CN201939538U

CN201939538U - 一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置

Info

Publication number: CN201939538U
Application number: CN2011200109364U
Authority: CN
Inventors: 刘勤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-01-14

Abstract

本实用新型涉及一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置。该助行装置包括背架、电源、控制装置、传感器、驱动装置、背带和腰带，其特征是所述驱动装置为分体式外骨骼下肢驱动装置，所述背带和腰带均与背架固定连接，所述分体式外骨骼下肢驱动装置与背架活动连接，所述电源与控制装置相连通，所述传感器与控制装置相连通，所述控制装置与分体式外骨骼下肢驱动装置相连通。本产品构造简单、使用器件少、提供的助力大、能耗低、易于控制且制造成本少。

Description

一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置

技术领域

本实用新型涉及一种类似于人体下肢的外骨骼，尤其是一种分体式的，即不与人体的下肢肢干连接的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置。

背景技术

现有外骨骼装置作为人类助行的装置，越来越被各领域重视，特别是军事和户外运动领域。现有外骨骼装置普遍分为液压驱动型和旋转电机驱动型。如：中国发明专利ZL200410053695.6号公开了一种可穿戴式的下肢步行外骨骼，该可穿戴式的下肢步行外骨骼是由腰部支撑、髋部四杆机构、膝盖四杆机构、脚踝四杆机构和足底支撑依次串连构成。针对截肢病人或者肌肉萎缩病人，该发明可以利用事先编好的步行程序用作辅助行走工具。对于一般旅游者或者体弱者，可以先穿着该发明行走，由位移传感器定时采集穿戴者步行时的运动位姿信号，并通过计算机记录穿戴者的步态，然后逐步复现穿戴者的步态，模仿穿戴者的行走步态，实现辅助或者增强穿戴者步行运动能力的作用。使用该发明可在一定程度上减轻步行者疲劳，提高人体运动极限，并增强人体携带重物运动的能力。该发明既可作为下肢截肢病人或者肌肉萎缩病人的助行器，也可作为徒步旅行的代步工具或野外科考装备。又如中国发明专利申请200680006514.1号公开的一种下部肢体外骨骼，该包括两个可经配置以耦合至所述人体下肢且经配置以在其站立阶段期间倚靠在地面上的腿部支撑件。每一腿部支撑件包括一大腿连接段、一小腿连接段及两个膝盖关节。每一膝盖关节经配置以使各自小腿连接段与各自大腿连接段之间能够弯曲及伸展。所述下部肢体外骨骼还包括可经配置以耦合至人体上半身的外骨骼躯干。所述外骨骼躯干可以可旋转方式连接至所述腿部支撑件的大腿连接段，从而使腿部支撑件与外骨骼躯干之间能够弯曲及伸展。在此例示性实施例中，在周期性膝盖运动期间，腿部支撑件的小腿连接段与各自大腿连接段之间的弯曲及伸展运动所需的能量是由人体来提供。还有一些用于研究的旋转电机驱动型外骨骼系统。

但是，现有外骨骼装置的下肢躯干包括大腿、小腿和脚板都是采用穿戴或绑缚的方法，与人体的下肢躯干和脚板连接在一起，行走时共同受力和摆动。这种合体式的外骨骼存在以下缺陷：1、穿戴或绑缚式外骨骼下肢随人的肢体动作，在人体下肢和外骨骼下肢的行走运动中，总有一条腿是支撑腿，另一条腿是摆动腿，非着地的人体下肢和外骨骼下肢不能将传递至这一侧的负重传递到地面，而是通过人体腰部、臀部和髋关节传递给着地人体下肢和外骨骼下肢，再由着地侧的人体下肢和外骨骼下肢传递到地面。2、非着地腿在悬空状态下的伸缩摆动中，还要承受穿戴或绑缚在大腿、小腿、脚板上的外骨骼的重量，增加了人体行走中的体力消耗。3、穿戴或绑缚式外骨骼需要多个与人体相似的活动关节，制造难度大；4、由于活动骨关节多，控制难度大；5、器件数量多，装置自重大；6、成本较高；7、使用者进入和退出外骨骼装置的时间较长。

