CN208926967U - 用于智能外骨骼机器人的物理接口 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗机器人领域，尤其涉及用于智能外骨骼机器人的物理接口，包括用于穿戴在人体上的外骨骼结构和用于固定脱卸后的所述外骨骼结构的轮椅，所述外骨骼结构在两侧分别设有凸起结构，所述轮椅上设有用于卡住所述凸起结构的卡扣结构。本实用新型提供的用于智能外骨骼机器人的物理接口，通过所述卡扣结构可以将外骨骼机器人的外骨骼结构固定在所述轮椅上，人体脱卸外骨骼结构时可以先坐在所述轮椅上，此时外骨骼结构通过卡扣结构固定在所述轮椅上，一方面有利于人体脱卸所述外骨骼结构，一方面外骨骼结构可以存放在所述轮椅上，方便可靠。

Description

用于智能外骨骼机器人的物理接口

【技术领域】

本实用新型涉及医疗机器人领域，尤其涉及用于智能外骨骼机器人的物理接口。

【背景技术】

外骨骼机器人，是一种由金属等硬质材料的框架构成并且可让人穿上的机器装置，这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。

对于脊髓损伤和脑卒中(中风)患者来说，站立行走似乎是一个可望而不可及的梦想，而外骨骼机器人的诞生，将使这一梦想变为现实。另外，目前我国老龄化进程加重，肢体残疾人数量增加，外骨骼机器人的作用更显凸出。

然而，现有的外骨骼结构穿戴后再进行脱卸、存放都十分不便。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供于外骨骼机器人的物理接口，通过所述卡扣结构可以将外骨骼机器人的外骨骼结构固定在所述轮椅上，人体脱卸外骨骼结构时可以先坐在所述轮椅上，此时外骨骼结构通过卡扣结构固定在所述轮椅上，一方面有利于人体脱卸所述外骨骼结构，一方面外骨骼结构可以存放在所述轮椅上，方便可靠。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

用于智能外骨骼机器人的物理接口，包括用于穿戴在人体上的外骨骼结构和用于固定脱卸后的所述外骨骼结构的轮椅，所述外骨骼结构在两侧分别设有凸起结构，所述轮椅上设有用于卡住所述凸起结构的卡扣结构。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述轮椅上设有用于驱动所述卡扣结构收合以卡住所述凸起结构或驱动所述卡扣结构打开以释放所述凸起结构的驱动装置。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述轮椅上设有用于感应所述外骨骼结构位置以使所述驱动装置动作的传感器。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述传感器为压力传感器。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述传感器为距离传感器。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述凸起结构为向所述外骨骼结构侧面伸出的圆柱状凸起。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述轮椅具有椅背，所述卡扣结构设在所述椅背的正面上。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述卡扣结构包括定块和动块，所述定块固定在轮椅上，所述动块以与所述定块可转动打开或收合的方式铰设在所述定块上，所述定块和所述动块相对的一面上设有用于卡住所述凸起结构的凹槽。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述卡扣结构与所述轮椅之间设有用于调节所述卡扣结构在轮椅上的横向位置的横向移动结构。

可选地，如上所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，所述横向移动结构包括设置在所述轮椅上的横向条形孔，所述轮椅与所述卡扣结构之间设有用于穿过所述条形孔和所述卡扣结构以固定所述卡扣结构在调节后的横向位置的螺栓。

与现有技术相比，本实用新型有如下优点：

1、通过所述卡扣结构可以将外骨骼机器人的外骨骼结构固定在所述轮椅上，人体脱卸外骨骼结构时可以先坐在所述轮椅上，此时外骨骼结构通过卡扣结构固定在所述轮椅上，一方面有利于人体脱卸所述外骨骼结构，一方面外骨骼结构可以存放在所述轮椅上，方便可靠。

2、通过传感器驱动感应人体动作以驱动所述轮椅上的所述卡扣结构卡住所述外骨骼结构上的所述凸起结构，智能化程度高，且方便快捷。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所述智能外骨骼机器人的结构示意图1；

