[发明专利]一种可穿戴助力起升外骨骼装备

说明书

本发明提供了一种可穿戴助力起升外骨骼装备，它包括踝关节、膝关节、髋关节、大腿支杆、小腿支杆和腰部支撑，其中所述踝关节通过所述小腿支杆与所述膝关节相连接，所述膝关节通过所述大腿支杆与所述髋关节相连，左右所述髋关节通过腰部支撑相连，所述大腿支杆上设有驱动所述小腿支杆运动的驱动装置。本发明结构简单，自适应强。

技术领域

本发明涉及一种可穿戴助力起升外骨骼装备，具体地说是一种能实现辅助下肢起升、站立、下蹲等动作的装置。

背景技术

在日常生活中，人体大部分活动都需要用到下肢的运动。在医疗康复领域，患有肌肉萎缩等运动障碍的人如果没有外力帮助，很难实现下蹲起升和行走等运动；在一些搬运工作中，遇到高负荷的情况，人体也克服不了重量完成起升；在某些特定行业，如快递分拣，频繁的下蹲起升，容易对膝盖和腰部造成很大的损伤。因此，为了解决这一系列问题，研发一种可穿戴式辅助外骨骼装置是非常的有必要的。目前有些机构已经研发了类似的产品，但是还存在很多缺陷，例如：脚步支撑部分在使用中会形成周期性的扭转，从而大大降低装置的舒适性，脚踝设计部分存在自由度不满足实际需求的问题，在行驶中也会存在舒适性不好的问题。此外，机构设计复杂，制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单，贴合性更好，自适应更强，对人机运动控制更准确的外骨骼辅助起升装置和控制方法，使穿戴者能够控制下肢实现灵活准确的起升运动。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种可穿戴助力起升外骨骼装备，它包括踝关节、膝关节、髋关节、大腿支杆、小腿支杆和腰部支撑，其中所述踝关节通过所述小腿支杆与所述膝关节相连接，所述膝关节通过所述大腿支杆与所述髋关节相连，左右所述髋关节通过腰部支撑相连，所述大腿支杆上设有驱动所述小腿支杆运动的驱动装置。

所述踝关节包括足部底板、二自由度活动球接方块和活动球；所述足部底板上端与二自由度活动球接方块下端相连，所述二自由度活动球接方块通过螺栓与所述小腿支杆连接。

所述小腿支杆与大腿支杆铰接，与二自由度活动球接方块通过活动球连接。

所述膝关节包括大腿支杆、小腿支杆、转向滑轮和拟半月板端盖，大腿支杆与小腿支杆采用铰接，所述转向滑轮通过轴承装配于大腿支杆与小腿支杆中间，拟半月板端盖固定于大腿支杆下部。

所述大腿支杆上固定有黑箱体和大腿绑带，所述黑箱体固定在大腿支撑杆上。

所述黑箱体侧视呈梯形状，其内包括电源、步进电机、张力轮、控制系统和收绳卷筒，所述步进电机固定在箱体终端，输出轴连接所述收绳卷筒主轴相连，所述收绳卷筒缠绕钢绳，以一定角度从外侧绕上所述张力轮，通过所述张力轮之后又以一定角度从内测绕上所述膝关节处的滑轮。

所述控制系统包括张力传感器、放大器和张力控制器，所述张力轮轴端放置所述张力传感器，所述张力传感器连接所述放大器，所述放大器连接所述张力控制器，所属张力控制器连接所述步进电机。

所述髋关节下端与大腿支杆上端铰接，其上端固定在腰部支撑下端。

本发明有如下有益效果：

1、本发明采用电机带动钢绳驱动，以钢绳受到的力驱动膝关节，实现辅助起升。相比于传统的液压系统具有更快的反应速度与自适应性。

2、本发明采用张力传感系统，检测钢绳所受张力大小来控制电机的状态，进而实现辅助人体起升下蹲。相比传统的压力传感器、加速度传感器更具有准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的外骨骼装置结构示意图。

图2为本发明的驱动系统示意图。