因此，现有外骨骼装置存在缺陷，需要进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是在现有外骨骼装置的结构上进行改进，提供一种分体的、每个动作周期中承载人体负荷时间更长的、使用时不需要进行外骨骼下肢穿戴或绑缚的、进入和退出更容易、装置更简单、自重更轻、更易于控制且制造成本少的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置。

本实用新型的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置，包括背架、电源、控制装置、传感器、驱动装置、背带和腰带，其特征是所述驱动装置为分体式外骨骼下肢驱动装置，所述背带和腰带均与背架固定连接，所述分体式外骨骼下肢驱动装置与背架活动连接，所述电源与控制装置相连通，所述传感器与控制装置相连通，所述控制装置与分体式外骨骼下肢驱动装置相连通。

本实用新型中所述的分体式外骨骼下肢驱动装置，即起助力作用的外骨骼机械下肢不与人体的下肢肢干连接的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置。也是指助力外骨骼下肢不与人体下肢穿戴或绑缚在一起，而是装置在背架上，或装置在人体髋关节部、或装置在人体腰部。所述分体式外骨骼下肢驱动装置可以由磁轴直线电机构成，也可以是但不限于直线伺服电机、直线步进电机、圆筒式直线电机、管形直线电机、直线电动缸、滚珠丝杆、滚柱丝杆、油压动力缸、空气动力缸等动力部件中的一种。以悬挂或连接的方式连接于背架上或腰部的部件上。分体式外骨骼下肢驱动装置为电力驱动的上、下往复运动的杆件，当杆件的一端接触地面，向地面施加反作用力，把背架上的重力传递给地面，为人体的负重行走承载负重和提供助力。

本实用新型中所述分体式外骨骼下肢驱动装置，如直线电机或电动缸的非动作部件可以装置在背架上，也可以装置在人体或人体外骨骼的相应位置。直线电机或电动缸的动作部件(磁轴电机的轴杆或动力缸的动作杆)在动力源的作用下作上、下伸缩的往复运动。直线电机或电动缸的动作部件(磁轴电机的轴杆或动力缸的动作杆)下端接触地面的期间，把人体的负重传递给地面，实现对人体行走助力的目的。

本实用新型的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置可以在人体的脚底、踝关节、膝关节、髋关节、分体式的人体下肢外骨骼的背架、外骨骼下肢、外骨骼动力部件等处分别按需要安装压力传感器、位置传感器、距离传感器、电流传感器、电压传感器。这些信息可以传递到分体式的人体下肢外骨骼助行装置的控制系统，控制系统可以对这些信息进行分析处理，在此基础上作出判断和动作指令，控制分体式的人体下肢外骨骼助行装置的动作机构执行启动、停止、伸、缩、加速、减速等动作。

本实用新型的要点是外骨骼助行装置的分体式外骨骼下肢驱动装置是与人体下肢分离的，使用时不需要进行穿戴和绑缚；不需要完全与人体下肢和关节的动作同步，可以有更长的时间与地面接触，将更多的人体承载的负荷通过外骨骼装置传递给地面。分体式外骨骼下肢驱动装置(人体外骨骼下肢)与人体下肢是分体的，人体的非支撑腿在悬空的状态下作伸缩摆动时，不负担外骨骼的重量，不驱动外骨骼的摆动，人体下肢的运动更轻松，人体消耗的体力更少。

本实用新型为一种分体式外骨骼下肢驱动装置与人体下肢分离的外骨骼助行装置，使用时不需要进行穿戴和绑缚。当人体行走时，一条腿为支撑腿，在行走中承受人体身体重量和人体身上的负重；另一条腿为非支撑腿，向前迈步，然后接触地面，转换成支撑腿。此前的支撑腿成为迈步腿，此前的迈步腿转换成为支撑腿....。人继续行走，则继续这些动作的循环。外骨骼助行装置在装置控制系统的指令下，适时地驱动直线电机动力杆(或其它种类动作部件的动作杆件)作伸或缩的运动，把人体或人体承载的负荷的一部分通过装置传递到地面，减轻人体的负重。所述分体式外骨骼助行装置的分体式外骨骼下肢驱动装置是与人体下肢分离的，可以不与人体下肢完全同步，它可以超前于人体的脚底接触地面，也可以滞后于人体的脚底脱离地面。按照预先设定的程序，最大程度地把人体的负重传递到地面。