图2为本实用新型实施例所述智能外骨骼机器人的结构示意图2；

图3为本实用新型实施例所述外骨骼结构的结构示意图；

图4为图1的A部放大图；

图5为本实用新型实施例所述下肢结构组件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述上肢结构组件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述上肢结构的结构示意图；

图8为本实用新型实施例所述脚部固定装置的结构示意图；

图9为本实用新型实施例所述穿戴装置的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图9所示，本实用新型实施例提供一种用于智能外骨骼机器人的物理接口，包括用于穿戴在人体上的外骨骼结构10和用于固定脱卸后的所述外骨骼结构的轮椅5，所述外骨骼结构在两侧分别设有凸起结构101，所述轮椅5上设有用于卡住所述凸起结构101的卡扣结构501。通过上述结构可以将外骨骼机器人的外骨骼结构固定在所述轮椅上，人体脱卸外骨骼结构时可以先坐在所述轮椅上，此时外骨骼结构通过卡扣结构固定在所述轮椅上，一方面有利于人体脱卸所述外骨骼结构，一方面外骨骼结构可以存放在所述轮椅上，方便可靠。

较佳地，所述轮椅5上设有用于驱动所述卡扣结构501收合以卡住所述凸起结构101或驱动所述卡扣结构501打开以释放所述凸起结构101的驱动装置，具体地，所述驱动装置为电机。所述轮椅5上设有用于感应所述外骨骼结构10位置以使所述驱动装置动作的传感器。通过传感器驱动感应人体动作以驱动所述轮椅上的所述卡扣结构卡住所述外骨骼结构上的所述凸起结构，智能化程度高，且方便快捷。

当然，所述传感器可以为压力传感器或者距离传感器。

优选地，所述凸起结构101为向所述外骨骼结构10侧面伸出的圆柱状凸起。

进一步地，所述轮椅5具有椅背，所述卡扣结构501设在所述椅背的正面上，需要说明的是，所述卡扣结构501可以左右各设置一个，对应地，所述外骨骼结构的左右侧上分别设置一个凸起结构，可以使得外骨骼结构可以更加可靠地固定在所述轮椅5上。

更进一步地，所述卡扣结构501包括定块5011和动块5012，所述定块5011固定在轮椅5上，所述动块5012以与所述定块5011可转动打开或收合的方式铰设在所述定块5011上，所述定块5011和所述动块5012相对的一面上设有用于卡住所述凸起结构101的凹槽501a。一种实施方式为，所述动块5012固定在所述驱动装置即电机的转轴上，优选所述传感器为距离传感器，当穿戴有外骨骼结构的人体坐在所述轮椅5上时，距离传感器感感应到外骨骼结构与轮椅之间的距离并执行动作，从而驱动所述驱动装置转动，驱动装置使得所述动块5012收合在所述定块5011上，实现所述卡扣结构501卡住所述凸起结构。

在本实施例中，所述卡扣结构501与所述轮椅5之间设有用于调节所述卡扣结构501在轮椅5上的横向位置的横向移动结构。所述横向移动结构包括设置在所述轮椅5上的横向条形孔，所述轮椅5与所述卡扣结构501之间设有用于穿过所述条形孔和所述卡扣结构501以固定所述卡扣结构501在调节后的横向位置的螺栓。

下面对外骨骼机器人的其它结构作进一步说明：

本实用新型实施例所述的智能外骨骼机器人，包括外骨骼结构，所述外骨骼结构包括用于固定人体上肢的上肢结构1、用于固定人体下肢的下肢结构2和用于连接所述上肢结构1和所述下肢结构2的背部结构3，所述上肢结构1、所述下肢结构2或所述背部结构3上设有电源接口；所述外骨骼机器人还包括电缆4、蓄电池和用于自动跟随所述外骨骼结构行走的轮椅5，所述蓄电池设在所述轮椅5上，且所述蓄电池通过所述电缆4电连接在所述电源接口上。通过所述外骨骼机器人中轮椅5与穿戴在人体上的外骨骼的巧妙结合，将用于供电的蓄电池设置在轮椅5上，大大降低了外骨骼的负重，在一定程度上降低了能源损耗，另一方面设置在轮椅上的蓄电池能够制造成更大容量的蓄电池，进一步提升了整个设备的续航能力，为外骨骼机器人在医疗领域的普及提供了有益条件。可以想象，当人体穿戴所述外骨骼结构进行散步等日常应用时，遇到人体想要坐下的情况，可以很方便地选择轮椅作为坐具，使得外骨骼机器人的使用更加实用与人性化。

