CN114536305A - 一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及外骨骼活动领域，具体的是一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置，包括背带、可承载背板、集成泵式液压站、拉簧、腰部支撑后板、伸出油管、腰带、卡扣、液压自伺服关节、腰部支撑侧板、腿部绑带、大腿连接板、转动座。本装置使用液压伺服阀控制，液压驱动具有承载力大，环境适应性强和响应速度快等诸多优势。本发明符合人体髋关节的特征，本装置在液压自伺服关节的助力作用下使得人体髋关节进行前屈和后伸，在转动座和腰部支撑侧板的连接下可以使得髋关节自由的进行外摆和内敛得运动动作，由于大腿部分是由腿部绑带固定所以髋关节可以自由的实现旋转运动动作，保护了人体活动。
Description
技术领域
本发明涉及外骨骼活动领域，具体的是一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置。
背景技术
目前，外骨骼装置常用的驱动方法有液压驱动、电机驱动、气动驱动和SEA驱动(串联弹性驱动)。然而，负重外骨骼机器人的驱动模式还主要是液压驱动和电机驱动这两种。
电机驱动的电机技术相对成熟，结构比较简单，便于控制，但由于其动态平衡性不好，而且不能提供较大的负载，所以更适合民用和工用。然而，如果想要提供更多的功率，则可能需要选择更大尺寸的电动机，但这可能使系统更重，而且会影响系统的灵活性。
气动驱动目前主要有利用气动人工肌肉、气缸和气弹簧三种形式的驱动，这三种方式均可以在体积较小的情况下提供较大的力且环保无污染、成本低，缺点是无法够精确控制运动量。
SEA驱动的原理是采用液压驱动或者电机驱动后，再选择一个弹性装置进行串联，这样就可以使控制的精确度更高。这样的驱动方式具有很多优点，例如：阻抗较小、整体体积小、输出的能量高且稳定、缓冲特性良好等，能量放大特性是SEA驱动特有的特性。
基于以上背景技术，本发明提出一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，包括设置在人体肩膀上的背带以及与背带固定的可承载背板，所述可承载背板上背负固定有集成泵式液压站，集成泵式液压站上设置有伸出油管；
所述人体的腰部侧面位置对称设置有腰部支撑侧板，腰部背面位置设置有左右对称的腰部支撑后板，腰部支撑侧板与可承载背板之间连接有拉簧，腰部支撑侧板与腰部支撑后板之间由导轨链接；
所述腰部支撑侧板上设置有腰带，腰带侧边与两块腰部支撑侧板固定，使用卡扣实现穿戴的形式；
所述人体的大腿侧面设置有大腿连接板，大腿连接板上连接有液压自伺服关节，液压自伺服关节的底部伸出的碳纤维大腿杆上固定有腿部绑带，伸出油管分别控制液压自伺服关节中液压油的进出，液压自伺服关节上设置有伺服阀可控制进出入液压油流量大小；
所述大腿连接板上安装有转动座，转动座实现左右的转动，转动座与腰部支撑侧板连接并且孔位可以上下调节以适应不同的穿戴者。
进一步地，所述集成泵式液压站由液压油储存罐、电机、电机座以及外保护箱体组合而成以此来提供液压自伺服关节所需的液压油。
进一步地，所述腰部支撑后板由转轴链接并固定在可承载背板的下部，腰部支撑后板便于自适应上下旋转。
进一步地，所述液压自伺服关节的前屈和后伸动作控制在-30度～110度的活动范围。
进一步地，所述转动座与腰部支撑侧板连接时具有四组不同的连接点。
本发明的有益效果：
本发明符合人体髋关节的特征，人体的髋关节运动可以代表前屈和后伸、外摆和内敛、旋转三个运动平面，本装置在液压自伺服关节的助力作用下使得人体髋关节进行前屈和后伸，在转动座和腰部支撑侧板的连接下可以使得髋关节自由的进行外摆和内敛得运动动作，由于大腿部分是由腿部绑带固定所以髋关节可以自由的实现旋转运动动作，保护了人体活动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明整体结构正面示意图；
图2是本发明整体结构背面示意图；
图3是本发明整体结构示意图；
图4是本发明整体结构侧面示意图；
图5是本发明集成泵式液压站内部示意图；
其中，附图标记如下：
背带1、可承载背板2、集成泵式液压站3、拉簧4、腰部支撑后板5、伸出油管6、腰带7、卡扣8、液压自伺服关节9、腰部支撑侧板10、腿部绑带11、大腿连接板12、转动座13。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，如图1和2所示，包括设置在肩膀上的背带1以及与背带1固定的可承载背板2，可承载背板2上背负固定有集成泵式液压站3，集成泵式液压站3上设置有伸出油管6。集成泵式液压站3由液压油储存罐、电机、电机座以及外保护箱体组合而成以此来提供液压自伺服关节所需的液压油，保护液压站内部并且表面更平整易于放置物品。
腰部侧面位置对称设置有腰部支撑侧板10，腰部背面位置设置有左右对称的腰部支撑后板5，腰部支撑侧板10与可承载背板2之间连接有拉簧4，使其储能并保持稳定，在弯曲腰部时储能、直立动作时释放能量，并且拉簧4能确保腰部支撑侧板10具有一定稳定性。
腰部支撑侧板10与腰部支撑后板5之间由导轨链接，实现抽拉式伸缩，左右相对称的腰部支撑后板5由转轴链接并固定在可承载背板2的下部，腰部支撑后板5可进行一定幅度的自适应上下旋转，因考虑到人体行走时左右腿部抬起与摆动时具有一定的高度差，增加此结构可以使使用者的活动更加舒适和顺畅。
腰部支撑侧板10是对称机构且由导轨链接，可以进行伸缩调节以适应不同使用者的身形腰宽，左右各有50mm，共计100mm的调节范围，使此装置可以适应从300mm到400mm不同使用者的腰宽。腰部支撑侧板10上设置有腰带7，腰带7侧边与两块腰部支撑侧板10固定，使用卡扣8实现穿戴的形式，腰带7部分只与两侧腰部支撑侧板10固定，使其在保证腰部支撑侧板10和腰部支撑后板5可以伸缩调节的前提下保持两种支撑板在腰部的稳定性，不会轻易脱落。
