專利名稱：一種可穿戴式的下肢步行外骨骼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可穿戴式的下肢步行外骨骼。
背景技術(shù)：
人在大負(fù)重和長時(shí)間行走情況下極易出現(xiàn)疲勞感。下肢肌肉萎縮病人或者癱瘓病人需要助行器，而目前還未有可將人類的智力和機(jī)器人的體力完美結(jié)合在一起的步行外骨骼機(jī)械。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種適合于輔助或者增強(qiáng)人們步行能力的可穿戴式的步行下肢外骨骼。
本實(shí)用新型的一種可穿戴式步行下肢外骨骼是由腰部支撐、髖部四桿機(jī)構(gòu)、膝蓋四桿機(jī)構(gòu)、腳踝四桿機(jī)構(gòu)和足底支撐依次串連構(gòu)成所說的腰部支撐包括U型架和固定在U型架底部的用于載荷的支撐架，在U型架的開口端分別設(shè)有軸銷孔；髖部四桿機(jī)構(gòu)包括髖部擺桿、角度調(diào)節(jié)桿、支撐桿和液壓缸，髖部擺桿的一端有軸，該軸伸入腰部支撐U型架的軸銷孔中構(gòu)成水平旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，髖部擺桿的另一端與角度調(diào)節(jié)桿及液壓缸的一端鉸接，角度調(diào)節(jié)桿的另一端與支撐桿的一端通過調(diào)節(jié)螺栓固定成α夾角，支撐桿的另一端與液壓缸的另一端鉸接；膝蓋四桿機(jī)構(gòu)包括擺桿、橫截面呈∏型的支撐桿以及液壓缸，支撐桿的上端向后凸出，擺桿具有互成直角的端接點(diǎn)，其中一端與支撐桿的底端鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，另一端和液壓缸的一端鉸接，液壓缸的另一端與支撐桿上端向后的凸出處鉸接，髖部四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿置于膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿的凹槽中通過定位銷相連，膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸與髖部四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸分別在膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿的前、后側(cè)；腳踝四桿機(jī)構(gòu)包括支撐桿、人字形擺桿和液壓缸，支撐桿的上端和膝蓋四桿機(jī)構(gòu)中的擺桿緊固，支撐桿上端的前側(cè)有一凸塊和液壓缸的一端鉸接，支撐桿的下端和人字形擺桿的頂端鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，人字形擺桿的前側(cè)端和液壓缸的另一端鉸接，人字形擺桿的前側(cè)端和后側(cè)端與足底支撐的足后跟外側(cè)固定，在足底支撐上安裝有松緊帶。
為便于采集人體下肢在步行時(shí)的運(yùn)動(dòng)位姿信號，可以在各個(gè)液壓缸缸體側(cè)面安裝位移傳感器。
使用時(shí)，穿戴者將本實(shí)用新型的步行下肢外骨骼穿著于雙腿兩側(cè)，將腰部支撐的U型架緊貼于穿戴者的腰背部，通過松緊帶系于穿戴者的腰間，整個(gè)裝置的控制系統(tǒng)、電源及裝備行李等均可放置于載荷的支撐架上，減少穿戴者背負(fù)行李的負(fù)擔(dān)。雙腳通過松緊帶固定在足底支撐板上，每條腿都具有3個(gè)可控自由度，帶動(dòng)外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
針對截肢病人或者肌肉萎縮病人，本實(shí)用新型可以利用事先編好的步行程序用作輔助行走工具。對于一般旅游者或者體弱者，可以先穿著本實(shí)用新型行走，由位移傳感器定時(shí)采集穿戴者步行時(shí)的運(yùn)動(dòng)位姿信號，并通過計(jì)算機(jī)記錄穿戴者的步態(tài)，然后逐步復(fù)現(xiàn)穿戴者的步態(tài)，模仿穿戴者的行走步態(tài)，實(shí)現(xiàn)輔助或者增強(qiáng)穿戴者步行運(yùn)動(dòng)能力的作用。使用本實(shí)用新型可在一定程度上減輕步行者疲勞，提高人體運(yùn)動(dòng)極限，并增強(qiáng)人體攜帶重物運(yùn)動(dòng)的能力。本實(shí)用新型既可作為下肢截肢病人或者肌肉萎縮病人的助行器，也可作為徒步旅行的代步工具或野外科考裝備。