本实用新型中所述分体式外骨骼下肢驱动装置(包括磁轴直线电机、直线伺服电机、直线步进电机、圆筒式直线电机、管形直线电机、线性磁轴电机等所有将电能转换为直线动作能的电机)的助力原理是：外骨骼助力系统通过检测装置在人体肌肉或骨骼的压力或动作传感器的动作信号或压力信号，或者大、小腿的角度或位置信号，被检测出的信号送到装置控制系统分析处理，控制系统根据预置的程序，适时向执行部件发出指令，控制分体式外骨骼下肢驱动装置作推进或收缩的直线运动，从而改变人体外骨骼关节和部件的角度或位置，给人体行走提供助力。

本实用新型中所述控制装置是采用计算机控制。传感器采集到的压力信号、位置信号、电信号和肢体动作信号传递给计算机，计算机对信号进行分析处理，根据预置的程序，适时向电机发出开关信号、正反转信号，或者控制输送给电机的电压或电流或频率，控制电机运行、停止、正转、反转、加速、减速。直线电机或者其它类型驱动装置在系统控制下作出相应的推进、收缩、加速、减速、停止等预定动作。本实用新型中所述控制元件如压力传感器、继电器等都是采用常规通用产品。本实用新型中所采用的动力元件为直线电机或液压缸、气压缸。包括以下种类和参数，但不限于以下种类和参数：

采用移动直流电源；

推力：1N-300N；

速度：0.1m-1000m/s；

行程：10mm-300mm；

功率：50W-1000W；

名称、型号和生产厂家(但不限于下列种类和生产厂)：

线性磁轴电机型号：S040D、S040T、S040Q、S080D、S080T、S080Q、S120D、S120T、S120Q；TSL2504、TSL2505、TSL2507等

步进直线电机：LBM57400

圆筒直线电机(直线同步电机)型号：LSMC200201、LSMC400401

管形直线电机

生产企业：深圳泰科电机有限公司、南京思展科技有限公司、日脉贸易(上海)有限公司、郑州微纳科技有限公司、深圳大族电机科技有限公司等。

与前述现有同类产品相比，本实用新型的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置构造简单、使用器件少、提供的助力大、能耗低、易于控制且制造成本少。

本实用新型的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本实用新型的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1是实施例中一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置的结构示意图。

图2是图1的右视图。

具体实施方式

如图1～2所示，本实施例中所述一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置，包括背架1、电源2、控制装置3、传感器4、驱动装置、背带5和腰带6，其特征是所述驱动装置为分体式外骨骼下肢驱动装置7，所述背带5和腰带6均与背架1固定连接，所述分体式外骨骼下肢驱动装置7与背架1活动连接，所述电源2与控制装置3相连通，所述传感器4与控制装置5相连通，所述控制装置3与分体式外骨骼下肢驱动装置7相连通。

本实施例中所述分体式外骨骼下肢驱动装置7为直线电机分体式外骨骼下肢驱动装置。

Claims

1.一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置，包括背架、电源、控制装置、传感器、驱动装置、背带和腰带，其特征是所述驱动装置为分体式外骨骼下肢驱动装置，所述背带和腰带均与背架固定连接，所述分体式外骨骼下肢驱动装置与背架活动连接，所述电源与控制装置相连通，所述传感器与控制装置相连通，所述控制装置与分体式外骨骼下肢驱动装置相连通。

2.如权利要求1所述的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置，其特征是所述分体式外骨骼下肢驱动装置为直线电机分体式外骨骼下肢驱动装置。

3.如权利要求1所述的一种分体式的人体下肢外骨骼助行装置，其特征是所述分体式外骨骼下肢驱动装置为油压动力分体式外骨骼下肢驱动装置。