有源下肢型外骨骼制造技术

本实用新型专利技术涉及一种有源下肢型外骨骼，包括：背部单元、腰部单元、髋关节、大腿单元、膝关节、小腿单元、动力装置、踝关节、脚部单元、拉绳锁紧装置、控制装置、拉绳和传感装置。当穿戴者借助背部托板背负重物并进行行走时，脚底压力传感器可对左右脚的步态相位完成测量，腿部惯性传感器可对左右脚的膝关节的弯曲角度进行测量，并将测量到的压力信号和运动信号(即角度变化值)进行特征提取与识别后传输至控制装置内，控制装置根据压力信号和运动信号(即角度变化值)识别穿戴者的人体动态意图控制动力装置执行，使拉绳实现在动力装置的驱动下对左右脚膝关节的旋转助力，最终达到减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。能力的目的。能力的目的。

【技术实现步骤摘要】
有源下肢型外骨骼


[0001]本技术涉及外骨骼装备
，特别是涉及一种有源下肢型外骨骼。

技术介绍

[0002]随着现代化战争发展，武器装备不断改善，士兵背负重量呈越来越重的趋势，直接影响了士兵的战斗力和健康状况。近年来，应用于体能增强的外骨骼作为具有强大功能的可穿戴机械设备，越来越受到国内外众多学者和科研人员的重视，成为新的研究热点，并开始逐步运用到军工领域。外骨骼这一名词来源于生物学中昆虫和壳类动物的坚硬外壳，外骨骼主要为昆虫和壳类动物提供了防护和支撑功能。人体机械外骨骼系统是一种穿戴在操作者身体外部的，在为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能的基础上，为穿戴者提供了额外的动力或能力，增强了人体机能，能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。
[0003]无源下肢型外骨骼是一种人体负重助力装置，为穿戴者设计一套体外支架，通过将外挂物重量传导到地面的同时，放大穿戴者的肢体动感，做到既增强士兵作业能力，又保持其行动灵活性的，无源下肢型外骨骼可以在不限制运动灵活度的前提下，增强士兵负重能力，减小士兵疲劳程度，降低受伤几率，提高战斗力，有效解决城市复杂地形环境、高原山地缺氧环境的士兵体能问题。无源下肢型外骨骼要实现为人体助力，在支撑相需要体现出“刚性”对人体进行负载支撑，在摆动相负载不干扰人体的正常行走，达到人机交互力最小，两者既有明显不同的功能需求又有着“同一机械结构”这一本质联系。
[0004]然而，现有的无源下肢型外骨骼仅能在穿戴者进行屈身拾起或放置重物时起到助力作用，而在穿戴者负重行走过程中，无法对穿戴者的膝关节进行有效助力，无法在穿戴者移动过程中承担负载重量。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种有源下肢型外骨骼，旨在解决现有技术无法在穿戴者步行过程中对膝关节进行助力的问题。
[0006]本申请提供一种有源下肢型外骨骼，所述有源下肢型外骨骼包括：
[0007]背部单元，所述背部单元包括背部托板和腰背板，所述背部托板与所述腰背板连接，所述背部托板用于装载重物；
[0008]动力装置和控制装置，所述动力装置和所述控制装置电性连接并分别安装在所述腰背板上；
[0009]腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；
[0010]髋关节和大腿单元，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；
[0011]膝关节和小腿单元，所述大腿单元通过所述膝关节与所述小腿单元活动连接；
[0012]踝关节和脚部单元，所述小腿单元通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；
[0013]拉绳和拉绳锁紧装置，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿单元上，所述拉绳的一端与所述动力装置连接，另一端与所述拉绳锁紧装置固定，所述动力装置能够驱动所述拉
绳卷收变短或卷放变长，以带动所述大腿单元通过所述膝关节相对所述小腿单元进行旋转；以及
[0014]传感装置，所述传感装置包括分别与所述控制装置电性连接的脚底压力传感器和腿部惯性传感器，所述脚底压力传感器设置于所述脚部单元上，所述腿部惯性传感器设置于所述大腿单元和所述小腿单元上。
[0015]上述方案的有源下肢型外骨骼用于使穿戴者穿戴在身上，具体穿戴在身体的背部及以下的下肢部位，用以减轻穿戴者进行负重劳动时的体力损耗。具体而言，穿戴者在搬运重物时，可以将重物放置在背部托板上，此时，重物产生的重力经由背部托板传递至腰部单元，之后沿着腰部单元、髋关节、大腿单元、膝关节、小腿单元、踝关节再到脚部单元，最终从脚部单元传递至地面，整个重力的传递路径笔直向下，传力路径短，重力传导到地面高效，可有效减轻穿戴者的负重；此外，当穿戴者借助背部托板背负重物并进行行走时，脚底压力传感器可对左右脚的步态相位完成测量，腿部惯性传感器可对左右脚的膝关节的弯曲角度进行测量，并将测量到的压力信号和运动信号(即角度变化值)进行特征提取与识别后传输至控制装置内，控制装置通过智能模糊推理算法，进行认知决策，从而根据压力信号和运动信号(即角度变化值)识别穿戴者的人体动态意图，再将决策命令通过CAN接口传递到动力装置执行，此时动力装置可对拉绳进行卷收，以使拉绳变短而对小腿单元起到向上提拉作用，小腿单元相对大腿单元发生弯曲，匹配行走中腿部离地屈曲动作，或者对拉绳进行卷放，以使拉绳变长而配合小腿单元向下旋转落下的动作，从而使拉绳实现在动力装置的驱动下对左右脚膝关节的旋转助力，最终达到减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。