圖1是一種穿戴式的下肢步行外骨骼結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
參照圖1，一種可穿戴式步行下肢外骨骼是由腰部支撐1、髖部四桿機(jī)構(gòu)5、膝蓋四桿機(jī)構(gòu)10、腳踝四桿機(jī)構(gòu)17和足底支撐19依次串連構(gòu)成，所說的腰部支撐1包括U型架3和固定在U型架底部的用于載荷的支撐架2，在U型架的開口端分別設(shè)有軸銷孔4，為了使U型架的大小可按穿戴者舒適度進(jìn)行調(diào)節(jié)，U型架可采用由帶調(diào)節(jié)孔的板和兩個(gè)L形桿連接而成。
髖部四桿機(jī)構(gòu)5包括髖部擺桿6、角度調(diào)節(jié)桿7、支撐桿8和液壓缸9，髖部擺桿6的一端有軸，該軸伸入腰部支撐U型架的軸銷孔4中構(gòu)成水平旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，可實(shí)現(xiàn)人們步行時(shí)，腿繞軸線的外旋運(yùn)動(dòng)。髖部擺桿6的另一端與角度調(diào)節(jié)桿7及液壓缸9的一端通過轉(zhuǎn)軸鉸接，角度調(diào)節(jié)桿7的另一端與支撐桿8的一端通過調(diào)節(jié)螺栓固定成α夾角，角度調(diào)節(jié)桿7與支撐桿8間的α夾角可根據(jù)穿戴者步態(tài)進(jìn)行調(diào)整，支撐桿8的另一端與液壓缸9的另一端通過轉(zhuǎn)軸鉸接。利用髖部四桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)步行時(shí)大腿前后方向上的擺動(dòng)。在步行時(shí)，當(dāng)穿戴者髖部抬起時(shí)，髖部四桿機(jī)構(gòu)中的液壓缸9壓縮，髖部擺桿6與支撐桿8相對轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跟隨或者支撐抬腿運(yùn)動(dòng)。
膝蓋四桿機(jī)構(gòu)10包括擺桿14、橫截面呈∏型的支撐桿12以及液壓缸11，支撐桿12的上端向后凸出，擺桿14具有互成直角的端接點(diǎn)，其中一端與支撐桿12的底端通過轉(zhuǎn)軸鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，另一端和液壓缸11的一端通過轉(zhuǎn)軸鉸接，液壓缸11的另一端與支撐桿12上端的凸出處鉸接，髖部四桿機(jī)構(gòu)5的支撐桿8置于膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿12的凹槽中，并通過定喜冤家位銷13相連，通常，可如圖所示，在支撐桿12的上、下段分別設(shè)置4～5個(gè)定位銷調(diào)節(jié)孔，以便穿戴者根據(jù)腿部長度用來調(diào)節(jié)膝蓋旋轉(zhuǎn)副與髖部旋轉(zhuǎn)副之間的距離。膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸11與髖部四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸9分別在膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿12的前、后側(cè)。利用膝蓋四桿機(jī)構(gòu)中液壓缸11的伸縮運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)膝蓋的彎曲和伸展。
腳踝四桿機(jī)構(gòu)17包括支撐桿15、人字形擺桿18和液壓缸16，支撐桿15的上端和膝蓋四桿機(jī)構(gòu)10中的擺桿14緊固，支撐桿15上端的前側(cè)有一凸塊和液壓缸16的一端鉸接，支撐桿15的下端和人字形擺桿18的頂端通過轉(zhuǎn)軸鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，人字形擺桿18的前側(cè)端和液壓缸16的另一端鉸接，人字形擺桿18的前側(cè)端和后側(cè)端與足底支撐19的足后跟外側(cè)固定，在足底支撐19上安裝有松緊帶20，供穿戴者套于腳上。腳踝四桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)腳踝的擺動(dòng)。當(dāng)穿戴者腳踝上翹時(shí)，腳踝四桿機(jī)構(gòu)中的液壓缸16收縮運(yùn)動(dòng)，通過腳踝四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)足底支撐19實(shí)現(xiàn)上翹。
