CN102648884B - 外骨骼穿戴式健身与康复机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外骨骼穿戴式健身与康复机，该发明依据人体骨骼结构进行设计，实现对人体各个部位的锻炼和人体康复牵引。包括两个手部模块、两个脚部模块和躯干模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直中心线左右对称。为适应不同身高的人群，在本发明中增加了手部伸长部件和脚部伸长部件，同时在背部采用丝杆摇臂转盘实现肢体的伸长。本发明整体有22个自由度，分别为肩部四个、上臂旋转两个、肘两个、胯四个、大腿旋转两个、膝两个、脚腕两个，腰向前后两个以及腰向左右两个。通过这22个自由度可以实现四肢及躯干部位的多种运动，同时通过两种不同的工作模式分别实现健身和康复功能。

Description

外骨骼穿戴式健身与康复机

技术领域

本发明涉及一种健身与康复器材，具体涉及一种外骨骼穿戴式健身与康复机，属于机电设备技术领域。

背景技术

现代生活崇尚健康，运动健身在健康生活中必不可少。随着人们生活水平的提高，去健身房锻炼已经成为一种时尚。特别是对青年男女来说，拥有健壮有力的肌肉或优美苗条的身材，往往是其梦寐以求的目标。但如今，在市场上可以购得的健身器械基本分为两大类：重物类健身器与弹性元件类健身器。前者以哑铃、杠铃及框架牵引健身器为代表，哑铃、杠铃尽管价格低廉，但用其可以得到锻炼的人体部位却往往有限多半属于一机一用，而且缺乏保护作用。框架牵引健身器尽管更加专业，而且可以对哑铃无法锻炼到的部位进行弥补，但往往体积大，价格高，非一般家庭所适用。尤其应当指出的是，重物类健身器有其特别的劣势，即往往需要上百公斤配套的金属重物。这在运输与安装过程中，是极其不便的。弹性元件类健身器小巧轻便，且摈去了累赘的重物，有其一定的优势，但由于其运动阻力往往为变力，且其阻力大小与人体肢端位移的变化关系缺乏人体构造学上的科学匹配规律，往往不为专业的健身人群所接受。以上两类健身器，均有其不可弥补的弊端。

专利[94101481.9]是一种多功能健身器，其结构组成主要是由若干支杆纵横交错连接成支架本体，在主竖支杆前方的前支杆设有折叠式座椅及一组勾持横杆，后竖杆与若干滑轮配合，绳索绕设及配重块构成重力装置，在主竖支杆上端铰接有导引连杆，在导引连杆下端设有一组踏板装置并连接重力装置的绳索构成运动在导引连杆内侧设有弧形导轨，再辅以施力握杆和套装。用本装置可进行多功能的健身运动。经资料查阅可知：该健身器仍以传统的重物作为施力装置，运动过程中缺乏保护作用，在运输与安装过程中，极其不便。并且重物提供的阻力大小与人体肢端位移的变化关系缺乏人体构造学上的科学匹配规律，不科学。而且该健身器没有机身调整功能，只能适应一定身高和体型的小部分人群，适用范围小，整个装置占用空间偏大，由此可见其弊端。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种外骨骼穿戴式健身与康复机，集健身与康复功能为一体，并能适应不同身高的人群。

本发明的外骨骼穿戴式健身与康复机包括肢体模块和躯干模块，肢体模块包括两个手部模块和两个脚部模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直中心线左右对称。

手部模块包括第一动力模块、第二动力模块、第三动力模块、大臂管和手部伸长部件，其中大臂管为直角结构。

第一动力模块包括基座A、舵机A、舵机B、圆柱齿轮A、圆柱齿轮B、轴B、轴承座B、锥齿轮A、锥齿轮B、轴承座A和轴A。其连接关系为：基座A为双层台阶式结构，舵机A通过固定在基座A的上层表面。锥齿轮A与舵机A的输出轴固接，其中锥齿轮A的轴线处于竖直方向。锥齿轮A和轴线与其垂直的锥齿轮B啮合。锥齿轮B与轴A固接，轴A位于舵机A的正下方，即轴A动力输出的方向为水平向后。轴A通过轴承与轴承座A配合，轴承座A与基座A连接。舵机B固定在基座A的下层表面上，圆柱齿轮A与舵机B的输出轴连接，圆柱齿轮A与圆柱齿轮B啮合，其中圆柱齿轮A和圆柱齿轮B的轴线均处于竖直方向。圆柱齿轮A与轴B连接，轴B动力输出的方向为竖直向下。轴B通过轴承与轴承座B配合，轴承座B固定在基座A上。

第二动力模块包括基座B、舵机C、圆柱齿轮C、圆柱齿轮D、轴C和轴承座C。其各部分的连接关系为：舵机C固定在基座B上，圆柱齿轮C固定在舵机C的输出轴上，圆柱齿轮D与圆柱齿轮C啮合，其中圆柱齿轮C和圆柱齿轮D的轴线均处于竖直方向。圆柱齿轮D与轴C固接，轴C的竖直向下输出动力。轴C通过轴承与轴承座C配合，轴承座C固定在基座B上。

第三动力模块包括基座C、舵机D、锥齿轮C、锥齿轮D、轴D和轴承座D，其各部分的连接关系为：舵机D固定在基座C的上表面，锥齿轮C与舵机D的输出轴固接，其中锥齿轮C的轴线处于竖直方向。锥齿轮C和轴线与其垂直的锥齿轮D啮合，锥齿轮D与轴D固接，轴D位于舵机D的正下方，即轴D水平向后输出动力。轴D同时通过轴承与轴承座D配合，轴承通过轴承座盖与轴承座D压紧，轴承座D固定在基座C下表面。

