CN207087863U - 一种可坐的助力机械腿 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可坐的助力机械腿，包括座椅部分、左腿和右腿；所述座椅部分分别与左腿和右腿连接；所述左腿和右腿的结构相同，均包括大腿部分、髋关节部分、膝关节部分、小腿部分、踝关节和鞋子；座椅部分包括座椅软垫、座椅支撑软骨和两个座椅支撑骨架；大腿部分包括大腿骨架和大腿外盖；髋关节部分包括滑动滚子、传动杆和液压杆；膝关节部分包括定子定位柱、定子、转子、小腿连接件和膝关节端盖；小腿部分包括小腿骨架。该机械腿根据人体工程学对各关节自由度进行详细分析，对人类行走步态和自由度的配合进行研究，对人体髋关节、膝关节、踝关节的特点进行分析，优化设计了机械腿的三个关节，有效的解决了机械腿与人体干涉的问题。

Description

一种可坐的助力机械腿

技术领域

本实用新型涉及助力装置，具体是一种可坐的助力机械腿。

背景技术

现阶段，工人在作业的时候，因没有较大的工作空间只能站着或蹲着操作，这种姿势的保持会使工人在更短的时间内感觉到疲劳，大大降低了工人作业的舒适度和作业效率。且现阶段人口老龄化渐渐严重，许多老年人行走不方便，并且体力不能支撑其长时间的行走。

申请号201510384049.6公开了一种坐式步行下肢外骨骼，它由两条分布在人体腿部内测的机械腿组成，具有座椅，髋关节采用电机驱动，齿轮传动，与大腿部分采用滑块连接，具有制动功能。但是该结构复杂，穿戴不便，其中髋关节部分采用电机带动，因为电机的振动会造成机械腿运行不平稳，且给人带来不舒适感；另外，膝关节设置较大，易与人体膝关节发生干涉。且髋关节部分仅有前后摆动一个自由度，当保持坐姿时与人体发生干涉。踝关节部分采用柔性联接件，因人体行走时踝关节受力很小，柔性关节反而增加疲惫感。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种可坐的助力机械腿。该机械腿根据人体工程学对各关节自由度进行详细分析，对人类行走步态和自由度的配合进行研究，对人体髋关节、膝关节、踝关节的特点进行分析，优化设计了机械腿的三个关节，有效的解决了机械腿与人体干涉的问题。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种可坐的助力机械腿，其特征在于该机械腿包括座椅部分、左腿和右腿；所述座椅部分分别与左腿和右腿连接；所述左腿和右腿的结构相同，均包括大腿部分、髋关节部分、膝关节部分、小腿部分、踝关节和鞋子；

所述座椅部分包括座椅软垫、座椅支撑软骨和两个座椅支撑骨架；两个座椅支撑骨架的下部各自连接有一个十字形结构，两个座椅支撑骨架通过十字形结构分别与左腿和右腿连接；所述座椅支撑软骨和座椅支撑骨架的上部固定连接；所述座椅软垫嵌套在座椅支撑软骨上；

所述大腿部分包括大腿骨架和大腿外盖；大腿骨架和大腿外盖内部均为空腔结构；所述大腿骨架与大腿外盖连接固定，内部形成大腿空腔；所述大腿骨架内开有半圆滑动槽；

所述髋关节部分包括滑动滚子、传动杆和液压杆；所述液压杆固定于大腿骨架内部，位于大腿空腔内；所述传动杆位于大腿空腔内；所述传动杆的一端嵌入液压杆前端的通孔中，另一端与十字形结构的下端铰接；所述滑动滚子安装在十字形结构的左右两端，位于半圆滑动槽的内部，能够在半圆滑动槽滚动；

所述膝关节部分包括定子定位柱、定子、转子、小腿连接件和膝关节端盖；所述大腿骨架的末端开有凹槽，定子定位柱、定子、转子和小腿连接件位于凹槽内，通过膝关节端盖覆盖固定；所述定子定位柱固定在大腿骨架末端凹槽内，定子与定子定位柱过盈配合；所述转子与定子配合；所述转子与小腿连接件过盈配合；

所述小腿部分包括小腿骨架；所述小腿骨架和小腿连接件固定；

所述踝关节设置在小腿骨架末端，与鞋子配合。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)该机械腿根据人体工程学对各关节自由度进行详细分析，对人类行走步态和自由度的配合进行研究，对人体髋关节、膝关节、踝关节的特点进行分析，优化设计了机械腿的三个关节，有效的解决了机械腿与人体干涉的问题。

(2)在结构上进行优化设计，结构简单，穿戴方便美观。步态控制采用自学习和预判断配合人类行走步态，在携带者行走过程中，机械腿实时调整自己的步态，以配合携带者的行走，将人体外力有效的分布在机械腿上，大大减小人体的疲惫感。

