CN112589772A - 长度可调节的外骨骼腿部结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种长度可调节的外骨骼腿部结构，包括加长杆、套杆以及小腿转接杆，所述套杆作为外骨骼腿部结构的骨架，具有承载作用，所述加长杆的一端为自由端，另一端穿过所述套杆的顶部并与安装在所述套杆上的调节机构连接，小腿转接杆可转动的安装在所述套杆的底部并能够在驱动机构的驱使下相对于套杆转动，本发明中的外骨骼腿部长度调节机构，可适应不同身高穿戴者，能够通过手动的方式实现快速调节，同时通过同步轮传动机构，可减小穿戴者腿部惯量，具有适用性广，调节方便，性能可靠的优点。

Description

长度可调节的外骨骼腿部结构

技术领域

本发明涉及外骨骼结构设计及传动技术领域，具体地，涉及一种长度可调节的外骨骼腿部结构。

背景技术

在外骨骼技术中，为使外骨骼与大多数用户的身高体型实现匹配，需要通过长度调节的机构实现这一目标，传统的长度调节方式在结构形式与调节过程方面过于繁琐，无法满足调节快速性的要求；同时，膝关节助力作为外骨骼关节助力的关键一环，目前的助力方式多采用直接驱动式，即膝关节部位直接布置驱动电机以及拉索间接驱动式，直接驱动式可明显增加穿戴者腿部惯量，增加其新陈代谢，拉索间接驱动式则响应较低且可靠性较低，对外骨骼的性能有较大的影响。

专利文献CN111347399A公开了一种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，但该设计结构复杂，价格贵。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种长度可调节的外骨骼腿部结构。

根据本发明提供的一种长度可调节的外骨骼腿部结构，包括：

套杆，作为外骨骼腿部结构的骨架，具有承载作用；

加长杆，一端为自由端，另一端穿过所述套杆的顶部并与安装在所述套杆上的调节机构连接；

小腿转接杆，可转动的安装在所述套杆的底部并能够在驱动机构的驱使下相对于套杆转动。

优选地，所述驱动机构包括电机、膝关节同步轮、电机同步轮以及传送带；

所述电机安装在所述套杆上，所述传送带的一端套装在所述电机同步轮上，所述膝关节同步轮可转动的安装在套杆的底部，所述传送带的另一端套装在所述膝关节同步轮上；

所述电机能够驱使所述电机同步轮通过所述传送带带动膝关节同步轮转动，进而使所述小腿转接杆绕所述膝关节同步轮的轴心转动。

优选地，所述套杆上设置有张紧轮，所述张紧轮与所述传送带周向的外侧张紧转动配合。

优选地，所述电机安装在所述套杆顶部并位于人体的髋部。

优选地，所述膝关节同步轮、电机同步轮上分别沿周向设置有同步轮凹槽，所述传动带嵌套的两端分别嵌套于所述同步轮凹槽内。

优选地，所述电机通过电机座安装在所述套杆上。

优选地，所述小腿转接杆与所述膝关节同步轮焊接或螺接。

优选地，所述调节机构包括压条以及压紧座；

所述压紧座安装在所述套杆上，所述压条可转动的安装在所述压紧座上并能够在松开状态和压紧状态之间切换，当压条处于松开状态时，所述加长杆能够通过手动方式沿所述套杆的长度方向运动，当压条处于压紧状态时，所述加长杆被固定在所述套杆上。

优选地，所述压条与所述加长杆接触的一端为偏心凸轮结构。

优选地，所述套杆为中空结构且内部沿长度方向设置有滑槽，所述加长杆的另一端安装在所述滑槽中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的外骨骼腿部长度调节机构，可适应不同身高穿戴者，能够通过手动的方式实现快速调节，同时通过同步轮传动机构，可减小穿戴者腿部惯量，具有适用性广，调节方便，性能可靠的优点。

2、本发明中能够采用压条以及压紧座实现外骨骼长度的快速调节，结构简单，操作方便，成本低廉。

3、本发明通过采用电机、同步轮以及传动带的传动方式，将具有一定重量的电机固定在髋部的位置，适合人体结构，同时，套杆采用中空结构，整个设备质轻，通用性强。

附图说明

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

图1为本发明中的长度可调节的外骨骼腿部结构的结构主视图；

图2为本发明中的长度可调节的外骨骼腿部结构的结构右视图；

图3为本发明中的长度可调节的外骨骼腿部结构的长度可调机构图；

图4为本发明中的长度可调节的外骨骼腿部结构的长度可调机构原理图。

图中示出：

加长杆1 张紧轮7

电机2 膝关节同步轮8

电机座3 小腿转接杆9

压条4 电机同步轮10

压紧座5 传送带11

套杆6

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种长度可调节的外骨骼腿部结构，包括加长杆1、套杆6以及小腿转接杆9，所述套杆6作为外骨骼腿部结构的骨架，具有承载作用，所述加长杆1的一端为自由端，另一端穿过所述套杆6的顶部并与安装在所述套杆6上的调节机构连接，小腿转接杆9可转动的安装在所述套杆6的底部并能够在驱动机构的驱使下相对于套杆6转动，其中，所述套杆6为中空结构且内部沿长度方向设置有滑槽，所述加长杆1的另一端安装在所述滑槽中,调节机构包括压条4以及压紧座5,所述压紧座5安装在所述套杆6上，所述压条4可转动的安装在所述压紧座5上并能够在松开状态和压紧状态之间切换，当压条4处于松开状态时，所述加长杆1能够通过手动方式沿所述套杆6的长度方向沿滑槽运动，当压条4处于压紧状态时，所述加长杆1被固定在所述套杆6上，所述压条4与所述加长杆1接触的一端优选采用偏心凸轮结构，因此，在外骨骼腿部结构穿戴之前可以根据穿戴者的身高需求先通过调节机构将加长杆1的伸出长度调节到合适的长度。