自动跟随技术在本实用新型的实施方式如下：所述轮椅5上安装有三个跟踪模块，所述三个跟踪模块包括第一模块、第二模块和第三模块，所述第一模块、所述第二模块和所述第三模块在水平平面内成等边三角形状安装在所述轮椅5上，三个模块作为基站且三个模块之间具有一定的间距。手握或者在外骨骼结构上设置一个向三个模块发送信号的发射源。所述第一模块、所述第二模块和所述第三模块通过对比接收到发射源信号的时间差，可以计算出所述发射源的角度。通过电磁波在空中的飞行时间，可以计算出所述发射源的距离。三个模块与所述发射源之间通过无线通信，测得发射源分别到第一模块、第二模块和第三模块之间的距离，第三模块通过串口将距离信息和角度信息给到主控板。主控板在收到距离和角度信息后：当发射源在轮椅5左边时，轮椅5向左转。当发射源在轮椅5右边时，轮椅5向右转。当发射源在轮椅5正前方时，轮椅5向前走。当轮椅5到达设定好的跟随距离时，轮椅5停止运动。当然，本实用新型也可以采用其它实施方式如通过摄像进行视觉定位或通过超声波等进行定位跟随。

优选地，所述上肢结构组件包括穿戴在人体背部的背部结构3、穿戴在人体左手侧的上肢结构和穿戴在人体右手侧的上肢结构，穿戴在人体左手侧的上肢结构和穿戴在人体右手侧的上肢结构具有基本相同的结构并相对于彼此左右对称。下面就所述的上肢结构组件的其中一个上肢结构，对本实施例的上肢结构1进行说明。

所述上肢结构1包括肩部件11、大臂部件12、小臂部件13和手掌部件14，所述肩部件11铰设在所述背部结构3的上端，所述肩部件11在远离所述背部结构3一端设有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端与所述大臂部件12的一端固定连接，所述大臂部件12的另一端设有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端与所述小臂部件13的一端固定连接，所述小臂部件13的另一端与所述手掌部件14铰接。具体地，所述第一驱动电机、所述第二驱动电机可以为伺服电机与谐波减速器配合使用。

较佳地，所述大臂部件12设有向内侧凸起的第一固定部121，所述小臂部件13设有向内侧凸起的第二固定部132，所述第一固定部121与所述第二固定部132之间设有用于承托人体肘部的托盘6，所述托盘6一端设有用于与所述第一固定部121弹性连接的第一弹性件61，所述托盘6另一端设有用于与所述第二固定部132弹性连接的第二弹性件62。具体地，所述第一弹性件61和所述第二弹性件62为拉伸弹簧。在现有技术中，将所述上肢结构1穿戴在人体手臂上时，一般只对人体大臂和小臂进行固定，而考虑到人体舒适性，所以并不会将人体大臂和小臂束缚过紧，因此人体在运动时容易出现人体与所述上肢结构1的相对滑动而产生错位，导致外骨骼结构难以带动人体做出更为准确的动作，夏天由于天气热，人体出汗导致出现这种情况的可能性更高。所述托盘6安装在人体的关节位置则是将关节位置也贴近所述上肢结构1的转动位置，为了使得所述托盘6与人体的运动张力更加符合，还设置了与其连接的第一弹性件61和第二弹性件62复位。通过增加用于承托人体肘部的托盘，所述托盘为弹性连接，使人体肘部得到一定的固定，而且由于是该托盘是弹性固定，因此又不影响肘部的动作，还可以帮助肘关节在做弯曲后的伸直复位，结构简单实用。当然，所述托盘6上还可以设置用于使所述托盘6贴近人体皮肤的吸盘。

