膝关节负重助力外骨骼装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种膝关节负重助力外骨骼装置，包括脚底板，所述脚底板的外侧端设置有踝关节，所述踝关节与小腿杆件相铰接，所述小腿杆件又与大腿杆件相铰接，所述脚底板的后侧端与大腿杆件之间铰接有驱动大腿杆件运动的伺服电动缸组件，所述脚底板上布置有若干压力传感器，所述压力传感器与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件电性连接；本发明专利技术还涉及一种膝关节负重助力外骨骼装置的工作方法。本发明专利技术结构设计简单、紧凑、合理，符合人机工程学，体积小﹑结构性误差小﹑成本低且能耗少，符合节能环保的理念。

Knee joint load boosting exoskeleton device and working method thereof

The invention relates to a knee joint bearing exoskeleton device comprises a foot plate, wherein the outer side of the foot board is arranged at the ankle joint, the ankle and lower leg bar is hinged, the calf and thigh bar and rod is hinged with the rear foot plate between the end and the thigh bar is a servo electric cylinder assembly drive thigh bar movement arrangement, the soles of the feet is provided with a plurality of pressure sensor, the pressure sensor and the control module is electrically connected, the control module and the servo electric cylinder element is electrically connected to the work; the invention also relates to a method of knee joint bearing exoskeleton device the. The invention has the advantages of simple structure, compact structure, reasonable design, small size, small structural error, low cost and low energy consumption, and meets the requirements of energy saving and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膝关节负重助力外骨骼装置及其工作方法。
技术介绍
当前下肢外骨骼助力设备大多数采用半拟人化的结构设计，并且此类多用于医用，即用于帮助病人恢复。针对正常人下肢外骨骼助力产品比较少，即使有些研究机构已经出开发类似产品，但这些产品普遍存在的缺陷是：结构复杂﹑体积大﹑结构性误差大﹑成本高且能耗高。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种膝关节负重助力外骨骼装置及其工作方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种膝关节负重助力外骨骼装置，包括脚底板，所述脚底板的外侧端设置有踝关节，所述踝关节与小腿杆件相铰接，所述小腿杆件又与大腿杆件相铰接，所述脚底板的后侧端与大腿杆件之间铰接有驱动大腿杆件运动的伺服电动缸组件，所述脚底板上布置有若干压力传感器，所述压力传感器与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件电性连接。优选的，所述伺服电动缸组件包含伺服电机、丝杆、滑台以及套筒，所述伺服电机的输出端与丝杆相联接并驱动丝杆旋转，所述滑台套设在丝杆上并与丝杆螺纹连接，所述套筒套设在滑台、丝杆以及伺服电机外，所述套筒的内壁轴向设置有与滑台滑动配合且限制滑台转动的滑槽，所述套筒的一端封闭且与大腿杆件相铰接，所述套筒的另一端的内壁与伺服电机的外壁滑动配合。优选的，所述伺服电机远离输出端的端部经球节与脚底板相联接。优选的，所述踝关节包含U字形基座，所述U字形基座的顶端与第一连接条的底端相铰接，所述第一连接条的顶端与第二连接条的底端相铰接，所述第二连接条的顶端与小腿杆件的底端相铰接。优选的，所述第一连接条的前后两侧端与小腿杆件的前后两侧端均设置有两伸出臂，所述第一连接条的伸出臂与小腿杆件的伸出臂之间设置有弹簧，两所述弹簧均轴向设置。优选的，所述小腿杆件包含上连接杆与下连接杆，所述上连接杆与下连接杆上沿轴向均设置有多个调节螺纹孔，所述上连接杆与下连接杆经螺丝螺母组件锁紧。优选的，所述大腿杆件包含贴合大腿的弧形板，所述弧形板上设置有绑带连接孔。优选的，所述脚底板上设置有固定带。优选的，一种膝关节负重助力外骨骼装置的工作方法，包含上述所述的膝关节负重助力外骨骼装置，包含以下步骤：（1）利用固定带将使用者的脚固定在脚底板上，将踝关节、小腿杆件以及大腿杆件沿着使用者的踝部、小腿部以及大腿部摆放，并利用绑带将大腿杆件固定在使用者的大腿部；（2）当脚底板上的压力传感器探测到使用者自身的体重与负重之和大于或等于预定值时，或手动开启助力模式，控制模块控制伺服电动缸组件，伺服电机驱动丝杆正转，滑台上升带动套筒沿着伺服电机的外壁轴向上升，从而带动大腿杆件向上摆动，辅助使用者的大腿部上摆；伺服电机驱动丝杆反转，滑台沿着套筒上的滑槽下降，使用者的大腿部与大腿杆件下压带动套筒沿着伺服电机的外壁轴向下降，重复上述过程为使用者的行走提供助力；（3）当脚底板上的压力传感器探测到使用者自身的体重与负重之和小于预定值时，或手动关闭助力模式，控制模块控制伺服电动缸组件，伺服电机驱动丝杆反转，滑台沿着套筒上的滑槽下降至最低点，使用者正常行走，使用者的大腿部不断上摆、下压带动套筒沿着伺服电机的外壁轴向上下升降，伺服电动缸组件不提供助力，并且不会妨碍使用者的自由活动。