(3)座椅部分在使用过程中始终与穿戴者的臀部接触，座椅支撑软骨为柔性材料，当穿戴者行走和保持坐姿时，柔性材料根据人的不同姿势发生伸缩，适应人体的各种动作，即相当于在髋关节上多了一个内外摆动的自由度，有效的解决了髋关节干涉的问题；当穿戴者曲腿时，可以适应人体髋关节的自由度而弹性变形，不发生干涉，起缓冲作用增加舒适性。

(4)髋关节部分采用液压驱动方式，通过液压杆推动大腿绕髋关节前后摆动，液压驱动的传动方式有急回特性可以更好的适应人行走步态特性。采用液压驱动，运行更平稳，能有效避免电机驱动时的振动和发热现象，制动更稳定。

(5)膝关节部分采用盘式外转子电机，缩小了电机的轴向长度，缩小了膝关节的大小，使机械腿完全位于穿戴者***，前后摆动与人腿不发生干涉。当人体腿长时，大腿和小腿之间的夹角变大，腿短时夹角变小，这样可以仅通过改变大腿和小腿之间的夹角适应不同身高和腿长的人群，简化了结构设计。

(6)踝关节采用球副三个自由度被动关节，不提供动力，符合人体工程学设计，有效避免干涉。

(7)大腿空腔内设置了传动杆和液压杆，能有效地节省空间。大腿部分和小腿部分都是采用刚性材料结构，为机械腿提供较强的支撑，并且可以加快电机的散热。

附图说明

图1是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的整体结构轴测示意图；

图2是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的整体结构右视示意图；

图3是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的座椅部分轴测示意图；

图4是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的大腿部分轴测示意图；

图5是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的髋关节部分轴测示意图；

图6是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的膝关节部分***示意图；

图7是本实用新型可坐的助力机械腿一种实施例的小腿部分***示意图；(图中：1、座椅软垫；2、座椅支撑软骨；3、座椅支撑骨架；4、大腿骨架；5、大腿外盖；6、半圆滑动槽；7、液压杆固定孔；8、大腿外壳安装孔；9、滑动滚子；10、传动杆；11、液压杆；12、大腿空腔；13、定子定位柱；14、定子；15、转子；16、小腿连接件；17、膝关节端盖；18、膝关节大腿限位；19、通孔；20、十字形结构；21、小腿骨架；22、踝关节；23、小腿固定孔；24、鞋子)

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种可坐的助力机械腿(简称机械腿，参见图1-7)，其特征在于该机械腿包括座椅部分、左腿和右腿；所述座椅部分分别与左腿和右腿连接；所述左腿和右腿的结构相同，均包括大腿部分、髋关节部分、膝关节部分、小腿部分、踝关节22和鞋子24；

所述座椅部分(参见图3)包括座椅软垫1、座椅支撑软骨2和两个座椅支撑骨架3；两个座椅支撑骨架3的下部各自连接有一个十字形结构20，两个座椅支撑骨架3通过十字形结构20分别与左腿和右腿连接；所述座椅支撑软骨2和座椅支撑骨架3的上部通过螺钉固定连接；所述座椅软垫1嵌套在座椅支撑软骨2上，起缓冲作用增加舒适性；所述座椅支撑软骨2为柔性材料，当穿戴者曲腿时，可以适应人体髋关节的自由度而弹性变形，不发生干涉；座椅部分起支撑人体跨步的作用，行走时与人体的胯部相贴合；

所述大腿部分(参见图4)由刚性材料制成，包括大腿骨架4和大腿外盖5；大腿骨架4和大腿外盖5内部均为空腔结构；所述大腿骨架4表面开有液压杆定位孔7和大腿外壳安装孔8；所述大腿骨架4通过大腿外壳安装孔8与大腿外盖5连接固定，内部形成大腿空腔12；所述大腿骨架4内开有半圆滑动槽6；大腿骨架4末端设置有膝关节大腿限位18，给机械腿膝关节部分限位；

所述髋关节部分(参见图5)包括滑动滚子9、传动杆10和液压杆11；所述液压杆11通过液压杆定位孔7固定于大腿骨架4内部，位于大腿空腔12内；所述液压杆11的前端开有通孔19；所述传动杆10位于大腿空腔12内；所述传动杆10的一端嵌入通孔19中组成移动副，另一端与十字形结构20的下端铰接；所述滑动滚子9安装在十字形结构20的左右两端，位于半圆滑动槽6的内部，能够在半圆滑动槽6滚动，从而带动座椅支撑骨架3转动(即液压杆11推动大腿部分转动)；工作时，液压杆11伸缩移动通过传动杆10带动座椅支撑骨架3转动；当处于制动状态时，液压杆11不能伸缩，起支撑作用；