[0016]下面对本申请的技术方案作进一步的说明：
[0017]在其中一个实施例中，所述动力装置包括电机和卷轮，所述电机的驱动轴与所述卷轮连接，所述拉绳的一端卷绕并固定在所述卷轮的外周。
[0018]在其中一个实施例中，所述有源下肢型外骨骼还包括电池，所述电池设置于所述腰背板上并与所述控制装置电性连接。
[0019]在其中一个实施例中，所述有源下肢型外骨骼还包括腰背调节锁紧装置，所述背部单元还包括背板、背部支撑条和背带，所述腰部单元还包括腰部支撑杆，所述背部托板转动设置于所述腰背板上，所述背板通过所述背部支撑条与所述腰背板连接，所述背带与所述背板连接并用于固定在穿戴者的肩部上；所述腰背板通过所述腰背调节锁紧装置与所述腰部支撑杆的一端可调锁紧连接，所述腰部支撑杆的另一端与所述髋关节连接。
[0020]在其中一个实施例中，所述拉绳依次穿过所述腰部支撑杆、所述髋关节、所述大腿单元和所述小腿单元的内腔后，与内置于所述小腿单元内的所述拉绳锁紧装置连接固定。
[0021]在其中一个实施例中，所述背部支撑条上沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔开设有至少两个第一调节孔，所述腰背板通过卡扣可择一与任一所述第一调节孔卡扣连接，以实现所述背板与所述腰背板的间距调节；
[0022]所述背部托板向上倾斜设置并与所述背板之间呈锐角设置；
[0023]所述腰背板上沿水平方向开设有腰型孔，所述腰背调节锁紧装置可滑动设置于所述腰型孔内固定，以实现所述腰部单元的宽度调节。
[0024]在其中一个实施例中，所述大腿单元包括大腿支撑条、大腿骨架和大腿关节座，所
述小腿单元包括小腿关节座，所述大腿关节座与所述小腿关节座通过所述膝关节转动连接；所述大腿骨架通过所述大腿支撑条与所述髋关节相连，所述大腿骨架采用中空结构设计；
[0025]所述小腿单元还包括与所述小腿关节座连接的小腿骨架，所述小腿骨架采用中空结构设计，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿骨架的中空腔内并与所述拉绳相连。
[0026]在其中一个实施例中，所述大腿支撑条沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔设置有至少两个第二调节孔，所述大腿骨架通过卡扣能够择一与任一所述第二调节孔卡扣连接，以实现所述大腿单元的长度调节；
[0027]所述大腿单元还包括大腿挡板和大腿绑带，所述大腿挡板设置于所述大腿骨架上，所述大腿绑带连接于所述大腿挡板与所述大腿骨架之间；
[0028]所述大腿挡板开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼包括：背部单元，所述背部单元包括背部托板和腰背板，所述背部托板与所述腰背板连接，所述背部托板用于装载重物；动力装置和控制装置，所述动力装置和所述控制装置电性连接并分别安装在所述腰背板上；腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；髋关节和大腿单元，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；膝关节和小腿单元，所述大腿单元通过所述膝关节与所述小腿单元活动连接；踝关节和脚部单元，所述小腿单元通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；拉绳和拉绳锁紧装置，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿单元上，所述拉绳的一端与所述动力装置连接，另一端与所述拉绳锁紧装置固定，所述动力装置能够驱动所述拉绳卷收变短或卷放变长，以带动所述大腿单元通过所述膝关节相对所述小腿单元进行旋转；以及传感装置，所述传感装置包括分别与所述控制装置电性连接的脚底压力传感器和腿部惯性传感器，所述脚底压力传感器设置于所述脚部单元上，所述腿部惯性传感器设置于所述大腿单元和所述小腿单元上。2.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述动力装置包括电机和卷轮，所述电机的驱动轴与所述卷轮连接，所述拉绳的一端卷绕并固定在所述卷轮的外周。3.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼还包括电池，所述电池设置于所述腰背板上并与所述控制装置电性连接。4.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼还包括腰背调节锁紧装置，所述背部单元还包括背板、背部支撑条和背带，所述腰部单元还包括腰部支撑杆，所述背部托板转动设置于所述腰背板上，所述背板通过所述背部支撑条与所述腰背板连接，所述背带与所述背板连接并用于固定在穿戴者的肩部上；所述腰背板通过所述腰背调节锁紧装置与所述腰部支撑杆的一端可调锁紧连接，所述腰部支撑杆的另一端与所述髋关节连接。5.根据权利要求4所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述拉绳依次穿过所述腰部支撑杆、所述髋关节、所述大腿单元和所述小腿单元的内腔后，与内置于所述小腿单元内的所述拉绳锁紧装置连接固定。6.根据权利要求4所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述背部支撑条上沿所述有源下肢型外骨骼的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鹏，关文江，齐关宇，黄勇，王智锋，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：