CN112451318A - 一种基于滑块传动的助力行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于行走助力装置技术领域，尤其是一种基于滑块传动的助力行走装置，包括分别协助左右腿迈步的两个助力装置，两个助力装置之间设有连接架，两个助力装置呈对称设置；助力装置包括机架、保护壳、轴、内侧锥齿轮、外侧锥齿轮、挡板、圆盘滑块、滑块位移件、大腿托板、驱动锥齿轮、电机、压力传感器、内侧电磁铁、外侧电磁铁，迈步传感器。本发明旨在解决老年群体长时间行走困难问题。该装置与传统助力机构相比，具有时走时停、步速可调、安全可靠、成本低等优点。

Description

一种基于滑块传动的助力行走装置

技术领域

本发明涉及行走助力装置技术领域，尤其涉及一种基于滑块传动的助力行走装置。

背景技术

据《中国人口老龄化发展趋势预测研究报告》预测,本世纪前二十年，我国处于人口快速老龄化阶段，中间三十年人口老龄化将加速发展，本世纪后五十年是稳定重度老龄化阶段，人口老龄化将伴随中国整整一个世纪。随着年龄的增加，老年人的肌肉力量在逐渐衰减，影响了老年人的日常生活。下肢力量不足是老年人无法长时间行走的主要原因。使用辅助行走装置，能在一定程度上解决老年人下肢抬腿无力的问题。

目前，辅助老年人行走的器具主要包括：（1）手持类（手杖、助步架等）。此类器具能帮助老年人保持行动平衡或短距离的移动，但由于没有外部动力辅助，老年人在长时间行走仍会感到费力（通过上肢力量和手持类器具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。（2）无动力行走装置。如“爱来奇”无动力步行康复器，能起到一定的辅助抬腿功能，抬腿动力主要来自弹簧储能，而弹簧储能由人腿做功获得。从本质上来说，该助力行走装置尽管实现了辅助老年人抬腿的动作，实际上更加消耗了老年人的体能。因此，该助力行走装置未能解决老年人长时间行走累的问题。为了更好解决这个问题，我们从外部获取动力用于老人行走，以达到能够长时间行走目的。（3）带动力的辅助行走装置.如本田科技的Honda步行辅助，虽然能解决长时间行走累的问题，但也存在一定的问题。一、该装置结构复杂，固定的模式与老年人的行走习惯（时走时停，步距可大可小）不相符。二、该类辅助行走装置配备价格不菲的检测设备，最终造成整体造价很高。三、该装置主要用于步行训练，而非长时间代替步行。鉴于以上原因，发明了一种操作简单，成本低，安全可靠、能主动适应不同老年人行走习惯的辅助行走装置，老年人使用该装置行走时，腿部肌肉也能得到一定的锻炼，以满足老年人的日常生活及长时间行走的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于滑块传动的助力行走装置，旨在解决老年群体长时间行走困难问题，而提出一种基于滑块传动的助力行走装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于滑块传动的助力行走装置，包括分别协助左右腿迈步的两个助力装置，两个助力装置之间设有连接架，连接架的前部具有腰带，两个助力装置呈对称设置；

助力装置包括机架、保护壳、轴、内侧锥齿轮、外侧锥齿轮、挡板、圆盘滑块、滑块位移件、大腿托板、驱动锥齿轮以及电机；

机架固定在连接架上，所述保护壳盖合于机架，保护壳底部具有开口，所述轴安装于保护壳和机架的之间，轴呈水平安装，轴垂直于人的行走方向，所述轴的中间位置具有轴向的花键；

圆盘滑块安装于轴上，圆盘滑块圆心位置设有花键孔，圆盘滑块位于轴的花键区域活动；所述圆盘滑块两侧的圆形边缘一周均设有齿形结构；所述圆盘滑块的外圆一周开设有环形的位移件导轨槽；

挡板固定连接于轴上，挡板的内侧面上设有一对挡块；

内侧锥齿轮和外侧锥齿轮均转动连接于轴上，轴分别贯穿于内侧锥齿轮和外侧锥齿轮的中心，内侧锥齿轮位于挡板与圆盘滑块之间，外侧锥齿轮位于圆盘滑块外的轴上，内侧锥齿轮的锥齿面和外侧锥齿轮的锥齿面相对设置，内侧锥齿轮和外侧锥齿轮相对的面上分别设有一圈齿形结构，内侧锥齿轮的齿形结构可与圆盘滑块内侧的齿形结构相互啮合，外侧锥齿轮的齿形结构可与圆盘滑块外侧的齿形结构相互啮合；