大腿侧面设置有大腿连接板12，大腿连接板12上连接有液压自伺服关节9，液压自伺服关节9的底部伸出的碳纤维大腿杆上固定有腿部绑带11，可以一定程度的分摊腰部受力，并且确保液压自伺服关节9带动腿部的摆动。使用碳纤维材料在保证强度的同时，减轻了整理装置的重量，降低了使用者的负重，提高使用者的负重上限。其中，液压自伺服关节9的前屈和后伸动作控制在-30度～110度的共140度的活动范围，这是人体髋关节的最大活动范围，所以保护了人体髋关节结构和使用的安全。
伸出油管6分别控制液压自伺服关节9中液压油的进出，液压自伺服关节9上设置有伺服阀可控制进出入液压油流量大小，以此来控制液压自伺服关节9的摆动角度和速度大小。大腿连接板12上安装有转动座13，转动座13可实现左右的转动，转动座13与腰部支撑侧板10连接并且孔位可以上下调节以适应不同的穿戴者，因为人体的腿部可实现左右的摆动，转动座13可以使液压自伺服关节9进行一定的左右摆动更加适应人体的活动，使使用者的活动更加自由顺畅。
其中，转动座13与腰部支撑侧板10连接时具有四组不同的连接点，使其固定控制在300mm的范围，让其适应不同的使用者的体形差距。
本发明更符合人体髋关节的特征，人体的髋关节运动可以代表前屈和后伸、外摆和内敛、旋转三个运动平面，本装置在液压自伺服关节9的助力作用下使得人体髋关节进行前屈和后伸，在转动座13和腰部支撑侧板10的连接下可以使得髋关节自由的进行外摆和内敛得运动动作，由于大腿部分是由腿部绑带固定所以髋关节可以自由的实现一定程度的旋转运动动作，这样一定程度上保护了人体活动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (5)
1.一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，包括设置在人体肩膀上的背带(1)以及与背带(1)固定的可承载背板(2)。其特征在于，所述可承载背板(2)上背负固定有集成泵式液压站(3)，集成泵式液压站(3)上设置有伸出油管(6)；
所述人体的腰部侧面位置对称设置有腰部支撑侧板(10)，腰部背面位置设置有左右对称的腰部支撑后板(5)，腰部支撑侧板(10)与可承载背板(2)之间连接有拉簧(4)，腰部支撑侧板(10)与腰部支撑后板(5)之间由导轨链接；
所述腰部支撑侧板(10)上设置有腰带(7)，腰带(7)侧边与两块腰部支撑侧板(10)固定，使用卡扣(8)实现穿戴的形式；
所述人体的大腿侧面设置有大腿连接板(12)，大腿连接板(12)上连接有液压自伺服关节(9)，液压自伺服关节(9)的底部伸出的碳纤维大腿杆上固定有腿部绑带(11)，伸出油管(6)分别控制液压自伺服关节(9)中液压油的进出，液压自伺服关节(9)上设置有伺服阀可控制进出入液压油流量大小；
所述大腿连接板(12)上安装有转动座(13)，转动座(13)实现左右的转动，转动座(13)与腰部支撑侧板(10)连接并且孔位可以上下调节以适应不同的穿戴者。
2.根据权利要求1所述的一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，其特征在于，所述集成泵式液压站(3)由液压油储存罐、电机、电机座以及外保护箱体组合而成以此来提供液压自伺服关节(9)所需的液压油。
3.根据权利要求1所述的一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，其特征在于，所述腰部支撑后板(5)由转轴链接并固定在可承载背板(2)的下部，腰部支撑后板(5)便于自适应上下旋转。
4.根据权利要求1所述的一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，其特征在于，所述液压自伺服关节(9)的前屈和后伸动作控制在-30度～110度的活动范围。
5.根据权利要求1所述的一种集成液压泵站式可穿戴液压助力外骨骼装置，其特征在于，所述转动座(13)与腰部支撑侧板(10)连接时具有四组不同的连接点。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CN202210168382.3A CN114536305A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置 |
| GB2211178.5A GB2616090B (en) | 2022-02-23 | 2022-08-01 | Integrated hydraulic pumping station type of wearable hydraulic power-assisted exoskeleton device |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210168382.3A CN114536305A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置 |
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| CN202210168382.3A Withdrawn CN114536305A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种集成液压站式可穿戴液压助力外骨骼装置 |
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2022
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