CN112603774A

CN112603774A - 一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人

Info

Publication number: CN112603774A
Application number: CN202110101028.4A
Authority: CN
Inventors: 李红才
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-04-06

Abstract

本发明公开了一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环，所述腰部佩戴环正面一端的两侧铰接有活动卡板，两组所述活动卡板正面一端相互远离的一侧设有卡接件，两组所述活动卡板相互靠近的一侧设有贴合块；本发明过骨骼按摩组件的相互配合，促使装置在穿戴期间的背部得到依靠贴合，并利用扣件、卡接件及肩带的搭设提供操作人员肩部和背部的辅助固定点，进一步提升使用者背部的贴合性，并利用晃动板的往复升降以及推轮和滑轮循环对按摩垫与缓冲带的滚动和振动，对使用者的背部进行按摩，这样不仅使装置得到了对使用者背部骨骼的保护性和穿戴的舒适性，同时防止了使用者产生倾斜驼背，无法正常走动的现象。

Description

一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，具体为一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人。

背景技术

在康复医学领域，步行训练是下肢功能障碍康复中的重要手段之一，因此，下肢康复辅助装置的使用在康复治疗中显得十分必要，下肢外骨骼是下肢康复机器人中的典型代表之一，下肢外骨骼机器人是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置，它可给穿戴外骨骼的人提供支撑、保护，及增强运动能力；

当穿戴式外骨骼机器人在使用时，一般是与人体的骨骼处相互贴合，形成铠甲一般对人体辅助支撑，现有的外骨骼辅助机器人较为厚重，穿戴时容易对人体施加较强的负重力和压力，使装置使用的局限性和穿戴的载荷过大，灵活性不足，不易广泛地投入使用；装置在每每移动行走时，由于装置的使用环境较为陌生，多数使用者初学时不能很好地与机身相互配合，使装置腿部难以正常出力，且每一步移动都可能将操作人员的平衡感知带走，从而造成使用者发生倾斜摔倒，增加装置初期使用的操作难度，降低装置移动行走的平衡性；在辅助机器人穿戴时，一般是将背部裸露在外，使背部骨骼产生空隙，容易随着辅助机器人的移动产生驼背，导致操作人员无法正常移动，降低装置使用的舒适性和便捷性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，以解决上述背景技术中提出的相关问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括腰部佩戴环，所述腰部佩戴环正面一端的两侧铰接有活动卡板，两组所述活动卡板正面一端相互远离的一侧设有卡接件，两组所述活动卡板相互靠近的一侧设有贴合块，所述腰部佩戴环相互远离的一侧设有大腿支撑架，两组所述大腿支撑架的顶部设有安装座，两组所述大腿支撑架的底部设有关节活动轴，两组所述关节活动轴的外侧设有相互铰接的腿部支撑架，两组所述腿部支撑架的底部设有裸关节驱动器，两组所述裸关节驱动器相互靠近的一侧设有脚套，两组所述腿部支撑架相互靠近一侧的底部设有外骨骼贴合块，两组所述外骨骼贴合块相互靠近的一侧设有固定带，两组所述大腿支撑架相互远离一侧的顶部设有滑槽，两组所述大腿支撑架相互远离一侧的底部设有电动伸缩杆，两组所述腿部支撑架相互远离一侧的顶部设有与关节活动轴相互配合的膝关节驱动器，两组所述大腿支撑架相互靠近一侧的底部设有外骨骼保护套，两组所述大腿支撑架相互靠近一侧的顶部设有与腰部佩戴环相互连接的腰关节驱动器，两组所述大腿支撑架的顶部设有相互连接的安装座，两组所述安装座的内侧套设有套柱，且电动伸缩杆的输出端与套柱相互连接，两组所述滑槽的内侧设有与套柱相互连接的滑块，两组所述套柱顶部的背面一端设有活动座，两组所述活动座的顶部铰接有手持座，两组所述腿部支撑架相互远离一侧的底部设有助力行走组件，所述腰部佩戴环背面一端的中间位置处设有背部贴合架，所述背部贴合架正面一端的顶部设有按摩垫，所述背部贴合架内部的中间位置处设有骨骼按摩组件，所述背部贴合架正面一端顶部的两侧设有肩带，两组所述肩带的底部设有与卡接件相互适配的扣件；