手部伸长部件包括小臂大套管、锁紧调位机构A、小臂直管、小臂折弯管、手柄T管、手柄旋转轴、手柄分叉和手柄套管。其各部分的连接关系为：小臂大套管为直角结构，其竖直部分的端部通过锁紧调位机构A与小臂直管连接，小臂直管的另一端通过直角弯管与小臂折弯管连接。小臂折弯管的另一端和轴线与其垂直的手柄T管连接。手柄T管的上端连接手柄分叉，手柄分叉为U形结构，手柄分叉的左右两端之间安装手柄芯管，手柄芯管外套装橡胶制的手柄套管。手柄芯管的两个端面分别安装有手柄端盖。手柄旋转轴套装在手柄T管内。在手柄分叉与手柄T管的连接处，手柄分叉与手柄旋转轴连接。

锁紧调位机构A的具体结构为：小臂大套管和小臂直管通过松紧环锁紧扣连接在一起，在小臂大套管内部与小臂直管的连接端有两个相对安装的花型松紧环，在小臂直管上和小臂大套管的连接端安装有沉头螺钉，沉头螺钉的螺钉头未完全沉入管壁，即沉头螺钉在管壁上有凸起。同时在小臂大套管的内壁加工有与沉头螺钉上的凸起相对应的直槽。

手部模块的整体连接关系为：手部伸长部件中小臂大套管水平部分的端部与第一动力模块中轴B的动力输出端连接，第一动力模块中轴A的动力输出端与大臂管的一端连接，大臂管的另一端与第二动力模块中轴C的动力输出端连接。第三动力模块中轴D的动力输出端与第二动力模块的基座连接，第三动力模块驱动第二动力模块整体转动。

脚部模块包括第四动力模块、第五动力模块、第六动力模块、第七动力模块、大腿管、脚部伸长部件和足部部件。其中大腿管为直角结构。第四动力模块与第一动力模块结构相同，第六动力模块与第三动力模块结构相同。第五动力模块与第七动力模块均和第二动力模块结构相同。

脚部伸长部件包括小腿大套管、小腿直管、锁紧调位机构B和小腿底端连接件。其中锁紧调位机构B与锁紧调位机构A(34)的结构相同。小腿大套管竖直部分的端部通过锁紧调位机构B与小腿直管连接，小腿直管的另一端与小腿底端连接件相连。足部部件包括足部座、塑料板和橡胶垫。其中足部座竖直放置，塑料板和橡胶垫均水平放置，足部座与塑料板连接，塑料板与橡胶垫连接。

脚部模块的整体连接关系为：足部部件中足部座的顶部与第五动力模块的动力输出轴连接，第五动力模块的基座与脚部伸长部件中的小腿底端连接件相连。小腿大套管水平部分的端部与第四动力模块的竖直动力输出轴连接，第四动力模块的水平动力输出轴与大腿管的一端连接，大臂管的另一端与第七动力模块的动力输出轴连接。第六动力模块的动力输出轴与第七动力模块的基座连接，第六动力模块驱动第七动力模块整体转动。

躯干模块包括臀部基板、肩部基板和运动机构。臀部基板和肩部基板位于同一竖直面内，肩部基板位于臀部基板上方。肩部基板的对称轴与臀部基板的对称轴重合。所述运动机构在该对称轴的左右两边对称布置。

右侧运动机构包括舵机E、连杆A、连杆B、连杆C、连杆D、大套盘、承重套杆、舵机F、承重杆、传动轴、芯轴、丝杆、滑块、电机和大套盘转动撑杆。其中连杆C为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置。连杆D为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴。

其连接关系为：舵机E通过臀部基板下端的舵机固定架固定在臀部基板上，舵机E的输出轴垂直穿过臀部基板后与连杆A连接，该连接点记为A点。连杆A的另一端与连杆B动连接，该连接点记为B点。连杆B的另一端与连杆C外圆周上的铰接端动连接，该连接点记为C点。连杆C底部的铰接端通过轴承与臀部基板连接，该连接点记为D点，其中轴承的转动方向垂直与臀部基板。保证依次连接A点、B点、C点、D点后形成平行四边形结构。连杆C顶部的铰接端为柱形结构，连杆C顶部的铰接端与连杆D水平部分端部的连接轴沿该连接轴的轴线方向铰接。连杆D竖直部分上端的外侧固定舵机F，舵机F的输出轴垂直于连杆D的竖直部分。舵机F的输出轴通过传动轴与承重杆A连接，承重杆A与承重套杆表面的滑槽配合，相互只能沿滑槽方向运动。承重套杆通过芯轴安装在肩部基板上，芯轴的安装方式为：在肩部基板左侧加工有大套盘的安装孔，大套盘的圆心所在水平线高于舵机F的输出轴水平状态时的轴线位置。大套盘在其安装孔内与肩部基板动连接，大套盘只能沿其轴向转动。在大套盘上加工有芯轴的安装孔，，设该安装孔所在点为E点。芯轴在其安装孔内与大套盘动连接，且芯轴只能沿其轴向转动，承重套杆左侧端部与芯轴固接。丝杆安装在位于肩部基板对称轴上的丝杆安装槽内，滑块安装在丝杆上，滑块与丝杆配合，可沿丝杆上下移动，丝杆顶部与电机的输出轴相连。大套盘转动撑杆的一端与大套盘连接，设该连接点为F点，另一端与滑块连接。所述F点和E点的连线经过大套盘的圆心。由于左侧背部运动机构和右侧背部运动机构的承重套杆在肩部基板的上交叉安装，为了保证两边的运动机构互不干涉，左侧背部运动机构的承重套杆则通过肩部跨越件与位于丝杆右侧肩部基板上的芯轴连接。

