一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法，其特征是：將腿部隨動(dòng)支撐彈性部件從助力機(jī)械腿上卸下，以大腿連桿與小腿連桿的中心連線(xiàn)處于相互重合位置時(shí)為初始狀態(tài)，利用大腿折疊部件和小腿折疊部件依次將髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)的上端沿與凸臺(tái)下部的鉸接中心向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90°；將助力機(jī)械腿在小腿折疊部件處向外側(cè)對(duì)疊；將助力機(jī)械腿在大腿折疊部件處向內(nèi)側(cè)對(duì)疊；得穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體。本發(fā)明可以將穿戴型下肢助力機(jī)器人轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)緊湊的便攜形體，配合用于裝運(yùn)的手拉箱可以多種方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)其方便攜帶與收藏，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)行走及上下樓梯等日?；顒?dòng)護(hù)理需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?2013102573605 ;申請(qǐng)日為:2013年6月26日；發(fā)明名稱(chēng)為:一種穿戴型下肢助力機(jī)器人、其折疊方法及用于裝運(yùn)的手拉箱的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法，尤其是應(yīng)用于下肢乏力或關(guān)節(jié)行動(dòng)有所不便的中老年人群日常生活護(hù)理場(chǎng)合，幫助其在行走及上下樓梯時(shí)擴(kuò)展下肢運(yùn)動(dòng)能力，屬護(hù)理型助力機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0003]隨著中國(guó)社會(huì)逐漸進(jìn)入人口老齡化階段，越來(lái)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(lèi)問(wèn)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(kāi)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，其中穿戴型下肢助力機(jī)器人技術(shù)是與人體關(guān)系最為密切的一類(lèi)。目前國(guó)內(nèi)外已有數(shù)家研究機(jī)構(gòu)開(kāi)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(xiāo)售，如美國(guó)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，雖然功能豐富且助力效果良好，但由于機(jī)器人本體采用的動(dòng)力源及傳感設(shè)備眾多，導(dǎo)致制造成本居高不下，喪失了性?xún)r(jià)比，并且由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜且裝置笨重，使得機(jī)器人控制難度大，穿戴于人體的負(fù)重感較強(qiáng)，便攜性差，難以普及推廣。
[0004]ZL201310034245.1報(bào)道了“一種穿戴式下肢外骨骼助行機(jī)器人”，由踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、腰部及支撐架模塊等幾大部分構(gòu)成，通過(guò)直流電機(jī)配合絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體行走時(shí)的下肢助力，具有人機(jī)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但該機(jī)器人總體機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜笨重，缺少緩沖支撐裝置，使得人體穿戴外骨骼機(jī)器人的負(fù)重感強(qiáng)，也不方便用戶(hù)對(duì)機(jī)器人的隨身攜帶。
[0005]ZL201020568411.8報(bào)道了 “一種用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的人體外骨骼負(fù)重行走助力裝置”，由背架、髖關(guān)節(jié)部件、大腿部件、小腿部件、踝骨部件、底板、電源、控制裝置、傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置等各部分構(gòu)成，通過(guò)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)缸伸縮驅(qū)動(dòng)人體下肢各關(guān)節(jié)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而給負(fù)重行走的人體提供助力，具有體積小、能耗低、易于控制且制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，但由于直線(xiàn)電機(jī)自身所占軸向尺寸較大且受移動(dòng)行程約束，限制了下肢關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍，又由于每個(gè)關(guān)節(jié)均需要獨(dú)立直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不利于整個(gè)人體下肢的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，而且該行走助力裝置不具備便攜功能，影響了用戶(hù)的日常使用。
[0006]ZL201210370645.5報(bào)道了一種“便攜式可穿戴下肢康復(fù)及助行外骨骼機(jī)器人”，包括依次連接的大腿支撐部件、膝關(guān)節(jié)部件、小腿支撐部件和踝關(guān)節(jié)腳部部件，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋副帶動(dòng)連桿的方式帶動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，具有體積輕巧、適合穿戴和便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，然而該機(jī)器人不具備用于檢測(cè)人機(jī)交互信息和人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的感知模塊以及必要的防摔倒裝置，既不利于對(duì)外骨骼機(jī)器人實(shí)施智能控制，影響了人機(jī)交互的協(xié)調(diào)性，又降低了用戶(hù)使用該機(jī)器人的安全性；不僅如此，該機(jī)器人的便攜式性能僅僅是針對(duì)組成腿部機(jī)構(gòu)的各部件之間存在便利型可拆卸組合方式而言，其過(guò)程較為費(fèi)時(shí)，而且該機(jī)器人自身不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸銛y式形體，缺乏特定的承裝與托運(yùn)工具，未解決用戶(hù)使用后的收藏問(wèn)題，故通用性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法，該機(jī)器人可有效減輕穿戴于人體的負(fù)重感，具有安全性能高、人機(jī)協(xié)調(diào)控制簡(jiǎn)單、隨動(dòng)助力效果好、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，通過(guò)其折疊方法可將該機(jī)器人轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)緊湊的便攜形體，配合用于裝運(yùn)的手拉箱可以多種方式實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)該機(jī)器人的方便攜帶與收藏，以更好的滿(mǎn)足中老年人群的行走及上下樓梯等日?；顒?dòng)護(hù)理需求。
