【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外骨骼，具体涉及一种高自由度轻型下肢助力外骨骼。
技术介绍
1、近年来，外骨骼机器人持续成为国内外的研究热点，其中下肢外骨骼可以增强老年人的行走能力，在医疗保健专业人员帮助下辅助下肢运动能力受损的患者进行步态，蹲起及上下楼梯的动作的康复训练；在工业物流领域，下肢外骨骼可以高频次往复搬运中实现对腰肌保护；在工业流水线作业中辅助工人完成长时间装配姿势保持，减缓肌肉酸痛；在军事领域，本外骨骼自由度高，可辅助士兵实现复杂战术动作及负重行军。因此下肢外骨骼在医疗、工业及军事等领域有着广阔前景。
2、现有的下肢外骨骼普遍存在灵活性低及人机协调性不好等问题，用户穿上外骨骼机器人后，由于外骨骼在人体关节处的自由度有限，导致其无法贴合用户实际的运动。
技术实现思路
1、(一)本专利技术所要解决的问题是：现有的下肢外骨骼普遍存在灵活性低及人机协调性不好等问题，用户穿上外骨骼机器人后，由于外骨骼在人体关节处的自由度有限，导致其无法贴合用户实际的运动。
2、(二)技术方案
3、一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，包括依次相连接的背部组件、腰部组件、髋关节电机、大腿组件、膝关节电机、小腿组件和踝关节及足部组件；其中，
4、所述大腿组件包括依次相连接的髋关节电机连接件、大腿杆和膝关节电机连接件，所述大腿杆靠近所述髋关节电机连接件的一端和所述髋关节电机连接件通过第一铰接轴相铰接，所述大腿杆靠近所述膝关节电机连接件的一端和所述膝关节电机连接件通过第二铰接轴
5、所述腰部组件上通过髋关节转轴铰接有髋关节铰链连接件，所述髋关节铰链连接件远离所述腰部组件的一端和所述髋关节电机的输出端相连；
6、所述膝关节电机的输出端固定有膝关节小腿连接件，所述膝关节小腿连接件远离所述膝关节电机的一端和所述小腿组件通过膝关节转轴相铰接；
7、所述第一铰接轴、所述第二铰接轴、所述髋关节转轴和所述膝关节转轴的轴线均垂直于所述大腿组件的延伸方向以及垂直于所述大腿组件的排列方向。
8、根据本专利技术的一个实施例，还包括蛇形关节，所述背部组件、所述蛇形关节和所述腰部组件依次相连接，所述背部组件具有背带，通过所述蛇形关节，使得所述背部组件可相对于所述腰部组件做俯仰运动及侧弯运动。
9、根据本专利技术的一个实施例，所述蛇形关节至少具有一个第一活动关节和一个第二活动关节，通过所述第一活动关节，使得所述背部组件可相对于所述腰部组件做俯仰运动；通过所述第二活动关节，使得所述背部组件可相对于所述腰部组件做侧弯运动。
10、根据本专利技术的一个实施例，所述蛇形关节包括依次相连接的腰椎板、第一腰椎连接座、第二腰椎连接座、第三腰椎连接座和腰椎底座；
11、所述腰椎板和所述背部组件固定连接，所述腰椎板和所述第一腰椎连接座之间通过腰椎轴相铰接以构成所述第一活动关节，所述第一腰椎连接座远离所述腰椎板的一端和所述第二腰椎连接座之间通过侧弯轴相铰接以构成所述第二活动关节，所述第二腰椎连接座远离所述第一腰椎连接座的一端和所述第三腰椎连接座之间通过第一销轴相铰接以构成所述第一活动关节，所述第三腰椎连接座和所述腰椎底座之间通过第二销轴相铰接以构成所述第一活动关节，所述腰椎底座和所述腰部组件固定连接；
12、所述侧弯轴垂直于所述背部组件，所述腰椎轴、所述第一销轴和所述第二销轴的轴线分别和所述侧弯轴的轴线相垂直。
13、根据本专利技术的一个实施例，所述腰部组件包括具有弹性的腰带和与髋关节铰链连接件一一对应的连接机构，所述连接机构包括两个柔性腰部连接件和腰部固定件，两个所述柔性腰部连接件固设于所述腰带上，所述腰部固定件通过旋转螺钉分别和两个所述柔性腰部连接件相连，所述腰部固定件与所述髋关节铰链连接件通过所述髋关节转轴相铰接。
14、根据本专利技术的一个实施例，所述大腿组件还包括设于所述大腿杆上的大腿绑缚以及柔性的大腿绑缚内衬，所述大腿绑缚内衬设于所述大腿绑缚的内侧。
15、根据本专利技术的一个实施例，所述小腿组件包括依次相连接的小腿连接杆、小腿板件、小腿踝关节连接杆和踝关节连杆，所述小腿连接杆高于所述小腿踝关节连接杆，所述小腿连接杆和所述膝关节小腿连接件之间通过所述膝关节转轴相铰接，所述踝关节连杆和所述踝关节及足部组件相铰接，所述小腿踝关节连接杆和所述踝关节连杆的相对位置可调。
