一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法技术

本发明专利技术公开了一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法，其特征是：将腿部随动支撑弹性部件从助力机械腿上卸下，以大腿连杆与小腿连杆的中心连线处于相互重合位置时为初始状态，利用大腿折叠部件和小腿折叠部件依次将髋关节旋转限位盘的上端沿与凸台下部的铰接中心向外侧旋转90°；将助力机械腿在小腿折叠部件处向外侧对叠；将助力机械腿在大腿折叠部件处向内侧对叠；得穿戴型下肢助力机器人的便携形体。本发明专利技术可以将穿戴型下肢助力机器人转变为结构紧凑的便携形体，配合用于装运的手拉箱可以多种方式实现用户对其方便携带与收藏，更好地满足用户行走及上下楼梯等日常活动护理需求。

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法本申请是申请号为:2013102573605 ;申请日为:2013年6月26日；专利技术名称为:一种穿戴型下肢助力机器人、其折叠方法及用于装运的手拉箱的分案申请。
本专利技术涉及一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法，尤其是应用于下肢乏力或关节行动有所不便的中老年人群日常生活护理场合，帮助其在行走及上下楼梯时扩展下肢运动能力，属护理型助力机器人
。
技术介绍
随着中国社会逐渐进入人口老龄化阶段，越来越多的中老年人受关节功能退化、骨质疏松、腿部肌肉劳损等各种因素的影响出现了下肢酸软乏力等症状，严重影响了行走及上下楼梯等基本日常活动，为了解决这类问题，保证中老年人群的正常机体运动，除了采取传统的体育锻炼、中医保健治疗、医疗器械辅助等常规性办法之外，开发研制助力机器人技术成为当前最有效的新型智能化护理措施，其中穿戴型下肢助力机器人技术是与人体关系最为密切的一类。目前国内外已有数家研究机构开展了对穿戴型下肢助力机器人技术的研究，个别研究成果甚至已经转化为产品上市销售，如美国加州大学伯克利分校研制出的助力机械服BLEEX以及日本筑波大学Cybernics实验室研制出的外骨骼机器人HAL，虽然功能丰富且助力效果良好，但由于机器人本体采用的动力源及传感设备众多，导致制造成本居高不下，丧失了性价比，并且由于机构复杂且装置笨重，使得机器人控制难度大，穿戴于人体的负重感较强，便携性差，难以普及推广。 ZL201310034245.1报道了“一种穿戴式下肢外骨骼助行机器人”，由踝关节运动模块、膝关节运动模块、髋关节运动模块、驱动模块、腰部及支撑架模块等几大部分构成，通过直流电机配合丝杠螺母传动机构驱动各关节运动模块，实现对人体行走时的下肢助力，具有人机运动协调性好、结构紧凑等优点，但该机器人总体机构较为复杂笨重，缺少缓冲支撑装置，使得人体穿戴外骨骼机器人的负重感强，也不方便用户对机器人的随身携带。 ZL201020568411.8报道了 “一种用直线电机驱动的人体外骨骼负重行走助力装置”，由背架、髋关节部件、大腿部件、小腿部件、踝骨部件、底板、电源、控制装置、传感器和驱动装置等各部分构成，通过直线运动的电动缸伸缩驱动人体下肢各关节做旋转运动，从而给负重行走的人体提供助力，具有体积小、能耗低、易于控制且制造成本低等优点，但由于直线电机自身所占轴向尺寸较大且受移动行程约束，限制了下肢关节的活动范围，又由于每个关节均需要独立直线电机驱动，不利于整个人体下肢的协调运动控制，而且该行走助力装置不具备便携功能，影响了用户的日常使用。 ZL201210370645.5报道了一种“便携式可穿戴下肢康复及助行外骨骼机器人”，包括依次连接的大腿支撑部件、膝关节部件、小腿支撑部件和踝关节脚部部件，采用电机驱动螺旋副带动连杆的方式带动关节运动，具有体积轻巧、适合穿戴和便于携带的优点，然而该机器人不具备用于检测人机交互信息和人体运动姿态的感知模块以及必要的防摔倒装置，既不利于对外骨骼机器人实施智能控制，影响了人机交互的协调性，又降低了用户使用该机器人的安全性；不仅如此，该机器人的便携式性能仅仅是针对组成腿部机构的各部件之间存在便利型可拆卸组合方式而言，其过程较为费时，而且该机器人自身不能转变为便携式形体，缺乏特定的承装与托运工具，未解决用户使用后的收藏问题，故通用性较差。