CN213439659U - 一种下肢负重型外骨骼 - Google Patents

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李嵇扬
钱东阳
李虎
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Abstract

本实用新型公开了一种下肢负重型外骨骼,主要包括腰部组件、髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件、外壳以及支架,腰部组件与髋关节组件连接,大腿支撑组件一端与髋关节组件连接另一端与小腿支撑组件连接,小腿支撑组件的另一端与鞋履压力支撑组件连接,支架与外壳配合用于支撑固定整体结构;其中,腰部组件设有腰部电机、柔性腰托、水平轨道以及腰部束带,电机与腰部束带连接,腰部电机与柔性腰托电连接,柔性腰托的底部设有滑轮,滑轮与水平轨道相匹配;髋关节、膝盖和脚踝处均设有微电机。本实用新型实现辅助维持使用者在生产作业时所需身体状态的作用,使使用者的下肢不受伤害。

Description

一种下肢负重型外骨骼
技术领域
本实用新型涉及人体辅助器械技术领域,具体指的是一种下肢负重型外骨骼。
背景技术
在人体辅助器械领域内,现有的外骨骼技术根据使用的功能不同可分为:负重型外骨骼及和康复型外骨骼;根据使用位置不同可分为:全身外骨骼和下肢外骨骼。负重型外骨骼一般利用液压机械原理设计负重系统。
本实用新型的下肢负重型外骨骼,可以实现辅助维持使用者在生产作业时所需身体状态,如全蹲、半蹲状态以及奔跑状态,减轻或消除使用者的腰部、膝关节、以及脚踝等位置受到的伤害。
实用新型内容
针对上述辅助维持使用者在生产作业时所需身体状态的问题,本实用新型的目的是提供了一种下肢负重型外骨骼。
为实现上述技术目的,本实用新型提供的技术方案是:
一种下肢负重型外骨骼,主要包括腰部组件、髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件、外壳以及支架,腰部组件与髋关节组件连接后控制腰部动作,大腿支撑组件的上端与髋关节组件连接,大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件连接,小腿支撑组件的下端与鞋履支撑组件连接,支架均与腰部组件、髋关节组件,大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件连接,外壳与支架连接,支架与外壳配合用于支撑固定整体结构;
腰部组件包括:腰部电机、柔性腰托、水平轨道以及腰部束带,腰部电机设有两个,腰部电机安装位置左右对称,电机与腰部束带连接,腰部电机与柔性腰托电连接,柔性腰托的底部设有滑轮,滑轮与水平轨道相匹配;
髋关节组件包括髋关节微电机,髋关节微电机与腰部电机信号连接,髋关节微电机用于自动调节转动扭力;
大腿支撑组件包括:大腿液压支撑组件和大腿固定绑带,大腿固定绑带与外壳连接;小腿支撑组件包括小腿液压支撑组件和小腿固定绑带,小腿固定绑带与外壳连接,大腿支撑组件与小腿支撑组件之间设有膝关节微电机,膝关节微电机用于自动调节水平方向和竖直方向的转动扭力;
鞋履支撑组件包括:压感鞋、脚踝微电机,压感鞋与脚踝微电机连接,脚踝微电机配合压感鞋探测使用者走路和跑步时对鞋底的压力,并辅助小腿液压支撑组件以及大腿液压支撑组件进行负重调节;髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件以及鞋履支撑组件均成对设置,并且安装位置在竖直方向左右对称。
其中,髋关节微电机、膝关节微电机以及脚踝微电机均带有肌肉探测仪,肌肉探测仪用于探测肌肉受力情况,并根据关节处的受力情况自动调节转动扭力大小。
本实用新型的有益效果是:辅助维持使用者在生产作业时所需身体状态,保护人体下肢不受伤害。
进一步优化为,外壳采用柔性透明外壳,其中,柔性透明外壳采用透明EVA材料和碳纤维通过一体成型的方式制成。
