一种轻便的拉索驱动助力设备制造技术

本发明专利技术涉及一种轻便的拉索驱动助力设备，包括动力系统，传动系统，人机连接系统及控制系统；动力系统包括背部护壳，固定于背部护壳或其设有的延伸部的拉索驱动动力装置；背部护壳与人机连接系统固定联接，且连接于穿戴者的腰部或背部；拉索驱动动力装置通过设有的拉索与传动系统传动联接。本发明专利技术拉索驱动轻便助力设备结构轻便、紧凑贴身、集成度高，采用拉索驱动方式为穿戴者下肢提供助力能够实现重量较大的动力系统转移至穿戴者腰背部，大大减小了下肢重量及惯量，使得穿戴者下肢更加灵活轻便，从而可以支持穿戴者在使用本发明专利技术设备时动作更为灵活、敏捷、舒适。

A kind of light cable driven power equipment

【技术实现步骤摘要】
一种轻便的拉索驱动助力设备
本专利技术涉及穿戴设备，更具体地说是指一种轻便的拉索驱动助力设备。
技术介绍
人类在日常工作生活中常常遇到希望增强人体腿部力量的情况，可穿戴外骨骼机器人是满足这一类应用的装置，尤其是带有动力的下肢助力外骨骼机器人。但现有技术中这类装置通常比较笨重，如专利200680006514.1、专利200780027195.7均披露了这类技术，采用该技术的装置用户穿戴体验不佳。现有技术中，有专门针对膝关节进行助力的装置，这类装置针对上述笨重设备进行大幅度裁剪，从而可以大大减轻设备重量，专利US9532894B2披露了一种膝关节助力的技术，其采用较为轻便的助力装置实现对穿戴者下肢的助力，用户穿戴体验有较大改善。但是，这类技术也存在较为明显的缺陷：其动力装置放置在膝关节处，动力装置包含的电机、减速机及相关传动机构会带来重量，动力装置的重量增加穿戴者腿部重量和惯量。还有，此类装置髋关节不带有助力，穿戴者在抬腿时或上楼时会感觉不适，造成长时间穿戴体验不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种轻便的拉索驱动助力设备。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种轻便的拉索驱动助力设备，包括动力系统，传动系统，人机连接系统及控制系统；所述动力系统包括背部护壳，固定于背部护壳或其设有的延伸部的拉索驱动动力装置；所述背部护壳与人机连接系统固定联接，且设于穿戴者的腰部或背部；所述拉索驱动动力装置通过设有的拉索与传动系统传动联接。其进一步技术方案为：所述传动系统包括髋关节传动机构、膝关节传动机构、大腿杆和小腿杆；所述髋关节传动机构包括髋腰连接段、髋腿连接段及髋关节轴；所述髋腰连接段和髋腿连接段通过髋关节轴旋转联接，且可相对自由转动；所述膝关节传动机构包括膝关节轴，膝关节传动轮；所述膝关节轴固定于大腿杆，以使大腿杆和膝关节传动轮旋转联接；所述小腿杆与膝关节传动轮传动联接；所述髋腰连接段与人机联接系统固定联接；所述髋腿连接段与大腿杆固定联接。其进一步技术方案为：所述人机连接系统包括背部绑带、腰部绑带、腰部连接段、大腿绑带、小腿绑带；所述背部绑带与所述背部护壳固定，并与穿戴者的背部或腰部固定；所述大腿绑带、小腿绑带分别与所述大腿杆、小腿杆固定，且大腿绑带、小腿绑带分别与穿戴者的大腿、小腿固定；所述腰部连接段联接所述髋腰连接段或/和腰部绑带，所述腰部绑带固定在穿戴者腰部。其进一步技术方案为：所述拉索外侧设有拉索套管，且拉索套管包括第一拉索套管及第二拉索套管；所述拉索驱动动力装置或背部护壳上设有背部拉索套管固定头，且所述第一拉索套管一端与背部拉索套管固定头固定联接；所述髋腰连接段设有髋第一拉索套管固定头，且所述第一拉索套管另一端与髋第一拉索套管固定头固定联接；所述髋腿连接段上带有髋第二拉索套管固定头，所述第二拉索套管一端与髋第二拉索套管固定头固定联接；所述大腿杆下端设有大腿杆下端拉索套管固定头，所述第二拉索套管另一端端与大腿杆下端拉索套管固定头固定联接。所述拉索上端固定在所述拉索驱动动力装置上，穿过所述第一拉索套管，且绕经所述髋关节惰轮，之后穿过所述第二拉索套管，连接所述膝关节传动轮；所述第二拉索套管在所述拉索张紧时为所述髋关节传动机构和膝关节传动机构之间提供轴向刚性支撑。