在上述各機(jī)構(gòu)的液壓缸缸體側(cè)面分別安裝位移傳感器。
權(quán)利要求1.一種可穿戴式步行下肢外骨骼，其特征是由腰部支撐(1)、髖部四桿機(jī)構(gòu)(5)、膝蓋四桿機(jī)構(gòu)(10)、腳踝四桿機(jī)構(gòu)(17)和足底支撐(19)依次串連構(gòu)成所說的腰部支撐(1)包括U型架(3)和固定在U型架底部的用于載荷的支撐架(2)，在U型架的開口端分別設(shè)有軸銷孔(4)；髖部四桿機(jī)構(gòu)(5)包括髖部擺桿(6)、角度調(diào)節(jié)桿(7)、支撐桿(8)和液壓缸(9)，髖部擺桿(6)的一端有軸，該軸伸入腰部支撐(1)U型架的軸銷孔(4)中構(gòu)成水平旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，髖部擺桿(6)的另一端與角度調(diào)節(jié)桿(7)及液壓缸(9)的一端鉸接，角度調(diào)節(jié)桿(7)的另一端與支撐桿(8)的一端通過調(diào)節(jié)螺栓固定成α夾角，支撐桿(8)的另一端與液壓缸(9)的另一端鉸接；膝蓋四桿機(jī)構(gòu)(10)包括擺桿(14)、橫截面呈∏型的支撐桿(12)以及液壓缸(11)，支撐桿(12)的上端向后凸出，擺桿(14)具有互成直角的端接點(diǎn)，其中一端與支撐桿(12)的底端鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，另一端和液壓缸(11)的一端鉸接，液壓缸(11)的另一端與支撐桿(12)上端向后的凸出處鉸接，髖部四桿機(jī)構(gòu)(5)的支撐桿(8)置于膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿(12)的凹槽中通過定位銷(13)相連，膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸(11)與髖部四桿機(jī)構(gòu)的液壓缸(9)分別在膝蓋四桿機(jī)構(gòu)的支撐桿(12)的前、后側(cè)；腳踝四桿機(jī)構(gòu)(17)包括支撐桿(15)、人字形擺桿(18)和液壓缸(16)，支撐桿(15)的上端和膝蓋四桿機(jī)構(gòu)(10)中的擺桿(14)緊固，支撐桿(15)上端的前側(cè)有一凸塊和液壓缸(16)的一端鉸接，支撐桿(15)的下端和人字形擺桿(18)的頂端鉸接構(gòu)成上下旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)副，人字形擺桿(18)的前側(cè)端和液壓缸(16)的另一端鉸接，人字形擺桿(18)的前側(cè)端和后側(cè)端與足底支撐(19)的足后跟外側(cè)固定，在足底支撐(19)上安裝有松緊帶(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可穿戴式步行下肢外骨骼，其特征是在上述各機(jī)構(gòu)液壓缸(9)、(11)、(16)的缸體側(cè)面安裝有位移傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型的一種可穿戴式的下肢步行外骨骼是由腰部支撐、髖部四桿機(jī)構(gòu)、膝蓋四桿機(jī)構(gòu)、腳踝四桿機(jī)構(gòu)和足底支撐依次串連構(gòu)成。針對截肢病人或者肌肉萎縮病人，本實(shí)用新型可以利用事先編好的步行程序用作輔助行走工具。對于一般旅游者或者體弱者，可以先穿著本實(shí)用新型行走，由位移傳感器定時(shí)采集穿戴者步行時(shí)的運(yùn)動(dòng)位姿信號，并通過計(jì)算機(jī)記錄穿戴者的步態(tài)，然后逐步復(fù)現(xiàn)穿戴者的步態(tài)，模仿穿戴者的行走步態(tài)，實(shí)現(xiàn)輔助或者增強(qiáng)穿戴者步行運(yùn)動(dòng)能力的作用。使用本實(shí)用新型可在一定程度上減輕步行者疲勞，提高人體運(yùn)動(dòng)極限，并增強(qiáng)人體攜帶重物運(yùn)動(dòng)的能力。本實(shí)用新型既可作為下肢截肢病人或者肌肉萎縮病人的助行器，也可作為徒步旅行的代步工具或野外科考裝備。
文檔編號A61H3/00GK2730338SQ20042008179
公開日2005年10月5日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月10日
發(fā)明者楊燦軍, 牛彬, 張佳帆, 陳鷹 申請人:浙江大學(xué)