采用上述技术方案,外壳选择透明材料主要方便安装和产品维护,柔性材料其缓冲力的作用效果较强,对于产品的外壳结合透明和柔性设计,不仅增加外壳对人体皮肤的保护功能,而且使产品的性能更优。特别的,透明EVA材料和碳纤维可以通过一体化成型制作而成,制作工艺简单可靠。
进一步优化为,支架采用泰森多边形结构。
采用上述技术方案,因为泰森多边形的结构特性,每个泰森多边形只有一个离散点,且位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等,利用该特性可计算相应位置处支架的受力情况,且该结构的稳定性较高,在满足使用性能的基础上减轻了整体设备的重量。
进一步优化为,柔性腰托设置为中空结构,柔性腰托的内部与柔性腰托的外部之间设有微电池,微电池与髋关节微电机、膝关节微电机以及脚踝微电机电连接。
采用上述技术方案,中空的柔性腰托不仅方便安置设备的电源,而且使设备整体的重量减轻;中空结构中的微电池可供给整体设备中所有带电元件的电能,包括髋关节微电机、膝关节微电机以及脚踝微电机。
进一步优化为,柔性腰托的内部采用柔性材料,柔性腰托的外部采用刚性材料。
采用上述技术方案,刚柔兼顾的柔性腰托,不仅可以保护使用者腰部,而且刚性结构部分设置的滑轮与水平配套连接,方便腰托在水平方向内旋转。
进一步优化为,微电池为蓄电池、可充电电池以及不可充电电池中的任意一种。
采用上述技术方案,微电池的电源种类可以根据使用者使用的时常来选择,一般使用时常较短直接使用不可充电的电源供电即可,使用时常较长时,采用可充电的电源,以实现节约能源和保护生态环境的目的。
附图说明
图1为实施例的整体结构示意图;
图2为本实施例中腰部组件结构示意图;
图3为本实施例中支架局部展开示意图。
附图标记:
1-柔性腰托;2-髋关节微电机;3-大腿液压支撑组件;4-膝关节微电机;5-小腿液压支撑组件;6-脚踝微电机;7-压感鞋;8-小腿固定绑带;9-大腿固定绑带;10- 腰部束带;11-支架;12-外壳;13-水平轨道;1-a-腰托外部;1-b-腰托内部。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明。需提前说明的是,本申请中的上、下、左、右方位词与说明书附图中的上、下、左、右方位词一致,但是不限于具体结构的方位只做示意用。
一种下肢负重型外骨骼,如图1所示,主要包括腰部组件、髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件、外壳12以及支架11,腰部组件与髋关节组件连接后控制腰部动作,大腿支撑组件的上端与髋关节组件连接,大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件连接,小腿支撑组件的下端与鞋履支撑组件连接,支架11均与腰部组件、髋关节组件,大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件连接,外壳12 与支架11连接,支架11与外壳12配合用于支撑固定整体结构;其中,腰部组件包括:腰部电机、柔性腰托1、水平轨道13以及腰部束带10,腰部电机设有两个,腰部电机安装位置左右对称,电机与腰部束带10连接,腰部电机与柔性腰托1电连接,柔性腰托1的底部设有滑轮,滑轮与水平轨道13相匹配;髋关节组件包括髋关节微电机2,髋关节微电机2与腰部电机信号连接,髋关节微电机2用于自动调节转动扭力;
大腿支撑组件包括:大腿液压支撑组件3和大腿固定绑带9,大腿固定绑带9与外壳12连接;小腿支撑组件包括小腿液压支撑组件5和小腿固定绑带8,小腿固定绑带8与外壳12连接,大腿支撑组件与小腿支撑组件之间设有膝关节微电机4,膝关节微电机4用于自动调节水平方向和竖直方向的转动扭力;