本发明整体连接关系为：两个手部模块分别通过各自第三动力模块的基座固接在躯干模块中肩部基板的左右两侧，两个脚部模块分别通过各自第六动力模块的基座固接在躯干模块中臀部基板的左右两侧，两个手部模块、两个脚部模块及躯干模块间的运动相互独立。

当滑块位于丝杆的最顶端时，所述E点和F点分别位于大套盘水平方向直径的两端，其中F点位于靠近丝杆的一侧。当滑块位于丝杆的最底端时，所述E点和F点分别位于大套盘竖直方向直径的两端，其中F点位于E点下方。

所述轴B、轴A、轴C和轴D均为花轴；为了适应足部伸长机构，所述第五动力模块和第七动力模块中的动力输出轴为圆轴，能够承受更大的力。

所述轴B和轴A的旋转范围均为150°。

所述所有舵机的型号均为RX-24F，所述所有基座均采用钣金结构。

在小臂直管上安装沉头螺钉的位置沿其外圆周面加工凹槽，当小臂直管拧入后，通过小臂大套管上的观察孔观察凹槽的位置进而判断小臂直管在小臂大套管内的相对位置。

在小腿直管上安装沉头螺钉的位置沿其外圆周面加工凹槽，当小腿直管拧入后，可以通过小腿大套管上的观察孔观察凹槽的位置进而判断小腿直管在小腿大套管内的相对位置。

所述锥齿轮A到锥齿轮B的传动比为1∶2。圆柱齿轮A到圆柱齿轮B的传动比为1∶2。圆柱齿轮C到圆柱齿轮D的传动比为1∶2。锥齿轮C到锥齿轮D的传动比1∶2。

本发明的工作原理为：

本发明的整体有22个自由度，分别为肩部四个、上臂旋转两个、肘两个、胯四个、大腿旋转两个、膝两个、脚腕两个，腰向前后两个以及腰向左右两个，通过这22个自由度可以分别独立的实现四肢及躯干的各种运动，同时通过两种不同的工作模式分别实现健身和康复功能。在运动过程中手部模块、脚部模块和躯干模块中的各个运动间相互独立。

使用时，首先依次调整手部模块、脚部模块以及躯干模块的长度，以适应健身人员的身高条件。手部模块的长度直接通过手部伸长部件调整，脚部模块的长度直接通过脚部伸长部件调整。在进行躯干模块长度调整时，臀部基板的位置不变，通过调节背部基板的相对位置来适应健身或康复人员的身高，使背部基板的顶部与健身或康复人员的肩部平齐。具体调节方式为：电机驱动丝杆转动，滑块沿丝杆上下移动，进而通过大套盘转动撑杆带动大套盘转动，并使肩部基板在竖直方向上移动，进而实现肩部基板与臀部基板之间距离的调节。

在进行健身或康复时，分别将手和脚放在手柄套管和足部部件上，通过背部基板顶部的背带将该健身与康复机的正面与人体的腰背部贴合。其中，臀部基板对应与人体臀部位置，肩部基板对应与人体背部，背部基板的顶部与健身或康复人员的肩部平齐。

在健身模式下：健身人员依据自己的需要对自己身体的某个部位进行锻炼，锻炼时相应自由度处的舵机产生一个阻力矩，健身人员根据阻力施加反方向作用力，从而得到健身效果，当健身人员施加的作用力大于舵机的力矩时，舵机自动卸载。

在康复模式下：康复人员依据自己的需要对自己身体的某个部位进行康复，训练时相应自由度处的舵机产生一个力矩，带动康复人员相应位置的关节活动，通过使关节被动活动来恢复其功能。

有益效果：

(1)本发明集依据人体骨骼结构进行设计，健身和康复功能与一体，实现对人体各个部位的锻炼和人体康复牵引。该健身与康复机整体有22个自由度，通过这22个自由度可以独立实现人体四肢及躯干部位的多种运动，同时可通过两种不同的工作模式分别实现健身和康复功能，从而达到一机多用的效果。

(2)为了使该健身与康复机能够适应不同身高和体型的人群，在手部模块、脚步模块和躯干模块中均增加了长度调整机构，使健身与康复机的适用范围更广。

(3)在结构的具体设计中，第一动力模块、第二动力模块和第三动力模块中的动力输出轴均采用花轴，在满足结构强度的同时能够减轻整个机构的重量。同时基体均采用钣金结构，加工简单，重量轻。

(4)在小臂直管(小腿直管)上安装沉头螺钉的位置处沿其外圆周面加工凹槽，可对小臂直管(小腿直管)的位置进行定量调节，即对手部伸出部件(脚部伸出部件)的长度进行定量调节。

(5)整个装置采用模块化设计，使制造与维护更加方便。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是手部模块的结构示意图。