所述膝关节部分(参见图6)包括定子定位柱13、定子14、转子15、小腿连接件16和膝关节端盖17；所述大腿骨架4的末端开有凹槽，定子定位柱13、定子14、转子15和小腿连接件16位于凹槽内，通过膝关节端盖17覆盖固定；所述定子定位柱13固定在大腿骨架4末端凹槽内，定子14与定子定位柱13过盈配合，使定子14与大腿骨架4固定连接；所述转子15嵌套在定子14外部，与定子14配合；所述转子15与小腿连接件16过盈配合，使转子15与小腿连接件16固定连接；机械腿工作时，电机的转子15绕定子14转动，转子15带动小腿连接件16转动，进而带动小腿转动；制动状态下，转子15不能绕定子14转动，此时，机械腿起到座椅的作用；

所述小腿部分(参见图7)包括小腿骨架21；所述小腿骨架21由刚性材料制成，小腿骨架21开有小腿固定孔23，小腿骨架21通过螺钉和小腿连接件16固定；

所述踝关节22设置在小腿骨架21末端，踝关节22为球副，与鞋子24配合，使鞋子24能绕踝关节22自由转动，且踝关节22为被动关节以适应人体踝关节的自由度。

本实用新型可坐的助力机械腿的工作原理和工作流程是：

使用前电源属于断开状态，此时穿戴者可以自由调节机械腿的高度，通过调节大腿骨架4和小腿骨架21的夹角进行调整，调整合适高度后穿戴者可顺利乘坐在机械腿上。机械腿开始进入助行模式，在穿戴者通过两三步行走后，机器人记录穿戴者的行走步态，即记录液压杆11的伸缩速度、伸缩量和转子15绕定子14的转动速度、转动角度，并记忆这种伸缩和旋转，并以这种伸缩和旋转提供动力协助穿戴者行走。当穿戴者想要停止时，只需克服机械腿的驱动力缩小跨步动作，机械腿自行停止。当穿戴者需要停下来休息时，穿戴者可按自己需要自行调整机器人位姿，保持这个姿势4-6秒，机械腿就保持现在的液压杆11的伸缩长度和转子15绕定子14的旋转角度，这样液压杆11将不再伸缩，转子15也不再旋转，然后机械腿保持这个姿势给穿戴者提供一把座椅。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种可坐的助力机械腿，其特征在于该机械腿包括座椅部分、左腿和右腿；所述座椅部分分别与左腿和右腿连接；所述左腿和右腿的结构相同，均包括大腿部分、髋关节部分、膝关节部分、小腿部分、踝关节和鞋子；

所述座椅部分包括座椅软垫、座椅支撑软骨和两个座椅支撑骨架；两个座椅支撑骨架的下部各自连接有一个十字形结构，两个座椅支撑骨架通过十字形结构分别与左腿和右腿连接；所述座椅支撑软骨和座椅支撑骨架的上部固定连接；所述座椅软垫嵌套在座椅支撑软骨上；

所述大腿部分包括大腿骨架和大腿外盖；大腿骨架和大腿外盖内部均为空腔结构；所述大腿骨架与大腿外盖连接固定，内部形成大腿空腔；所述大腿骨架内开有半圆滑动槽；

所述髋关节部分包括滑动滚子、传动杆和液压杆；所述液压杆固定于大腿骨架内部，位于大腿空腔内；所述传动杆位于大腿空腔内；所述传动杆的一端嵌入液压杆前端的通孔中，另一端与十字形结构的下端铰接；所述滑动滚子安装在十字形结构的左右两端，位于半圆滑动槽的内部，能够在半圆滑动槽滚动；

所述膝关节部分包括定子定位柱、定子、转子、小腿连接件和膝关节端盖；所述大腿骨架的末端开有凹槽，定子定位柱、定子、转子和小腿连接件位于凹槽内，通过膝关节端盖覆盖固定；所述定子定位柱固定在大腿骨架末端凹槽内，定子与定子定位柱过盈配合；所述转子与定子配合；所述转子与小腿连接件过盈配合；

所述小腿部分包括小腿骨架；所述小腿骨架和小腿连接件固定；

所述踝关节设置在小腿骨架末端，与鞋子配合。

2.根据权利要求1所述的可坐的助力机械腿，其特征在于所述座椅支撑软骨为柔性材料。

3.根据权利要求1所述的可坐的助力机械腿，其特征在于所述大腿部分和小腿部分均由刚性材料制成。

4.根据权利要求1所述的可坐的助力机械腿，其特征在于大腿骨架末端设置有膝关节大腿限位。

5.根据权利要求1所述的可坐的助力机械腿，其特征在于踝关节为球副。