CN202776923U - 一种可穿戴式7自由度人体助力装置 - Google Patents

Abstract

一种可穿戴式7自由度人体助力装置，涉及一种助力装置。提供一种可使踝关节和髋关节实现外展/内收运动，实现多自由度、大范围活动的可穿戴式7自由度人体助力装置。设有腰部固定装置、3自由度髋关节机构、大腿杆、单自由度膝关节机构、小腿杆、3自由度踝关节机构、鞋底座板、位移传感器和控制器。可实现髋关节前后的伸展/屈曲和左右的外展/内收以及腿轴向的转动、膝关节前后的伸展与屈曲、踝关节左右的外展/内收，从而实现了踝关节多角度，大范围的活动。可以实现踝关节和髋关节实现外展/内收运动，可基本复现人体下肢各种位姿，下肢可实现7个自由度，局限性很小，应用范围大，可作为行走和爬楼的助力器，也可用于康复健身。

Description

一种可穿戴式7自由度人体助力装置

技术领域

本实用新型属于拟人机器人技术领域，涉及一种助力装置，尤其是涉及一种可穿戴式7自由度人体助力装置。 

背景技术

人在上下楼梯或者长时间行走时，很容易出现疲劳乏力。特别是老年人，在行走和爬楼梯时问题更为突出。现有技术中已有的行走助力装置存在不足：不能方便的实现踝关节和髋关节外展/内收，甚至是小角度转动，这主要是因为助力装置缺少自由度。目前，能够实现多自由度、大范围活动的人体行走和爬楼的助力装置鲜有报道。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可使踝关节和髋关节实现外展/内收运动，实现多自由度、大范围活动的可穿戴式7自由度人体助力装置。 

本实用新型设有腰部固定装置、3自由度髋关节机构、大腿杆、单自由度膝关节机构、小腿杆、3自由度踝关节机构、鞋底座板、位移传感器和控制器； 

腰部固定装置设有凹槽架和承重支架，承重支架固于凹槽架的封闭端，凹槽架通过3自由度髋关节机构与大腿杆活动连接，3自由度髋关节机构设有万向节机构，万向节机构的从动叉与所述腰部固定装置的凹槽架开口端转动连接，主动叉与大腿杆上端固连；大腿杆下端通过单自由度膝关节机构与小腿杆上端活动连接，单自由度膝关节机构设有膝关节液压缸，膝关节液压缸的活塞杆与大腿杆后侧铰接，膝关节液压缸的缸体与小腿杆后侧铰接，小腿杆通过3自由度踝关节机构与鞋底座板活动连接，3自由度踝关节机构设有脚后跟液压缸、踝关节连杆、圆弧形踝关节套管和踝关节外侧液压缸，脚后跟液压缸的活塞杆与鞋底座板铰接，脚后跟液压缸的缸体与踝关节连杆一端铰接，踝关节连杆另一端为圆弧形端，该圆弧形端嵌入圆弧形踝关节套管中，并与圆弧形踝关节套管滑动配合，圆弧形踝关节套管与踝关节外侧液压缸的活塞杆铰接，踝关节外侧液压缸的缸体与小腿杆下端铰接，在膝关节液压缸的缸体上、脚后跟液压缸的缸体上及踝关节外侧液压缸的缸体上均设位移传感器，各位移传感器的信号输出端分别接控制器信号输入端，控制器控制信号输出端分别接膝关节液压缸、脚后跟 液压缸及踝关节外侧液压缸的驱动器控制信号输入端。 

所述凹槽架可为U字形凹槽架。 

所述大腿杆最好设有3个高度调节销孔。这样便于不同身高腿长的人使用。 

所述控制器可采用计算机。 

本实用新型的工作原理如下： 

使用时，使用者将其穿戴在大腿外侧，将腰部固定的U型槽架贴在腰背部，同时通过松紧带与腰部、大腿、小腿固定，双脚通过脚部松紧带固定在鞋底。而装置中的控制部分、液压供油部分、行李等负重均放在腰背部的支撑架上，不仅可以合理配置机构，同时也减轻了使用者背负行李设备的压力。 

结合实际工程应用及测量结果，室内楼梯的每梯段踏步高度不应大于0.16m，室外台阶的踏步高度不应大于0.15m，同时通过大量实验测得在行走或者爬楼时，膝关节角度变换以及在楼梯转弯时踝关节各部位角度的变化情况。因此利用事先编好的步行程序，即可确定各液压缸的伸长量及各关节的角度变化。行走时，各位移传感器可以实时采集下肢在各个运动状态的准确位置。并可控制各液压缸的工作状态。 