图3是本发明第一动力模块的结构示意图1。

图4是本发明第一动力模块的结构示意图2。

图5是本发明第一动力模块的结构示意图3。

图6是本发明第二动力模块的结构示意图1。

图7是本发明第二动力模块的结构示意图2。

图8是本发明第三动力模块的结构示意图1。

图9是本发明第三动力模块的结构示意图2。

图10是手部伸长部件的机构示意图。

图11是锁紧调位机构A的结构示意图。

图12是脚部模块的结构示意图。

图13是脚部伸长部件的结构示意图。

图14是足部部件的结构示意图。

图15是躯干模块背面的结构示意图。

图16是躯干模块正面的结构示意图。

其中：1-第一动力模块，2-第二动力模块，3-第三动力模块，4-手部伸长部件，5-大臂管，6-钣金基体A、7-钣金座A，8-钣金座B，9-舵机A，10-舵机B，11-圆柱齿轮A，12-圆柱齿轮B，13-轴B，14-轴承座B，15-锥齿轮A，16-锥齿轮B，17-轴承座A，18-轴A，19-钣金基体B，20-钣金座C，21-钣金座D，22-舵机C，23-圆柱齿轮C，24-圆柱齿轮D，25-轴C，26-轴承座C，27-钣金基板C，28-舵机D，29-锥齿轮C，30-锥齿轮D，31-轴D，32-轴承座D，33-小臂大套管，34-锁紧调位机构A，35-小臂直管，36-小臂折弯管，37-手柄T管，38-手柄旋转轴，39-手柄分叉，40-手柄套管，41-松紧环锁紧扣，42-花型松紧环，43-沉头螺钉，44-凹槽，45-直槽，46-第四动力模块，47-第五动力模块，48-第六动力模块，49-第七动力模块，50-脚部伸长部件，51-大腿管，52-足部部件，53-小腿大套管、54-小腿直管、55-锁紧调位机构B、56-小腿底端连接件，57-足部钣金座，58-塑料板，59-橡胶垫，60-臀部基板，61-舵机固定架，62-舵机E、63-连杆A、64-连杆B、65-连杆C、67-端盖A，68-肩部基板，69-丝杆，70-丝杆端套A，71-丝杆端套B，72-电机，73-大套盘，74-承重套杆，75-舵机F，76-承重杆A，77-套盘座，78-芯轴端盖，79-传动轴，81-连杆D，82-大套盘转动撑杆，83-肩部跨越件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种外骨骼穿戴式健身与康复机，该装置模拟人体的外骨骼，同时具备健身与康复训练的双重功能。该装置的机身具备长度调节功能，能够适应不同身高的人群，适用范围广。

本发明的外骨骼穿戴式健身与康复机的整体结构如图1所示，该健身与康复机包括肢体模块和躯干模块。肢体模块包括两个手部模块和两个脚部模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直的中心线左右对称。

手部模块的结构如图2所示，包括第一动力模块1、第二动力模块2、第三动力模块3、大臂管5和手部伸长部件4，其中大臂管5为直角结构。

第一动力模块1的结构如图3、图4和图5所示。第一动力模块1包括钣金基体A6、钣金座A7、钣金座B8、舵机A9、舵机B10、圆柱齿轮A11，圆柱齿轮B12、轴B13、轴承座B14、锥齿轮A15、锥齿轮B16、轴承座A17和轴A18。第一动力模块1有两路输出，两路输出间相互独立。动力输出轴分别为轴B13和轴A18，输出方式为旋转，旋转范围均为150°。轴B13的驱动件为舵机B10，轴A18的驱动件为舵机A9。在本实施例中轴B13和轴A18均为花轴，在满足强度要求的同时能够减轻第一动力模块1的质量。

第一动力模块1各部分的连接关系为：钣金基体A6、钣金座A7和钣金座B8之间通过螺栓连接形成动力模块的基座，为了保证第一动力模块1结构紧凑且其两路输出间互不干涉，所形成的基座为双层台阶式结构。所述舵机A9通过六个M2螺钉固定在基座的上层表面。16齿的M1锥齿轮A15与舵机A9的码盘连接，其中锥齿轮A15的轴线处于竖直方向。同时，锥齿轮A15和轴线与其垂直的32齿M1锥齿轮B16啮合。锥齿轮B16通过六个M2螺钉与轴A18固接，轴A18位于舵机A9的正下方，即轴A18动力输出的方向为水平向后。轴A18通过两个6002Z轴承与轴承座A17配合，轴承座A17通过四个M3螺钉与基座连接。当舵机A9输出动力时，动力通过啮合的锥齿轮A15和锥齿轮B16传递到轴A18，传动比为1∶2。舵机B10通过四个M3螺栓固定在基座的下层表面上，13齿的M2圆柱齿轮A11通过六个M2螺钉与舵机B10的码盘连接，圆柱齿轮A11与26齿的M2圆柱齿轮B12啮合，其中圆柱齿轮A11和圆柱齿轮B12的轴线均处于竖直方向。圆柱齿轮A11通过螺钉与轴B13连接，轴B13动力输出的方向为竖直向下。轴B13通过两个6002Z轴承配合在轴承座B14上，轴承座B14通过四个M3螺钉固定在基座上。舵机B10旋转输出动力时，动力通过圆柱齿轮A11以及圆柱齿轮B12传递到轴B13，传动比为1∶2。

第二动力模块2的结构如图6和图7所示，第二动力模块2包括钣金基体B19、钣金座C20、钣金座D21、舵机C22、圆柱齿轮C23、圆柱齿轮D24、轴C25和轴承座C26。第二动力模块2有一个输出，动力输出轴为轴C25，原动件为舵机C22，其中轴C25为花轴。

第二动力模块2各部分的连接关系为：钣金基体B19、钣金座C20和钣金座D21通过M3螺栓连接形成第二动力模块2的基座。舵机C22通过四个M3螺栓固定在基座上，13齿的M2圆柱齿轮C23通过六个M2螺钉直接连接在舵机C22的码盘上，26齿的M2圆柱齿轮D24与圆柱齿轮C23啮合，其中圆柱齿轮C23和圆柱齿轮D24的轴线均处于竖直方向。圆柱齿轮D24通过六个M2螺钉固定在轴C25的一端，轴C25的另一端竖直向下输出动力。轴C25通过两个6002Z轴承与轴承座C26配合，轴承座C26通过四个M3螺钉与基座固定。当舵机C22输出动力时，动力通过圆柱齿轮C23传递到圆柱齿轮D24，再通过轴C25输出，传动比为1∶2。

