动舵机(30)驱动所述小齿轮(33)转动，从而带动所述大齿轮(38)转动，进而带动所述髋关节转轴(32)转动，从而实现所述外骨骼大腿杆转动；
所述外骨骼膝关节包括膝关节转轴(45)、两个深沟球轴承(47)、两个V型连接件(48)、大腿外杆连接件(49)和推杆电机(46)；所述膝关节转轴(45)的两端分别通过所述两个深沟球轴承(47)与所述两个V型连接件(48)连接，每个所述深沟球轴承(47)的外圈分别与对应的所述V型连接件(48)固定连接、内圈均与所述膝关节转轴(45)固定连接；所述大腿外杆连接件(49)位于所述两个V型连接件(48)之间，所述大腿外杆连接件(49)的一端与所述大腿外杆(41)固定连接、另一端固定连接在所述膝关节转轴(45)上；所述两个V型连接件(48)的其中一支臂共同与所述小腿外杆(50)固定连接、另一支臂共同与所述推杆电机(46)的推杆固定连接，所述推杆电机(46)的基座固定连接在所述大腿外杆(41)上，通过所述推杆电机(46)的推杆的伸缩带动所述外骨骼大腿杆发生相对所述外骨骼小腿杆的转动；
所述外骨骼踝关节包括踝关节连接件a(54)、踝关节连接件b(55)和踝关节转轴(56)，所述踝关节连接件a(54)与所述脚底板(59)固定连接，所述踝关节连接件b(55)与所述小腿内杆(53)固定连接，所述踝关节转轴(56)连接所述踝关节连接件a(54)和踝关节连接件b(55)。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112494287B (zh) * 2021-02-03 2023-06-09 杭州程天科技发展有限公司 一种跟随吊架
CN113101089B (zh) * 2021-04-13 2022-03-11 吉林大学 一种助力起床装置
CN113545967A (zh) * 2021-08-18 2021-10-26 杭州程天科技发展有限公司 一种康复用外骨骼装置及其使用方法
CN113558886A (zh) * 2021-09-07 2021-10-29 布法罗机器人科技（成都）有限公司 一种轮椅式步行辅助器
CN113712744B (zh) * 2021-09-16 2024-03-12 重庆理工大学 一种轮椅和助行外骨骼的一体化结构及其控制方法
CN114191259B (zh) * 2021-11-09 2023-06-06 汕头大学 一种自适应穿戴外骨骼机器人
CN114053095B (zh) * 2021-11-17 2024-03-22 扬州大学 一种下肢外骨骼装置、控制装置动作的系统及其控制方法
CN114366569B (zh) * 2022-01-27 2023-04-18 广州柔机人科技有限公司 一种以轮椅为平台的四肢康复训练外骨骼机器人
CN116158948B (zh) * 2023-02-16 2024-08-09 杭州程天科技发展有限公司 单驱动下肢外骨骼步行器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916478A (zh) * 2013-08-28 2016-08-31 阿普恩莱德机器人技术有限公司 站立式轮椅
CN206548727U (zh) * 2016-11-29 2017-10-13 天津大学 可折展的外骨骼轮椅一体化移动辅助机器人
CN107411938A (zh) * 2017-09-13 2017-12-01 温州可普汇信息科技有限责任公司 坐立卧式下肢康复机器人系统
CN111202661A (zh) * 2020-01-16 2020-05-29 上海工程技术大学 一种多功能医用辅助行走防摔装置
CN111494104A (zh) * 2020-04-21 2020-08-07 中原工学院 一种自助式外骨骼设备穿脱辅助装置
CN211326228U (zh) * 2019-10-25 2020-08-25 山东理工大学 一种可变形的两用下肢康复外骨骼装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105916478A (zh) * 2013-08-28 2016-08-31 阿普恩莱德机器人技术有限公司 站立式轮椅
CN206548727U (zh) * 2016-11-29 2017-10-13 天津大学 可折展的外骨骼轮椅一体化移动辅助机器人
CN107411938A (zh) * 2017-09-13 2017-12-01 温州可普汇信息科技有限责任公司 坐立卧式下肢康复机器人系统
CN211326228U (zh) * 2019-10-25 2020-08-25 山东理工大学 一种可变形的两用下肢康复外骨骼装置
CN111202661A (zh) * 2020-01-16 2020-05-29 上海工程技术大学 一种多功能医用辅助行走防摔装置
CN111494104A (zh) * 2020-04-21 2020-08-07 中原工学院 一种自助式外骨骼设备穿脱辅助装置

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