[0008]本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是設(shè)置:
[0010]一下肢助力機(jī)械裝置，是在可穿戴的腰帶的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置可穿戴的助力機(jī)械腿；所述腰帶的左右兩側(cè)分別固結(jié)一凸臺(tái)，在所述腰帶的后側(cè)中部固定設(shè)置一支架；
[0011]一伺服控制系統(tǒng)，包括固定設(shè)置在所述支架的上面的微控制器、固定在支架的底部的鋰電池組，固定在所述腰帶的前側(cè)的前方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路、固定在腰帶的后側(cè)的后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路，以及固定設(shè)置在腰帶左右兩側(cè)凸臺(tái)上的手控操作器；
[0012]所述助力機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:
[0013]髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)的上端鉸接于所述凸臺(tái)的下部，并與髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)固聯(lián)；大腿連桿的圓盤(pán)狀上部固聯(lián)在第一心軸上，所述第一心軸通過(guò)第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承支承于所述髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)并可繞髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；
[0014]膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)固聯(lián)在位于所述大腿連桿的下端的膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)；直流伺服減速電機(jī)的機(jī)體固定安裝在膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的外側(cè)；小腿連桿的圓盤(pán)狀的上端固聯(lián)在所述直流伺服減速電機(jī)的輸出軸上，所述直流伺服減速電機(jī)的輸出軸通過(guò)第三滾動(dòng)軸承和第四滾動(dòng)軸承支承于所述膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)并可繞膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；
[0015]踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)固聯(lián)在位于小腿連桿的下端的踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)；腳板的圓盤(pán)狀側(cè)部固聯(lián)在第二心軸上，所述第二心軸通過(guò)第五滾動(dòng)軸承和第六滾動(dòng)軸承支承于所述踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的內(nèi)側(cè)并可繞踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；
[0016]所述大腿連桿的內(nèi)側(cè)通過(guò)大腿交互力傳感器與大腿繃帶相聯(lián)，在所述小腿連桿的內(nèi)側(cè)通過(guò)小腿交互力傳感器與小腿繃帶相聯(lián)；在所述腳板上固定設(shè)置腳部繃帶；腳底分布式壓力傳感器呈多片分別固定設(shè)置在所述腳板上；
[0017]所述大腿交互力傳感器由第一前蓋板、第一彈性體和第一后蓋板組成；所述第一前蓋板的一側(cè)與所述大腿繃帶固聯(lián)，所述第一后蓋板的一側(cè)與所述大腿連桿的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，所述第一彈性體聯(lián)接于所述第一前蓋板與所述第一后蓋板之間；在所述第一彈性體的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第一應(yīng)變片；
[0018]所述小腿交互力傳感器由第二前蓋板、第二彈性體和第二后蓋板組成；所述第二前蓋板的一側(cè)與所述小腿繃帶固聯(lián)，所述第二后蓋板的一側(cè)與所述小腿連桿的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，所述第二彈性體聯(lián)接于所述第二前蓋板與所述第二后蓋板之間；在所述第二彈性體的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第二應(yīng)變片；
[0019]本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于:
[0020]在所述支架與所述小腿連桿之間設(shè)置腿部隨動(dòng)支撐彈性部件，所述腿部隨動(dòng)支撐彈性部件是由同軸設(shè)置的第一座套和第一桿芯構(gòu)成，所述第一座套和第一桿芯在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述第一座套的上端通過(guò)“L”形支架與所述支架以球鉸相聯(lián)，所述第一桿芯的下端與固聯(lián)在所述小腿連桿外側(cè)的凸座以球鉸相聯(lián)；
[0021]在所述腳板與所述小腿連桿之間設(shè)置腳部隨動(dòng)支撐彈性部件，所述腳部隨動(dòng)支撐彈性部件是由同軸設(shè)置的第二座套和第二桿芯構(gòu)成，所述第二座套和第二桿芯在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述第二座套的下端與固聯(lián)在所述腳板后部的小鉸座相鉸接，所述第二桿芯的上端與呈懸臂固聯(lián)在所述小腿連桿上的小支架的端部相鉸接。
[0022]本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還在于:設(shè)置折疊結(jié)構(gòu)，是將所述大腿連桿分段設(shè)置為大腿上連桿和大腿下連桿，所述大腿上連桿和大腿下連桿是以大腿折疊部件可折疊式連接；將所述小腿連桿分段設(shè)置為小腿上連桿和小腿下連桿，所述小腿上連桿和小腿下連桿是以小腿折疊部件可折疊式連接；
