CN210998687U - 外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种外骨骼机器人，包括：框架结构；活动关节，活动关节包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，第一旋转件与框架相连接；腿托，腿托与第二旋转件相连接。应用了本实用新型提供的技术方案，外骨骼机器人的本体为框架结构且采用单关节驱动，整体重量较常见的全下肢外骨骼机器人较轻，穿戴过程简便，一方面能够通过活动关节输出一定的髋关节扭矩产生助力的效果，另一方面给与穿戴者膝关节和踝关节自然随动的自由度，让穿戴者的腿部屈/伸动作更加自然顺畅，避免了被全下肢外骨骼机器人的外骨骼穿戴结构约束而导致动作僵硬，同时产品整体重量较轻，便于活动且成本低廉。

Description

外骨骼机器人

技术领域

本实用新型涉及外骨骼机器人技术领域，具体而言，涉及一种外骨骼机器人。

背景技术

一般来说，常见的外骨骼设备为全下肢的外骨骼机器人结构，结构复杂，整体重量偏重，不便于行动。且由于自重较大，为满足行走要求动力方案多采用推杆或大功率电机的方式驱动，因此功耗较高，需要大容量电池组，进而进一步地增加了产品自重，最终导致成本昂贵且穿戴过程繁杂，造成了外骨骼机器人行走动作僵硬、不协调或者整体功耗较高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型提出一种外骨骼机器人。

有鉴于此，本实用新型提供了一种外骨骼机器人，包括：框架结构；活动关节，活动关节包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，第一旋转件与框架相连接；腿托，腿托与第二旋转件相连接。

在该技术方案中，外骨骼机器人的本体为框架结构，重量较轻。活动关节为助行主体部分，具体地，活动关节对应于穿戴者的髋关节，活动关节包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，分别与框架和腿托相连接，其中框架对应于穿戴者的腰部位置，腿托在穿戴后固定于穿戴者的腿部。

应用了本实用新型提供的技术方案，外骨骼机器人的本体为框架结构且采用单关节驱动，整体重量较常见的全下肢外骨骼机器人较轻，且由于非全下肢结构，穿戴过程简便，同时一方面能够通过活动关节输出一定的髋关节扭矩产生助力的效果，另一方面给与穿戴者膝关节和踝关节自然随动的自由度，让穿戴者在矢状面(矢状面具体为与水平面和穿戴者人脸所在平面均垂直的面)的腿部屈/伸动作更加自然顺畅，避免了被全下肢外骨骼机器人的外骨骼穿戴结构约束而导致动作僵硬，同时产品整体重量较轻，便于活动且成本低廉。

另外，本实用新型提供的上述技术方案中的外骨骼机器人还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，框架结构包括：背板组件，背板组件的两端均设置有第一转轴；腰部框架，设置于背板组件的两端，腰部框架的一端与第一转轴相连接。

在该技术方案中，框架结构包括背板组件和腰部框架，背板组件的两端设置有第一转轴，腰部框架与第一转轴相连接，通过第一转轴实与背板组件之间的相对转动，一方面满足外扩身形用户的穿戴，另一方面可以保证穿戴者在行走过程中腿部在水平面内的自然内旋或外旋，让穿戴者行走动作更加顺畅自然。

在上述任一技术方案中，进一步地，框架结构还包括：腰部支架，腰部支架的一端与腰部支架的另一端相连接，腰部支架的另一端设置有第二转轴，活动关节的第一端与第二转轴相连接。

在该技术方案中，框架结构还包括腰部支架，腰部支架的一端与腰部框架远离第一转轴的一端相连接，腰部支架的另一端设置有第二转轴，活动关节与第二转轴相连接，以满足行走过程中腿部在额状面(额状面即与水平面垂直并与穿戴者人脸所在平面平行的面)内的自然外展或内收，让行走动作更加顺畅自然。

