CN206085037U

CN206085037U - 一种可穿戴式负重外骨骼

Info

Publication number: CN206085037U
Application number: CN201621139103.7U
Authority: CN
Inventors: 钟佩思; 康静; 孙雪颜; 赵信义; 郑义; 邱林; 杨颖鹏; 庄照波
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2026-10-20

Abstract

本实用新型涉及一种可穿戴式负重外骨骼，包括：鞋体、踝关节组件、小腿内杆、松紧扣、小腿外杆、膝关节液压装置、大腿外杆、大腿内杆、髋关节液压装置、凸轮连接件、腰连接件、伸缩装置、髋连接块、背架等。所述松紧扣分别套在小腿外杆与小腿内杆，大腿外杆与大腿内杆的接口处。膝关节液压装置两端分别与小腿外杆和大腿外杆铰接；髋关节液压装置两端分别与大腿内杆的铰接块和髋连接块铰接。所述踝关节组件包括踝铰接块、限位螺栓、连接销、销轴、螺钉、弹簧、三角块。所述松紧扣包括套环、垫片、销、螺栓、旋转头。所述伸缩装置包括螺纹杆、十字转头、伸缩件、外壳、盖板。本实用新型结构简单，运行平稳，可穿戴性强，便于装配调整。

Description

一种可穿戴式负重外骨骼

技术领域

本实用新型涉及一种助力行走的机械装置，具体涉及一种液压驱动型可穿戴式负重外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼是一种可以让人穿戴的机械装置，它将人类的智力和机器人的体力结合在了一起，利用人的智力来控制机器人，通过机器人来完成人体自身能力无法单独完成的任务。我国可穿戴外骨骼的研究己经起步，取得了一定的阶段性研究成果，但仍存在结构复杂，加工与装配难度较大，穿戴舒适度和协调度欠佳等问题。

发明内容

为了克服上述存在的问题，本实用新型提供一种结构简单、运行平稳、可穿戴性强、便于装配调整的液压驱动型可穿戴式负重外骨骼。

本实用新型所采用的技术方案是：一种可穿戴式负重外骨骼，包括鞋体、踝关节组件、小腿内杆、松紧扣、小腿外杆、膝关节液压装置、大腿外杆、大腿内杆、髋关节液压装置、凸轮连接件、腰连接件、伸缩装置、髋连接块、背架。

所述小腿外杆上端与大腿外杆下端靠近膝关节处分别设有绑带，小腿外杆上端与所述大腿外杆下端铰接，铰接处设有限位凹凸块。所述膝关节液压装置两端分别与小腿外杆和大腿外杆铰接，所述髋关节液压装置两端分别与大腿内杆的铰接块和髋连接块铰接。所述凸轮连接件一侧与髋连接块铰接，另一侧与大腿内杆上端通过两个螺栓固连。腰连接件与髋连接块铰接，且铰接处设有限位凹凸块，腰连接件另一端与伸缩装置铰接，且铰接处设有限位凹凸块。腰连接件内侧设有腰带孔。所述背架通过六个螺钉与所述髋连接块固连。髋关节外展内收自由度设在背部。

所述小腿内杆为圆柱体，小腿外杆为空心圆柱套筒，且下端的左右侧分别开有凹槽，小腿内杆安装在小腿外杆内侧，且小腿长度可调节，所述松紧扣套在小腿外杆的凹槽处。大腿内杆安装在大腿外杆内侧且可通过松紧扣调节长度，大腿内杆与大腿外杆下端前侧分别开有槽口，铰接块穿过大腿外杆的槽口安装在大腿内杆的槽口里。

所述踝关节组件包括踝铰接块、限位螺栓、连接销、销轴、螺钉、弹簧、三角块，鞋体与踝铰接块通过连接销铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节外展内收自由度的角度。所述踝铰接块与三角块通过限位螺栓铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节旋内旋外自由度的角度。三角块与小腿内杆通过销轴铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节屈伸自由度的角度。三角块内侧设有两个螺纹孔，弹簧通过螺钉安装在三角块螺纹孔内。所述鞋体上设有四个鞋带孔。

所述松紧扣包括套环、垫片、销、螺栓、旋转头，销侧面设有螺纹孔，将其安在旋转头的孔中，螺栓依次穿过套环和垫片的孔与销的螺纹孔连接，所述旋转头孔外侧为凸轮形状。

所述伸缩装置包括螺纹杆、十字转头、伸缩件、外壳、盖板。伸缩件安装在外壳内，伸缩件上的通孔直径与螺纹孔内径相等且同心，螺纹杆中间设有圆柱平衡块，两侧分别设有反向螺纹，两端为十字形，依次通过螺纹孔、通孔，与所述十字转头连接，螺纹杆中间的圆柱平衡块固定在盖板中心的方孔中。

