本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著中國社會(huì)逐漸進(jìn)入人口老齡化階段，越來越多的中老年人受關(guān)節(jié)功能退化、骨質(zhì)疏松、腿部肌肉勞損等各種因素的影響出現(xiàn)了下肢酸軟乏力等癥狀，嚴(yán)重影響了行走及上下樓梯等基本日常活動(dòng)，為了解決這類問題，保證中老年人群的正常機(jī)體運(yùn)動(dòng)，除了采取傳統(tǒng)的體育鍛煉、中醫(yī)保健治療、醫(yī)療器械輔助等常規(guī)性辦法之外，開發(fā)研制助力機(jī)器人技術(shù)成為當(dāng)前最有效的新型智能化護(hù)理措施，其中穿戴式人體外骨骼機(jī)器人技術(shù)是與人體關(guān)系最為密切的一類。目前國內(nèi)外已有數(shù)家研究機(jī)構(gòu)開展了對(duì)穿戴型下肢助力機(jī)器人技術(shù)的研究，個(gè)別研究成果甚至已經(jīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品上市銷售，如美國加州大學(xué)伯克利分校研制出的助力機(jī)械服BLEEX以及日本筑波大學(xué)Cybernics實(shí)驗(yàn)室研制出的外骨骼機(jī)器人HAL，但是由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜且裝置笨重，而且與人體的協(xié)調(diào)性較差，難以普及推廣。

本發(fā)明針對(duì)此類機(jī)器人使用不便的缺點(diǎn)，提出一種新式的穿戴式人體外骨骼機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在使用不便的缺點(diǎn)，而提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

設(shè)計(jì)一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人，包括背架，所述背架包括互相垂直連接在一起的背板和安裝板，所述安裝板上安裝有控制箱，所述安裝板底部靠近背板一側(cè)的兩邊對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)L型支架；

所述L型支架上連接有大腿骨骼，所述大腿骨骼上靠近L型支架的一端設(shè)有安裝座，所述安裝座上安裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述大腿骨骼上固定有上綁帶，所述大腿骨骼的另一端設(shè)有連接孔；

所述連接孔內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸連接有小腿骨骼，所述小腿骨骼側(cè)面設(shè)有一段凸起，凸起上設(shè)有過線孔，所述小腿骨骼上固定有下綁帶，所述小腿骨骼遠(yuǎn)離大腿骨骼的一端設(shè)有連接桿；

所述連接桿上安裝有足部骨骼，所述足部骨骼包括平板和垂直設(shè)在平板上的連接管，所述連接管套裝在連接桿上；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外殼，所述外殼固定在安裝座上，所述外殼上設(shè)有減速器和電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端與減速器連接，所述外殼內(nèi)通過軸承安裝有中軸，所述減速器的輸出端與中軸連接，所述中軸上固定有滑輪，所述滑輪上纏繞有提拉絲，所述外殼底部設(shè)有出線孔，所述提拉絲從出線孔穿出且端部固定在過線孔上；

所述控制箱內(nèi)設(shè)有控制器和電源，所述足部骨骼底部設(shè)有力傳感器，所述連接孔處設(shè)有角度傳感器，所述控制器通過導(dǎo)線與電源連接，所述力傳感器和角度傳感器與控制器電連接，所述電機(jī)與控制器電連接。

優(yōu)選的，所述安裝板上靠近背板的一側(cè)設(shè)有等距排列的第一調(diào)節(jié)孔，所述L型支架通過兩個(gè)螺栓固定在其中兩個(gè)第一調(diào)節(jié)孔上。

優(yōu)選的，所述L型支架的垂直邊上等距排列有第二調(diào)節(jié)孔，大腿骨骼的端部設(shè)有不少于一個(gè)安裝孔，所述安裝孔通過定位螺栓安裝在第二調(diào)節(jié)孔上。

優(yōu)選的，所述連接桿上等距設(shè)有定位孔，所述連接管通過定位螺栓安裝在定位孔上。

優(yōu)選的，所述減速器包括殼體，殼體內(nèi)通過軸承固定有驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸上固定有驅(qū)動(dòng)齒輪，所述電機(jī)的端部設(shè)有傳動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪與傳動(dòng)齒輪嚙合，所述驅(qū)動(dòng)軸的延伸到外殼內(nèi)且端部固定有副輪，所述中軸上固定有從動(dòng)齒輪，所述從動(dòng)齒輪與副輪嚙合。

優(yōu)選的，所述控制器包括PC和兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，PC和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間通過A/D和D/A連接。

優(yōu)選的，所述電源為鋰電池，所述上綁帶和下綁帶為彈性松緊帶或橡皮帶，所述足部骨骼、小腿骨骼、大腿骨骼均為鋁合金一體結(jié)構(gòu)，所述提拉絲為尼龍絲或金屬絲。

優(yōu)選的，所述小腿骨骼上密布有工藝孔。

優(yōu)選的，所述安裝板上固定有兩條背帶，所述背帶為彈性松緊帶或布帶。

本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人，有益效果在于：在大、小腿處均采用柔性綁帶連接，允許人和外骨骼之間具有一定的運(yùn)動(dòng)位置誤差，且可以維持人機(jī)間合適的連接剛度；設(shè)有調(diào)節(jié)寬度和高度的定位孔，且通過螺栓連接，可以滿足不同體格的使用者使用且調(diào)節(jié)方便；設(shè)有角度傳感器和力傳感器可以對(duì)使用者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的背架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的大腿骨骼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的小腿骨骼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的足部骨骼的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明提出的一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人的減速器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：背架1、控制箱2、足部骨骼3、小腿骨骼4、大腿骨骼5、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、背板7、安裝板8、第一調(diào)節(jié)孔9、L型支架10、第二調(diào)節(jié)孔11、安裝孔12、安裝座13、連接孔14、上綁帶15、下綁帶16、工藝孔17、連接桿18、過線孔19、連接管20、提拉絲21、電機(jī)22、減速器23、外殼24、中軸25、滑輪26、出線孔27、傳動(dòng)齒輪28、驅(qū)動(dòng)齒輪29、副輪30、從動(dòng)齒輪31、驅(qū)動(dòng)軸32、背帶33。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