可选地，腰部支架包括弯折部，弯折部的弯折方向朝向穿戴者的面朝方向，以使框架结构更符合人体工学。

在上述任一技术方案中，进一步地，外骨骼机器人还包括：驱动装置，设置于活动关节，驱动装置用于驱动第一旋转件和第二旋转件相对转动。

在该技术方案中，外骨骼机器人包括驱动装置，驱动装置设置于活动关节，用于驱动第一旋转件和第二旋转件相对转动，以为用户髋关节提供扭矩补偿，实现助行及助立。

可选地，驱动装置为电机，电机本体设置于第一旋转接，电机的输出端与第二旋转件相连接。

可选地，驱动装置为直流电机。

可选地，驱动装置为步进电机。

在上述任一技术方案中，进一步地，腰部框架包括：第一腰部框架和第二腰部框架，第一腰部框架套设于第二腰部框架，第一腰部框架与第一转轴相连接，第二腰部框架与腰部支架相连接。

在该技术方案中，腰部支架包括第一腰部框架和第二腰部框架，第一腰部框架套设于第二腰部框架，第一腰部框架和第二腰部框架可沿其延伸方向相对运动，即实现腰部支架整体的伸长或缩短，以适应不同身形的穿戴者。

在上述任一技术方案中，进一步地，腰部框架还包括：调节部，调节部与第一腰部框架和第二腰部框架相连接，调节部用于调节第一腰部框架和第二腰部框架的连接位置。

在该技术方案中，腰部框架还包括调节部，用于调节第一腰部框架和第二腰部框架的连接位置。具体地，调节部为调节螺栓，通过调节螺栓球头旋钮帽的松紧程度可以对腰部支架进行横向调节，当螺栓调松后，第一腰部框架和第二腰部框架可相对运动，以使腰部框架在横向上外延或内收腰部框架。

在上述任一技术方案中，进一步地，活动关节设置为两个，两个活动关节相对设置，分别位于框架结构的两侧。

在该技术方案中，活动关节设置为两个，即对穿戴者两侧的髋关节同时进行扭矩补偿。同时，在穿戴者为单侧髋关节病患或需要对单腿步态进行矫正时，也可以仅在需要的一侧设置单个活动关节。

在上述任一技术方案中，进一步地，背板组件包括：背板，第一转轴设置于第一背板的两端；背垫，背垫设置于背板朝向外骨骼机器人前进方向的一侧，与背板相连接；安装部，安装部设置于背板上，安装部中设置有相连接的控制器和储能装置，控制器和储能装置与驱动装置相连接。

在该技术方案中，背板组件包括背板、背垫和安装部，背垫设置在背板靠近穿戴者的一侧，背垫优选为海绵、乳胶等柔性材质，以提高穿戴的舒适度，背板中设置有安装部，外骨骼机器人的控制器和储能装置均设置于安装部中，以减少走线，提高外骨骼机器人的可靠性。

可选地，控制器为控制电路板，控制电路板上集成有控制芯片、通信模块、电机驱动模块和供电模块。

可选地，储能装置为电池或电池组，电池优选为锂电池。

可选地，控制器上集成有Wi-Fi(Wi-Fi联盟创建的基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术)通信模块和蓝牙通信模块，用于与至少一个用户终端、上位机和/或医护人员终端相交互。

在上述任一技术方案中，进一步地，腰部支架相对于背板的摆动范围为0°至20°；活动关节相对于腰部支架的摆动范围为0°至20°。

在该技术方案中，下肢外骨骼通过第一转轴实现腰部支架相对于背板的小调度摆动，下肢外骨骼通过第二转轴实现下肢外骨骼通过第一转轴实现小调度摆动，使得外骨骼机器人的穿戴过程更加简便，穿戴者的行走动作更加顺畅自然。

在上述任一技术方案中，进一步地，腿托可通过活动关节在第一平面内摆动，腰部框架可通过第一转轴在第二平面内摆动，活动关节可通过第二转轴沿在第三平面内摆动；其中，第一平面平行于水平面且第一平面平行于外骨骼机器人的行进方向，第二平面平行于水平面，第三平面垂直于水平面且第三平面平行于外骨骼机器人的行进方向。

