一种履带驱动的助行外骨骼的制作方法

xiaoxiao2021-01-12  13

一种履带驱动的助行外骨骼的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及康复器械设备领域,具体涉及一种履带驱动的助行外骨骼。
【背景技术】
[0002]截瘫患者由于肢体机能损伤而必须借助外部器械来实现基本生活。
[0003]在申请公布号为CN104856842A,申请公布日为2015年8月26日的文件一中公开了一种足底轮式驱动的截瘫助行外骨骼,,包括下肢支具、足底驱动模块和电源及控制电路,其中下肢支具用于支撑和固定使用者下肢;足底驱动模块包括由动力推动使得使用者前行的轮子;电源及控制电路包括电源模块、驱动装置和信号收发装置。该文件公开的技术中,其膝盖和髋关节部分无法通自由运动,对斜坡,台阶等常规地形无法适应,限制了使用环境。
[0004]在申请公布号为CN104582668A,申请公布日为2015年4月29日的文件二中公开了一种行动辅助设备,其包括外骨骼和控制系统,所述外骨骼包括与使用者下肢相关联的至少一个带动力的关节,以及与所述下肢相关联的多个传感器。该文件公开的技术在于对脚和踝关节没有相应的机能部件或者保护部件。
[0005]在申请公布号为CN104869970A,申请公布日为2015年8月26日的文件三中公开了一种可重新配置的外骨骼,200),所述外骨骼可利用分成三个类别的装置来加以即时重新配置、调整或控制,特定来说,所述三个类别包含可交换未经致动支腿、可锁定横向及冠状髋部旋转件及软件控制自由关节。该文件公开的技术在于脚和踝关节没有相应的机能部件。