驱动锥齿轮由电机驱动单向转动，电机固定于保护壳内，驱动锥齿轮位于内侧锥齿轮和外侧锥齿轮之间，且分别与内侧锥齿轮和外侧锥齿轮啮合；

大腿托板的上端位于保护壳内，上端具有套于轴的套圈，下端设有脚踩的压力传感器，大腿托板贯穿于保护壳底部的开口，所述大腿托板限位于挡板内侧面的一对挡块之间；

保护壳内固定设有导向杆，导向杆平行于轴，所述滑块位移件设置在导向杆上，滑块位移件的头部嵌于圆盘滑块外圆一周的位移件导轨槽内，所述滑块位移件两侧的导向杆上套有复位弹簧；

保护壳内还固定设有内侧电磁铁和外侧电磁铁，内侧电磁铁和外侧电磁铁位于滑块位移件的两侧，驱动滑块位移件沿导向杆活动，压力传感器信号连接内侧电磁铁和外侧电磁铁；

机架内侧设有迈步传感器，迈步传感器位于大腿托板摆动路径内，迈步传感器位于机架与地面垂直线的前方位置，迈步传感器信号连接电机。

作为更进一步的优选方案，所述连接架1内置电源模块、控制模块、语音播报模块，连接架外设有控制器，控制器上具有电量显示屏、步速调节旋钮、行走模式按键、攀爬模式按键、电源开关。

作为更进一步的优选方案，大腿托板的下端为脚踩板，压力传感器设置在脚踩板上，脚踩板上具有脚部固定带；大腿托板连接脚踩板的部分为弹簧线圈；大腿托板内侧还设有大腿固定带。

作为更进一步的优选方案，保护壳内以及机架内均设有导向杆套筒，导向杆的两端均置于导向杆套筒内；所述滑块位移件两侧的导向杆上均设有复位弹簧。

作为更进一步的优选方案，机架内侧设有两个极限传感器，两个极限传感器分别位于机架与地面垂直线的两侧，极限传感器信号连接内侧电磁铁和外侧电磁铁。

作为更进一步的优选方案，内侧锥齿轮、外侧锥齿轮、圆盘滑块的齿形结构均为一端直角，另一端为大于90度的斜角。

本发明解决了老年群体长时间行走困难问题，与传统助力机构相比，具有时走时停、步速可调、安全可靠、成本低等优点，也可用于物流、医疗、军用、保健等多个行业，前景十分广阔。

具体具有以下优点：

1.该装置结合机械技术和控制技术，步速可调，无需前期适应性训练。

2.较好的适应老年人时走时停，步距可大可小的走路方式。

3.装置电机或电器元件出现故障时，控制系统自动断电，且断电情况下大腿托板处于自由转动状态，能有效防止意外情况的发生；同时装置设有多重保护，安全可靠，具有较强的推广与应用价值。

4.设有两种运行模式，可为使用者在不同行走环境下提供助力。

5.与市场同类产品比较，价格低廉，实用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为保护壳内部结构示意图；

图3为机架结构示意图；

图4为助力装置内部整体结构示意图；

图5为助力装置内部部分结构示意图；

图中：1、连接架，2、腰带，3、机架，4、保护壳，5、轴，6、内侧锥齿轮，7、外侧锥齿轮，8、挡板，9、圆盘滑块，10、电机，11、滑块位移件，12、大腿托板，13、驱动锥齿轮，14、挡块，15、压力传感器，16、导向杆，17、复位弹簧，18、内侧电磁铁，19、外侧电磁铁，20、迈步传感器，21、电源模块，22、控制模块，23、语音播报模块，24、控制器，25、弹簧线圈，26极限传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种基于滑块传动的助力行走装置，包括分别协助左右腿迈步的两个助力装置，两个助力装置交替辅助人腿迈步，两个助力装置之间设有连接架1，连接架1的前部具有腰带2，连接架1通过腰带2固定于人体，两个助力装置呈对称设置。

如图2-5所示，助力装置的部件主要包括机架3、保护壳4、轴5、内侧锥齿轮6、外侧锥齿轮7、挡板8、圆盘滑块9、电机10、滑块位移件11、大腿托板12、驱动锥齿轮13。