[0023]所述大腿折疊部件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:所述大腿折疊部件是由第一桿件、第二桿件、第三桿件和第四桿件構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)，所述第一桿件固聯(lián)在所述大腿上連桿的下部，所述第四桿件固聯(lián)在所述大腿下連桿的上部，所述第一桿件、第二桿件、第三桿件和第四桿件依次首尾鉸接；
[0024]所述小腿折疊部件的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:所述小腿折疊部件是由第一凸塊、第二凸塊和分別設(shè)置于所述小腿連桿前后兩側(cè)的螺桿構(gòu)成，所述第一凸塊固聯(lián)在所述小腿上連桿的下部，所述第二凸塊固聯(lián)在所述小腿下連桿的上部；所述第一凸塊與第二凸塊沿側(cè)部中心軸線(xiàn)鉸接；所述螺桿分別通過(guò)第一凸塊和第二凸塊二者之一的螺孔旋入或旋出與之相對(duì)應(yīng)的另一螺孔。
[0025]本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:
[0026]a、將所述腿部隨動(dòng)支撐彈性部件從所述助力機(jī)械腿上卸下，以所述大腿連桿與小腿連桿的中心連線(xiàn)處于相互重合位置時(shí)為初始狀態(tài)，利用所述大腿折疊部件和小腿折疊部件依次將所述髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)的上端沿與所述凸臺(tái)下部的鉸接中心向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90° ;
[0027]b、將所述助力機(jī)械腿在小腿折疊部件處向外側(cè)對(duì)疊；
[0028]C、將所述助力機(jī)械腿在大腿折疊部件處向內(nèi)側(cè)對(duì)疊；即得穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體；
[0029]本發(fā)明用于裝運(yùn)所述穿戴型下肢助力機(jī)器人的手拉箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:設(shè)置一可用于承裝和拖運(yùn)權(quán)利要求所述的穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體和被卸裝的腿部隨動(dòng)支撐彈性部件的箱體，在所述箱體的背部設(shè)置有背帶，在所述箱體的不同側(cè)面位置上分別設(shè)置有第一提手、第二提手、伸縮拉桿、腳輪以及托架，所述箱體可以利用所述托架支撐在支架上，并通過(guò)所述背帶背于人體肩部。
[0030]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0031]1、本發(fā)明性能安全可靠。由于本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人在膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)處采用直流伺服減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸出力矩大，控制精度高；又由于本發(fā)明采用了大腿交互力傳感器和小腿交互力傳感器分別檢測(cè)人機(jī)交互力的大小和方向，可及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)人體運(yùn)動(dòng)信息做出判斷和預(yù)測(cè)，同時(shí)設(shè)置了腳底分布式壓力傳感器作為對(duì)實(shí)時(shí)人機(jī)交互信息的輔助感知獲取手段，使得用戶(hù)在穿戴本發(fā)明下肢助力機(jī)器人進(jìn)行自主行走和上下樓梯時(shí)具有平穩(wěn)可靠的行走速度和較強(qiáng)的爬坡能力；本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上設(shè)置了髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)、膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)和踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)，可防止因關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大引起的人體骨骼損傷；當(dāng)用戶(hù)即將面臨摔倒危險(xiǎn)時(shí)，本發(fā)明可通過(guò)前、后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路及時(shí)產(chǎn)生警示信號(hào)，用戶(hù)隨即可通過(guò)手控操作器的設(shè)置施加人為干預(yù)以矯正下肢助力機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使之產(chǎn)生更符合用戶(hù)意向的合理行為。
[0032]2、本發(fā)明中腿部及腳部隨動(dòng)支撐彈性部件的結(jié)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)單合理，在壓縮力作用下，腿部及腳部隨動(dòng)支撐彈性部件的座套和桿芯相互間沿軸向均可相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可為用戶(hù)在行走或上下樓梯時(shí)提供足夠的輔助承載力，配合下肢助力機(jī)械裝置可有效支撐用戶(hù)的身體，改善了人機(jī)交互系統(tǒng)的整體受力性能，減少了人體在穿戴下肢助力機(jī)械裝置行走過(guò)程中的負(fù)重感，促進(jìn)了人機(jī)協(xié)調(diào)性。
[0033]3、本發(fā)明人機(jī)協(xié)調(diào)控制簡(jiǎn)單、隨動(dòng)助力效果好。腿部及腳部隨動(dòng)支撐彈性部件分別實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明中助力機(jī)械腿對(duì)人體髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的隨動(dòng)助力功能；在膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)處的直流伺服減速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)人體膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的助力過(guò)程中，腿部隨動(dòng)支撐彈性部件在被動(dòng)驅(qū)動(dòng)人體髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也起到了支撐腿部以上負(fù)載的作用，選擇合適的腿部隨動(dòng)支撐彈性部件可使其在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)就被負(fù)荷壓縮，產(chǎn)生反作用力撐起負(fù)荷，從而可使人體所承受的負(fù)荷有效傳遞至腳底地面，在人體穿戴本發(fā)明下肢助力機(jī)器人行走時(shí)，壓縮力又可被釋放，推動(dòng)人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；在雙腿共同行走時(shí)，髖關(guān)節(jié)處的一個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件起承載作用，另一個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件起驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，左右腿的兩個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件交替進(jìn)行，有效地實(shí)現(xiàn)了雙腿的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