第三动力模块3的结构如图8和图9所示，第三动力模块3包括钣金基板C27、舵机D28、锥齿轮C29、锥齿轮D30、轴D31和轴承座D32。第三动力模块3有一个输出，动力轴为轴D31，原动件为舵机D28，其中轴D31为花轴。

第三动力模块3各部分的连接关系为：钣金基板C27为第三动力模块3的基座，舵机D28通过六个M2螺钉固定在钣金基板C27的上表面，16齿的M1锥齿轮C29通过六个M2螺钉与舵机D28的码盘固定，其中锥齿轮C29的轴线处于竖直方向。锥齿轮C29和轴线与其垂直的32齿M1锥齿轮D30啮合，锥齿轮D30通过六个M2螺钉与轴D31一端固接，轴D31位于舵机D28的正下方，即轴D31动力输出的方向为水平向后。轴D31同时通过两个6002Z轴承与轴承座D32配合，轴承通过轴承座盖与轴承座D32压紧，轴承座D32通过六个M3螺钉固定在钣金基板C27下表面。当舵机D28输出动力时，动力通过锥齿轮C29和锥齿轮D30传递到轴D31，传动比1∶2。

在本实施例中，以上三个动力模块使用的舵机型号均为RX-24F。

手部伸长部件4的结构如图10所示，包括小臂大套管33、锁紧调位机构A34、小臂直管35、小臂折弯管36、手柄T管37、手柄旋转轴38、手柄分叉39和手柄套管40。其各部分的连接关系为：小臂大套管33为直角结构，其竖直部分的端部通过锁紧调位机构A34与小臂直管35连接，小臂直管35的另一端通过直角弯管与小臂折弯管36连接。小臂折弯管36的另一端和轴线与其垂直的手柄T管37连接。手柄T管37的上端连接手柄分叉39，手柄分叉39为U形结构，手柄分叉39的左右两端之间安装手柄芯管，手柄芯管外套装橡胶制的手柄套管40。使用时，手部握住手柄套管40，可增强舒适性。手柄芯管的两个端面分别安装有手柄端盖。手柄旋转轴38通过两个聚四氟乙烯润滑套套装在手柄T管37内。在手柄分叉39与手柄T管37的连接处，手柄分叉39通过M4长螺钉与手柄旋转轴38连接。

锁紧调位机构A34的结构如图11所示，具体结构为：小臂大套管33和小臂直管35通过松紧环锁紧扣41连接在一起，在小臂大套管33内部与小臂直管35的连接端有两个相对安装的花型松紧环42，花型松紧环42松开时，便可调整小臂大套管33和小臂直管35的相对位置。花型松紧环42拧紧时则会提供大摩擦力锁紧小臂大套管33和小臂直管35。在小臂直管35上和小臂大套管33的连接端相距mm处安装M3的沉头螺钉43，沉头螺钉43的螺钉头未完全沉入管壁，有大约1mm的突出，同时在小臂大套管33的内部有与沉头螺钉43相对应的直槽45，在小臂直管35装入小臂大套管33后，并未完全沉入的沉头螺钉43与直槽45配合形成约束，防止小臂大套管33和小臂直管35转动，辅助花型松紧环42实现周向锁紧。此外，为了对小臂直管35的位置进行定量调节，还可在在小臂直管35上安装沉头螺钉43的位置沿其外圆周面加工凹槽44，当小臂直管35拧入后，可以通过小臂大套管33上的观察孔观察凹槽44的位置进而判断小臂直管35在小臂大套管33内的相对位置。

手部模块的整体连接关系如图2所示：手部伸长部件4中小臂大套管33水平部分的端部与第一动力模块1中轴B13的动力输出端连接，第一动力模块1中轴A18的动力输出端与大臂管5的一端连接，大臂管5的另一端与第二动力模块2中轴C25的动力输出端连接。第三动力模块3中轴D30的动力输出端与第二动力模块2的基座连接，第三动力模块3驱动第二动力模块2整体转动。

脚部模块的结构如图12所示，包括第四动力模块46、第五动力模块47、第六动力模块48、第七动力模块49、大腿管51、脚部伸长部件50和足部部件52。其中大腿管51为直角结构。第四动力模块46与第一动力模块1结构相同，第六动力模块48与第三动力模块3结构相同。为了适应足部伸长机构，第五动力模块47中的动力输出轴为圆轴，其余结构均与第二动力模块2相同。第七动力模块49与第五动力模块47结构相同。

脚部伸长部件50的结构如图13所示，包括小腿大套管53、小腿直管54、锁紧调位机构B55和小腿底端连接件56。其中锁紧调位机构B55与锁紧调位机构A34的结构相同。小腿大套管53竖直部分的端部通过锁紧调位机构B55与小腿直管54连接，小腿直管54的另一端与小腿底端连接件56相连。足部部件为健身或康复人员脚部站立的位置。足部部件的结构如图14所示，包括足部钣金座57、塑料板58和橡胶垫59。其中足部钣金座57竖直放置，塑料板58和橡胶垫59均水平放置，足部钣金座57通过其底部的螺钉与塑料板50连接，塑料板50通过螺钉与橡胶垫51连接。其中，足部钣金座57是足部部件的核心，起主要的支撑以及与其他模块的连接作用，塑料板58主要起辅助支撑以及减震的作用，橡胶垫59可以减震以及保护地板，防止硬质材料损伤木地板等。