其进一步技术方案为：所述髋关节传动机构包括至少一个惰轮，且旋转联接于髋腰连接段或髋腿连接段的外侧；所述拉索驱动动力装置驱动所述拉索放出或收回，所述拉索的动力输入端与拉索驱动动力装置的动力输出端联接，并且绕经所述惰轮，其动力输出端与所述膝关节传动轮或小腿杆联接；当拉索收紧时，所述髋关节传动机构和膝关节传动机构均受到拉索的拉力而产生转矩。其进一步技术方案为：所述惰轮包括设置于髋腰连接段的至少一个主惰轮，及设置于髋腿连接段至少一个行星惰轮；所述主惰轮、行星惰轮外侧均设有用于缠绕拉索的凹槽；当髋腰连接段和髋腿连接段相对转动时，所述行星惰轮绕着主惰轮转动；所述拉索绕过所述主惰轮和行星惰轮，并与膝关节传动轮或小腿杆联接。其进一步技术方案为：所述主惰轮的旋转中心重合或偏心于髋关节轴的轴心，以调节拉索张紧时对髋关节传动机构产生的扭矩的大小及方向。其进一步技术方案为：所述动力系统，传动系统，人机连接系统均为二个，且对称设置；其中，二个拉索驱动动力装置左右交叉放置，位于左侧的拉索驱动动力装置控制位于右侧的传动系统，位于右侧的拉索驱动动力装置控制位于左侧的传动系统。其进一步技术方案为：还包括传感控制系统、和能源系统；所述能源系统为电池，其为所述传感控制系统、动力系统供电；所述传感控制系统包括拉索张力传感器、膝关节角度传感器、髋关节角度传感器、大腿惯性传感器、小腿惯性传感器、足底压力传感器，及主控单元；所述拉索张力传感器其置于所述拉索驱动动力装置或其设有的延伸结构，用于检测拉索的受力；所述膝关节角度传感器设置于膝关节传动机构的膝关节轴，用于测量大腿杆与小腿杆相对角度；所述髋关节角度传感器置于髋关节传动机构的髋关节轴，用于测量腰部连接段与大腿杆的相对角度；所述大腿惯性传感器设置于大腿杆，用于测量大腿杆相对地面的运动角速度及加速度；所述小腿惯性传感器设置于小腿杆，用于测量小腿杆相对地面的运动角速度及加速度；所述足底压力传感器设置于穿戴者足底，用于测量穿戴者足底压力；所述拉索张力传感器、膝关节角度传感器、髋关节角度传感器、大腿惯性传感器、小腿惯性传感器、足底压力传感器均与主控单元电性连接。其进一步技术方案为：所述足底压力传感器包括气鞋垫及气压传感器；所述气鞋垫设于鞋底上表面；所述气压传感器设置于气鞋垫内；所述气鞋垫受到穿戴者的足部挤压，其内部气压产生变化，所述气压传感器感知气压变化，进而检测穿戴者足底对鞋底的压力。其进一步技术方案为：还包括与气鞋垫相互联通的气囊；所述气囊通过设有的导气管与气鞋垫密封联通。其进一步技术方案为：所述拉索驱动助力装置包括动力件，联接动力件动力输出端的减速机构，联接减速机构输出端的拉索驱动机构，以及编码器机构；所述动力件的动力通过减速机构减速后，再通过拉索驱动机构将动力输出；拉索驱动机构的动力输出端与拉索的动力输入端联接。其进一步技术方案为：所述控制单元不断采集所述传感控制系统的数据，根据所述足底压力传感器压力值是否达到设定门限、以及所述惯性传感器相关传感值是否达到设定门限，以判断穿戴者下肢是处于触地支撑状态或是处于摆动状态；当判断穿戴者下肢处于触地支撑状态，则根据传感控制系统所感知穿戴者姿态并设定给力目标值，驱动所述动力系统收紧拉索以提供扭矩，以使拉索张力传感器测量值达到设定值，从而使穿戴者缓冲关节冲击力或支撑身体重量；当判断穿戴者下肢处于摆动状态时，则根据所述膝关节角度传感器及髋关节角度传感器的测量值计算拉索放出长度设定值，驱动所述动力系统根据放出拉索，使得所述编码器机构测量值达到设定值。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本实施例的拉索本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻便的拉索驱动助力设备，包括动力系统，传动系统，人机连接系统及控制系统；其特征在于，所述动力系统包括背部护壳，固定于背部护壳或其设有的延伸部的拉索驱动动力装置；所述背部护壳与人机连接系统固定联接，且连接于穿戴者的腰部或背部；所述拉索驱动动力装置通过设有的拉索与传动系统传动联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻便的拉索驱动助力设备，包括动力系统，传动系统，人机连接系统及控制系统；其特征在于，所述动力系统包括背部护壳，固定于背部护壳或其设有的延伸部的拉索驱动动力装置；所述背部护壳与人机连接系统固定联接，且连接于穿戴者的腰部或背部；所述拉索驱动动力装置通过设有的拉索与传动系统传动联接。