所述助力行走组件相互远离的一侧设有连接套块，两组所述连接套块的内部套设有套杆，两组所述套杆的底部设有相互连接的安装架，两组所述安装架的两端设有连接板，同端两组所述连接板内侧的底部设有助力块，两组所述连接套块的底部设有与安装架相互连接的第一弹簧，两组所述套杆外侧的中间位置处设有与连接套块相互连接的第二弹簧；

所述骨骼按摩组件内部的中间位置处设有凹陷腔，所述背部贴合架正面一端的两侧设有缓冲带，所述凹陷腔正面一端的两侧设有导轨，两组所述导轨的外侧设有相互配合的导块，所述凹陷腔底部的中间位置处设有伺服电机，所述伺服电机的输出端设有螺纹杆，所述螺纹杆的外侧设有相互适配的内螺纹套管，所述内螺纹套管的正面一端设有晃动板，所述晃动板正面一端的中间位置处设有小型振动电机，所述晃动板外侧的两侧套设有推轮，两组所述导块相互远离的一侧设有与缓冲带相互配合的滑轮。

优选的，两组所述套柱的顶部设有弧形滑槽，两组所述手持座的底部设有导槽，且导槽的内侧设有与弧形滑槽相互配合的导向块，两组所述手持座顶部的一端设有握把，所述套柱内部的底部设有定位孔，且定位孔与电动伸缩杆相互配合。

优选的，两组所述外骨骼保护套相互远离的一侧设有与大腿支撑架相互配合的连接销，两组所述外骨骼保护套的两端设有按摩贴，两组所述外骨骼保护套相互靠近的一侧设有穿戴空槽，且穿戴空槽的外侧设有连接带。

优选的，两组所述缓冲带与按摩垫呈同一水平面配合，两组所述导块相互靠近的一侧设有弹性连接件，且弹性连接件与晃动板相互连接，两组所述推轮与按摩垫相互贴合。

优选的，所述背部贴合架的顶部设有依靠台，且依靠台的两侧设有颈部定位块。

优选的，两组所述套杆内部的顶部设有插槽，两组所述外骨骼贴合块相互远离的一侧设有固定块，且固定块的底部设有与插槽相互适配的限位插杆。

优选的，同端两组所述助力块的外侧设有橡胶防滑垫。

优选的，所述裸关节驱动器、膝关节驱动器和腰关节驱动器的内部均设有连接谐波减速器的微型电机、运动传感器、重力传感器及方向传感器，一组所述活动卡板的底部设有控制器，且控制器分别与小型振动电机、伺服电机和电动伸缩杆电性连接。

优选的，两组所述贴合块相互远离的一侧分别设有相互适配的卡槽和卡块。

优选的，所述背部贴合架正面一端顶部的两侧设有连接环，所述按摩垫顶部的两侧设有与连接环相互适配的弹性扣。

与现有技术相比，本发明提供了一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，具备以下有益效果：

1、本发明通过骨骼按摩组件的相互配合，促使装置在穿戴期间的背部得到依靠贴合，并利用扣件、卡接件及肩带的搭设提供操作人员肩部和背部的辅助固定点，进一步提升使用者背部的贴合性，并利用晃动板的往复升降以及推轮和滑轮循环对按摩垫与缓冲带的滚动和振动，对使用者的背部进行按摩，这样不仅使装置得到了对使用者背部骨骼的保护性和穿戴的舒适性，同时防止了使用者产生倾斜驼背，无法正常走动的现象。