[0034]4、本發(fā)明便攜性能實(shí)用，用戶(hù)收藏方便。由于本發(fā)明設(shè)置了折疊結(jié)構(gòu)，助力機(jī)械腿上設(shè)有大腿折疊部件和小腿折疊部件，在本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人工作過(guò)程中，大腿連桿和小腿連桿均處于完全展開(kāi)鎖緊狀態(tài)；而在本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人工作完成后，用戶(hù)可將大腿連桿和小腿連桿均調(diào)為最大對(duì)疊狀態(tài)，同時(shí)設(shè)置髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)、膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)及踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)處相關(guān)部件旋轉(zhuǎn)到合適角度，可使本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積緊湊的便攜形體，方便用戶(hù)將其置入手拉箱內(nèi)承裝、拖運(yùn)或收藏；又由于本發(fā)明手拉箱的箱體背部設(shè)置有背帶，在箱體的不同側(cè)面位置上分別設(shè)置有第一提手、第二提手、伸縮拉桿、腳輪以及托架，使得用戶(hù)可以選用手拉式、手提式或者肩背式等三種不同方式對(duì)本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人進(jìn)行攜帶，以更好的適應(yīng)不同使用環(huán)境和場(chǎng)合。
[0035]5、由于本發(fā)明穿戴型下肢助力機(jī)器人只具有膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)處的直流伺服減速電機(jī)一個(gè)獨(dú)立動(dòng)力源，配合腿部及腳部隨動(dòng)支撐彈性部件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體膝關(guān)節(jié)的主動(dòng)助力以及對(duì)人體髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的隨動(dòng)助力等多重功能，故系統(tǒng)能耗低且性?xún)r(jià)比高。
[0036]6、本發(fā)明可應(yīng)用于下肢乏力或關(guān)節(jié)行動(dòng)有所不便的中老年人群日常生活護(hù)理場(chǎng)合，幫助其在行走及上下樓梯時(shí)擴(kuò)展下肢運(yùn)動(dòng)能力，對(duì)于肢體功能健全的普通人群來(lái)說(shuō)，本發(fā)明也可作為徒步旅行時(shí)的代步工具或野外探險(xiǎn)時(shí)的科考裝備使用，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明總體機(jī)械結(jié)構(gòu)前視圖；
[0038]圖2為本發(fā)明總體機(jī)械結(jié)構(gòu)后視圖；
[0039]圖3a為本發(fā)明中髖關(guān)節(jié)處局部剖視圖；
[0040]圖3b為本發(fā)明中膝關(guān)節(jié)處局部剖視圖；
[0041]圖3c為本發(fā)明中踝關(guān)節(jié)處局部剖視圖；
[0042]圖4a為本發(fā)明中大腿交互力傳感器處俯視圖；
[0043]圖4b為圖4a的A-A視圖；
[0044]圖5a為本發(fā)明中小腿交互力傳感器處俯視圖；
[0045]圖5b為圖5a的B-B視圖；
[0046]圖6為本發(fā)明穿戴于人體示意圖；
[0047]圖7為本發(fā)明折疊后便攜形體示意圖；
[0048]圖8a為本發(fā)明中便攜式手拉箱合蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖Sb為本發(fā)明中便攜式手拉箱開(kāi)蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖9為本發(fā)明中使用者利用便攜式手拉箱拖運(yùn)下肢助力機(jī)器人示意圖；
[0051]圖10為本發(fā)明中大腿折疊部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖1la為本發(fā)明中大腿折疊部件處于完全展開(kāi)鎖緊狀態(tài)主視示意圖；
[0053]圖1lb為本發(fā)明中大腿折疊部件處于完全展開(kāi)鎖緊狀態(tài)側(cè)視示意圖；
[0054]圖12為本發(fā)明中小腿折疊部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖13a為本發(fā)明中小腿折疊部件處于完全展開(kāi)鎖緊狀態(tài)主視示意圖；
[0056]圖13b為本發(fā)明中小腿折疊部件處于完全展開(kāi)鎖緊狀態(tài)側(cè)視示意圖；
[0057]圖14a為本發(fā)明中腿部隨動(dòng)支撐彈性部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖14b為本發(fā)明中腳部隨動(dòng)支撐彈性部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖15為本發(fā)明中第二應(yīng)變片分布示意圖。
[0060]圖中標(biāo)號(hào):1前方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路；2腰帶；3凸臺(tái)；4髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)；5髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)；6大腿折疊部件；7大腿連桿；7A大腿上連桿；7B大腿下連桿；8直流伺服減速電機(jī)；8A機(jī)體；8B輸出軸；9膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)；10小腿折疊部件；11小腿連桿；IIA小腿上連桿；11B小腿下連桿；12踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)；13腳板；13A圓盤(pán)狀側(cè)部；14腳部繃帶；15腳底分布式壓力傳感器；16后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路；17支架；18微控制器；19鋰電池組；20小鉸座；21腳部隨動(dòng)支撐彈性部件；21A第二座套；21B第二桿芯；22小支架；23小腿繃帶；24小腿交互力傳感器；24A第二前蓋板；24B第二彈性體；24C第二蓋板；24D第二應(yīng)變片；25凸座；26腿部隨動(dòng)支撐彈性部件；26A第一座套；26B第一桿芯；27大腿交互力傳感器；27A第一前蓋板；27B第一彈性體；27C第一后蓋板；27D第一應(yīng)變片；28大腿繃帶；29 “L”形支架；30手控操作器；31第二桿件；32第三桿件；33第二凸塊；34第一凸塊；35螺桿；37伸縮拉桿；38第二提手；42第一提手；43腳輪；48助力機(jī)械腿；49便攜形體；50第一桿件；51第四桿件；53膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)；54箱體；55托架；56背帶；57第一滾動(dòng)軸承；58第二滾動(dòng)軸承；59第一心軸；60第三滾動(dòng)軸承；61第四滾動(dòng)軸承；62第五滾動(dòng)軸承；63第六滾動(dòng)軸承；64第二心軸；65踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)。

【具體實(shí)施方式】
[0061]本實(shí)施例穿戴型下肢助力機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:
[0062]參見(jiàn)圖1、圖2和圖6，下肢助力機(jī)械裝置是在可穿戴的腰帶2的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置可穿戴的助力機(jī)械腿48;腰帶2的左右兩側(cè)分別固結(jié)一凸臺(tái)3，在腰帶2的后側(cè)中部固定設(shè)置一支架17 ;助力機(jī)械腿48分別通過(guò)大腿繃帶28、小腿繃帶23和腳部繃帶14綁到人體腿部及腳部，腰帶2綁到人體腰部，支架17用于承載和安裝微控制器18、鋰電池組19、托架55以及箱體54 ；
[0063]伺服控制系統(tǒng)包括固定設(shè)置在支架17的上面的微控制器18、固定在支架17的底部的鋰電池組19，固定在腰帶2的前側(cè)的前方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路1、固定在腰帶2的后側(cè)的后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路16，以及固定設(shè)置在腰帶左右兩側(cè)凸臺(tái)3上的手控操作器30 ;其中，鋰電池組19是穿戴型下肢助力機(jī)器人系統(tǒng)各部分的電力來(lái)源，與穿戴型下肢助力機(jī)器人之間采取通用接口方式相連接；微控制器18以系統(tǒng)設(shè)定的驅(qū)動(dòng)模式及控制算法驅(qū)動(dòng)直流伺服減速電機(jī)8按一定運(yùn)行規(guī)律旋轉(zhuǎn)和輸出力矩，并根據(jù)直流伺服減速電機(jī)8附帶的光電編碼器、大腿交互力傳感器27、小腿交互力傳感器24以及腳底分布式壓力傳感器15等各感知模塊檢測(cè)到的人體運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，實(shí)時(shí)分析下肢助力機(jī)器人的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，并將分析結(jié)果即時(shí)反饋給伺服控制系統(tǒng)自身，以發(fā)出相應(yīng)指令對(duì)直流伺服減速電機(jī)8的工作狀況加以調(diào)節(jié)，形成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，體現(xiàn)穿戴型下肢助力機(jī)器人對(duì)人體助力的智能協(xié)調(diào)性；前方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路I和后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路16均包含姿態(tài)檢測(cè)傳感器和加速度傳感器，一方面對(duì)人體穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)的身體姿態(tài)信息和肢體加速度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，另一方面在當(dāng)檢測(cè)信息趨于異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，微控制器18隨之發(fā)出相應(yīng)指令控制直流伺服減速電機(jī)8及時(shí)轉(zhuǎn)變工況以防止人體摔倒行為的發(fā)生；手控操作器30的設(shè)置可協(xié)助用戶(hù)人工干預(yù)穿戴型下肢助力機(jī)器人的助力模式，以更好的適應(yīng)人性化操作。
[0064]助力機(jī)械腿48的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:
[0065]如圖1和圖3a所示，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)4的上端鉸接于凸臺(tái)3的下部，并與髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)5的內(nèi)側(cè)固聯(lián)；大腿連桿7的圓盤(pán)狀上部固聯(lián)在第一心軸59上，第一心軸59通過(guò)第一滾動(dòng)軸承57和第二滾動(dòng)軸承58支承于髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)5的內(nèi)側(cè)并可繞髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)5的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；其中，髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)4用于限定大腿連桿7繞人體髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍，防止因旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大對(duì)人體髖關(guān)節(jié)造成損傷。