与现有技术比较，本实用新型的有益效果如下： 

由于设有3自由度髋关节机构（为万向节机构），因此可实现髋关节前后的伸展/屈曲和左右的外展/内收以及腿轴向的转动； 

由于设有单自由度膝关节机构，因此可实现膝关节前后的伸展和屈曲。 

由于设有3自由度踝关节机构，圆弧形踝关节套管与踝关节连杆滑动配合构成一个沿曲线（圆弧）运动的移动副，从而实现踝关节沿轴向的转动，而且通过踝关节外侧液压缸的作用，可以实现踝关节左右的外展/内收，从而实现了踝关节多角度，大范围的活动。 

由此可见，本实用新型可以实现踝关节和髋关节实现外展/内收运动，可基本复现人体下肢各种位姿，下肢可实现7个自由度，局限性很小，应用范围大，可作为行走和爬楼的助力器，也可用于康复健身。 

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。 

具体实施方式

参见图1，本实用新型实施例设有腰部固定装置、3自由度髋关节机构、大腿杆31、小 腿杆32、单自由度膝关节机构、3自由度踝关节机构、鞋底座板6、位移传感器（图1中未画出）和控制器（图1中未画出）。 

腰部固定装置设有凹槽架（U字形）11和承重支架12，承重支架12固于凹槽架11的封闭端。3自由度髋关节机构为万向节机构，万向节机构的从动叉21与凹槽架11开口端转动连接，万向节机构的主动叉22与大腿杆31上端固连。大腿杆31下端通过单自由度膝关节机构与小腿杆32上端活动连接。单自由度膝关节机构设有膝关节液压缸41，膝关节液压缸41的活塞杆与大腿杆31后侧铰接，膝关节液压缸41的缸体与小腿杆32后侧铰接。3自由度踝关节机构设有脚后跟液压缸51、踝关节连杆52、圆弧形踝关节套管53和踝关节外侧液压缸54，脚后跟液压缸51的活塞杆与鞋底座板6铰接，脚后跟液压缸51的缸体与踝关节连杆52一端铰接，踝关节连杆52另一端嵌入圆弧形踝关节套管53中，并与圆弧形踝关节套管53滑动配合。圆弧形踝关节套管53与踝关节外侧液压缸54的活塞杆铰接，踝关节外侧液压缸54的缸体与小腿杆32下端铰接。在膝关节液压缸41的缸体上、脚后跟液压缸51的缸体上及踝关节外侧液压缸54的缸体上均设位移传感器，各位移传感器的信号输出端分别接控制器信号输入端，控制器控制信号输出端分别接膝关节液压缸41、脚后跟液压缸51及踝关节外侧液压缸54的驱动器（图1中未画出）的控制信号输入端。 

所述大腿杆31设有高度调节销孔（图1中未画出）。这样便于不同身高腿长的人使用。所述控制器采用计算机。 

Claims (4)

1.一种可穿戴式7自由度人体助力装置，其特征在于设有腰部固定装置、3自由度髋关节机构、大腿杆、单自由度膝关节机构、小腿杆、3自由度踝关节机构、鞋底座板、位移传感器和控制器；

腰部固定装置设有凹槽架和承重支架，承重支架固于凹槽架的封闭端，凹槽架通过3自由度髋关节机构与大腿杆活动连接，3自由度髋关节机构设有万向节机构，万向节机构的从动叉与所述腰部固定装置的凹槽架开口端转动连接，主动叉与大腿杆上端固连；大腿杆下端通过单自由度膝关节机构与小腿杆上端活动连接，单自由度膝关节机构设有膝关节液压缸，膝关节液压缸的活塞杆与大腿杆后侧铰接，膝关节液压缸的缸体与小腿杆后侧铰接，小腿杆通过3自由度踝关节机构与鞋底座板活动连接，3自由度踝关节机构设有脚后跟液压缸、踝关节连杆、圆弧形踝关节套管和踝关节外侧液压缸，脚后跟液压缸的活塞杆与鞋底座板铰接，脚后跟液压缸的缸体与踝关节连杆一端铰接，踝关节连杆另一端为圆弧形端，该圆弧形端嵌入圆弧形踝关节套管中，并与圆弧形踝关节套管滑动配合，圆弧形踝关节套管与踝关节外侧液压缸的活塞杆铰接，踝关节外侧液压缸的缸体与小腿杆下端铰接，在膝关节液压缸的缸体上、脚后跟液压缸的缸体上及踝关节外侧液压缸的缸体上均设位移传感器，各位移传感器的信号输出端分别接控制器信号输入端，控制器控制信号输出端分别接膝关节液压缸、脚后跟液压缸及踝关节外侧液压缸的驱动器控制信号输入端。

2.如权利要求1所述的一种可穿戴式7自由度人体助力装置，其特征在于所述凹槽架为U字形凹槽架。

3.如权利要求1所述的一种可穿戴式7自由度人体助力装置，其特征在于所述大腿杆设有3个高度调节销孔。

4.如权利要求1所述的一种可穿戴式7自由度人体助力装置，其特征在于所述控制器采用计算机。 

Images