机架3固定在连接架1上，所述保护壳4盖合于机架3，形成对内部零件的保护，保护壳4底部具有开口，大腿托板12贯穿该开口进行往复摆动，轴5安装于保护壳4和机架3的之间，轴5可径向转动，轴5呈水平安装，轴5垂直于人的行走方向，所述轴5的中间位置具有轴向的花键。

圆盘滑块9安装于轴5上，圆盘滑块9圆心位置设有花键孔，圆盘滑块9通过花键与花键孔的配合可带动轴5转动，并且，圆盘滑块9位于轴5的花键区域活动，圆盘滑块9也可通过花键和花键孔的配合在轴5的轴向上移动。

圆盘滑块9具有一定厚度，圆盘滑块9两侧的圆形边缘一周均设有齿形结构；所述圆盘滑块9的外圆一周开设有环形的位移件导轨槽。

挡板8固定连接于轴5上，随轴5的转动而转动，挡板8的内侧面上设有一对挡块14。

内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7均转动连接于轴5上，轴5分别贯穿于内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7的中心，内侧锥齿轮6位于挡板8与圆盘滑块9之间，外侧锥齿轮7位于圆盘滑块9外的轴5上，内侧锥齿轮6的锥齿面和外侧锥齿轮7的锥齿面相对设置，内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7相对的面上分别设有一圈齿形结构，内侧锥齿轮6的齿形结构可与圆盘滑块9内侧的齿形结构相互啮合，外侧锥齿轮7的齿形结构可与圆盘滑块9外侧的齿形结构相互啮合，圆盘滑块9在轴5的轴向上移动，可选择性的与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7接触，并通过齿形结构的啮合带动内侧锥齿轮6或外侧锥齿轮7转动，同样，圆盘滑块9也可以选在不与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7接触，只进行“空挡”的自转。

内侧锥齿轮6带动圆盘滑块9转动状态下，内侧锥齿轮齿形结构与圆盘滑块9齿形结构受力端的齿形均为直角结构，而另一侧为大于90度的斜角结构，斜角结构有利于相互反转时，相互脱离；外侧锥齿轮7的齿形结构也同理设置。

驱动锥齿轮13由电机10驱动单向转动，保护壳4内具有电机10架，电机10固定于电机10架上，驱动锥齿轮13位于内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7之间，且分别与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7啮合，驱动锥齿轮13的转动可同时带动内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7转动，内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7的转动方向是相反的。

大腿托板12的上端位于保护壳4内，上端具有套于轴5的套圈，下端设有脚踩的压力传感器15，大腿托板12贯穿于保护壳4底部的开口，所述大腿托板12限位于挡板8内侧面的一对挡块14之间，挡板8的转动通过一对挡块14可带动大腿托板12进行摆动。

大腿托板12的下端为脚踩板，压力传感器15设置在脚踩板上，脚踩板上具有脚部固定带；大腿托板12连接脚踩板的部分为弹簧线圈25，提高韧性，适于任何腿型的使用者；大腿托板12内侧还设有大腿固定带。

轴5上设有三个轴承，内侧锥齿轮6、外侧锥齿轮7以及大腿托板12上端的套圈分别安装在一个轴承上转动。

保护壳4内以及机架3内均设有导向杆套筒，导向杆16的两端均置于导向杆套筒内，导向杆16平行于轴5，滑块位移件11设置在导向杆16上，导向杆16贯穿于滑块位移件11，滑块位移件11可沿导向杆16活动，滑块位移件11的头部具有嵌于圆盘滑块9外圆一周的位移件导轨槽内的位移件，所述滑块位移件11两侧的导向杆16上套有复位弹簧17，滑块位移件11在导向杆16上的活动可带动圆盘滑块9在轴5上移动。

保护壳4内还固定设有内侧电磁铁18和外侧电磁铁19，内侧电磁铁18和外侧电磁铁19位于滑块位移件11的两侧，可推动滑块位移件11沿导向杆16活动，压力传感器15信号连接内侧电磁铁18和外侧电磁铁19。

机架3内侧设有迈步传感器20，迈步传感器20位于大腿托板12摆动路径内，迈步传感器20位于机架3与地面垂直线的前方位置，大概在机架3地面垂直线前方5°的半径上，迈步传感器20信号连接电机10，大腿托板12向前摆动至迈步传感器20后，由迈步传感器20发送信号至电机10，使驱动锥齿轮13、内侧电磁铁18和外侧电磁铁19开始工作。

另外，所述连接架1内置电源模块21、控制模块22、语音播报模块23，连接架1外设有控制器24，控制器24上具有电量显示屏、步速调节旋钮、行走模式按键、攀爬模式按键、电源开关。