所述背架的水平承重部分为平均分布的三爪型且末端斜向上弯曲，竖直支撑部分为倒日字型。

本实用新型的有益效果是，采用主被动结合的技术方案，减轻了系统质量，各关节的限位凹凸块处均设有弹簧，起到缓冲减震的作用，运行更加平稳。背部伸缩装置可调节两髋关节的水平距离，机构具有更广泛的适用性。弹簧扣的设计使得大腿和小腿的长度调节更简便。通过改变各构件的相对角度来实现人机协同作业，实现了人体在几乎无需自身提供能量的前提下背负重物行走，完成各种下肢动作，具有结构简单、运行平稳、可穿戴性强、便于装配调整等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的踝关节结构示意图。

图3为本实用新型的弹簧扣结构示意图。

图4为本实用新型的伸缩装置结构示意图。

图中：1-鞋体，2-踝关节组件，3-小腿内杆，4-松紧扣，5-小腿外杆，6-膝关节液压装置，7-大腿外杆，8-大腿内杆，9-髋关节液压装置，10-凸轮连接件，11-腰连接件，12-伸缩装置，13-髋连接块，14-背架，21-踝铰接块，22-限位螺栓，23-连接销，24-销轴，25-螺钉，26-弹簧，27-三角块，31-螺纹杆，32-十字转头，33-伸缩件，34-外壳，35-盖板，41-套环，42-垫片，43-销，44-螺栓，45-旋转头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括：鞋体（1）、踝关节组件（2）、小腿内杆（3）、松紧扣（4）、小腿外杆（5）、膝关节液压装置（6）、大腿外杆（7）、大腿内杆（8）、髋关节液压装置（9）、凸轮连接件（10）、腰连接件（11）、伸缩装置（12）、髋连接块（13）、背架（14）。所述鞋体（1）上设有四个鞋带孔，所述小腿内杆（3）为圆柱体，所述小腿外杆（5）为空心圆柱套筒，且下端的左右侧分别开有凹槽，小腿内杆（3）安装在小腿外杆（5）内侧，且小腿长度可调节，所述松紧扣（4）套在小腿外杆（5）的凹槽处。小腿外杆（5）上端与大腿外杆（7）下端靠近膝关节处设有绑带，小腿外杆（5）上端与大腿外杆（7）下端铰接，其铰接处的凹凸块限制膝关节屈伸自由度的角度。所述膝关节液压装置（6）两端分别与小腿外杆（5）和大腿外杆（7）铰接，通过膝关节液压装置（6）的伸缩控制膝关节的屈伸自由度。大腿内杆（8）安装在大腿外杆（7）内侧且可通过松紧扣（4）调节长度，大腿内杆（8）与大腿外杆（7）下端前侧分别开有槽口，铰接块穿过大腿外杆（7）的槽口安装在大腿内杆（8）的槽口里，大腿长度调节受所述大腿外杆（7）上槽口长度的限制。所述髋关节液压装置（9）两端分别与大腿内杆（8）的铰接块和髋连接块（13）铰接，通过髋关节液压装置（9）的伸缩控制髋关节的屈伸自由度。所述凸轮连接件（10）一侧与髋连接块（13）铰接，另一侧与大腿内杆（8）上端通过两个螺栓固连。所述腰连接件（11）与髋连接块（13）铰接，且铰接处的凹凸块限制髋关节旋内旋外自由度的角度。腰连接件（11）另一端与所述伸缩装置（12）铰接，且铰接处的凹凸块限制髋关节外展内收自由度的角度。腰连接件（11）内侧设有腰带孔。所述背架（14）通过六个螺钉与髋连接块（13）固连，背架（14）的水平承重部分为平均分布的三爪型且末端斜向上弯曲，竖直支撑部分为倒日字型。

如图2所示，所述踝关节组件（2）包括踝铰接块（21）、限位螺栓（22）、连接销（23）、销轴（24）、螺钉（25）、弹簧（26）、三角块（27），所述鞋体（1）与踝铰接块（21）通过连接销（23）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节外展内收自由度的角度。踝铰接块（21）与三角块（27）通过限位螺栓（22）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节旋内旋外自由度的角度。三角块（27）与小腿内杆（3）通过销轴（24）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节屈伸自由度的角度。所述三角块（27）内侧设有两个螺纹孔，弹簧（26）通过螺钉（25）安装在三角块（27）螺纹孔内。

如图3所示，所述松紧扣（4）包括套环（41）、垫片（42）、销（43）、螺栓（44）、旋转头（45），所述销（43）侧面设有螺纹孔，将其安在所述旋转头（45）的孔中，螺栓（44）依次穿过套环（41）和垫片（42）的孔与销（43）的螺纹孔连接，旋转头（45）孔外侧为凸轮形状，旋转至窄边时松紧扣（4）放松，旋转至宽边时松紧扣（4）收紧。