在本实施例中，所述下肢结构组件包括穿戴在人体左腿侧的下肢结构和穿戴在人体右腿侧的下肢结构，穿戴在人体左腿侧的下肢结构和穿戴在人体右腿侧的下肢结构具有基本相同的结构并相对于彼此左右对称。下面就所述的下肢结构组件的其中一个下肢结构，对本实施例的下肢结构2进行说明。

所述下肢结构2包括髋部件21、大腿部件22、小腿部件23和脚部固定装置24，所述髋部件21安装在所述背部结构3的下端，所述髋部件21在远离所述背部结构3的一端设有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端与所述大腿部件22上端固定连接，所述大腿部件22下端设有第四驱动电机，所述第四驱动电机的输出端与所述小腿部件23的上端固定连接，所述小腿部件23的下端与所述脚部固定装置24铰接。所述髋部件21包括连接所述大腿部件22的连接部211，所述连接部211向上方延伸并绕向后方与所述背部结构3下端连接的横向调节部212，所述横向调节部212上横向设置有若干调节孔212a，所述背部结构3下端设有与所述调节孔212a相适配以调节所述髋部件21横向位置的定位孔31，所述调节孔212a和所述定位孔31之间设有用于穿越所述定位孔31和单个所述调节孔212a以固定所述髋部件21的销轴。具体地，所述第三驱动电机、所述第四驱动电机可以为伺服电机与谐波减速器配合使用。穿戴时，可以根据不同人体的体宽进行调节，即通过用销轴穿过定位孔31和相应的调节孔212a对所述下肢结构2的横向位置进行调节，当然，也可以在所述调节孔212a上加工内螺纹，并将所述销轴换成螺栓先穿过定位孔31再锁紧在调节孔212a上进行紧固。上述用于调节的结构扩大了所述下肢结构2的适用人群，使其在不同胖瘦的个人之间通用。

优选地，所述大臂部件12、所述小臂部件13、所述大腿部件22和所述小腿部件23均为空心杆状结构。且所述大臂部件12、所述小臂部件13、所述大腿部件22和所述小腿部件23的材料均为铝合金。大大降低了外骨骼结构的负重，进一步减少了外骨骼机器人在工作时的负重损耗，延长了蓄电池的续航时间。

在本实施例中，所述大臂部件12、所述小臂部件13、所述大腿部件22和所述小腿部件23分别设有至少一个用于将所述外骨骼机器人穿戴在人体上的穿戴装置7。具体地，所述穿戴装置7包括弧形连接件71和柔性绑带72，所述弧形连接件71的内侧固定所述柔性绑带72，所述弧形连接件71的外侧与所述大臂部件12、所述小臂部件13、所述大腿部件22或所述小腿部件23相固定。优选地，所述柔性绑带72为魔术贴又叫粘扣带或日字扣，甚至可以是宽状绳子，且所述柔性绑带具有弹性，穿戴更加可靠舒适。较佳地，所述穿戴装置7为环状，所述穿戴装置7内环上设有用于穿戴时环绕人体大臂、小臂、大腿或小腿的环形气囊73，所述环形气囊73内设有用于检测所述环形气囊73内部气压的气压传感器，所述环形气囊73上设有用于充气的充气口和用于放气的放气口。当然，所述环形气囊73并非全封闭的环形结构，所述环形气囊73上设有便于放进人体上肢或下肢的缺口。所述环形气囊73外表面以粘接等方式固定在所述穿戴装置7上，使用时气囊呈环形包围人体大臂、小臂、大腿或小腿，可以使穿戴装置7与人体之间的包覆面更大、压强更小，穿戴更加舒适。充气时使用电动气泵并且将外骨骼机器人穿戴后再进行充气操作，一种实施方式是，所述外骨骼机器人上还设有控制器，所述控制器上设有用于控制与所述控制器电连接的电动充气泵向所述环形气囊73内充气的充气按钮，所述环形气囊73内设有用于检测所述环形气囊73内部气压的气压传感器，所述气压传感器与所述控制器电连接以将所述气压传感器检测到的气压数据记录在所述控制器内。与外骨骼机器人上设置的控制器电连接的电动气泵的出气口与所述环形气囊73上的充气口连接，操作者通过按下控制器上的充气按钮控制电动气泵向所述环形气囊73充气，所述充气按钮为点动式，操作者一边按动按钮，穿戴者通过自身感应环形气囊73的压力大小来确定是否充气完成，当感觉到环形气囊73内的气压达到一定舒适度时停止充气，所述气压传感器感应该舒适度的气压并将该数据传输记录在控制器上，所述外骨骼机器人上还设有显示屏幕，所述气压传感器感应到的气压会即时显示在显示屏幕上，当然，所述控制器也可以记忆该气压数据，当下次充气时可以控制电动气泵充气到该气压时即停止充气。通过这种人机交互，使得外骨骼机器人的穿戴更加舒适、可靠与人性化。