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法，该机器人可有效减轻穿戴于人体的负重感，具有安全性能高、人机协调控制简单、随动助力效果好、性价比高等特点，通过其折叠方法可将该机器人转变为结构紧凑的便携形体，配合用于装运的手拉箱可以多种方式实现用户对该机器人的方便携带与收藏，以更好的满足中老年人群的行走及上下楼梯等日常活动护理需求。 本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案: 本专利技术穿戴型下肢助力机器人的结构特点是设置: 一下肢助力机械装置，是在可穿戴的腰带的两侧对称设置可穿戴的助力机械腿；所述腰带的左右两侧分别固结一凸台，在所述腰带的后侧中部固定设置一支架； 一伺服控制系统，包括固定设置在所述支架的上面的微控制器、固定在支架的底部的锂电池组，固定在所述腰带的前侧的前方摔倒预测报警电路、固定在腰带的后侧的后方摔倒预测报警电路，以及固定设置在腰带左右两侧凸台上的手控操作器； 所述助力机械腿的结构设置为: 髋关节旋转限位盘的上端铰接于所述凸台的下部，并与髋关节圆盘的内侧固联；大腿连杆的圆盘状上部固联在第一心轴上，所述第一心轴通过第一滚动轴承和第二滚动轴承支承于所述髋关节圆盘的内侧并可绕髋关节圆盘的中心轴线旋转； 膝关节旋转限位盘固联在位于所述大腿连杆的下端的膝关节圆盘的内侧；直流伺服减速电机的机体固定安装在膝关节圆盘的外侧；小腿连杆的圆盘状的上端固联在所述直流伺服减速电机的输出轴上，所述直流伺服减速电机的输出轴通过第三滚动轴承和第四滚动轴承支承于所述膝关节圆盘的内侧并可绕膝关节圆盘的中心轴线旋转； 踝关节旋转限位盘固联在位于小腿连杆的下端的踝关节圆盘的内侧；脚板的圆盘状侧部固联在第二心轴上，所述第二心轴通过第五滚动轴承和第六滚动轴承支承于所述踝关节圆盘的内侧并可绕踝关节圆盘的中心轴线旋转； 所述大腿连杆的内侧通过大腿交互力传感器与大腿绷带相联，在所述小腿连杆的内侧通过小腿交互力传感器与小腿绷带相联；在所述脚板上固定设置脚部绷带；脚底分布式压力传感器呈多片分别固定设置在所述脚板上； 所述大腿交互力传感器由第一前盖板、第一弹性体和第一后盖板组成；所述第一前盖板的一侧与所述大腿绷带固联，所述第一后盖板的一侧与所述大腿连杆的内侧固联，所述第一弹性体联接于所述第一前盖板与所述第一后盖板之间；在所述第一弹性体的十字弹性梁根部及端部对应位置处分别粘贴有圆周均布的四片第一应变片； 所述小腿交互力传感器由第二前盖板、第二弹性体和第二后盖板组成；所述第二前盖板的一侧与所述小腿绷带固联，所述第二后盖板的一侧与所述小腿连杆的内侧固联，所述第二弹性体联接于所述第二前盖板与所述第二后盖板之间；在所述第二弹性体的十字弹性梁根部及端部对应位置处分别粘贴有圆周均布的四片第二应变片； 本专利技术穿戴型下肢助力机器人的结构特点也在于: 在所述支架与所述小腿连杆之间设置腿部随动支撑弹性部件，所述腿部随动支撑弹性部件是由同轴设置的第一座套和第一杆芯构成，所述第一座套和第一杆芯在压缩力作用下相互间沿轴向可相对运动；所述第一座套的上端通过“L”形支架与所述支架以球铰相联，所述第一杆芯的下端与固联在所述小腿连杆外侧的凸座以球铰相联； 在所述脚板与所述小腿连杆之间设置脚部随动支撑弹性部件，所述脚部随动支撑弹性部件是由同轴设置的第二座套和第二杆芯构成，所述第二座套和第二杆芯在压缩力作用下相互间沿轴向可相对运动；所述第二座套的下端与固联在所述脚板后部的小铰座相铰接，所述第二杆芯的上端与呈悬臂固联在所述小腿连杆上的小支架的端部相铰接。 本专利技术穿戴型下肢助力机器人的结构特点还在于:设置折叠结构，是将所述大腿连杆分段设置为大腿上连杆和大腿下连杆，所述大腿上连杆和大腿下连杆是以大腿折叠部件可折叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法，其特征是：设置所述穿戴型下肢助力机器人的结构形式为：一下肢助力机械装置，是在可穿戴的腰带(2)的两侧对称设置可穿戴的助力机械腿(48)；所述腰带(2)的左右两侧分别固结一凸台(3)，在所述腰带(2)的后侧中部固定设置一支架(17)；一伺服控制系统，包括固定设置在所述支架(17)的上面的微控制器(18)