如图4所示，所述伸缩装置（12）包括螺纹杆（31）、十字转头（32）、伸缩件（33）、外壳（34）、盖板（35），所述伸缩件（33）设有两处凹槽，两处凹槽间设有一通孔，大凹槽内设有一凸块，凸块内设有螺纹通孔，两处通孔同心，且通孔直径与螺纹孔内径相等。伸缩件（33）安装在外壳（34）内，伸缩件（33）可沿着外壳（34）内表面移动，螺纹杆（31）中间设有圆柱平衡块，两侧设有螺纹，两端为十字形，依次通过螺纹孔，通孔，与所述十字转头（32）连接，外壳（34）与盖板（35）通过六个螺钉固连，螺纹杆（31）中间中间的圆柱平衡块固定在盖板（35）中心的方孔中。转动十字转头（32），螺纹杆（31）与螺纹孔的相对转动实现了伸缩件（33）与外壳（34）的相对移动。

穿戴过程中，首先调节背部伸缩装置（12）的安装位置以适应穿戴者尺寸，将腰带穿过腰连接件（11）内侧的腰带孔绑缚在穿戴者腰部；再通过松紧扣（4）分别调节大腿和小腿的长度，以使外骨骼的膝关节和踝关节分别与穿戴者相应关节重合，将小腿外杆（5）与大腿外杆（7）上的绑带分别绑缚在穿戴者的小腿与大腿上，保证各关节初始安装位置准确；后将鞋带依次穿过鞋体（1）上的四个鞋带孔绑缚在穿戴者脚部；最后将重物绑缚于背架（14）上。工作过程中，膝关节液压装置（6）和髋关节液压装置（9）的活塞与液压缸之间发生相对滑动，为膝关节和髋关节的屈伸运动提供动力，进而带动穿戴者运动，其余自由度可由穿戴者自行控制。各关节的限位凹凸块处均设有弹簧，当各关节摆动到极限位置时可起到缓冲减震的作用，使运行更加平稳。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用作对本实用新型的任何形式的限制，任何根据本实用新型的技术实质所做的简单修改与变化等，皆应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种可穿戴式负重外骨骼，其特征在于：包括鞋体（1）、踝关节组件（2）、小腿内杆（3）、松紧扣（4）、小腿外杆（5）、膝关节液压装置（6）、大腿外杆（7）、大腿内杆（8）、髋关节液压装置（9）、凸轮连接件（10）、腰连接件（11）、伸缩装置（12）、髋连接块（13）、背架（14）；所述踝关节组件（2）分别与鞋体（1）和小腿内杆（3）铰接；小腿内杆（3）安装在小腿外杆（5）内侧，大腿内杆（8）安装在大腿外杆（7）内侧，松紧扣（4）分别套在小腿外杆（5）下端凹槽处和大腿外杆（7）上端凹槽处；小腿外杆（5）上端与大腿外杆（7）下端铰接，铰接处设有限位凹凸块；所述膝关节液压装置（6）两端分别与小腿外杆（5）和大腿外杆（7）铰接；大腿内杆（8）与大腿外杆（7）下端前侧分别开有槽口，铰接块穿过大腿外杆（7）的槽口安装在大腿内杆（8）的槽口内，髋关节液压装置（9）两端分别与大腿内杆（8）的铰接块和髋连接块（13）铰接；所述腰连接件（11）与髋连接块（13）铰接，且铰接处设有限位凹凸块，腰连接件（11）另一端与伸缩装置（12）铰接，且铰接处设有限位凹凸块，腰连接件（11）内侧设有腰带孔。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式负重外骨骼，其特征在于：所述踝关节组件（2）包括踝铰接块（21）、限位螺栓（22）、连接销（23）、销轴（24）、螺钉（25）、弹簧（26）、三角块（27）；所述鞋体（1）与踝铰接块（21）通过连接销（23）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节外展内收自由度的角度；所述踝铰接块（21）与三角块（27）通过限位螺栓（22）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节旋内旋外自由度的角度；所述三角块（27）与小腿内杆（3）通过销轴（24）铰接，且铰接处的凹凸块限制踝关节屈伸自由度的角度；三角块（27）内侧设有两个螺纹孔，弹簧（26）通过螺钉（25）安装在三角块（27）螺纹孔内。

3.根据权利要求1所述的一种可穿戴式负重外骨骼，其特征在于：所述松紧扣（4）包括套环（41）、垫片（42）、销（43）、螺栓（44）、旋转头（45）；所述销（43）侧面设有螺纹孔，将其安在旋转头（45）的孔内，螺栓（44）依次穿过套环（41）和垫片（42）的孔与销（43）的螺纹孔连接，所述旋转头（45）孔外侧为凸轮形状。

4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式负重外骨骼，其特征在于：所述伸缩装置（12）包括螺纹杆（31）、十字转头（32）、伸缩件（33）、外壳（34）、盖板（35）；所述伸缩件（33）上的通孔直径与螺纹孔内径相等且同心，螺纹杆（31）中间设有圆柱平衡块，两侧分别设有反向螺纹，两端为十字形，依次通过螺纹孔、通孔，与十字转头（32）连接，螺纹杆（31）中间的圆柱平衡块固定在盖板（35）中心的方孔中。

5.根据权利要求1所述的一种可穿戴式负重外骨骼，其特征在于：所述背架（14）的水平承重部分为平均分布的三爪型且末端斜向上弯曲，竖直支撑部分为倒日字型。