鞋履支撑组件包括:压感鞋7、脚踝微电机6,压感鞋7与脚踝微电机6连接,脚踝微电机6配合压感鞋7探测使用者走路和跑步时对鞋底的压力,并辅助小腿液压支撑组件5以及大腿液压支撑组件3进行负重调节;髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件以及鞋履支撑组件均成对设置,并且安装位置在竖直方向左右对称。
需要指出的是,髋关节微电机2、膝关节微电机4以及脚踝微电机6均带有肌肉探测仪,肌肉探测仪用于探测肌肉受力情况,并根据关节处的受力情况自动调节转动扭力大小。
本实用新型在传统液压负重型外骨骼基础上加入髋,膝及踝关节微电机,微电机带肌肉探测器,可辅助液压外骨骼进行负重调节,让其负重使用反应速度更快。
进一步的,外壳12采用柔性透明外壳12,其中,柔性透明外壳12采用透明EVA 材料和碳纤维通过一体成型的方式制成。外壳12选择透明材料主要方便安装和产品维护,柔性材料其缓冲力的作用效果较强,对于产品的外壳12结合透明和柔性设计,不仅增加外壳12对人体皮肤的保护功能,而且使产品的性能更优。特别的,透明EVA 材料和碳纤维可以通过一体化成型制作而成,制作工艺简单可靠。
进一步的,如图3所示,支架11采用泰森多边形结构。因为泰森多边形的结构特性,每个泰森多边形只有一个离散点,且位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等,利用该特性可计算相应位置处支架11的受力情况,且该结构的稳定性较高,在满足使用性能的基础上减轻了整体设备的重量。
进一步的,如图2所示,柔性腰托1设置为中空结构,柔性腰托1的内部与柔性腰托1的外部之间设有微电池,微电池与髋关节微电机2、膝关节微电机4以及脚踝微电机6电连接。中空的柔性腰托1不仅方便安置设备的电源,而且使设备整体的重量减轻;中空结构中的微电池可供给整体设备中所有带电元件的电能,包括髋关节微电机2、膝关节微电机4以及脚踝微电机6。柔性腰托1的内部采用柔性材料,柔性腰托1的外部采用刚性材料。刚柔兼顾的柔性腰托1,不仅可以保护使用者腰部,而且刚性结构部分设置的滑轮与水平配套连接,方便腰托在水平方向内旋转。
进一步的,微电池为蓄电池、可充电电池以及不可充电电池中的任意一种。微电池的电源种类可以根据使用者使用的时常来选择,一般使用时常较短直接使用不可充电的电源供电即可,使用时常较长时,采用可充电的电源,以实现节约能源和保护生态环境的目的。
腰部组件中腰部束带10与腰部电机连接,腰部电机根据使用者腰部与腰部束带10贴合情况以及使用者的腰部尺寸自动收缩或束紧腰部束带10;当需要腰部左右转动时,腰托刚性结构部分的滑轮与水平轨道13配合,水平轨道13两端的限位位置与使用者腰部可转动最大角度相关,该限位位置可根据使用者的情况自行调整。
三组微电机,即髋关节微电机2、膝关节微电机4以及脚踝微电机6,微电机内的利用肌肉探测仪探测肌肉松紧程度,获得当前肌肉的受力情况,自动调节转动扭力大小。
利用大腿固定绑带9和小腿固定绑带8将使用者的大腿和小腿分别与设备进行绑定,其原理与现有护膝的束紧带一致,材料均采用现有材料即可,赞不作为本申请的重点保护垫。
本实用新型的负重调节机制为:当使用者行走或者跑步时,不同状态下使用者脚底对压感鞋7的作用力不同,不同的压力作用下大腿液压支撑组件3和小腿液压支撑组件5的液压支撑力不同,即大腿液压支撑组件3的液压阻力和小腿液压支撑组件5 的液压阻力源于压感鞋7所反馈的作用力,压感鞋7与液压支撑组件的配合实现负重调节的作用,以实现对使用者膝关节和脚踝的保护作用。
本实用新型公开了一种下肢负重型外骨骼,主要包括腰部组件、髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件、外壳12以及支架11,腰部组件与髋关节组件连接后控制腰部动作,大腿支撑组件的上端与髋关节组件连接,大腿支撑组件的下端与小腿支撑组件连接,小腿支撑组件的下端与鞋履支撑组件连接,支架11均与腰部组件、髋关节组件,大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件连接,外壳 12与支架11连接,支架11与外壳12配合用于支撑固定整体结构;其中,腰部组件包括:腰部电机、柔性腰托1、水平轨道13以及腰部束带10,腰部电机设有两个,腰部电机安装位置左右对称,电机与腰部束带10连接,腰部电机与柔性腰托1电连接,柔性腰托1的底部设有滑轮,滑轮与水平轨道13相匹配;髋关节组件包括髋关节微电机2,髋关节微电机2与腰部电机信号连接,髋关节微电机2用于自动调节转动扭力。本实用新型实现辅助维持使用者在生产作业时所需身体状态的作用,使使用者的下肢不受伤害。