16、根据本专利技术的一个实施例，所述小腿踝关节连接杆上沿其长度方向设有多个第一安装孔，所述踝关节连杆上沿其长度方向设有至少一个第二安装孔。
17、根据本专利技术的一个实施例，所述小腿组件还包括设于所述小腿板件上的柔性的小腿绑缚和小腿束缚衬，所述小腿绑缚呈半包围状的壳体结构，所述小腿绑缚和所述小腿板件之间围成用于容纳人体小腿的容纳腔，所述小腿绑缚的表面设有缺口，所述小腿束缚衬的两端分别和所述小腿板件相连，且所述小腿束缚衬用于从所述缺口处勒紧人体小腿。
18、根据本专利技术的一个实施例，所述背部组件包括背板、背部外壳、电池和控制板，所述背带设于所述背板上，所述电池和所述控制板均安装于所述背板的背面，所述背部外壳安装于所述背板的背面以将所述电池和所述控制板罩住。
19、本专利技术的有益效果：
20、髋关节电机和膝关节电机均具备运动自由度，使得踝关节和膝关节自由度活动范围满足人体活动要求，增加舒适性的同时提高助力效率，而且大腿组件和小腿组件能更好的和人体腿部贴合，整个下肢助力外骨骼的柔性更好，灵活度更高，使得外骨骼能更贴合用户实际的运动。即，采用多自由度的髋关节机构和膝关节机构，使得外骨骼能更好的叠合人体各部位轮廓曲线，更好的适应人体关节的复杂运动，减少外骨骼因人机不协调导致的穿戴舒适性差、有效助力损失等问题。
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1.一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，包括依次相连接的背部组件(1)、腰部组件(2)、髋关节电机(34)、大腿组件(3)、膝关节电机(41)、小腿组件(4)和踝关节及足部组件(5)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，还包括蛇形关节，所述背部组件(1)、所述蛇形关节和所述腰部组件(2)依次相连接，所述背部组件(1)具有背带(9)，通过所述蛇形关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做俯仰运动及侧弯运动。
3.根据权利要求2所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述蛇形关节至少具有一个第一活动关节和一个第二活动关节，通过所述第一活动关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做俯仰运动；通过所述第二活动关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做侧弯运动。
4.根据权利要求3所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述蛇形关节包括依次相连接的腰椎板(11)、第一腰椎连接座(65)、第二腰椎连接座(66)、第三腰椎连接座(14)和腰椎底座(1
5.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述腰部组件(2)包括具有弹性的腰带(69)和与髋关节铰链连接件(24)一一对应的连接机构，所述连接机构包括两个柔性腰部连接件(22)和腰部固定件(23)，两个所述柔性腰部连接件(22)固设于所述腰带(69)上，所述腰部固定件(23)通过旋转螺钉(70)分别和两个所述柔性腰部连接件(22)相连，所述腰部固定件(23)与所述髋关节铰链连接件(24)通过所述髋关节转轴(71)相铰接。
6.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述大腿组件(3)还包括设于所述大腿杆(40)上的大腿绑缚(30)以及柔性的大腿绑缚内衬(39)，所述大腿绑缚内衬(39)设于所述大腿绑缚(30)的内侧。
7.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述小腿组件(4)包括依次相连接的小腿连接杆(47)、小腿板件(51)、小腿踝关节连接杆(53)和踝关节连杆(49)，所述小腿连接杆(47)高于所述小腿踝关节连接杆(53)，所述小腿连接杆(47)和所述膝关节小腿连接件(46)之间通过所述膝关节转轴(50)相铰接，所述踝关节连杆(49)和所述踝关节及足部组件(5)相铰接，所述小腿踝关节连接杆(53)和所述踝关节连杆(49)的相对位置可调。