[0066]如圖1和圖3b所示，膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)9固聯(lián)在位于大腿連桿7的下端的膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)53的內(nèi)側(cè)；直流伺服減速電機(jī)8的機(jī)體8A固定安裝在膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)53的外側(cè)；小腿連桿11的圓盤(pán)狀的上端固聯(lián)在直流伺服減速電機(jī)8的輸出軸SB上，直流伺服減速電機(jī)8的輸出軸SB通過(guò)第三滾動(dòng)軸承60和第四滾動(dòng)軸承61支承于膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)53的內(nèi)側(cè)并可繞膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)53的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；其中，直流伺服減速電機(jī)8是穿戴型下肢助力機(jī)器人的動(dòng)力裝置，具體包括直流伺服電機(jī)、精密減速器和光電編碼器等組件，可根據(jù)伺服控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令按一定規(guī)律輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)大腿連桿7與小腿連桿11之間產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，繼而通過(guò)穿戴于人體上的大腿繃帶28和小腿繃帶23帶動(dòng)人體大腿與小腿之間繞膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下肢助力機(jī)器人對(duì)人體膝關(guān)節(jié)的主動(dòng)助力功能；膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)9用于限定小腿連桿11繞人體膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍，防止因旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大對(duì)人體膝關(guān)節(jié)造成損傷。
[0067]如圖1和圖3c所示，踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)65固聯(lián)在位于小腿連桿11的下端的踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)12的內(nèi)側(cè)；腳板13的圓盤(pán)狀側(cè)部13A固聯(lián)在第二心軸64上，第二心軸64通過(guò)第五滾動(dòng)軸承62和第六滾動(dòng)軸承63支承于踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)12的內(nèi)側(cè)并可繞踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)12的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；其中，踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)65用于限定腳板13繞人體踝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍，防止因旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大對(duì)人體踝關(guān)節(jié)造成損傷。
[0068]如圖1和圖2所示，大腿連桿7的內(nèi)側(cè)通過(guò)大腿交互力傳感器27與大腿繃帶28相聯(lián)，在小腿連桿11的內(nèi)側(cè)通過(guò)小腿交互力傳感器24與小腿繃帶23相聯(lián)；大腿交互力傳感器27及小腿交互力傳感器24分別通過(guò)大腿繃帶28和小腿繃帶23綁在人體腿部人-機(jī)接觸交互的最佳感知位置，用來(lái)檢測(cè)人機(jī)交互力的大小和方向，以便及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)人體運(yùn)動(dòng)信息做出判斷和預(yù)測(cè)；在腳板13上固定設(shè)置腳部繃帶14 ;腳底分布式壓力傳感器15呈多片分別固定設(shè)置在腳板13上，用來(lái)綜合檢測(cè)用戶(hù)在穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)對(duì)腳板13的實(shí)時(shí)壓力信息，作為對(duì)人機(jī)交互信息的輔助感知獲取手段。
[0069]如圖1、圖2、圖4a和圖4b所不,大腿交互力傳感器27由第一前蓋板27A、第一彈性體27B和第一后蓋板27C組成；第一前蓋板27A的一側(cè)與大腿繃帶28固聯(lián),第一后蓋板27C的一側(cè)與大腿連桿7的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，第一彈性體27B聯(lián)接于第一前蓋板27A與第一后蓋板27C之間；當(dāng)用戶(hù)在穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)，大腿繃帶28上的人機(jī)交互力通過(guò)第一前蓋板27A傳至第一彈性體27B上，引起第一彈性體27B發(fā)生應(yīng)變，進(jìn)而引起第一應(yīng)變片27D的電阻發(fā)生變化，在第一彈性體27B的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第一應(yīng)變片27D，從而在相互垂直的方向上形成兩組惠斯通橋路，分別用于測(cè)量相互垂直方向上的兩組應(yīng)變值，進(jìn)而可分別檢測(cè)出沿大腿方向以及垂直于大腿方向上的人機(jī)交互力大小；第一后蓋板27C—方面用來(lái)對(duì)第一應(yīng)變片27D及放大電路板進(jìn)行密封保護(hù)，另一方面用來(lái)對(duì)相關(guān)引線(xiàn)進(jìn)行固定。
[0070]如圖1、圖2、圖5a和圖5b所示，小腿交互力傳感器24由第二前蓋板24A、第二彈性體24B和第二后蓋板24C組成；第二前蓋板24A的一側(cè)與小腿繃帶23固聯(lián)，第二后蓋板24C的一側(cè)與小腿連桿11的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，第二彈性體24B聯(lián)接于第二前蓋板24A與第二后蓋板24C之間；當(dāng)用戶(hù)在穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)，小腿繃帶23上的人機(jī)交互力通過(guò)第二前蓋板24A傳至第二彈性體24B上，引起第二彈性體24B發(fā)生應(yīng)變，進(jìn)而引起第二應(yīng)變片24D的電阻發(fā)生變化，在第二彈性體24B的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第二應(yīng)變片24D，從而在相互垂直的方向上形成兩組惠斯通橋路，分別用于測(cè)量相互垂直方向上的兩組應(yīng)變值，進(jìn)而可分別檢測(cè)出沿小腿方向以及垂直于小腿方向上的人機(jī)交互力大小；第二后蓋板24C —方面用來(lái)對(duì)第二應(yīng)變片24D及放大電路板進(jìn)行密封保護(hù)，另一方面用來(lái)對(duì)相關(guān)引線(xiàn)進(jìn)行固定，如圖15所示，第一應(yīng)變片27D與第二應(yīng)變片24D有著相同的分布形式。
[0071]具體實(shí)施中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置也包括:
[0072]如圖1、圖2和圖14a所示，在支架17與小腿連桿11之間設(shè)置腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26，腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26是由同軸設(shè)置的第一座套26A和第一桿芯26B構(gòu)成，第一座套26A和第一桿芯26B在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；第一座套26A的上端通過(guò)“L”形支架29與支架17以球鉸相聯(lián)，第一桿芯26B的下端與固聯(lián)在小腿連桿11外側(cè)的凸座25以球鉸相聯(lián)；其中，腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26實(shí)現(xiàn)了穿戴型下肢助力機(jī)器人對(duì)人體髖關(guān)節(jié)的隨動(dòng)助力功能，在被動(dòng)驅(qū)動(dòng)人體髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也起到了支撐腿部以上負(fù)載的作用，選擇合適的腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26可使其在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)就被負(fù)荷壓縮，產(chǎn)生反作用力撐起負(fù)荷，從而可使人體所承受的負(fù)荷有效傳遞至腳底地面，在人體穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)，壓縮力又可被釋放，推動(dòng)人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；在雙腿共同行走時(shí)，髖關(guān)節(jié)處的一個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26起承載作用，另一個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26起驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，左右腿的兩個(gè)腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26交替進(jìn)行，有效地實(shí)現(xiàn)了雙腿的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，減少了用戶(hù)在穿戴下肢助力機(jī)械裝置行走過(guò)程中的負(fù)重感，促進(jìn)了人機(jī)協(xié)調(diào)性。
[0073]如圖1、圖2和圖14b所示，在腳板13與小腿連桿11之間設(shè)置腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21，腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21是由同軸設(shè)置的第二座套21A和第二桿芯21B構(gòu)成，第二座套21A和第二桿芯21B在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；第二座套21A的下端與固聯(lián)在腳板13后部的小鉸座20相鉸接，第二桿芯21B的上端與呈懸臂固聯(lián)在小腿連桿11上的小支架22的端部相鉸接；其中，腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21實(shí)現(xiàn)了穿戴型下肢助力機(jī)器人對(duì)人體踝關(guān)節(jié)的隨動(dòng)助力功能，在被動(dòng)驅(qū)動(dòng)人體踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也起到了支撐腳部以上負(fù)載的作用，選擇合適的腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21可使其在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)就被負(fù)荷壓縮，產(chǎn)生反作用力撐起負(fù)荷，從而可使人體所承受的負(fù)荷有效傳遞至腳底地面，在人體穿戴下肢助力機(jī)器人行走時(shí)，壓縮力又可被釋放，推動(dòng)人體踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21與腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26相配合，共同起到對(duì)人體下肢的隨動(dòng)助力、運(yùn)動(dòng)緩沖及輔助支撐作用；這里，腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26或腳部隨動(dòng)支撐彈性部件21的實(shí)現(xiàn)形式可以為氣彈簧，也可以為帶導(dǎo)向筒的大行程線(xiàn)性壓縮彈簧。
[0074]如圖1所示，設(shè)置折疊結(jié)構(gòu)是將大腿連桿7分段設(shè)置為大腿上連桿7A和大腿下連桿7B，大腿上連桿7A和大腿下連桿7B是以大腿折疊部件6可折疊式連接；將小腿連桿11分段設(shè)置為小腿上連桿IlA和小腿下連桿11B，小腿上連桿IlA和小腿下連桿IlB是以小腿折疊部件10可折疊式連接；大腿折疊部件6及小腿折疊部件10可用來(lái)對(duì)下肢助力機(jī)械裝置進(jìn)行展開(kāi)鎖緊或折疊收起，便于用戶(hù)對(duì)下肢助力機(jī)器人在穿戴工作與收藏?cái)y帶之間進(jìn)行功能切換。
[0075]如圖10、圖1la和圖1lb所示，大腿折疊部件6的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:大腿折疊部件6是由第一桿件50、第二桿件31、第三桿件32和第四桿件51構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)，第一桿件50固聯(lián)在大腿上連桿7A的下部，第四桿件51固聯(lián)在大腿下連桿7B的上部，第一桿件50、第二桿件31、第三桿件32和第四桿件51依次首尾鉸接；現(xiàn)將各鉸接中心依次記為E1、E2、E3和E4，若稍用力扳動(dòng)第三桿件32的末端鉤體，使得El、E2、E3三點(diǎn)共線(xiàn)并滿(mǎn)足El位于E2和E3之間的位置，則該平面四桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)工作狀態(tài)，便可將第一桿件50和第四桿件51夾持緊固，而反向扳動(dòng)第三桿件32的末端鉤體即可解除對(duì)第一桿件50和第四桿件51的夾持狀態(tài)；因此，用戶(hù)通過(guò)合理操作大腿折疊部件6的動(dòng)作即可十分方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)大腿連桿7的展開(kāi)鎖緊或?qū)ΟB功能。
[0076]如圖12、圖13a和圖13b所示，小腿折疊部件10的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:小腿折疊部件10是由第一凸塊34、第二凸塊33和分別設(shè)置于小腿連桿11前后兩側(cè)的螺桿35構(gòu)成，第一凸塊34固聯(lián)在小腿上連桿IlA的下部，第二凸塊33固聯(lián)在小腿下連桿IlB的上部；第一凸塊34與第二凸塊33沿側(cè)部中心軸線(xiàn)鉸接；螺桿35分別通過(guò)第一凸塊34和第二凸塊33 二者之一的螺孔旋入或旋出與之相對(duì)應(yīng)的另一螺孔；當(dāng)手動(dòng)調(diào)整第一凸塊34與第二凸塊33沿鉸接中心的夾角直至螺桿35與相對(duì)應(yīng)的另一螺孔處于同軸位置時(shí)，分別扭動(dòng)小腿連桿11前后兩側(cè)的螺桿35直至嚙合進(jìn)入與之相對(duì)應(yīng)的另一螺孔中的最深位置，即可將第一凸塊34與第二凸塊33緊固連接；分別反向扭動(dòng)小腿連桿11前后兩側(cè)的螺桿35直至從與之相對(duì)應(yīng)的另一螺孔中的最深位置完全退出，即可解除第一凸塊34與第二凸塊33的緊固連接狀態(tài)；因此，用戶(hù)通過(guò)合理操作小腿折疊部件10的動(dòng)作即可十分方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)小腿連桿11的展開(kāi)鎖緊或?qū)ΟB功能。