在该技术方案中，穿戴者行走步态包含三个平面的运动分解，具体为第一平面、第二平面和第三平面，其中，腿托可通过活动关节在第一平面内摆动，第一平面平行于水平面且第一平面平行于外骨骼机器人的行进方向，具体为矢状面(与水平面和人脸均垂直的面)，对应于穿戴者的屈/伸动作；腰部框架可通过第一转轴在第二平面内摆动，第二平面平行于水平面，对应于穿戴者腰髋部的内旋/外旋动作，活动关节可通过第二转轴沿在第三平面内摆动，第三平面垂直于水平面且第三平面平行于外骨骼机器人的行进方向，对应于穿戴者髋关节外展/内收动作。

在上述任一技术方案中，进一步地，腿托包括：支撑架，支撑架的一端与活动关节的第二端相连接；腿部固定座，设置于支撑架的另一端。

在该技术方案中，腿托包括支撑架和腿部固定座，腿部固定座为半圆型结构，环绕固定于用户大腿侧，支撑架一端与活动关节相连接，另一端与腿部固定座相连接，以提供重力方向上的支撑力。

可选地，腿部固定座具有一定的张开/闭合区间，以适应不同腿型的用户。

可选地，腿部固定座包括皮带，通过调整皮带的松紧实现穿戴。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的结构示意图；

图2为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的主视图；

图3为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的左视图；

图4为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的右视图；

图5为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的俯视图；

图6为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的仰视图；

图7为图1所示的根据本实用新型的一个实施例的外骨骼机器人的后视图。

其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

2框架结构，22背板组件，222背板，224背垫，24腰部框架，242第一腰部框架，244第二腰部框架，246调节部，26腰部支架，4活动关节，6腿托，62支撑架，64腿部固定座，8驱动装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图7描述根据本实用新型一些实施例所述外骨骼机器人。

如图1至图7所示，在本实用新型第一方面的实施例中，提供了一种外骨骼机器人，包括：框架结构2；活动关节4，活动关节4包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，第一旋转件与框架相连接；腿托6，腿托6与第二旋转件相连接。

在该实施例中，外骨骼机器人的本体为框架结构2，重量较轻。活动关节4为助行主体部分，具体地，活动关节4对应于穿戴者的髋关节，活动关节4包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，分别与框架和腿托6相连接，其中框架对应于穿戴者的腰部位置，腿托6在穿戴后固定于穿戴者的腿部。

通过本实用新型提供的实施例，外骨骼机器人的本体为框架结构2且采用单关节驱动，整体重量较常见的全下肢外骨骼机器人较轻，且由于非全下肢结构，穿戴过程简便，同时一方面能够通过活动关节4输出一定的髋关节扭矩产生助力的效果，另一方面给与穿戴者膝关节和踝关节自然随动的自由度，让穿戴者在矢状面(矢状面具体为与水平面和穿戴者人脸所在平面均垂直的面)的腿部屈/伸动作更加自然顺畅，避免了被全下肢外骨骼机器人的外骨骼穿戴结构约束而导致动作僵硬，同时产品整体重量较轻，便于活动且成本低廉。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，框架结构2包括：背板组件22，背板组件22的两端均设置有第一转轴；腰部框架24，设置于背板组件22的两端，腰部框架24的一端与第一转轴相连接。

在该实施例中，框架结构2包括背板组件22和腰部框架24，背板组件22的两端设置有第一转轴，腰部框架24与第一转轴相连接，通过第一转轴实与背板组件22之间的相对转动，一方面满足外扩身形用户的穿戴，另一方面可以保证穿戴者在行走过程中腿部在水平面内的自然内旋或外旋，让穿戴者行走动作更加顺畅自然。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，框架结构2还包括：腰部支架26，腰部支架26的一端与腰部支架26的另一端相连接，腰部支架26的另一端设置有第二转轴，活动关节4的第一端与第二转轴相连接。

在该实施例中，框架结构2还包括腰部支架26，腰部支架26的一端与腰部框架24远离第一转轴的一端相连接，腰部支架26的另一端设置有第二转轴，活动关节4与第二转轴相连接，以满足行走过程中腿部在额状面(额状面即与水平面垂直并与穿戴者人脸所在平面平行的面)内的自然外展或内收，让行走动作更加顺畅自然。

