CN215081735U - 一种下肢外骨骼机器人辅助机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型中公开了一种下肢外骨骼机器人辅助机构，包括：辅助平衡构件，所述辅助平衡构件包括第一结构件、第一传动件和可穿戴到人体躯干的辅助支撑件，所述第一传动件与所述第一结构件之间转动连接，所述辅助支撑件连接在所述第一传动件的转动端；第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动连接在第一传动件上的辅助支撑件相对人体冠状面前后转动。该辅助机构在下肢外骨骼机器人助力行走时，能够主动对人体躯干的倾斜角度进行调节，从而防止老年人或行走机能丧失的人群在下肢外骨骼机器人的帮助下行走时不会发生摔倒；从而不再需要借助于其它的辅助设施，以减少使用者的使用负担，进一步拓展了下肢外骨骼机器人的使用性能。

Description

一种下肢外骨骼机器人辅助机构

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种下肢外骨骼机器人辅助机构。

背景技术

目前，外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，具有广泛的应用前景，如助老助残、医疗康复、工业生产、地震救援、单兵作战等领域。一般的助力外骨骼具有以下特点：可以检测人体的运动意图和人体类似的关节自由度和关节转动空间；具有必要的关节主动驱动以辅助出力；自带控制系统和能源系统；具有一定的安全防护机制。

助力外骨骼按照动力传递的目的，可分为两种情况：外骨骼带动人体运动和人体带动外骨骼运动。对于助老助残或医疗康复领域，外骨骼的目的是辅助人体自身肌肉的运动，以达到帮助老人抬腿，或帮助病人做肌肉功能恢复训练等目的。需要外骨骼设定好各关节的运动规划，或检测人体的肌电信号、肢体运动方向等判断人体的运动意图，带动穿戴者运动。

现有的助力外骨骼装置在对人体下肢提供辅助动力助力时，如果仅仅依靠对下肢的支撑和助力作用，往往容易在行走过程中发生倾倒；因此，往往通常需要借助于其它的辅助器件如拐杖等对人体躯干进行辅助支撑，限制了外骨骼助力装置的使用性能。

实用新型内容

本实用新型针对现有相关技术中外骨骼助力装置在助力行走、助残的应用中，需要借助其它外部辅助器件进行辅助支撑，以保证人体行走过程中平衡的问题，提供一种下肢外骨骼机器人辅助机构，能够为人体的平衡进行主动调节和控制，防止在行走过程中发生摔倒。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种下肢外骨骼机器人辅助机构，包括：

辅助平衡构件，所述辅助平衡构件包括第一结构件、第一传动件和可穿戴到人体躯干的辅助支撑件，所述第一传动件与所述第一结构件之间转动连接，所述辅助支撑件连接在所述第一传动件的转动端；

第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动连接在第一传动件上的辅助支撑件相对人体冠状面前后转动。

上述技术方案中，进一步地，所述第一驱动件包括设置在第一结构件上的第一电机、第一主动轴和第一从动轴，所述第一主动轴和第一从动轴之间传动连接，所述第一传动件连接在第一从动轴上。

上述技术方案中，进一步地，所述第一主动轴与第一从动轴之间通过弹性联轴器传动连接。

上述技术方案中，进一步地，所述第一传动件包括竖直设置的第一传动杆和水平设置的第一随动件，所述第一随动件固定连接在第一传动杆上。

上述技术方案中，进一步地，所述辅助支撑件包括可固定连接到第一随动件上的支撑支架和可方便穿戴的马甲，所述马甲与支撑支架之间固定连接，所述马甲上设置有用于固定的柔性绑缚带。

上述技术方案中，进一步地，所述第一结构件上设置有座椅部件，所述座椅部件可相对人体冠状面前后转动；

在人体处于坐姿状态时，所述座椅部件可转动至水平状态，且所述座椅部件的一部分可展开并支撑到地面上，用于对人体进行支撑。

上述技术方案中，进一步地，所述座椅部件包括座椅构件和第二驱动件，所述座椅构件与所述第一结构件之间转动连接；所述第二驱动件包括设置在第一结构件上的第二电机、第二主动轴和第二从动轴，所述第二主动轴和第二从动轴之间通过皮带传动连接，所述座椅构件连接在第二从动轴上。

上述技术方案中，进一步地，所述座椅构件包括座板和设置在座板上的支撑构件；所述支撑构件包括剪叉支架和第三驱动件，所述第三驱动件驱动剪叉支架作伸缩运动。

上述技术方案中，进一步地，所述剪叉支架一端连接在座板上，另一端上设置有支撑底座，所述剪叉支架与座板连接的一端包括固定在座板上的固定部和与座板之间滑动配合的活动部；所述第三驱动件驱动活动部在座板上滑动。