2、本发明利用助力行走组件的安装配合，促使操作人员在每每下脚走动时，都会以助力块作为前后两边的辅助支撑点，防止操作人员初期使用装置产生身体倾斜，并利用第一弹簧与第二弹簧的双重弹性组合，提供助力块弹性的按压复位点，减少使用者佩戴装置移动行走的出力度，增强装置使用的便捷性，降低装置初期使用的危险性和操作难度。

3、本发明通过手持座和活动座的连接配合，促使装置佩戴的两边具有辅助的扶手作用，并在套柱的升降调节下，使手持座的使用高度足以适应操作人员需求进行调节，无需操作人员手动操作，增加装置使用的智能功效，该装置利用活动卡板作为活动的展开闭合点，便于将腰部佩戴环套设与操作人员的腰部进行穿戴，同时配合背部贴合架的背部贴合结构与外骨骼保护套和外骨骼贴合块的腿部固定支撑结构，使装置不仅穿戴简单便捷，且结构紧凑，穿戴的固定效果更佳。

附图说明

图1为本发明的第一立体图；

图2为本发明的第二立体图；

图3为本发明图2的A处放大图；

图4为本发明图2的B处放大图；

图5为本发明图2的C处放大图；

图6为本发明的套柱侧视剖视图；

图7为本发明的连接套块侧视剖视图。

图中：1、腰部佩戴环；2、活动卡板；3、贴合块；4、脚套；5、外骨骼贴合块；6、腿部支撑架；7、关节活动轴；8、外骨骼保护套；9、大腿支撑架；10、扣件；11、卡接件；12、肩带；13、背部贴合架；131、缓冲带；132、滑轮；133、导块；134、导轨；135、推轮；136、小型振动电机；137、伺服电机；138、内螺纹套管；139、晃动板；1310、凹陷腔；1311、螺纹杆；14、按摩垫；15、裸关节驱动器；16、助力块；161、连接板；162、安装架；163、第一弹簧；164、连接套块；165、套杆；166、第二弹簧；17、固定带；18、电动伸缩杆；19、膝关节驱动器；20、腰关节驱动器；21、手持座；22、安装座；23、滑槽；24、套柱；25、滑块；26、活动座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环1，腰部佩戴环1正面一端的两侧铰接有活动卡板2，两组活动卡板2正面一端相互远离的一侧设有卡接件11，两组活动卡板2相互靠近的一侧设有贴合块3，腰部佩戴环1相互远离的一侧设有大腿支撑架9，两组大腿支撑架9的顶部设有安装座22，两组大腿支撑架9的底部设有关节活动轴7，两组关节活动轴7的外侧设有相互铰接的腿部支撑架6，两组腿部支撑架6的底部设有裸关节驱动器15，两组裸关节驱动器15相互靠近的一侧设有脚套4，两组腿部支撑架6相互靠近一侧的底部设有外骨骼贴合块5，两组外骨骼贴合块5相互靠近的一侧设有固定带17，两组大腿支撑架9相互远离一侧的顶部设有滑槽23，两组大腿支撑架9相互远离一侧的底部设有电动伸缩杆18，两组腿部支撑架6相互远离一侧的顶部设有与关节活动轴7相互配合的膝关节驱动器19，两组大腿支撑架9相互靠近一侧的底部设有外骨骼保护套8，两组大腿支撑架9相互靠近一侧的顶部设有与腰部佩戴环1相互连接的腰关节驱动器20，两组大腿支撑架9的顶部设有相互连接的安装座22，两组安装座22的内侧套设有套柱24，且电动伸缩杆18的输出端与套柱24相互连接，两组滑槽23的内侧设有与套柱24相互连接的滑块25，两组套柱24顶部的背面一端设有活动座26，两组活动座26的顶部铰接有手持座21，两组腿部支撑架6相互远离一侧的底部设有助力行走组件，腰部佩戴环1背面一端的中间位置处设有背部贴合架13，背部贴合架13正面一端的顶部设有按摩垫14，背部贴合架13内部的中间位置处设有骨骼按摩组件，背部贴合架13正面一端顶部的两侧设有肩带12，两组肩带12的底部设有与卡接件11相互适配的扣件10；