可选地，腰部支架26包括弯折部，弯折部的弯折方向朝向穿戴者的面朝方向，以使框架结构2更符合人体工学。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，外骨骼机器人还包括：驱动装置8，设置于活动关节4，驱动装置8用于驱动第一旋转件和第二旋转件相对转动。

在该实施例中，外骨骼机器人包括驱动装置8，驱动装置8设置于活动关节4，用于驱动第一旋转件和第二旋转件相对转动，以为用户髋关节提供扭矩补偿，实现助行及助立。

可选地，驱动装置8为电机，电机本体设置于第一旋转接，电机的输出端与第二旋转件相连接。

可选地，驱动装置8为直流电机。

可选地，驱动装置8为步进电机。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，腰部框架24包括：第一腰部框架242和第二腰部框架244，第一腰部框架242套设于第二腰部框架244，第一腰部框架242与第一转轴相连接，第二腰部框架244与腰部支架26相连接。

在该实施例中，腰部支架26包括第一腰部框架242和第二腰部框架244，第一腰部框架242套设于第二腰部框架244，第一腰部框架242和第二腰部框架244可沿其延伸方向相对运动，即实现腰部支架26整体的伸长或缩短，以适应不同身形的穿戴者。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，腰部框架24还包括：调节部246，调节部246与第一腰部框架242和第二腰部框架244相连接，调节部246用于调节第一腰部框架242和第二腰部框架244的连接位置。

在该实施例中，腰部框架24还包括调节部246，用于调节第一腰部框架242和第二腰部框架244的连接位置。具体地，调节部246为调节螺栓，通过调节螺栓球头旋钮帽的松紧程度可以对腰部支架26进行横向调节，当螺栓调松后，第一腰部框架242和第二腰部框架244可相对运动，以使腰部框架24在横向上外延或内收腰部框架24。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，活动关节4设置为两个，两个活动关节4相对设置，分别位于框架结构2的两侧。

在该实施例中，活动关节4设置为两个，即对穿戴者两侧的髋关节同时进行扭矩补偿。同时，在穿戴者为单侧髋关节病患或需要对单腿步态进行矫正时，也可以仅在需要的一侧设置单个活动关节4。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，背板组件22包括：背板222，第一转轴设置于第一背板222的两端；背垫224，背垫224设置于背板222朝向外骨骼机器人前进方向的一侧，与背板222相连接；安装部，安装部设置于背板222上，安装部中设置有相连接的控制器和储能装置，控制器和储能装置与驱动装置8相连接。

在该实施例中，背板组件22包括背板222、背垫224和安装部，背垫224设置在背板222靠近穿戴者的一侧，背垫224优选为海绵、乳胶等柔性材质，以提高穿戴的舒适度，背板222中设置有安装部，外骨骼机器人的控制器和储能装置均设置于安装部中，以减少走线，提高外骨骼机器人的可靠性。

可选地，控制器为控制电路板，控制电路板上集成有控制芯片、通信模块、电机驱动模块和供电模块。

可选地，储能装置为电池或电池组，电池优选为锂电池。

可选地，控制器上集成有Wi-Fi(Wi-Fi联盟创建的基于IEEE 802.11标准的无线局域网技术)通信模块和蓝牙通信模块，用于与至少一个用户终端、上位机和/或医护人员终端相交互。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，腰部支架26相对于背板222的摆动范围为0°至20°；活动关节4相对于腰部支架26的摆动范围为0°至20°。

在该实施例中，下肢外骨骼通过第一转轴实现腰部支架26相对于背板222的小调度摆动，下肢外骨骼通过第二转轴实现下肢外骨骼通过第一转轴实现小调度摆动，使得外骨骼机器人的穿戴过程更加简便，穿戴者的行走动作更加顺畅自然。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，腿托6可通过活动关节4在第一平面内摆动，腰部框架24可通过第一转轴在第二平面内摆动，活动关节4可通过第二转轴沿在第三平面内摆动；其中，第一平面平行于水平面且第一平面平行于外骨骼机器人的行进方向，第二平面平行于水平面，第三平面垂直于水平面且第三平面平行于外骨骼机器人的行进方向。