上述技术方案中，进一步地，所述第三驱动件包括第三电机和丝杠传动组件，所述丝杠传动组件与所述剪叉支架的活动部连接。

本实用新型所具有的有益效果：

1)该辅助机构在下肢外骨骼机器人助力行走时，能够主动对人体躯干的倾斜角度进行调节，从而防止老年人或行走机能丧失的人群在下肢外骨骼机器人的帮助下行走时不会发生摔倒；这样就不再需要借助于其它的辅助设施，以减少使用者的使用负担，进一步增加了下肢外骨骼机器人的使用性能。

2)该辅助机构中集成可为人体提供座椅功能的座椅部件，在各种使用场景下可根据使用者的需要，能够随时随地为使用者提供可供休息的平台，进一步拓展了下肢外骨骼机器人的使用性能。

3)该辅助机构中对辅助平衡构件与座椅部件之间的结构进行优化，使辅助平衡构件与座椅部件之间在各自实现对应功能的同时，在动作过程中不会发生干涉，机构的结构设置更加合理。

附图说明

图1为本实用新型实施例结构示意图。

图2为本实用新型实施例结构后部示意图。

图3为本实用新型实施例结构第一驱动机构结构示意图。

图4为本实用新型实施例结构座椅部件展开状态结构示意图。

图5为本实用新型实施例结构座椅部件第二驱动件结构示意图。

图6为本实用新型实施例结构座椅部件第三驱动件结构示意图。

图7为本实用新型中辅助机构在下肢外骨骼机器人上的应用示意图。

图中：

100、辅助机构；

101、辅助平衡构件，111、第一结构件，112、第一传动件，112a、第一传动杆，112b、第一随动件，113、辅助支撑件，113a、支撑支架，113b、马甲，113c、柔性绑缚带；

102、第一驱动件，121、第一电机，122、第一主动轴，123、第一从动轴；

103、弹性联轴器；

200、座椅部件；

201、座椅构件，211、座板，212、剪叉支架，212a、固定部，212b、活动部，213、第三电机，214、丝杠传动机构，215、支撑底座；221、第二电机，222、第二主动轴，223、第二从动轴；

300、腿部助力机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型实施例对结构的描述中所采用的方位名词术语中，根据《人体测量术语》中的定义，“冠状面”为通过铅垂轴与横轴的平面及与其平行的所有平面，这些平面将人体分成前、后两个部分；“矢状面”为将人体分成左右两部分的切面及与其平行的左右平面。

实施例一

如图1和2所示，本实施例中的下肢外骨骼机器人辅助机构100，包括：

辅助平衡构件101，本实施例中的辅助平衡构件包括在穿戴时设置于人体腰部位置的第一结构件111、与第一结构件之间转动连接的第一传动件112和可穿戴的辅助支撑件113；辅助支撑件113连接在第一传动件112的转动端。

第一驱动件102，第一驱动件102用于驱动第一传动件112在第一结构件上相对人体冠状面前后转动。当第一传动件在转动时，带动辅助支撑件113转动，从而通过辅助支撑件改变人体躯干的倾斜角度。

如图3，第一驱动件102包括设置在第一结构件上的第一电机121、通过轴承与第一结构件转动连接的第一主动轴122和第一从动轴123，第一主动轴122和第一从动轴123之间通过弹性联轴器103传动连接，第一传动件112连接在第一从动轴123上。这里第一主动轴123、第一从动轴123设置在第一结构件111的外侧，在第一结构件111上呈水平布置，第一传动件112与第一从动轴123之间呈垂直设置，当第一电机驱动第一从动轴转动时，可驱动第一传动件在人体矢状面内相对人体冠状面转动，从而改变辅助支撑件相对于人体冠状面的倾斜角度。

本实施例中在第一主动轴和第一从动轴之间设置弹性联轴器，在传动时提供缓冲，以减小动作过程中电机启动对人体造成的冲击，提高舒适性。这里的弹性联轴器为目前在外骨骼机器人中所常规采用的传动部件，其作用原理为通过设置弹簧为轴之间的传动提供缓冲，这里不对其结构进行具体的限定。

如图2和3，第一传动件112包括竖直设置的第一传动杆112a和水平设置的第一随动件112b，所述第一随动件112b固定连接在第一传动杆112a上。相应地，辅助支撑件113包括可固定连接到第一随动件上的支撑支架113a和可方便穿戴的马甲113b，马甲113b与支撑支架113a之间固定连接，在马甲113b上设置有用于将马甲固定在人体躯干的柔性绑缚带113c，以方便辅助支撑件的穿戴和固定，以及穿戴的舒适性。

本实施例中的辅助机构与下肢外骨骼机器人之间配合使用，如图7，这里的下肢外骨骼机器人通常包括可对人体下肢提供支撑和行走助力的腿部助力机构300；在使用时，将辅助支撑件113穿戴到使用者的上身躯干，并将下肢外骨骼机器人的腿部助力机构300分别与使用者的左腿、右腿进行连接，通过腿部助力机构助力使用者完成行走动作；在行走过程中当判断可能会朝前、后方向发生倾倒时，启动第一电机控制第一传动件转动，带动人体躯干朝反方向上运动，从而通过主动干预和控制，有效防止在辅助行走过程中使用者发生摔倒，而不需要借助于其它的辅助工具。