为了提高安全性，机架3内侧设有两个极限传感器26，两个极限传感器26分别位于机架3与地面垂直线的两侧，极限传感器26信号连接内侧电磁铁18和外侧电磁铁19，当压力传感器15无信号传输或故障时，大腿托板12摆幅过大至极限传感器26后，由极限传感器26给内侧电磁铁18和外侧电磁铁19发送信号。

具体使用过程如下：

1.按下电源开关，装置通电。在滑块位移件11两侧的复位弹簧17作用下，滑块位移件11与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7均处于分离状态，即处于“空挡”状态。

2.固定好腰带2、脚部固定带、大腿固定带，在控制器24上选择行走模式，并调节步速调节旋钮，改变电机10转速，实现步速调节，。

3.人为迈出左腿或右腿，带动大腿托板12向前转动，迈步传感器20受压，向控制模块22发出信号，电机10转动，带动驱动锥齿轮13转动，驱动内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7同时转动（以使用者角度而言，左腿助力装置的内侧锥齿轮6反转，外侧锥齿轮7正转，而右腿助力装置的内侧锥齿轮6正转，外侧锥齿轮7反转）；

4.同时，外侧电磁铁19得电吸合，推动滑块位移件11在导向杆16上移动，滑块位移件11带动圆盘滑块9靠向内侧锥齿轮6，复位弹簧17被压缩，圆盘滑块9的齿形结构与内侧锥齿轮6的齿形结构啮合，内侧锥齿轮6带动圆盘滑块9转动，圆盘滑块9带动轴5以及挡板8同步转动，挡板8通过一对挡块14带动大腿托板12向前转动，提供摆动助力，带动人腿实现抬腿动作。

5.当使用者腿部迈出后，脚部进一步着地踩踏时，压力传感器15受压感应，发出信号，外侧电磁铁19断电，复位弹簧17释放压缩力推出滑块位移件11，与此同时，电机10反转0.2秒后继续正转（反转是为了解除圆盘滑块9齿形结构与内侧锥齿轮6齿形结构相互啮合摩擦力，便于滑块位移件11退出，恢复“空挡”状态）。

6.恢复“空挡”状态后，大腿托板12处于自由旋转状态，之前迈出的腿可自由向后退，另一腿部的助力装置重复上述动作，两个助力装置交替协同启动，协助使用者向前迈腿进行走步动作。

7.在控制器24上选择攀登模式下，在步骤4中，外侧电磁铁19断电，内侧电磁铁18得电吸合，推动滑块位移件11在导向杆16上移动，驱动滑块位移件11带动圆盘滑块9靠向外侧锥齿轮7，外侧锥齿轮7的齿形结构与圆盘滑块9的齿形结构啮合，外侧锥齿轮7带动圆盘滑块9、轴5以及挡板8反向同步转动，挡板8通过一对挡块14带动大腿托板12向后转动，提供支撑助力，实现收腿动作，帮助使用者进行爬楼。

8.当大腿托板12向后退经过迈步传感器20，向控制模块22发出信号，电机10继续反转0.2秒后停止转动，此时内侧电磁铁18、外侧电磁铁19均处于断电，在复位弹簧17的作用下，滑块位移件11与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7均处于分离状态，大腿托板12处于可自由旋转状态。

另外，当大腿运动至极限传感器26时，人腿与竖直方向达到最大角度，电机10停止转动，滑块位移件11在复位弹簧17作用下，与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7分离，大腿托板12处于可自由旋转状态，保障使用者的安全。

使用者可从控制器24上的电量显示屏中得知电源模块剩余电量，当电量低于10%时，语音播报模块23自动报警；操作装置时，语音播报模块23播报当前运行状态。

使用时，电机10或电器元件故障时，语音播报模块23报警，控制模块22自动断电，滑块位移件11在复位弹簧17作用下，与内侧锥齿轮6和外侧锥齿轮7分离，大腿托板12处于可自由旋转状态，穿戴者双腿几乎无额外阻力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：包括分别协助左右腿迈步的两个助力装置，两个助力装置之间设有连接架（1），连接架（1）的前部具有腰带（2），两个助力装置呈对称设置；

所述助力装置包括机架（3）、保护壳（4）、轴（5）、内侧锥齿轮（6）、外侧锥齿轮（7）、挡板（8）、圆盘滑块（9）、电机（10）、滑块位移件（11）、大腿托板（12）、驱动锥齿轮（13）；