需要说明的是，所述外骨骼机器人既可以按计划设定的路线进行动作，也可以采用肌电传感器感应人体的运动趋势，从而控制所述外骨骼机器人上的驱动元件如第一驱动电机、第二驱动电机等进行动作，实现良好的人机交互，帮助肢体不便的人群实现行走、抬手等动作，并协助康复治疗。

综上所述，本实用新型通过结构上的改善，具有以下有益效果：

1、通过所述卡扣结构可以将外骨骼机器人的外骨骼结构固定在所述轮椅上，人体脱卸外骨骼结构时可以先坐在所述轮椅上，此时外骨骼结构通过卡扣结构固定在所述轮椅上，一方面有利于人体脱卸所述外骨骼结构，一方面外骨骼结构可以存放在所述轮椅上，方便可靠。

2、通过传感器驱动感应人体动作以驱动所述轮椅上的所述卡扣结构卡住所述外骨骼结构上的所述凸起结构，智能化程度高，且方便快捷。

如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。凡与本实用新型的方法、结构等近似、雷同，或是对于本实用新型构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，包括用于穿戴在人体上的外骨骼结构(10)和用于固定脱卸后的所述外骨骼结构的轮椅(5)，所述外骨骼结构在两侧分别设有凸起结构(101)，所述轮椅(5)上设有用于卡住所述凸起结构(101)的卡扣结构(501)。

2.根据权利要求1所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述轮椅(5)上设有用于驱动所述卡扣结构(501)收合以卡住所述凸起结构(101)或驱动所述卡扣结构(501)打开以释放所述凸起结构(101)的驱动装置。

3.根据权利要求2所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述轮椅(5)上设有用于感应所述外骨骼结构(10)位置以使所述驱动装置动作的传感器。

4.根据权利要求3所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述传感器为压力传感器。

5.根据权利要求3所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述传感器为距离传感器。

6.根据权利要求1所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述凸起结构(101)为向所述外骨骼结构(10)侧面伸出的圆柱状凸起。

7.根据权利要求1所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述轮椅(5)具有椅背，所述卡扣结构(501)设在所述椅背的正面上。

8.根据权利要求1所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述卡扣结构(501)包括定块(5011)和动块(5012)，所述定块(5011)固定在轮椅(5)上，所述动块(5012)以与所述定块(5011)可转动打开或收合的方式铰设在所述定块(5011)上，所述定块(5011)和所述动块(5012)相对的一面上设有用于卡住所述凸起结构(101)的凹槽(501a)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述卡扣结构(501)与所述轮椅(5)之间设有用于调节所述卡扣结构(501)在轮椅(5)上的横向位置的横向移动结构。

10.根据权利要求9所述的用于智能外骨骼机器人的物理接口，其特征在于，所述横向移动结构包括设置在所述轮椅(5)上的横向条形孔，所述轮椅(5)与所述卡扣结构(501)之间设有用于穿过所述条形孔和所述卡扣结构(501)以固定所述卡扣结构(501)在调节后的横向位置的螺栓。