2.根据权利要求1所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述传动系统包括髋关节传动机构、膝关节传动机构、大腿杆和小腿杆；所述髋关节传动机构包括髋腰连接段、髋腿连接段及髋关节轴；所述髋腰连接段和髋腿连接段通过髋关节轴旋转联接，且可相对自由转动；所述髋腰连接段与人机联接系统固定联接；所述髋腿连接段与大腿杆固定联接。


3.根据权利要求2所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述膝关节传动机构包括膝关节轴，与膝关节轴旋转联接的膝关节传动轮；所述膝关节轴固定于大腿杆，以使大腿杆和膝关节传动轮旋转联接；所述小腿杆与膝关节传动轮传动联接。


4.根据权利要求2或3所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述人机连接系统包括背部绑带、腰部绑带、腰部连接段、大腿绑带、小腿绑带；所述背部绑带与所述背部护壳固定，并与穿戴者的背部或腰部固定；所述大腿绑带、小腿绑带分别与所述大腿杆、小腿杆固定，且大腿绑带、小腿绑带分别与穿戴者的大腿、小腿固定；所述腰部连接段联接所述髋腰连接段或/和腰部绑带，所述腰部绑带固定在穿戴者腰部。


5.根据权利要求2所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述拉索外侧设有拉索套管，且拉索套管包括第一拉索套管及第二拉索套管；所述拉索驱动动力装置或背部护壳上设有背部拉索套管固定头，且所述第一拉索套管一端与背部拉索套管固定头固定联接；所述髋腰连接段设有髋第一拉索套管固定头，且所述第一拉索套管另一端与髋第一拉索套管固定头固定联接；
所述髋腿连接段上带有髋第二拉索套管固定头，所述第二拉索套管一端与髋第二拉索套管固定头固定联接；所述大腿杆下端设有大腿杆下端拉索套管固定头，所述第二拉索套管另一端与大腿杆下端拉索套管固定头固定联接；
所述拉索上端固定在所述拉索驱动动力装置上，穿过所述第一拉索套管，且绕经所述髋关节惰轮，之后穿过所述第二拉索套管，连接所述膝关节传动轮。


6.根据权利要求2所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述髋关节传动机构包括至少一个惰轮，且旋转联接于髋腰连接段或髋腿连接段的外侧；所述拉索驱动动力装置驱动所述拉索放出或收回，所述拉索的动力输入端与拉索驱动动力装置的动力输出端联接，并且绕经所述惰轮，其动力输出端与所述膝关节传动轮或小腿杆联接；当拉索收紧时，所述髋关节传动机构和膝关节传动机构均受到拉索的拉力而产生转矩。


7.根据权利要求6所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述惰轮包括设置于髋腰连接段的至少一个主惰轮，及设置于髋腿连接段至少一个行星惰轮；当髋腰连接段和髋腿连接段相对转动时，所述行星惰轮绕着主惰轮转动；所述拉索绕过所述主惰轮和行星惰轮，并与膝关节传动轮或小腿杆联接。


8.根据权利要求7所述的一种轻便的拉索驱动助力设备，其特征在于，所述主惰轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市肯綮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44