所述机架（3）固定在连接架（1）上，所述保护壳（4）盖合于机架（3），保护壳（4）底部具有开口，所述轴（5）安装于保护壳（4）和机架（3）的之间，轴（5）呈水平安装，轴（5）垂直于人的行走方向，所述轴（5）的中间位置具有轴向的花键；

所述圆盘滑块（9）安装于轴（5）上，圆盘滑块（9）圆心位置设有花键孔，圆盘滑块（9）位于轴（5）的花键区域活动；所述圆盘滑块（9）两侧的圆形边缘一周均设有齿形结构；所述圆盘滑块（9）的外圆一周开设有环形的位移件导轨槽；

所述挡板（8）固定连接于轴（5）上，挡板（8）的内侧面上设有一对挡块（14）；

所述内侧锥齿轮（6）和外侧锥齿轮（7）均转动连接于轴（5）上，轴（5）分别贯穿于内侧锥齿轮（6）和外侧锥齿轮（7）的中心，内侧锥齿轮（6）位于挡板（8）与圆盘滑块（9）之间，外侧锥齿轮（7）位于圆盘滑块（9）外侧的轴（5）上，内侧锥齿轮（6）的锥齿面和外侧锥齿轮（7）的锥齿面相对设置，内侧锥齿轮（6）和外侧锥齿轮（7）相对的面上分别设有一圈齿形结构，内侧锥齿轮（6）的齿形结构可与圆盘滑块（9）内侧的齿形结构相互啮合，外侧锥齿轮（7）的齿形结构可与圆盘滑块（9）外侧的齿形结构相互啮合；

所述驱动锥齿轮（13）由电机（10）驱动单向转动，电机电机（10）固定于保护壳（4）内，驱动锥齿轮（13）位于内侧锥齿轮（6）和外侧锥齿轮（7）之间，且分别与内侧锥齿轮（6）和外侧锥齿轮（7）啮合；

所述大腿托板（12）的上端位于保护壳（4）内，上端具有套于轴（5）的套圈，下端设有脚踩的压力传感器（15），大腿托板（12）贯穿于保护壳（4）底部的开口，所述大腿托板（12）限位于挡板（8）内侧面的一对挡块（14）之间；

所述保护壳（4）内固定设有导向杆（16），导向杆（16）平行于轴（5），所述滑块位移件（11）设置在导向杆（16）上，滑块位移件（11）的头部嵌于圆盘滑块（9）外圆一周的位移件导轨槽内，所述滑块位移件（11）两侧的导向杆（16）上套有复位弹簧（17）；

所述保护壳（4）内还固定设有内侧电磁铁（18）和外侧电磁铁（19），内侧电磁铁（18）和外侧电磁铁（19）位于滑块位移件（11）的两侧，驱动滑块位移件（11）沿导向杆（16）活动，压力传感器（15）信号连接内侧电磁铁（18）和外侧电磁铁（19）；

所述机架（3）内侧设有迈步传感器（20），迈步传感器（20）位于大腿托板（12）摆动路径内，迈步传感器（20）位于机架（3）与地面垂直线的前方位置，迈步传感器（20）信号连接电机（10）。

2.根据权利要求1所述的一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：所述连接架（1）内置电源模块（21）、控制模块（22）、语音播报模块（23），连接架（1）外设有控制器（24），控制器（24）上具有电量显示屏、步速调节旋钮、行走模式按键、攀爬模式按键、电源开关。

3.根据权利要求1所述的一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：所述大腿托板（12）的下端为脚踩板，压力传感器（15）设置在脚踩板上，脚踩板上具有脚部固定带；大腿托板（12）连接脚踩板的部分为弹簧线圈（25）；大腿托板（12）内侧还设有大腿固定带。

4.根据权利要求1所述的一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：所述保护壳（4）内以及机架（3）内均设有导向杆套筒，导向杆（16）的两端均置于导向杆套筒内。

5.根据权利要求1所述的一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：所述机架（3）内侧设有两个极限传感器（26），两个极限传感器（26）分别位于机架（3）与地面垂直线的两侧，极限传感器（26）信号连接内侧电磁铁（18）和外侧电磁铁（19）。

6.根据权利要求1所述的一种基于滑块传动的助力行走装置，其特征在于：所述内侧锥齿轮（6）、外侧锥齿轮（7）、圆盘滑块（9）的齿形结构均为一端直角，另一端为大于90度的斜角。

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