脚部模块的整体连接关系为：足部部件中足部钣金座57的顶部与第五动力模块47的动力输出轴连接，第五动力模块47的基座与脚部伸长部件50中的小腿底端连接件56相连。小腿大套管53水平部分的端部与第四动力模块46的竖直动力输出轴连接，第四动力模块46的水平动力输出轴与大腿管51的一端连接，大臂管51的另一端与第七动力模块的动力输出轴连接。第六动力模块的动力输出轴与第七动力模块的基座连接，第六动力模块驱动第七动力模块整体转动。

躯干模块的整体结构如图15和图16所示。躯干模块包括臀部基板60、肩部基板68和运动机构。臀部基板60和肩部基板68位于同一竖直面内，肩部基板68位于臀部基板60上方。肩部基板68的对称轴与臀部基板60的对称轴重合；所述运动机构在该对称轴的左右两边对称布置，下面仅以右侧运动机构为例具体介绍其结构。

右侧运动机构包括舵机E62、连杆A63、连杆B64、连杆C65、连杆D81、大套盘73、承重套杆74、舵机F75、承重杆76、传动轴79、芯轴、丝杆69、滑块、电机72和大套盘转动撑杆82。其中连杆C65为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C65有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置。连杆D81为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴。

舵机E62通过M2.5螺钉固定在位于臀部基板60上的舵机固定架61的左侧，舵机E62的输出轴通过M2螺钉与连杆A63相连，连杆A63的另一端通过M5长螺栓以及润滑垫片与连杆B64动连接，连杆B64的另一端通过M5长螺栓以及润滑垫片与连杆C65外圆周上的铰接端连接。在臀部基板60上舵机固定架61上方加工有臀部承重轴的安装孔。臀部承重轴通过两个SKF615轴承安装在该安装孔内，臀部承重轴的一端与连杆C65底部的铰接端固连，另一端穿过臀部基板60与臀部轴承座动连接，臀部轴承座通过M3螺钉固定在臀部基板60上。臀部承重轴与臀部轴承座连接的一端同时通过M4螺钉与端盖A67固连，可防止臀部承重轴轴向移动。连杆C65顶部的铰接端与背部系统相连。连杆C65顶部的铰接端通过润滑套与连杆D81上的连接轴沿该连接轴的轴线方向铰接。同时连杆D81上的连接座通过M4螺钉与端盖A67固连，防止连杆D81轴向滑动。连杆D81竖直部分的上端外侧固定有舵机F75，舵机F75的输出轴通过M2螺钉与传动轴79固连，传动轴79通过M5长螺钉以及键与承重杆A76连接，承重杆A76套装在承重套杆74表面的滑槽内，从而形成一个滑槽结构，相互只能沿滑槽方向运动。在肩部基板68上丝杆69的左侧加工有大套盘73的安装孔，大套盘73位于该安装孔内，大套盘的圆心所在水平线高于舵机F的输出轴水平状态时的轴线位置。同时大套盘73的另一端穿过肩部基板68并通过润滑套与套盘座77动连接，套盘座77通过M3螺钉与肩部基板68固连。在大套盘73上加工有芯轴86的安装孔，设该安装孔所在点为E点，芯轴通过润滑套安装在安装孔内，并与大套盘73动连接。芯轴的一端与承重套杆74的端部连接，另一端穿过大套盘73通过M4螺钉与芯轴端盖78固连，防止芯轴的轴向移动。在肩部基板68竖直中心线上加工有丝杆安装槽，丝杆69通过其顶部的丝杆端套A70和底部的丝杆端套B71竖直安装在丝杆安装槽内，丝杠端套A70和丝杠端套B71的外圆周分别安装有轴承和轴承座，所述轴承座通过M3螺钉固定在肩部基板68上。滑动块安装在丝杆69上，滑动块与丝杆69配合，可沿丝杆69上下移动，电机72的输出轴与丝杆69的顶部相连。大套盘转动撑杆82的一端通过M4螺钉以及润滑垫片与大套盘73动连接，设该连接点为F点，大套盘转动撑杆82的另一端通过与滑动件动连接，所述F点和E点的连线经过大套盘的圆心。且有当滑块位于丝杆的最顶端时，所述E点和F点分别位于大套盘水平直径的两端，其中F点位于靠近丝杆的一侧；当滑块位于丝杆的最底端时，所述E点和F点分别位于大套盘竖直直径的两端，其中F点位于E点下方。

由于左部运动机构和右部运动机构的承重套杆在肩部基板68上交叉安装，为了保证两边的运动机构互不干涉，右部运动机构的承重套杆则通过肩部跨越件83与位于肩部基板68上丝杆69左侧的芯轴固连。

本发明整体连接如图1所示，两个手部模块分别通过各自第三动力模块的基座固接在躯干模块中肩部基板68的左右两侧，两个脚部模块分别通过各自第六动力模块的基座固接在躯干模块中臀部基板60的左右两侧，两个手部模块、两个脚部模块及躯干模块间的运动相互独立。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，包括肢体模块和躯干模块，肢体模块包括两个手部模块和两个脚部模块，其中两个手部模块沿躯干模块的竖直中心线左右对称，两个脚部模块沿躯干模块竖直中心线左右对称；

