[实用新型]一种用直线电机驱动的人体外骨骼负重行走助力装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可穿戴式的下肢步行外骨骼，尤其是一种用直线电机驱动的人体外骨骼负重行走助力装置。

背景技术

现有外骨骼装置作为人类负重极限的扩展，越来越被各领域重视，特别是医疗康复和军事领域。现有外骨骼装置普遍分为液压驱动型和旋转电机驱动型。如：中国发明专利ZL200410053695.6号公开了一种可穿戴式的下肢步行外骨骼，该可穿戴式的下肢步行外骨骼是由腰部支撑、髋部四杆机构、膝盖四杆机构、脚踝四杆机构和足底支撑依次串连构成。针对截肢病人或者肌肉萎缩病人，该发明可以利用事先编好的步行程序用作辅助行走工具。对于一般旅游者或者体弱者，可以先穿着该发明行走，由位移传感器定时采集穿戴者步行时的运动位姿信号，并通过计算机记录穿戴者的步态，然后逐步复现穿戴者的步态，模仿穿戴者的行走步态，实现辅助或者增强穿戴者步行运动能力的作用。使用该发明可在一定程度上减轻步行者疲劳，提高人体运动极限，并增强人体携带重物运动的能力。该发明既可作为下肢截肢病人或者肌肉萎缩病人的助行器，也可作为徒步旅行的代步工具或野外科考装备。又如中国发明专利申请200680006514.1号公开的一种下部肢体外骨骼，该包括两个可经配置以耦合至所述人体下肢且经配置以在其站立阶段期间倚靠在地面上的腿部支撑件。每一腿部支撑件包括一大腿连接段、一小腿连接段及两个膝盖关节。每一膝盖关节经配置以使各自小腿连接段与各自大腿连接段之间能够弯曲及伸展。所述下部肢体外骨骼还包括可经配置以耦合至人体上半身的外骨骼躯干。所述外骨骼躯干可以可旋转方式连接至所述腿部支撑件的大腿连接段，从而使腿部支撑件与外骨骼躯干之间能够弯曲及伸展。在此例示性实施例中，在周期性膝盖运动期间，腿部支撑件的小腿连接段与各自大腿连接段之间的弯曲及伸展运动所需的能量是由人体来提供。还有一些用于研究的旋转电机驱动型外骨骼系统。

但是，现有外骨骼采用液压缸或旋转电机作为驱动装置存在以下缺陷：1、液压油缸驱动需要较多的部件，如油箱、阀门、油缸、油路管道等。不仅增加了制造成本、重量和体积，而且增加系统热量，影响系统正常工作。另外，液压缸噪声大、控制复杂、控制难度也大。其次，能耗大(小型液压系统的效率不到70％)、液压控制系统故障高、运行可靠性差，维护工作量大。2、旋转式电机驱动的缺陷是提供的力矩小，不能满足系统要求；力矩大的旋转电机体积大，占据空间大，妨碍系统运行；系统的外骨骼动作幅度小，电机旋转角度小，难以控制且控制精确度不能满足使用要求。因此，现有外骨骼装置存在缺陷，需要进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是在现有外骨骼装置的结构上进行改进，提供一种体积小、能耗低、易于控制且制造成本少的一种用直线电机驱动的人体外骨骼负重行走助力装置。

本实用新型的一种用直线电机驱动的人体外骨骼负重行走助力装置，包括背架、髋关节部件、大腿部件、小腿部件、踝骨部件、底板、电源、控制装置、传感器和驱动装置，所述背架与髋关节部件固定连接，所述髋关节部件与大腿部件活动连接，所述大腿部件与小腿部件活动连接，小腿部件与踝骨部件活动连接，所述踝骨部件与底板活动连接，所述电源与控制装置相连通，所述传感器与控制装置相连通，所述控制装置与驱动装置相连通，其特征是所述驱动装置为直线电机驱动装置，所述直线电机驱动装置一端与大腿部件传动连接，所述直线电机驱动装置另一端与小腿部件传动连接。

本实用新型中所述的直线电机(包括直线伺服电机、直线步进电机、圆筒式直线电机、管形直线电机、线性磁轴电机等所有将电能转换为直线动作能的电机)驱动装置一端与大腿部件传动连接，所述直线电机驱动装置另一端与小腿部件传动连接，即是指直线电机驱动装置的两头位于大腿部件与小腿部件铰接部分的两端，也就是直线电机驱动装置一端与大腿部件传动连接，直线电机驱动装置中段跨越大腿部件与小腿部件之间的活动连接部分(膝关节或绞结)，直线电机驱动装置另一端与小腿部件传动连接。当直线电机(或直线伺服电机或直线步进电机或直线圆筒式电机或线性磁轴电机等所有将电能转换为直线动作能的电机)驱动装置收到控制装置信号进行推动时，会作出与现有液压缸驱动装置相同的动作，即让大腿部件与小腿部件围绕活动连接部分(膝关节或绞结)进行扇面运动。本实用新型中所述大腿部件、小腿部件、踝骨部件和底板均仿造人体左右腿形式，既可以为辅助治疗为目的，只生产有左或右腿的产品，也可以为专业负重为目的，生产同时具备左右腿的产品。