8.根据权利要求7所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述小腿踝关节连接杆(53)上沿其长度方向设有多个第一安装孔，所述踝关节连杆(49)上沿其长度方向设有至少一个第二安装孔。
9.根据权利要求7所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述小腿组件(4)还包括设于所述小腿板件(51)上的柔性的小腿绑缚(52)和小腿束缚衬(44)，所述小腿绑缚(52)呈半包围状的壳体结构，所述小腿绑缚(52)和所述小腿板件(51)之间围成用于容纳人体小腿的容纳腔，所述小腿绑缚(52)的表面设有缺口，所述小腿束缚衬(44)的两端分别和所述小腿板件(51)相连，且所述小腿束缚衬(44)用于从所述缺口处勒紧人体小腿。
10.根据权利要求2所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述背部组件(1)包括背板(8)、背部外壳(6)、电池(19)和控制板(20)，所述背带(9)设于所述背板(8)上，所述电池(19)和所述控制板(20)均安装于所述背板(8)的背面，所述背部外壳(6)安装于所述背板(8)的背面以将所述电池(19)和所述控制板(20)罩住。
...【技术特征摘要】
1.一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，包括依次相连接的背部组件(1)、腰部组件(2)、髋关节电机(34)、大腿组件(3)、膝关节电机(41)、小腿组件(4)和踝关节及足部组件(5)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，还包括蛇形关节，所述背部组件(1)、所述蛇形关节和所述腰部组件(2)依次相连接，所述背部组件(1)具有背带(9)，通过所述蛇形关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做俯仰运动及侧弯运动。
3.根据权利要求2所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述蛇形关节至少具有一个第一活动关节和一个第二活动关节，通过所述第一活动关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做俯仰运动；通过所述第二活动关节，使得所述背部组件(1)可相对于所述腰部组件(2)做侧弯运动。
4.根据权利要求3所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述蛇形关节包括依次相连接的腰椎板(11)、第一腰椎连接座(65)、第二腰椎连接座(66)、第三腰椎连接座(14)和腰椎底座(15)；
5.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述腰部组件(2)包括具有弹性的腰带(69)和与髋关节铰链连接件(24)一一对应的连接机构，所述连接机构包括两个柔性腰部连接件(22)和腰部固定件(23)，两个所述柔性腰部连接件(22)固设于所述腰带(69)上，所述腰部固定件(23)通过旋转螺钉(70)分别和两个所述柔性腰部连接件(22)相连，所述腰部固定件(23)与所述髋关节铰链连接件(24)通过所述髋关节转轴(71)相铰接。
6.根据权利要求1所述的一种高自由度轻型下肢助力外骨骼，其特征在于，所述大腿组件(3)还包括设于所述大腿杆(40...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，曹文洁，黄显道，崔朕铭，张嘉梁，薛宗卓，张楠，姬厚召，张震宇，刘一帆，范春辉，王洪武，
申请(专利权)人：中电科机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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