手部模块包括第一动力模块（1）、第二动力模块（2）、第三动力模块（3）、大臂管（5）和手部伸长部件（4），其中大臂管（5）为直角结构；

第一动力模块（1）包括基座A、舵机A（9）、舵机B（10）、圆柱齿轮A（11）、圆柱齿轮B（12）、轴B（13）、轴承座B（14）、锥齿轮A（15）、锥齿轮B（16）、轴承座A（17）和轴A（18）；其连接关系为：基座A为双层台阶式结构，舵机A（9）通过固定在基座A的上层表面；锥齿轮A（15）与舵机A（9）的输出轴固接，其中锥齿轮A（15）的轴线处于竖直方向；锥齿轮A（15）和轴线与其垂直的锥齿轮B（16）啮合；锥齿轮B（16）与轴A（18）固接，轴A（18）位于舵机A（9）的正下方，即轴A（18）动力输出的方向为水平向后；轴A（18）通过轴承与轴承座A（17）配合，轴承座A（17）与基座A连接；舵机B（10）固定在基座A的下层表面上，圆柱齿轮A（11）与舵机B（10）的输出轴连接，圆柱齿轮A（11）与圆柱齿轮B（12）啮合，其中圆柱齿轮A（11）和圆柱齿轮B（12）的轴线均处于竖直方向；圆柱齿轮A（11）与轴B（13）连接，轴B（13）动力输出的方向为竖直向下；轴B（13）通过轴承与轴承座B（14）配合，轴承座B（14）固定在基座A上；

第二动力模块（2）包括基座B、舵机C（22）、圆柱齿轮C（23）、圆柱齿轮D（24）、轴C（25）和轴承座C（26）；其各部分的连接关系为：舵机C（22）固定在基座B上，圆柱齿轮C（23）固定在舵机C（22）的输出轴上，圆柱齿轮D（24）与圆柱齿轮C（23）啮合,其中圆柱齿轮C（23）和圆柱齿轮D（24）的轴线均处于竖直方向；圆柱齿轮D（24）与轴C（25）固接，轴C（25）的竖直向下输出动力；轴C（25）通过轴承与轴承座C（26）配合，轴承座C（26）固定在基座B上；

第三动力模块（3）包括基座C、舵机D（28）、锥齿轮C（29）、锥齿轮D（30）、轴D（31）和轴承座D（32），其各部分的连接关系为：舵机D（28）固定在基座C的上表面，锥齿轮C（29）与舵机D（28）的输出轴固接，其中锥齿轮C（29）的轴线处于竖直方向；锥齿轮C（29）和轴线与其垂直的锥齿轮D（30）啮合，锥齿轮D（30）与轴D（31）固接，轴D（31）位于舵机D（28）的正下方，即轴D（31）水平向后输出动力；轴D（31）同时通过轴承与轴承座D（32）配合，轴承通过轴承座盖与轴承座D（32）压紧，轴承座D（32）固定在基座C下表面；

手部伸长部件（4）包括小臂大套管（33）、锁紧调位机构A（34）、小臂直管（35）、小臂折弯管（36）、手柄T管（37）、手柄旋转轴（38）、手柄分叉（39）和手柄套管（40）；其各部分的连接关系为：小臂大套管（33）为直角结构，其竖直部分的端部通过锁紧调位机构A（34）与小臂直管（35）连接，小臂直管（35）的另一端通过直角弯管与小臂折弯管（36）连接；小臂折弯管（36）的另一端和轴线与其垂直的手柄T管（37）连接；手柄T管（37）的上端连接手柄分叉（39），手柄分叉（39）为U形结构，手柄分叉（39）的左右两端之间安装手柄芯管，手柄芯管外套装橡胶制的手柄套管（40）；手柄芯管的两个端面分别安装有手柄端盖；手柄旋转轴（38）套装在手柄T管（37）内；在手柄分叉（39）与手柄T管（37）的连接处，手柄分叉（39）与手柄旋转轴（38）连接；

锁紧调位机构A（34）的具体结构为：小臂大套管（33）和小臂直管（35）通过松紧环锁紧扣（41）连接在一起，在小臂大套管（33）内部与小臂直管（35）的连接端有两个相对安装的花型松紧环（42），在小臂直管（35）上和小臂大套管（33）的连接端安装有沉头螺钉（43），沉头螺钉（43）的螺钉头未完全沉入管壁，即沉头螺钉（43）在管壁上有凸起；同时在小臂大套管（33）的内壁加工有与沉头螺钉（43）上的凸起相对应的直槽（45）；

手部模块的整体连接关系为：手部伸长部件（4）中小臂大套管（33）水平部分的端部与第一动力模块（1）中轴B（13）的动力输出端连接，第一动力模块（1）中轴A（18）的动力输出端与大臂管（5）的一端连接，大臂管（5）的另一端与第二动力模块（2）中轴C（25）的动力输出端连接；第三动力模块（3）中轴D（30）的动力输出端与第二动力模块（2）的基座连接，第三动力模块（3）驱动第二动力模块（2）整体转动；

脚部模块包括第四动力模块（46）、第五动力模块（47）、第六动力模块（48）、第七动力模块（49）、大腿管（51）、脚部伸长部件（50）和足部部件（52）；其中大腿管（51）为直角结构；第四动力模块(46)与第一动力模块(1)结构相同，第六动力模块（48）与第三动力模块（3）结构相同；第五动力模块（47）与第七动力模块（49）均和第二动力模块（2）结构相同；

脚部伸长部件（50）包括小腿大套管（53）、小腿直管（54）、锁紧调位机构B（55）和小腿底端连接件（56）；其中锁紧调位机构B（55）与锁紧调位机构A(34)的结构相同；小腿大套管（53）竖直部分的端部通过锁紧调位机构B（55）与小腿直管（54）连接，小腿直管（54）的另一端与小腿底端连接件（56）相连；足部部件包括足部座（57）、塑料板（58）和橡胶垫（59）；其中足部座（57）竖直放置，塑料板（58）和橡胶垫（59）均水平放置，足部座（57）与塑料板（50）连接，塑料板（50）与橡胶垫（51）连接；

