[发明专利]穿戴式助力外骨骼机器人

说明书

本发明涉及机器人领域，提供了一种穿戴式助力外骨骼机器人，用于身体前倾或弯腰时对上半身提供支撑和腰部助力，包括胸部支撑装置、髋关节和腿部支撑装置。胸部支撑装置包括一体式胸托与胸部支撑杆，胸部支撑杆两端分别连接一体式胸托与髋关节，髋关节包括腰部绑缚板、力发生装置和与所述胸部支撑杆连接的转动板，力发生装置具有基座、拉线轮、钢绳和弹性元件，所述转动板两端分别连接胸部支撑杆与拉线轮，拉线轮通过钢绳连接弹性元件，基座内设有腿部支撑杆容置槽，腿部支撑装置包括腿部支撑杆与贴合大腿的大腿挡板，腿部支撑杆上端连接腿部支撑杆容置槽，腿部支撑杆下端与大腿挡板可旋转地铰接。本发明的装置结构轻便灵活、助力效果佳。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及穿戴式助力外骨骼机器人。

背景技术

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本发明涉及一种可穿戴的助力外骨骼，当人体前倾或弯腰时提供支撑和助力，类似结构在1921年的US1371690专利里也有所提及。

当人体处于前倾或弯腰状态，尤其是在进行弯腰搬物或弯曲作业时，其身体肌肉和骨骼比直立时更易疲劳和损伤。长期处于这样的工作姿态下容易引发职业性肌肉骨骼疾病。

US1371690专利描述了一种用于支撑人体上身的可穿戴助力结构，该结构由肩部和腿部组成，两部分间用可弯曲的长条和弹簧连接。肩部结构与人体的肩部固定，腿部结构绑扎在大腿上，当身体弯曲时，肩部结构将跟随人体肩部运动，从而带动弹簧弯曲，产生与身体弯曲方向相反的力，为人体上身提供支撑力。

然而这种结构对于穿戴者而言是不舒适的，整体结构比较笨重而且在弯曲时提供的助力模式变化不规则，影响因素包括穿戴的位置、人的身体特性，例如体型、体重分布等。此外，该结构可能会对人体正常行动造成损伤，尤其是在移动手臂的时候。虽然长期以来人们一直在改进这种结构的缺点，但是目前其他已知的结构和装置仍然不能克服与这种结构相关的问题和缺点。

EP1264583专利公开了一种用于支撑身体的结构，其中在人的腿部和背部上设置有弹性带的结构，其连接到脚踝，下背部和肩部。US654173和US5816251专利中也描述了类似的结构，两者都具有围绕大腿的带子所附接的结构，该结构在使用时会被拉到裆部区域。这些结构被证明是不舒适的，并且使用起来比较麻烦，提供的助力效果也不理想。

US 2009/0095308专利公开了一种助力和支撑装置，该装置限制了脊柱的运动用以规范正确的搬举技术，但腰部和腿部的支撑结构没有公开。

U2010/0069806公开了一种具有胸垫、腰垫和大腿垫的刚性支撑架，所述支架的设计是用于帮助因脊柱无力而患有前倾的患者实现直立姿势，因此不提供用于在向前倾斜或弯腰期间至少部分地释放人体的可穿戴结构。

WO2007/107952公开了一种形如围裙的弹性挡板结构，该弹性结构从胸部区域，通过人的腹部延伸至大腿区域，腰部支撑结构没有公开。该弹性结构的问题在于，当使用者弯腰或者前倾时，弹性结构的下端会朝着大腿下端滑动或者上端朝着喉咙滑动。

WO2008/125802公开了一种围裙状支撑板结构，该结构包括柔性的纺织材料，其中设置有两个弹簧元件，当使用者向前弯曲时，弹簧元件用于将挡板片由弯曲拉到直线位置。该装置被证明是不舒服的，并且难以提供最佳的助力效果。

US5176622公开了一种弯腰助力装置，当使用者弯腰时压缩胸部和腿部间的支架，以帮助使用者站立并缓解背部拉伤。支架的中心包括一对弧形弹簧，其缠绕在圆柱形弹性体的线轴上。线轴连接在腰带上，其转动中心与髋关节转动中心同轴。这种装置的缺点在于将弧形弹簧安装到线轴以及线轴的正确定位是一个麻烦且比较容易出错的过程。