助力行走组件相互远离的一侧设有连接套块164，两组连接套块164的内部套设有套杆165，两组套杆165的底部设有相互连接的安装架162，两组安装架162的两端设有连接板161，同端两组连接板161内侧的底部设有助力块16，两组连接套块164的底部设有与安装架162相互连接的第一弹簧163，两组套杆165外侧的中间位置处设有与连接套块164相互连接的第二弹簧166；

骨骼按摩组件内部的中间位置处设有凹陷腔1310，背部贴合架13正面一端的两侧设有缓冲带131，凹陷腔1310正面一端的两侧设有导轨134，两组导轨134的外侧设有相互配合的导块133，凹陷腔1310底部的中间位置处设有伺服电机137，伺服电机137的输出端设有螺纹杆1311，螺纹杆1311的外侧设有相互适配的内螺纹套管138，内螺纹套管138的正面一端设有晃动板139，晃动板139正面一端的中间位置处设有小型振动电机136，晃动板139外侧的两侧套设有推轮135，两组导块133相互远离的一侧设有与缓冲带131相互配合的滑轮132。

作为本实施例的优选方案：两组套柱24的顶部设有弧形滑槽，两组手持座21的底部设有导槽，且导槽的内侧设有与弧形滑槽相互配合的导向块，两组手持座21顶部的一端设有握把，便于操作人员手动握持进行辅助移动，套柱24内部的底部设有定位孔，且定位孔与电动伸缩杆18相互配合，提高部件升降的稳定性。

作为本实施例的优选方案：两组外骨骼保护套8相互远离的一侧设有与大腿支撑架9相互配合的连接销，两组外骨骼保护套8的两端设有按摩贴，提高部件的贴合性和舒适性，两组外骨骼保护套8相互靠近的一侧设有穿戴空槽，且穿戴空槽的外侧设有连接带吗，便于部件穿戴使用。

作为本实施例的优选方案：两组缓冲带131与按摩垫14呈同一水平面配合，两组导块133相互靠近的一侧设有弹性连接件，且弹性连接件与晃动板139相互连接，两组推轮135与按摩垫14相互贴合，使部件可以呈一定幅度的弹性摇晃功效。

作为本实施例的优选方案：背部贴合架13的顶部设有依靠台，且依靠台的两侧设有颈部定位块，便于操作人员依靠部件，增加装置的舒适性。

作为本实施例的优选方案：两组套杆165内部的顶部设有插槽，两组外骨骼贴合块5相互远离的一侧设有固定块，且固定块的底部设有与插槽相互适配的限位插杆，提高装置的限位效果，加强部件的弹性复位功效。

作为本实施例的优选方案：同端两组助力块16的外侧设有橡胶防滑垫，增加部件的防滑功能。

作为本实施例的优选方案：裸关节驱动器15、膝关节驱动器19和腰关节驱动器20的内部均设有连接谐波减速器的微型电机、运动传感器、重力传感器及方向传感器，可自动感知操作人员的需求进行移动，一组活动卡板2的底部设有控制器，且控制器分别与小型振动电机136、伺服电机137和电动伸缩杆18电性连接。

作为本实施例的优选方案：两组贴合块3相互远离的一侧分别设有相互适配的卡槽和卡块，方便部件卡合固定。

作为本实施例的优选方案：背部贴合架13正面一端顶部的两侧设有连接环，按摩垫14顶部的两侧设有与连接环相互适配的弹性扣，便于将部件装配拆卸，进行清理更换工作。

实施例1，如图3和图7所示，在操作人员佩戴装置移动时，通过助力块16最先与地面相互接触，并带动套杆165在第一弹簧163和第二弹簧166的弹性配合下挤压升降，然后通过脚套4与地面反复接触，期间利用安装架162整体在弹簧恢复结构下配合助力块16进行缓冲助力工作，促使助力块16给予操作人员踩压地面的固定点和支撑力，提高装置使用的稳定性，减少操作人员移动的出力度。