脚部模块的整体连接关系为：足部部件中足部座（57）的顶部与第五动力模块（47）的动力输出轴连接，第五动力模块（47）的基座与脚部伸长部件（50）中的小腿底端连接件（56）相连；小腿大套管（53）水平部分的端部与第四动力模块（46）的竖直动力输出轴连接，第四动力模块（46）的水平动力输出轴与大腿管（51）的一端连接，大臂管（51）的另一端与第七动力模块（49）的动力输出轴连接；第六动力模块（48）的动力输出轴与第七动力模块（49）的基座连接，第六动力模块（48）驱动第七动力模块（49）整体转动；

躯干模块包括臀部基板（60）、肩部基板（68）和运动机构；臀部基板（60）和肩部基板（68）位于同一竖直面内，肩部基板（68）位于臀部基板（60）上方；肩部基板（68）的对称轴与臀部基板（60）的对称轴重合；所述运动机构在该对称轴的左右两边对称布置；

右侧运动机构包括舵机E（62）、连杆A（63）、连杆B（64）、连杆C（65）、连杆D（81）、大套盘（73）、承重套杆（74）、舵机F（75）、承重杆（76）、传动轴（79）、芯轴、丝杆（69）、滑块、电机（72）和大套盘转动撑杆（82）；其中连杆C（65）为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C（65）有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置；连杆D（81）为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴；

其连接关系为：舵机E（62）通过臀部基板（60）下端的舵机固定架（2）固定在臀部基板（60）上，舵机E（62）的输出轴垂直穿过臀部基板（60）后与连杆A（63）连接，该连接点记为A点；连杆A（63）的另一端与连杆B（64）动连接，该连接点记为B点；连杆B（64）的另一端与连杆C（65）外圆周上的铰接端动连接，该连接点记为C点；连杆C（65）底部的铰接端通过轴承与臀部基板（60）连接，该连接点记为D点，其中轴承的转动方向垂直与臀部基板（60）；保证依次连接A点、B点、C点、D点后形成平行四边形结构；连杆C（65）顶部的铰接端为柱形结构，连杆C（65）顶部的铰接端与连杆D（81）水平部分端部的连接轴沿该连接轴的轴线方向铰接；连杆D（81）竖直部分上端的外侧固定舵机F（75），舵机F（75）的输出轴垂直于连杆D（81）的竖直部分；舵机F（75）的输出轴通过传动轴（79）与承重杆A（76）连接，承重杆A（76）与承重套杆（74）表面的滑槽配合，相互只能沿滑槽方向运动；承重套杆（74）通过芯轴安装在肩部基板（68）上，芯轴的安装方式为：在肩部基板（68）左侧加工有大套盘（73）的安装孔，大套盘（73）的圆心所在水平线高于舵机F（75）的输出轴水平状态时的轴线位置；大套盘（73）在其安装孔内与肩部基板（68）动连接，大套盘（73）只能沿其轴向转动；在大套盘（73）上加工有芯轴的安装孔，设该安装孔所在点为E点；芯轴在其安装孔内与大套盘（73）动连接，且芯轴只能沿其轴向转动，承重套杆（74）左侧端部与芯轴固接；丝杆（69）安装在位于肩部基板（68）对称轴上的丝杆安装槽内，滑块安装在丝杆（69）上，滑块与丝杆（69）配合，可沿丝杆（69）上下移动，丝杆（69）顶部与电机（72）的输出轴相连；大套盘转动撑杆（82）的一端与大套盘（73）连接，设该连接点为F点，另一端与滑块连接；所述F点和E点的连线经过大套盘（73）的圆心；左侧运动机构中的承重套杆通过肩部跨越件（83）与位于肩部基板（68）右侧的芯轴连接；

本发明整体连接关系为：两个手部模块分别通过各自第三动力模块的基座固接在躯干模块中肩部基体（68）的左右两侧，两个脚部模块分别通过各自第六动力模块的基座固接在躯干模块中臀部基板（60）的左右两侧，两个手部模块、两个脚部模块及躯干模块间的运动相互独立。

2.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，当滑块位于丝杆（69）的最顶端时，所述E点和F点分别位于大套盘（73）水平方向直径的两端，其中F点位于靠近丝杆（69）的一侧；当滑块位于丝杆（69）的最底端时，所述E点和F点分别位于大套盘（73）竖直方向直径的两端，其中F点位于E点下方。

3.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，所述轴B（13）、轴A（18）、轴C（25）和轴D(31)均为花轴。

4.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，所述轴B（13）和轴A（18）的旋转范围均为150°。

5.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，为了适应足部伸长机构，所述第五动力模块（47）和第七动力模块（49）中的动力输出轴为圆轴。

6.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，所述所有舵机的型号均为RX-24F。

7.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，在小臂直管（35）上安装沉头螺钉（43）的位置沿其外圆周面加工凹槽（44），当小臂直管（35）拧入后，通过小臂大套管（33）上的观察孔观察凹槽（44）的位置进而判断小臂直管（35）在小臂大套管（33）内的相对位置。

8.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，在小腿直管（54）上安装沉头螺钉的位置沿其外圆周面加工凹槽，当小腿直管（54）拧入后，通过小腿大套管（53）上的观察孔观察凹槽的位置进而判断小腿直管（54）在小腿大套管（53）内的相对位置。

9.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，所述锥齿轮A（15）到锥齿轮B（16）的传动比为1:2；圆柱齿轮A（11）到圆柱齿轮B（12）的传动比为1：2；圆柱齿轮C（23）到圆柱齿轮D（24）的传动比为1:2；锥齿轮C（29）到锥齿轮D（30）的传动比1:2。

10.如权利要求1所述的一种外骨骼穿戴式健身与康复机，其特征在于，所述所有基座均采用钣金结构。

Images