实施例二

本实施例中对辅助机构进行进一步的改进，以进一步拓展辅助机构的功能，本实施例中在辅助机构中设置座椅部件200，使下肢外骨骼机器人具备座椅的功能，具体如下：

在第一结构件111上设置座椅部件200，座椅部件200可相对人体冠状面前后转动；在人体处于坐姿状态时，座椅部件可转动到水平状态，同时座椅部件的一部分可展开并支撑到地面上，用于对人体进行支撑，为使用者提供一个可供休息的平台。座椅部件在不使用时，通过可将座椅部件转动到后侧位置，以防止对人体形成干涉。

如图4和5，本实施例中的座椅部件200包括座椅构件201和第二驱动件，其中座椅构件201与第一结构件111之间转动连接；第二驱动件用于驱动座椅构件相对第一结构件转动。这里第二驱动件包括设置在第一结构件上的第二电机221、连接在第二电机221输出端的第二主动轴222和与座椅构件的转动端连接的第二从动轴223，第二主动轴222与第二从动轴223之间通过皮带传动连接，通过第二电机221驱动座椅构件201转动。

座椅构件201包括座板211和设置在座板上的支撑构件，本实施例中的支撑构件包括剪叉支架212和第三驱动件，这里剪叉支架结构通过多个铰接杆形成可伸缩的结构，该结构为现有常规技术这里就不再做详细描述。剪叉支架212一端连接在座板211上，另一端上设置有支撑底座215，所述剪叉支架212与座板连接的一端包括固定在座板上的固定部212a和与座板之间滑动配合的活动部212b，所述第三驱动件驱动活动部212b在座板上滑动。

如图6，这里第三驱动件包括第三电机213和丝杠传动机构214，丝杠传动组件与所述剪叉支架的活动部连接，第三电机213驱动丝杠传动机构214运动，带动剪叉支架212的活动部滑动，从而实现对剪叉支架的伸缩控制。

在行走状态时，座椅构件整体位于人体臀部的后侧位置，以防止对人体及行走造成干涉；当使用者需要休息时，通过第二电机驱动座板转动，使座板转动呈水平，并位于人体臀部下方，同时控制支撑构件展开，支撑构件一端支撑到地面或固定物上，从而形成一个稳定的支撑平台，以方便使用者能够随时随地进行休息。

本实用新型的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本实用新型基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，包括：

辅助平衡构件，所述辅助平衡构件包括第一结构件、第一传动件和可穿戴到人体躯干的辅助支撑件，所述第一传动件与所述第一结构件之间转动连接，所述辅助支撑件连接在所述第一传动件的转动端；

第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动连接在第一传动件上的辅助支撑件相对人体冠状面前后转动。

2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述第一驱动件包括设置在第一结构件上的第一电机、第一主动轴和第一从动轴，所述第一主动轴和第一从动轴之间传动连接，所述第一传动件连接在第一从动轴上。

3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述第一主动轴与第一从动轴之间通过弹性联轴器传动连接。

4.根据权利要求1或2所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述第一传动件包括竖直设置的第一传动杆和水平设置的第一随动件，所述第一随动件固定连接在第一传动杆上。

5.根据权利要求4所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述辅助支撑件包括可固定连接到第一随动件上的支撑支架和可方便穿戴的马甲，所述马甲与支撑支架之间固定连接，所述马甲上设置有用于固定的柔性绑缚带。

6.根据权利要求1所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述第一结构件上设置有座椅部件，所述座椅部件可相对人体冠状面前后转动；

在人体处于坐姿状态时，所述座椅部件可转动至水平状态，且所述座椅部件的一部分可展开并支撑到地面上，用于对人体进行支撑。

7.根据权利要求6所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述座椅部件包括座椅构件和第二驱动件，所述座椅构件与所述第一结构件之间转动连接；所述第二驱动件包括设置在第一结构件上的第二电机、第二主动轴和第二从动轴，所述第二主动轴和第二从动轴之间通过皮带传动连接，所述座椅构件连接在第二从动轴上。

8.根据权利要求7所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述座椅构件包括座板和设置在座板上的支撑构件；所述支撑构件包括剪叉支架和第三驱动件，所述第三驱动件驱动剪叉支架作伸缩运动。

9.根据权利要求8所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述剪叉支架一端连接在座板上，另一端上设置有支撑底座，所述剪叉支架与座板连接的一端包括固定在座板上的固定部和与座板之间滑动配合的活动部；所述第三驱动件驱动活动部在座板上滑动。

10.根据权利要求9所述的下肢外骨骼机器人辅助机构，其特征在于，所述第三驱动件包括第三电机和丝杠传动组件，所述丝杠传动组件与所述剪叉支架的活动部连接。

Images