实施例2，如图4所示，当背部贴合架13与按摩垫14和操作人员的背部相互贴合后，可启动伺服电机137带动螺纹杆1311旋转，然后螺纹杆1311带动内螺纹套管138好晃动板139在导块133与导轨134的限位配合下往复升降，期间带动两组推轮135与滑轮132对按摩垫14和缓冲带131压合滚动，对操作人员的背部骨骼进行按摩推动，并通过小型振动电机136的轻微震动下，进一步提升操作人员背部贴合的舒适性，增加装置使用的功能性。

工作原理：该装置在使用时，通过取消贴合块3的固定连接，可将活动卡板2向外展开，使腰部佩戴环1贴合使用者的腰部，并再次锁定贴合块3进行佩戴，接着依次将外骨骼保护套8与外骨骼贴合块5套设与使用者的大腿处和小腿处，将脚部伸入脚套4，最后通过肩带12延伸使用者的肩部穿过，利用卡接件11与扣件10的卡合固定，使装置完成穿戴工作，然后利用裸关节驱动器15、膝关节驱动器19和腰关节驱动器20的微型电机、运动传感器、重力传感器及方向传感器进行感知活动，促使操作人员移动行走根据该自动感知结构进行智能化移动工作，同时配合可手持的手持座21作为辅助的拿取结构，使操作人员移动行走的更加稳定，并利用电动伸缩杆18的启动带动套柱24抬升，通过滑块25与滑槽23的限位配合，迫使套柱24带动手持座21整体升降调整操作人员的需求高度，通过活动座26配合手持座21自由活动，即可让使用者得到很好的助力结构，便于装置移动行走。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，包括腰部佩戴环（1），其特征在于：所述腰部佩戴环（1）正面一端的两侧铰接有活动卡板（2），两组所述活动卡板（2）正面一端相互远离的一侧设有卡接件（11），两组所述活动卡板（2）相互靠近的一侧设有贴合块（3），所述腰部佩戴环（1）相互远离的一侧设有大腿支撑架（9），两组所述大腿支撑架（9）的顶部设有安装座（22），两组所述大腿支撑架（9）的底部设有关节活动轴（7），两组所述关节活动轴（7）的外侧设有相互铰接的腿部支撑架（6），两组所述腿部支撑架（6）的底部设有裸关节驱动器（15），两组所述裸关节驱动器（15）相互靠近的一侧设有脚套（4），两组所述腿部支撑架（6）相互靠近一侧的底部设有外骨骼贴合块（5），两组所述外骨骼贴合块（5）相互靠近的一侧设有固定带（17），两组所述大腿支撑架（9）相互远离一侧的顶部设有滑槽（23），两组所述大腿支撑架（9）相互远离一侧的底部设有电动伸缩杆（18），两组所述腿部支撑架（6）相互远离一侧的顶部设有与关节活动轴（7）相互配合的膝关节驱动器（19），两组所述大腿支撑架（9）相互靠近一侧的底部设有外骨骼保护套（8），两组所述大腿支撑架（9）相互靠近一侧的顶部设有与腰部佩戴环（1）相互连接的腰关节驱动器（20），两组所述大腿支撑架（9）的顶部设有相互连接的安装座（22），两组所述安装座（22）的内侧套设有套柱（24），且电动伸缩杆（18）的输出端与套柱（24）相互连接，两组所述滑槽（23）的内侧设有与套柱（24）相互连接的滑块（25），两组所述套柱（24）顶部的背面一端设有活动座（26），两组所述活动座（26）的顶部铰接有手持座（21），两组所述腿部支撑架（6）相互远离一侧的底部设有助力行走组件，所述腰部佩戴环（1）背面一端的中间位置处设有背部贴合架（13），所述背部贴合架（13）正面一端的顶部设有按摩垫（14），所述背部贴合架（13）内部的中间位置处设有骨骼按摩组件，所述背部贴合架（13）正面一端顶部的两侧设有肩带（12），两组所述肩带（12）的底部设有与卡接件（11）相互适配的扣件（10）；