【发明内容】

[0006]针对上述问题,本发明所要解决的技术是提供一种履带驱动的助行外骨骼,无法自主行走的人,通过本发明的帮助,可以完成日常的出行和坐立,实现腿脚同时协动,其中髋关节,膝关节,踝关节都有对应的机能结构。
[0007]为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种履带驱动的助行外骨骼,包括支撑组件、动力组件和控制器,其结构特点是,所述支撑组件包括腰部支撑、大腿支撑、小腿支撑和足底支撑,所述腰部支撑与大腿支撑之间通过髋关节连接,所述大腿支撑和小腿支撑之间通过膝关节连接,所述小腿支撑与足底支撑之间通过踝关节连接;所述动力组件包括减速机和电机,所述控制器控制减速机和电机。
[0008]进一步地,所述髋关节包括腰部连接器和大腿上连接器,所述腰部连接器和大腿上连接器通过连轴和轴承连接,所述膝关节包括大腿下连接器和小腿上连接器,所述大腿下连接器与小腿上连接器通过连轴和轴承连接,所述踝关节包括小腿下连接器和踏板连接器,所述小腿下连接器和踏板连接器通过连轴和轴承连接;所述腰部支撑包括靠背支架,所述靠背支架连接腰部连接器,所述大腿支撑包括大腿连接杆,所述大腿连接杆上端连接大腿上连接器,下端连接大腿下连接器,所述小腿支撑包括小腿连接杆,所述小腿连接杆上端连接小腿上连接器,下端连接小腿下连接器,所述足底支撑包括脚部踏板,所述脚部踏板则与踏板连接器连接。
[0009]进一步地,所述电机包括第一电机、第二电机和第三电机,所述减速机包括第一减速机、第二减速机和第三减速机,所述第一电机和第一减速机安装在髋关节处,所述第二电机和第二减速机安装在膝关节处,所述第三电机和第三减速机安装在踝关节处。
[0010]进一步地,所述足底支撑下端设有履带移动装置,所述履带移动装置包括履带、驱动轮、微电脑控制系统、第四电机和第四减速机,所述履带与驱动轮啮合,所述微电脑控制系统控制第四电机和第四减速机,所述第四电机和第四减速机控制驱动轮。
[0011]进一步地,所述靠背支架上安装有电池、驱动模块和主控板,所述电池为驱动和主控板提供电源,所述主控板控制驱动模块,所述驱动模块通过电线连接到动力组件和履带移动装置。
[0012]进一步地,所述大腿连接杆和小腿连接杆两端设有多个第一限位孔,相应地,所述大腿上连接器、大腿下连接器、小腿上连接器和小腿下连接器上设有多个第二限位孔。
[0013]进一步地,所述髋关节、膝关节和踝关节均设有角度传感器,所述角度传感器与主控板连接。
[0014]进一步地,所述大腿连接杆、小腿连接杆上设有柔性缠带。
[0015]本发明通过控制器向主控板发送控制指令,主控板控制驱动模块,驱动模块控制第一电机和第一减速机从而实现对髋关节的控制,驱动模块控制第二电机和第二减速机从而实现对膝关节的控制,驱动模块控制第三电机和第三减速机从而实现对踝关节的控制,而髋关节、膝关节以及踝关节上的角度传感器将角度变化传给主控板,然后主控板进行分析是否进行补偿运动,避免由于机械结构问题导致的转动欠缺或转动过度。本发明通过外骨骼足下的履带或者轮毂的速度差,实现不用抬步达到模拟人行走的下肢运动状态。
【附图说明】
[0016]图1为本发明结构示意图。
[0017]图2为本发明原理框图。
[0018]图3为本发明靠背支架结构示意图。
[0019]图4为本发明大腿连接杆结构示意图。
[0020]图5为本发明膝关节结构示意图。
[0021 ]图6为本发明脚部踏板结构示意图。
[0022]图7为本发明履带移动装置结构示意图。
[0023]图8为本发明履带移动装置俯视图。
[0024]1.靠背支架;2.大腿连接杆;3.小腿连接杆;4.脚部踏板;5.髋关节;51.腰部连接器;52.大腿上连接器;6.膝关节;61.大腿下连接器;62.小腿上连接器;7.踝关节;71.小腿下连接器;72.踏板连接器;8.履带移动装置;81.履带;82.驱动轮;83.微电脑控制系统;84.第四电机;85.第四减速机;9.控制器;10.角度传感器;11.驱动模块;12.主控板;13.第一电机;14.第二电机;15.第三电机;16.第一减速机;17.第二减速机;18.第三减速机;19.第一限位孔;20.第二限位孔;21.电机;22.减速机。
【具体实施方式】
[0025]为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效,以下兹例举实施例并配合附图详予说明。
[0026]参照图1和图2所示,本发明一种履带驱动的助行外骨骼包括支撑组件、动力组件和控制器9,其中,支撑组件包括腰部支撑、大腿支撑、小腿支撑和足底支撑,而腰部支撑与大腿支撑之间通过髋关节5连接,大腿支撑和小腿支撑之间通过膝关节6连接,小腿支撑与足底支撑之间通过踝关节7连接;动力组件包括减速机22和电机21,控制器9控制减速机22和电机21。
[0027]继续参照图1并结合图3至图8所示,髋关节5包括腰部连接器51和大腿上连接器52,腰部连接器51和大腿上连接器52通过连轴和轴承连接;膝关节6包括大腿下连接器61和小腿上连接器62,大腿下连接器61与小腿上连接器62通过连轴和轴承连接;踝关节7包括小腿下连接器71和踏板连接器72,小腿下连接器7 1和踏板连接器72通过连轴和轴承连接。腰部支撑包括靠背支架I,靠背支架I连接腰部连接器51;大腿支撑包括大腿连接杆2,大腿连接杆2上端连接大腿上连接器52,下端连接大腿下连接器61;小腿支撑包括小腿连接杆3,小腿连接杆3上端连接小腿上连接器62,下端连接小腿下连接器71;足底支撑包括脚部踏板4,脚部踏板4则与踏板连接器72连接。
[0028]靠背支架I上安装有电池、驱动模块11和主控板12,电池为驱动模块11和主控板12提供电源,主控板12控制驱动模块11,驱动模块11通过电线连接到动力组件和履带移动装置8。
[0029]大腿连接杆2和小腿连接杆3两端设有多个第一限位孔19,相应地,所述大腿上连接器52、大腿下连接器61、小腿上连接器62和小腿下连接器71上设有多个第二限位孔20。大腿连接杆2、小腿连接杆3上设有柔性缠带。
[0030 ] 继续参照图1至图8所示,电机21包括第一电机13、第二电机14和第三电机15,减速机22包括第一减速机16、第二减速机17和第三减速机18,第一电机13和第一减速机16安装在髋关节5处,第二电机14和第二减速机17安装在膝关节6处,第三电机15和第三减速机18安装在踝关节7处。在髋关节5、膝关节6和踝关节7均设有角度传感器10,该角度传感器10与主控板12连接。