本具体实施例仅仅是对实用新型的解释,其并不是对本实用新型的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出有创造性贡献的修改,但只要在本实用新型的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:主要包括腰部组件、髋关节组件、大腿支撑组件、小腿支撑组件、鞋履支撑组件、外壳以及支架,所述腰部组件与所述髋关节组件连接后控制腰部动作,所述大腿支撑组件的上端与所述髋关节组件连接,所述大腿支撑组件的下端与所述小腿支撑组件连接,所述小腿支撑组件的下端与所述鞋履支撑组件连接,所述支架均与所述腰部组件、所述髋关节组件、所述大腿支撑组件、所述小腿支撑组件、所述鞋履支撑组件连接;所述外壳与所述支架连接,所述支架与所述外壳配合用于支撑固定整体结构;
所述腰部组件包括:腰部电机、柔性腰托、水平轨道以及腰部束带,所述腰部电机设有两个,所述腰部电机安装位置左右对称,所述电机与所述腰部束带连接,所述腰部电机与所述柔性腰托电连接,所述柔性腰托的底部设有滑轮,所述滑轮与所述水平轨道相匹配;
所述髋关节组件包括髋关节微电机,所述髋关节微电机与所述腰部电机信号连接,所述髋关节微电机用于自动调节转动扭力;
所述大腿支撑组件包括:大腿液压支撑组件和大腿固定绑带,所述大腿固定绑带与所述外壳连接;所述小腿支撑组件包括小腿液压支撑组件和小腿固定绑带,所述小腿固定绑带与所述外壳连接,所述大腿支撑组件与所述小腿支撑组件之间设有膝关节微电机,所述膝关节微电机用于自动调节水平方向和竖直方向的转动扭力;
所述鞋履支撑组件包括:压感鞋、脚踝微电机,所述压感鞋与所述脚踝微电机连接,所述脚踝微电机配合所述压感鞋探测使用者走路和跑步时对鞋底的压力,并辅助所述小腿液压支撑组件以及大腿液压支撑组件进行负重调节;
所述髋关节组件、所述大腿支撑组件、所述小腿支撑组件以及所述鞋履支撑组件均成对设置,并且安装位置在竖直方向左右对称。
2.根据权利要求1所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述外壳采用柔性透明外壳。
3.根据权利要求2所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述柔性透明外壳采用透明EVA材料和碳纤维通过一体成型的方式制成。
4.根据权利要求1所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述支架采用泰森多边形结构。
5.根据权利要求1所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述柔性腰托设置为中空结构,所述柔性腰托的内部与所述柔性腰托的外部之间设有微电池,所述微电池与所述髋关节微电机、所述膝关节微电机以及所述脚踝微电机电连接。
6.根据权利要求5所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述柔性腰托的内部采用柔性材料,所述柔性腰托的外部采用刚性材料。
7.根据权利要求5所述一种下肢负重型外骨骼,其特征在于:所述微电池为蓄电池、可充电电池以及不可充电电池中的任意一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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