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术结构设计简单、紧凑、合理，符合人机工程学，体积小﹑结构性误差小﹑成本低且能耗少，符合节能环保的理念；本专利技术可根据压力传感器探测的结果，由控制器自动开启或者关闭伺服电动缸组件，也可人为开启或者关闭助力器；本专利技术可以根据不同的使用者调节上连接杆与下连接杆之间的距离，即可调节小腿杆件的长度，操作简单，实用性好。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术实施例的整体构造示意图。图2为本专利技术实施例拆除套筒后的构造示意图。图3为本专利技术实施例第一剖视示意图。图4为本专利技术实施例第二剖视示意图。图中：1-脚底板，2-踝关节，21-U字形基座，22-第一连接条，23-第二连接条，24-伸出臂，25-弹簧，3-小腿杆件，31-上连接杆，32-下连接杆，4-大腿杆件，41-弧形板，42-绑带连接孔，5-伺服电动缸组件，51-伺服电机，52-丝杆，53-滑台，54-套筒，55-滑槽，6-压力传感器，7-球节，8-固定带。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。如图1~4所示，一种膝关节负重助力外骨骼装置，包括脚底板1，所述脚底板1的外侧端设置有踝关节2，所述踝关节2与小腿杆件3相铰接，所述小腿杆件3又与大腿杆件4相铰接，所述脚底板1的后侧端与大腿杆件4之间铰接有驱动大腿杆件4运动的伺服电动缸组件5，所述脚底板1上布置有若干压力传感器6，所述压力传感器6与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件5电性连接。在本专利技术实施例中，所述伺服电动缸组件5包含伺服电机51、丝杆52、滑台53以及套筒54，所述伺服电机51的输出端与丝杆52相联接并驱动丝杆52旋转，所述滑台53套设在丝杆52上并与丝杆52螺纹连接，所述套筒54套设在滑台53、丝杆52以及伺服电机51外，所述套筒54的内壁轴向设置有与滑台53滑动配合且限制滑台53转动的滑槽55，所述套筒54的一端封闭且与大腿杆件4相铰接，所述套筒54的另一端的内壁与伺服电机51的外壁滑动配合；所述伺服电机51整体呈杆状。在本专利技术实施例中，所述伺服电机51远离输出端的端部经球节7与脚底板1相联接。在本专利技术实施例中，所述踝关节2包含U字形基座21，所述U字形基座21的顶端与第一连接条22的底端相铰接，所述第一连接条22的顶端与第二连接条23的底端相铰接，所述第二连接条23的顶端与小腿杆件3的底端相铰接。在本专利技术实施例中，所述第一连接条22的前后两侧端与小腿杆件3的前后两侧端均设置有两伸出臂24，所述第一连接条22的伸出臂24与小腿杆件3的伸出臂24之间设置有弹簧25，两所述弹簧25均轴向设置，起到缓冲减震的作用。在本专利技术实施例中，所述小腿杆件3包含上连接杆31与下连接杆32，所述上连接杆31与下连接杆32上沿轴向均设置有多个调节螺纹孔，所述上连接杆31与下连接杆32经螺丝螺母组件锁紧。在本专利技术实施例中，所述大腿杆件4包含贴合大腿的弧形板41，所述弧形板41上设置有绑带连接孔42。在本专利技术实施例中，所述脚底板1上设置有固定带8。在本专利技术实施例中，一种膝关节负重助力外骨骼装置的工作方法，包含上述所述的膝关节负重助力外骨骼装置，包含以下步骤：（1）利用固定带8将使用者的脚固定在脚底板1上，将踝关节2、小腿杆件3以及大腿杆件4沿着使用者的踝部、小腿部以及大腿部摆放，并利用绑带将大腿杆件4固定在使用者的大腿部；（2）当脚底板1上的压力传感器6探测到使用者自身的体重与负重之和大于或等于预定值时，或手动开启助力模式，控制模块控制伺服电动缸组件5，伺服电机51驱动丝杆52正转，滑台53上升带动套筒54沿着伺服电机51的外壁轴向上升，从而带动大腿杆件4向上摆动，辅助使用者的大腿部上摆；伺服电机51驱动丝杆52反转，滑台53沿着套筒54上的滑槽55下降，使用者的大腿部与大腿杆件4下压带动套筒54沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：包括脚底板，所述脚底板的外侧端设置有踝关节，所述踝关节与小腿杆件相铰接，所述小腿杆件又与大腿杆件相铰接，所述脚底板的后侧端与大腿杆件之间铰接有驱动大腿杆件运动的伺服电动缸组件，所述脚底板上布置有若干压力传感器，所述压力传感器与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：包括脚底板，所述脚底板的外侧端设置有踝关节，所述踝关节与小腿杆件相铰接，所述小腿杆件又与大腿杆件相铰接，所述脚底板的后侧端与大腿杆件之间铰接有驱动大腿杆件运动的伺服电动缸组件，所述脚底板上布置有若干压力传感器，所述压力传感器与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件电性连接。2.根据权利要求1所述的膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：所述伺服电动缸组件包含伺服电机、丝杆、滑台以及套筒，所述伺服电机的输出端与丝杆相联接并驱动丝杆旋转，所述滑台套设在丝杆上并与丝杆螺纹连接，所述套筒套设在滑台、丝杆以及伺服电机外，所述套筒的内壁轴向设置有与滑台滑动配合且限制滑台转动的滑槽，所述套筒的一端封闭且与大腿杆件相铰接，所述套筒的另一端的内壁与伺服电机的外壁滑动配合。3.根据权利要求2所述的膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：所述伺服电机远离输出端的端部经球节与脚底板相联接。4.根据权利要求1所述的膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：所述踝关节包含U字形基座，所述U字形基座的顶端与第一连接条的底端相铰接，所述第一连接条的顶端与第二连接条的底端相铰接，所述第二连接条的顶端与小腿杆件的底端相铰接。5.根据权利要求4所述的膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：所述第一连接条的前后两侧端与小腿杆件的前后两侧端均设置有两伸出臂，所述第一连接条的伸出臂与小腿杆件的伸出臂之间设置有弹簧，两所述弹簧均轴向设置。6.根据权利要求1所述的膝关节负重助力外骨骼装置，其特征在于：所述小腿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乙万，陈正强，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35