、固定在支架(17)的底部的锂电池组(19)，固定在所述腰带(2)的前侧的前方摔倒预测报警电路(1)、固定在腰带(2)的后侧的后方摔倒预测报警电路(16)，以及固定设置在腰带左右两侧凸台(3)上的手控操作器(30)；所述助力机械腿(48)的结构设置为：髋关节旋转限位盘(4)的上端铰接于所述凸台(3)的下部，并与髋关节圆盘(5)的内侧固联；大腿连杆(7)的圆盘状上部固联在第一心轴(59)上，所述第一心轴(59)通过第一滚动轴承(57)和第二滚动轴承(58)支承于所述髋关节圆盘(5)的内侧并可绕髋关节圆盘(5)的中心轴线旋转；膝关节旋转限位盘(9)固联在位于所述大腿连杆(7)的下端的膝关节圆盘(53)的内侧；直流伺服减速电机(8)的机体(8A)固定安装在膝关节圆盘(53)的外侧；小腿连杆(11)的圆盘状的上端固联在所述直流伺服减速电机(8)的输出轴(8B)上，所述直流伺服减速电机(8)的输出轴(8B)通过第三滚动轴承(60)和第四滚动轴承(61)支承于所述膝关节圆盘(53)的内侧并可绕膝关节圆盘(53)的中心轴线旋转；踝关节旋转限位盘(65)固联在位于小腿连杆(11)的下端的踝关节圆盘(12)的内侧；脚板(13)的圆盘状侧部(13A)固联在第二心轴(64)上，所述第二心轴(64)通过第五滚动轴承(62)和第六滚动轴承(63)支承于所述踝关节圆盘(12)的内侧并可绕踝关节圆盘(12)的中心轴线旋转；所述大腿连杆(7)的内侧通过大腿交互力传感器(27)与大腿绷带(28)相联，在所述小腿连杆(11)的内侧通过小腿交互力传感器(24)与小腿绷带(23)相联；在所述脚板(13)上固定设置脚部绷带(14)；脚底分布式压力传感器(15)呈多片分别固定设置在所述脚板(13)上；所述大腿交互力传感器(27)由第一前盖板(27A)、第一弹性体(27B)和第一后盖板(27C)组成；所述第一前盖板(27A)的一侧与所述大腿绷带(28)固联，所述第一后盖板(27C)的一侧与所述大腿连杆(7)的内侧固联，所述第一弹性体(27B)联接于所述第一前盖板(27A)与所述第一后盖板(27C)之间；在所述第一弹性体(27B)的十字弹性梁根部及端部对应位置处分别粘贴有圆周均布的四片第一应变片(27D)；所述小腿交互力传感器(24)由第二前盖板(24A)、第二弹性体(24B)和第二后盖板(24C)组成；所述第二前盖板(24A)的一侧与所述小腿绷带(23)固联，所述第二后盖板(24C)的一侧与所述小腿连杆(11)的内侧固联，所述第二弹性体(24B)联接于所述第二前盖板(24A)与所述第二后盖板(24C)之间；在所述第二弹性体(24B)的十字弹性梁根部及端部对应位置处分别粘贴有圆周均布的四片第二应变片(24D)；设置折叠结构，是将所述大腿连杆(7)分段设置为大腿上连杆(7A)和大腿下连杆(7B)，所述大腿上连杆(7A)和大腿下连杆(7B)是以大腿折叠部件(6)可折叠式连接；将所述小腿连杆(11)分段设置为小腿上连杆(11A)和小腿下连杆(11B)，所述小腿上连杆(11A)和小腿下连杆(11B)是以小腿折叠部件(10)可折叠式连接；所述大腿折叠部件(6)的结构设置为：所述大腿折叠部件(6)是由第一杆件(50)、第二杆件(31)、第三杆件(32)和第四杆件(51)构成的平面四杆机构，所述第一杆件(50)固联在所述大腿上连杆(7A)的下部，所述第四杆件(51)固联在所述大腿下连杆(7B)的上部，所述第一杆件(50)、第二杆件(31)、第三杆件(32)和第四杆件(51)依次首尾铰接；所述小腿折叠部件(10)的结构设置为：所述小腿折叠部件(10)是由第一凸块(34)、第二凸块(33)和分别设置于所述小腿连杆(11)前后两侧的螺杆(35)构成，所述第一凸块(34)固联在所述小腿上连杆(11A)的下部，所述第二凸块(33)固联在所述小腿下连杆(11B)的上部；所述第一凸块(34)与第二凸块(33)沿侧部中心轴线铰接；所述螺杆(35)分别通过第一凸块(34)和第二凸块(33)二者之一的螺孔旋入或旋出与之相对应的另一螺孔；所述穿戴型下肢助力机器人的折叠方法是按如下步骤进行：a、将所述腿部随动支撑弹性部件(26)从所述助力机械腿(48)上卸下，以所述大腿连杆(7)与小腿连杆(11)的中心连线处于相互重合位置时为初始状态，利用所述大腿折叠部件(6)和小腿折叠部件(1...