參照?qǐng)D1-7，一種可穿戴式人體外骨骼機(jī)器人，其特征在于：包括背架1，背架1包括互相垂直連接在一起的背板7和安裝板8，安裝板8上固定有兩條背帶33，背帶33為彈性松緊帶或布帶，安裝板8底部靠近背板7一側(cè)的兩邊對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)L型支架10，安裝板8上靠近背板7的一側(cè)設(shè)有等距排列的第一調(diào)節(jié)孔9，L型支架10通過兩個(gè)螺栓固定在其中兩個(gè)第一調(diào)節(jié)孔9上。使用時(shí)，背板7緊貼人體，配合背帶33實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穿戴。L型支架10可以改變?cè)诎惭b板8底部的安裝位置從而改變腿部骨骼之間的距離，以滿足不同體格的人使用。

安裝板8上安裝有控制箱2，控制箱2內(nèi)設(shè)有控制器和電源，電源為鋰電池，足部骨骼3底部設(shè)有力傳感器，連接孔14處設(shè)有角度傳感器，控制器通過導(dǎo)線與電源連接，力傳感器和角度傳感器與控制器電連接，電機(jī)22與控制器電連接?？刂破靼≒C104和兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)22與直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，PC104和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間通過A/D和D/A連接。通過力傳感器和角度傳感器了解人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而控制電機(jī)22轉(zhuǎn)動(dòng)，控制小腿骨骼4保持跟隨。

L型支架10上連接有大腿骨骼5，L型支架10的垂直邊上等距排列有第二調(diào)節(jié)孔11，大腿骨骼5的端部設(shè)有不少于一個(gè)安裝孔12，安裝孔12通過定位螺栓安裝在第二調(diào)節(jié)孔11上。

大腿骨骼5上靠近L型支架10的一端設(shè)有安裝座13，安裝座13上安裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6，大腿骨骼5上固定有上綁帶15，大腿骨骼5的另一端設(shè)有連接孔14。

連接孔14內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸連接有小腿骨骼4，小腿骨骼4上密布有工藝孔17。工藝孔17起到減輕重量的作用。

小腿骨骼4側(cè)面設(shè)有一段凸起，凸起上設(shè)有過線孔19，小腿骨骼4上固定有下綁帶16，小腿骨骼4遠(yuǎn)離大腿骨骼5的一端設(shè)有連接桿18，上綁帶15和下綁帶16為彈性松緊帶或橡皮帶，大腿骨骼5和小腿骨骼4均采用柔性綁帶與人體連接，該方法允許人和外骨骼之間具有一定的運(yùn)動(dòng)位置誤差，避免在運(yùn)動(dòng)過程中，由于過度的剛性連接，導(dǎo)致較大的作用力施加在操作者的身上，保證在人與外骨骼運(yùn)動(dòng)自由度并不完全吻合的情況下，實(shí)現(xiàn)最佳接觸效果，維持了人機(jī)間合適的連接剛度。

連接桿18上安裝有足部骨骼3，足部骨骼3包括平板和垂直設(shè)在平板上的連接管20，連接管20套裝在連接桿18上連接桿18上等距設(shè)有定位孔，連接管20通過定位螺栓安裝在定位孔上。足部骨骼3、小腿骨骼4、大腿骨骼5均為鋁合金一體結(jié)構(gòu)。小腿骨骼4和L型支架10上設(shè)有可以調(diào)節(jié)位置的第二調(diào)節(jié)孔11和定位孔，滿足不同身高使用者的使用要求。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6包括外殼24，外殼24固定在安裝座13上，外殼24上設(shè)有減速器23和電機(jī)22，電機(jī)22的輸出端與減速器23連接，外殼24內(nèi)通過軸承安裝有中軸25，減速器23的輸出端與中軸25連接中軸25上固定有滑輪26，滑輪26上纏繞有提拉絲21，提拉絲21為尼龍絲或金屬絲，外殼24底部設(shè)有出線孔27，提拉絲21從出線孔27穿出且端部固定在過線孔19上；電機(jī)22為伺服電機(jī)，通過電機(jī)22帶動(dòng)滑輪26旋轉(zhuǎn)，收緊或松開提拉絲21實(shí)現(xiàn)對(duì)小腿骨骼的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。

減速器23包括殼體，殼體內(nèi)通過軸承固定有驅(qū)動(dòng)軸32，驅(qū)動(dòng)軸32上固定有驅(qū)動(dòng)齒輪29，電機(jī)22的端部設(shè)有傳動(dòng)齒輪28，驅(qū)動(dòng)齒輪29與傳動(dòng)齒輪28嚙合，驅(qū)動(dòng)軸32的延伸到外殼24內(nèi)且端部固定有副輪30，中軸25上固定有從動(dòng)齒輪31，從動(dòng)齒輪31與副輪30嚙合。

工作流程：使用時(shí)，背板7緊貼人體，配合背帶33實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穿戴，通過電機(jī)22帶動(dòng)滑輪26旋轉(zhuǎn)，收緊或松開提拉絲21實(shí)現(xiàn)對(duì)小腿骨骼4的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，通過力傳感器和角度傳感器了解人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過第一調(diào)節(jié)孔9調(diào)節(jié)腿部骨骼的寬度，通過第二調(diào)節(jié)孔11和定位孔調(diào)節(jié)機(jī)器人的高度。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變。