所述助力行走组件相互远离的一侧设有连接套块（164），两组所述连接套块（164）的内部套设有套杆（165），两组所述套杆（165）的底部设有相互连接的安装架（162），两组所述安装架（162）的两端设有连接板（161），同端两组所述连接板（161）内侧的底部设有助力块（16），两组所述连接套块（164）的底部设有与安装架（162）相互连接的第一弹簧（163），两组所述套杆（165）外侧的中间位置处设有与连接套块（164）相互连接的第二弹簧（166）；

所述骨骼按摩组件内部的中间位置处设有凹陷腔（1310），所述背部贴合架（13）正面一端的两侧设有缓冲带（131），所述凹陷腔（1310）正面一端的两侧设有导轨（134），两组所述导轨（134）的外侧设有相互配合的导块（133），所述凹陷腔（1310）底部的中间位置处设有伺服电机（137），所述伺服电机（137）的输出端设有螺纹杆（1311），所述螺纹杆（1311）的外侧设有相互适配的内螺纹套管（138），所述内螺纹套管（138）的正面一端设有晃动板（139），所述晃动板（139）正面一端的中间位置处设有小型振动电机（136），所述晃动板（139）外侧的两侧套设有推轮（135），两组所述导块（133）相互远离的一侧设有与缓冲带（131）相互配合的滑轮（132）。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：两组所述套柱（24）的顶部设有弧形滑槽，两组所述手持座（21）的底部设有导槽，且导槽的内侧设有与弧形滑槽相互配合的导向块，两组所述手持座（21）顶部的一端设有握把，所述套柱（24）内部的底部设有定位孔，且定位孔与电动伸缩杆（18）相互配合。

3.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：两组所述外骨骼保护套（8）相互远离的一侧设有与大腿支撑架（9）相互配合的连接销，两组所述外骨骼保护套（8）的两端设有按摩贴，两组所述外骨骼保护套（8）相互靠近的一侧设有穿戴空槽，且穿戴空槽的外侧设有连接带。

4.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：两组所述缓冲带（131）与按摩垫（14）呈同一水平面配合，两组所述导块（133）相互靠近的一侧设有弹性连接件，且弹性连接件与晃动板（139）相互连接，两组所述推轮（135）与按摩垫（14）相互贴合。

5.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：所述背部贴合架（13）的顶部设有依靠台，且依靠台的两侧设有颈部定位块。

6.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：两组所述套杆（165）内部的顶部设有插槽，两组所述外骨骼贴合块（5）相互远离的一侧设有固定块，且固定块的底部设有与插槽相互适配的限位插杆。

7.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：同端两组所述助力块（16）的外侧设有橡胶防滑垫。

8.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：所述裸关节驱动器（15）、膝关节驱动器（19）和腰关节驱动器（20）的内部均设有连接谐波减速器的微型电机、运动传感器、重力传感器及方向传感器，一组所述活动卡板（2）的底部设有控制器，且控制器分别与小型振动电机（136）、伺服电机（137）和电动伸缩杆（18）电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：两组所述贴合块（3）相互远离的一侧分别设有相互适配的卡槽和卡块。

10.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能外骨骼辅助机器人，其特征在于：所述背部贴合架（13）正面一端顶部的两侧设有连接环，所述按摩垫（14）顶部的两侧设有与连接环相互适配的弹性扣。