【技术特征摘要】
1.一种穿戴型下肢助力机器人的折叠方法，其特征是:设置所述穿戴型下肢助力机器人的结构形式为: 一下肢助力机械装置，是在可穿戴的腰带(2)的两侧对称设置可穿戴的助力机械腿(48);所述腰带(2)的左右两侧分别固结一凸台(3)，在所述腰带(2)的后侧中部固定设置一支架(17)； 一伺服控制系统，包括固定设置在所述支架(17)的上面的微控制器(18)、固定在支架(17)的底部的锂电池组(19)，固定在所述腰带(2)的前侧的前方摔倒预测报警电路(I)、固定在腰带(2)的后侧的后方摔倒预测报警电路(16)，以及固定设置在腰带左右两侧凸台(3)上的手控操作器(30)； 所述助力机械腿(48)的结构设置为: 髋关节旋转限位盘(4)的上端铰接于所述凸台(3)的下部，并与髋关节圆盘(5)的内侧固联；大腿连杆(7)的圆盘状上部固联在第一心轴(59)上，所述第一心轴(59)通过第一滚动轴承(57)和第二滚动轴承(58)支承于所述髋关节圆盘(5)的内侧并可绕髋关节圆盘(5)的中心轴线旋转； 膝关节旋转限位盘(9)固联在位于所述大腿连杆(7)的下端的膝关节圆盘(53)的内侧；直流伺服减速电机⑶的机体(8A)固定安装在膝关节圆盘(53)的外侧；小腿连杆(11)的圆盘状的上端固联在所述直流伺服减速电机(8)的输出轴(SB)上，所述直流伺服减速电机(8)的输出轴(SB)通过第三滚动轴承￠0)和第四滚动轴承￠1)支承于所述膝关节圆盘(53)的内侧并可绕膝关节圆盘(53)的中心轴线旋转； 踝关节旋转限位盘￠5)固联在位于小腿连杆(11)的下端的踝关节圆盘(12)的内侧；脚板(13)的圆盘状侧部(13A)固联在第二心轴￠4)上，所述第二心轴￠4)通过第五滚动轴承￠2)和第六滚动轴承￠3)支承于所述踝关节圆盘(12)的内侧并可绕踝关节圆盘(12)的中心轴线旋转； 所述大腿连杆(7)的内侧通过大腿交互力传感器(27)与大腿绷带(28)相联，在所述小腿连杆(11)的内侧通过小腿交互力传感器(24)与小腿绷带(23)相联；在所述脚板(13)上固定设置脚部绷带(14);脚底分布式压力传感器(15)呈多片分别固定设置在所述脚板(13)上； 所述大腿交互力传感器(27)由第一前盖板(27A)、第一弹性体(27B)和第一后盖板(27C)组成；所述第一前盖板(27A)的一侧与所述大腿绷带(28)固联，所述第一后盖板(27C)的一侧与所述大腿连杆(7)的内侧固联，所述第一弹性体(27B)联接于所述第一前盖板(27A)与所述第一后盖板(27C)之间；在所述第一弹性体(27B)的十字弹性梁根部及端部对应位置处分别粘贴有圆周均布的四片第一应变片(27D)； 所述小腿交互力传感器(24)由第二前盖板(24A)、第二弹性体(24B)和第二后盖板(24C)组成；所述第二前盖板(24A)的一侧与所述小腿绷带(23)固联，所述第二后盖板(24C)的一侧与所述小腿连杆(11)的内侧固联，所述第二弹性体(24B)联接于所述第二前盖板(24A)与所述第二后盖板(24C)之间；在所述第二弹性体(24B)的十字弹性梁根部及端部对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，葛运建，张丹，双丰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34