具体地，所述驱动机构包括电机2、膝关节同步轮8、电机同步轮10以及传送带11，电机2安装在所述套杆6上，所述传送带11的一端套装在所述电机同步轮10上，所述膝关节同步轮8可转动的安装在套杆6的底部，所述传送带11的另一端套装在所述膝关节同步轮8上，所述电机2能够驱使所述电机同步轮10通过所述传送带11带动膝关节同步轮8转动，进而使所述小腿转接杆9绕所述膝关节同步轮8的轴心转动。

具体地，所述小腿转接杆9与所述膝关节同步轮8固连，例如采用焊接，再例如采用螺接，在膝关节同步轮8转动时带动小腿转接杆9运动进而实现膝关节助力的效果。

进一步地，在一个优选例中，所述膝关节同步轮8、电机同步轮10上分别沿周向设置有同步轮凹槽，所述传动带11嵌套的两端分别嵌套于所述同步轮凹槽内，优于同步轮凹槽的限制，传送带11在运动的过程中不容易脱离同步轮，进而能够增加传动带传动的稳定性。

在一个实施例中，所述电机2通过电机座3安装在所述套杆6上，电机座3通过可拆除的方式安装在套杆6上，为增加套杆6的通用性，套杆6上设置有多个安装孔，便于不同型号的部件的安装，便于批量生产，降低生产成本，同一种套杆6能够适用于多种类型的需求者。

具体地，所述套杆6上设置有张紧轮7，所述张紧轮7与所述传送带11周向的外侧张紧转动配合，通过张紧轮7使传送带11运动时能够与同步轮张紧配合，增加了与张紧轮的摩擦力，增加了传动效率。

所述电机2安装在所述套杆6顶部并位于人体的髋部，能够使该外骨骼腿部结构的重量主要集中在人体的髋部，符合人体结构的特点。可将布置于髋关节的电机的驱动力矩传递至膝关节，实现驱动膝关节功能，同时，有效减小了穿戴者腿部惯量，利用外骨骼腿部结构的长度调节机构快速调节外骨骼长度，以适应不同身高穿戴者，通过同步轮传动机构，实现驱动膝关节功能。

本发明的工作原理如下：

根据特定用户，在外骨骼需要调节长度时，将压条4转动90°，加长杆1呈自由运动状态，可在套杆6内伸长或缩短，在调整至合适位置时，将压条4反向转动90°，将加长杆1压紧，完成长度的快速调节。当外骨骼穿戴在人体上后，电机2在工作状态时，直接驱动电机同步轮10转动，电机同步轮10通过张紧的传动带11驱动膝关节同步轮8转动，实现膝关节助力。

综上所述，本发明所提供的长度可调节的外骨骼腿部结构，适用于外骨骼系统长度调节与动力传动，利用简单的调节机构快速调节外骨骼长度，以适应不同身高穿戴者，本发明采用新型传动方式，提高外骨骼可靠性且减小穿戴者的腿部惯量，进而减小人体新陈代谢。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，包括：

套杆(6)，作为外骨骼腿部结构的骨架，具有承载作用；

加长杆(1)，一端为自由端，另一端穿过所述套杆(6)的顶部并与安装在所述套杆(6)上的调节机构连接；

小腿转接杆(9)，可转动的安装在所述套杆(6)的底部并能够在驱动机构的驱使下相对于套杆(6)转动。

2.根据权利要求1所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述驱动机构包括电机(2)、膝关节同步轮(8)、电机同步轮(10)以及传送带(11)；

所述电机(2)安装在所述套杆(6)上，所述传送带(11)的一端套装在所述电机同步轮(10)上，所述膝关节同步轮(8)可转动的安装在套杆(6)的底部，所述传送带(11)的另一端套装在所述膝关节同步轮(8)上；

所述电机(2)能够驱使所述电机同步轮(10)通过所述传送带(11)带动膝关节同步轮(8)转动，进而使所述小腿转接杆(9)绕所述膝关节同步轮(8)的轴心转动。

3.根据权利要求2所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述套杆(6)上设置有张紧轮(7)，所述张紧轮(7)与所述传送带(11)周向的外侧张紧转动配合。

4.根据权利要求2所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述电机(2)安装在所述套杆(6)顶部并位于人体的髋部。

5.根据权利要求2所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述膝关节同步轮(8)、电机同步轮(10)上分别沿周向设置有同步轮凹槽，所述传动带(11)嵌套的两端分别嵌套于所述同步轮凹槽内。

6.根据权利要求2所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述电机(2)通过电机座(3)安装在所述套杆(6)上。

7.根据权利要求2所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述小腿转接杆(9)与所述膝关节同步轮(8)焊接或螺接。

8.根据权利要求1所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述调节机构包括压条(4)以及压紧座(5)；

所述压紧座(5)安装在所述套杆(6)上，所述压条(4)可转动的安装在所述压紧座(5)上并能够在松开状态和压紧状态之间切换，当压条(4)处于松开状态时，所述加长杆(1)能够通过手动方式沿所述套杆(6)的长度方向运动，当压条(4)处于压紧状态时，所述加长杆(1)被固定在所述套杆(6)上。

9.根据权利要求8所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述压条(4)与所述加长杆(1)接触的一端为偏心凸轮结构。

10.根据权利要求1所述的长度可调节的外骨骼腿部结构，其特征在于，所述套杆(6)为中空结构且内部沿长度方向设置有滑槽，所述加长杆(1)的另一端安装在所述滑槽中。

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