[0031]参照图1、图7和图8所示,足底支撑下端设有履带移动装置8,该履带移动装置8包括履带81、驱动轮82、微电脑控制系统83、第四电机84和第四减速机85,履带81与驱动轮82啮合,微电脑控制系统83控制第四电机84和第四减速机85,第四电机84和第四减速机85控制驱动轮82。
[0032]本发明通过控制器9向主控板12发送控制指令,主控板12控制驱动模块11,驱动模块11控制第一电机13和第一减速机16从而实现对髋关节5的控制,驱动模块11控制第二电机14和第二减速机17从而实现对膝关节6的控制,驱动模块11控制第三电机15和第三减速机18从而实现对踝关节7的控制,而髋关节5、膝关节6以及踝关节7上的角度传感器10将角度变化传给主控板12,然后主控板12进行分析是否进行补偿运动,避免由于机械结构问题导致的转动欠缺或转动过度。本发明通过外骨骼足下的履带81或者轮毂的速度差,实现不用抬步达到模拟人行走的下肢运动状态。
[0033]综上所述,仅为本发明之较佳实施例,不以此限定本发明的保护范围,凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆为本发明专利涵盖的范围之内。
【主权项】
1.一种履带驱动的助行外骨骼,包括支撑组件、动力组件和控制器(9),所述支撑组件包括腰部支撑、大腿支撑、小腿支撑和足底支撑,所述腰部支撑与大腿支撑之间通过髋关节(5)连接,所述大腿支撑和小腿支撑之间通过膝关节(6)连接,所述小腿支撑与足底支撑之间通过踝关节(7)连接;所述动力组件包括减速机(22)和电机(21),所述控制器(9)控制减速机(22)和电机(21)。2.根据权利要求1所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述髋关节(5)包括腰部连接器(51)和大腿上连接器(52),所述腰部连接器(51)和大腿上连接器(52)通过连轴和轴承连接,所述膝关节(6)包括大腿下连接器(61)和小腿上连接器(62),所述大腿下连接器(61)与小腿上连接器(62)通过连轴和轴承连接,所述踝关节(7)包括小腿下连接器(71)和踏板连接器(72),所述小腿下连接器(71)和踏板连接器(72)通过连轴和轴承连接;所述腰部支撑包括靠背支架(I),所述靠背支架(I)连接腰部连接器(51),所述大腿支撑包括大腿连接杆(2),所述大腿连接杆(2)上端连接大腿上连接器(52),下端连接大腿下连接器(61),所述小腿支撑包括小腿连接杆(3),所述小腿连接杆(3)上端接小腿上连接器(62),下端连接小腿下连接器(71),所述足底支撑包括脚部踏板(4),所述脚部踏板(4)则与踏板连接器(72)连接。3.根据权利要求1所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述电机(21)包括第一电机(13)、第二电机(14)和第三电机(15),所述减速机(22)包括第一减速机(16)、第二减速机(17)和第三减速机(18),所述第一电机(13)和第一减速机(16)安装在髋关节(5)处,所述第二电机(14)和第二减速机(17)安装在膝关节(6)处,所述第三电机(15)和第三减速机(18)安装在踝关节(7)处。4.据权利要求1述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述足底支撑下端设有履带移动装置(8),所述履带移动装置(8)包括履带(81)、驱动轮(82)、微电脑控制系统(83)、第四电机(84)和第四减速机(85),所述履带(81)与驱动轮(82)啮合,所述微电脑控制系统(83)控制第四电机(84)和第四减速机(85),所述第四电机(84)和第四减速机(85)控制驱动轮(82)。5.根据权利要求2所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述靠背支架(I)上安装有电池、驱动模块(11)和主控板(12),所述电池为驱动模块(11)和主控板(12)提供电源,所述主控板(12)控制驱动模块(11),所述驱动模块(11)通过电线连接到动力组件和履带移动装置(8)。6.根据权利要求2所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述大腿连接杆(2)和小腿连接杆(3)两端设有多个第一限位孔(19),相应地,所述大腿上连接器(52)、大腿下连接器(61)、小腿上连接器(62)和小腿下连接器(71)上设有多个第二限位孔(20)。7.根据权利要求1所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述髋关节(5)、膝关节(6)和踝关节(7)均设有角度传感器(10),所述角度传感器(10)与主控板(12)连接。8.根据权利要求2所述的一种履带驱动的助行外骨骼,其特征在于:所述大腿连接杆(2)、小腿连接杆(3)上设有柔性缠带。
【专利摘要】本发明涉及一种履带驱动的助行外骨骼,包括支撑组件、动力组件和控制器,所述支撑组件包括腰部支撑、大腿支撑、小腿支撑和足底支撑,所述腰部支撑与大腿支撑之间通过髋关节连接,所述大腿支撑和小腿支撑之间通过膝关节连接,所述小腿支撑与足底支撑之间通过踝关节连接;所述动力组件包括减速机和电机,所述控制器控制减速机和电机。无法自主行走的人,通过本发明的帮助,可以完成日常的出行和坐立,实现腿脚同时协动。髋关节,膝关节,踝关节都有对应的机能结构,其中踝关节下端的履带移动装置作为动力源,实现本发明的移动,外骨骼的前进,转弯,坐,站立都由人控控制器实现控制。
【IPC分类】A61H3/00
【公开号】CN105496735
【申请号】CN201610054338
【发明人】郑凯, 汪凯, 裘君, 吴犇犇, 方雅琴
【申请人】郑凯
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月27日

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