在该实施例中，穿戴者行走步态包含三个平面的运动分解，具体为第一平面、第二平面和第三平面，其中，腿托6可通过活动关节4在第一平面内摆动，第一平面平行于水平面且第一平面平行于外骨骼机器人的行进方向，具体为矢状面(与水平面和人脸均垂直的面)，对应于穿戴者的屈/伸动作；腰部框架24可通过第一转轴在第二平面内摆动，第二平面平行于水平面，对应于穿戴者腰髋部的内旋/外旋动作，活动关节4可通过第二转轴沿在第三平面内摆动，第三平面垂直于水平面且第三平面平行于外骨骼机器人的行进方向，对应于穿戴者髋关节外展/内收动作。

在本实用新型的一个实施例中，进一步地，如图1至图7所示，腿托6包括：支撑架62，支撑架62的一端与活动关节4的第二端相连接；腿部固定座64，设置于支撑架62的另一端。

在该实施例中，腿托6包括支撑架62和腿部固定座64，腿部固定座64为半圆型结构，环绕固定于用户大腿侧，支撑架62一端与活动关节4相连接，另一端与腿部固定座64相连接，以提供重力方向上的支撑力。

可选地，腿部固定座64具有一定的张开/闭合区间，以适应不同腿型的用户。

可选地，腿部固定座64包括皮带，通过调整皮带的松紧实现穿戴。

本实用新型的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括：

框架结构；

活动关节，所述活动关节包括可相对转动的第一旋转件和第二旋转件，所述第一旋转件与所述框架相连接；

腿托，所述腿托与所述第二旋转件相连接；

其中，所述框架结构包括：

背板组件，所述背板组件的两端均设置有第一转轴；

腰部框架，设置于所述背板组件的两端，所述腰部框架的一端与所述第一转轴相连接；

腰部支架，所述腰部支架的一端与所述腰部支架的另一端相连接，所述腰部支架的另一端设置有第二转轴，所述活动关节的第一端与所述第二转轴相连接；

所述腰部框架包括：第一腰部框架和第二腰部框架，所述第一腰部框架套设于所述第二腰部框架，所述第一腰部框架与所述第一转轴相连接，所述第二腰部框架与所述腰部支架相连接。

2.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，还包括：

驱动装置，设置于所述活动关节，所述驱动装置用于驱动所述第一旋转件和所述第二旋转件相对转动。

3.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述腰部框架还包括：

调节部，所述调节部与所述第一腰部框架和所述第二腰部框架相连接，所述调节部用于调节所述第一腰部框架和所述第二腰部框架的连接位置。

4.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述活动关节设置为两个，两个所述活动关节相对设置，分别位于所述框架结构的两侧。

5.根据权利要求2所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述背板组件包括：

背板，所述第一转轴设置于所述背板的两端；

背垫，所述背垫设置于所述背板朝向所述外骨骼机器人前进方向的一侧，与所述背板相连接；

安装部，所述安装部设置于所述背板上，所述安装部中设置有相连接的控制器和储能装置，所述控制器和所述储能装置与所述驱动装置相连接。

6.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，

所述腰部支架相对于所述背板的摆动范围为0°至20°；

所述活动关节相对于所述腰部支架的摆动范围为0°至20°。

7.根据权利要求1所述的外骨骼机器人，其特征在于，

所述腿托可通过所述活动关节在第一平面内摆动，所述腰部框架可通过所述第一转轴在第二平面内摆动，所述活动关节可通过所述第二转轴沿在第三平面内摆动；

其中，所述第一平面平行于水平面且所述第一平面平行于所述外骨骼机器人的行进方向，所述第二平面平行于水平面，所述第三平面垂直于水平面且所述第三平面平行于所述外骨骼机器人的行进方向。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的外骨骼机器人，其特征在于，所述腿托包括：

支撑架，所述支撑架的一端与所述活动关节的第二端相连接；

腿部固定座，设置于所述支撑架的另一端。

Images