[0077]如圖6和圖7所示，穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法按如下步驟進(jìn)行:
[0078]1、將腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26從助力機(jī)械腿48上卸下，以大腿連桿7與小腿連桿11的中心連線(xiàn)處于相互重合位置時(shí)為初始狀態(tài)，利用大腿折疊部件6和小腿折疊部件10依次將髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)4的上端沿與凸臺(tái)3下部的鉸接中心向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90° ;
[0079]2、將助力機(jī)械腿48在小腿折疊部件10處向外側(cè)對(duì)疊；
[0080]3、將助力機(jī)械腿48在大腿折疊部件6處向內(nèi)側(cè)對(duì)疊；即得穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體49 ；
[0081 ] 如圖6、圖7、圖8a、圖8b和圖9所示，設(shè)置用于裝運(yùn)穿戴型下肢助力機(jī)器人的手拉箱，是設(shè)置一可用于承裝和拖運(yùn)穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體49和被卸裝的腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26的箱體54，其中箱體54的空間三維尺寸應(yīng)與便攜形體49的外形尺寸及體積相適應(yīng)；在箱體54的背部設(shè)置有背帶56，在箱體54的不同側(cè)面位置上分別設(shè)置有第一提手42、第二提手38、伸縮拉桿37、腳輪43以及托架55 ;箱體54的結(jié)構(gòu)設(shè)置方式既便于用戶(hù)選用手拉式、手提式或者肩背式等三種不同方式對(duì)穿戴型下肢助力機(jī)器人進(jìn)行攜帶，又有利于用戶(hù)在不使用穿戴型下肢助力機(jī)器人時(shí)對(duì)其進(jìn)行收藏；在穿戴型下肢助力機(jī)器人工作過(guò)程中，內(nèi)空的箱體54 —方面通過(guò)背帶56背于人體肩部，另一方面利用托架55支撐在支架17上，此時(shí)箱體54施加到人體上的絕大部分負(fù)荷被腿部隨動(dòng)支撐彈性部件26所承載，有效地減少了人體在穿戴下肢助力機(jī)械裝置行走過(guò)程中的負(fù)重感；而在穿戴型下肢助力機(jī)器人工作結(jié)束后，用戶(hù)可通過(guò)伸縮拉桿37輕松地將內(nèi)部裝有便攜形體49的箱體54進(jìn)行手拉托運(yùn)；而當(dāng)遇到不適合手拉式攜帶的地形環(huán)境時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)第一提手42或第二提手38將內(nèi)部裝有便攜形體49的箱體54進(jìn)行手提式攜帶，也可通過(guò)背帶56進(jìn)行肩背式攜帶；總之，通過(guò)以上三種不同攜帶方式，可使用戶(hù)更好的適應(yīng)不同使用環(huán)境和場(chǎng)合。
[0082]本實(shí)施方式的穿戴型下肢助力機(jī)器人可應(yīng)用于下肢乏力或關(guān)節(jié)行動(dòng)有所不便的中老年人群日常生活護(hù)理場(chǎng)合，幫助其在行走及上下樓梯時(shí)擴(kuò)展下肢運(yùn)動(dòng)能力，對(duì)于肢體功能健全的普通人群來(lái)說(shuō)，本實(shí)施方式的穿戴型下肢助力機(jī)器人也可作為徒步旅行時(shí)的代步工具或野外探險(xiǎn)時(shí)的科考裝備使用，幫助其增強(qiáng)步行時(shí)攜帶重物的運(yùn)動(dòng)能力，提高運(yùn)動(dòng)極限，減輕疲勞感；本實(shí)施方式的穿戴型下肢助力機(jī)器人能耗低且性?xún)r(jià)比高，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法，其特征是:設(shè)置所述穿戴型下肢助力機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式為: 一下肢助力機(jī)械裝置，是在可穿戴的腰帶(2)的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置可穿戴的助力機(jī)械腿(48);所述腰帶(2)的左右兩側(cè)分別固結(jié)一凸臺(tái)(3)，在所述腰帶(2)的后側(cè)中部固定設(shè)置一支架(17)； 一伺服控制系統(tǒng)，包括固定設(shè)置在所述支架(17)的上面的微控制器(18)、固定在支架(17)的底部的鋰電池組(19)，固定在所述腰帶(2)的前側(cè)的前方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路(I)、固定在腰帶(2)的后側(cè)的后方摔倒預(yù)測(cè)報(bào)警電路(16)，以及固定設(shè)置在腰帶左右兩側(cè)凸臺(tái)(3)上的手控操作器(30)； 所述助力機(jī)械腿(48)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為: 髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)(4)的上端鉸接于所述凸臺(tái)(3)的下部，并與髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)(5)的內(nèi)側(cè)固聯(lián)；大腿連桿(7)的圓盤(pán)狀上部固聯(lián)在第一心軸(59)上，所述第一心軸(59)通過(guò)第一滾動(dòng)軸承(57)和第二滾動(dòng)軸承(58)支承于所述髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)(5)的內(nèi)側(cè)并可繞髖關(guān)節(jié)圓盤(pán)(5)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)； 膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)(9)固聯(lián)在位于所述大腿連桿(7)的下端的膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(53)的內(nèi)側(cè)；直流伺服減速電機(jī)⑶的機(jī)體(8A)固定安裝在膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(53)的外側(cè)；小腿連桿(11)的圓盤(pán)狀的上端固聯(lián)在所述直流伺服減速電機(jī)(8)的輸出軸(SB)上，所述直流伺服減速電機(jī)(8)的輸出軸(SB)通過(guò)第三滾動(dòng)軸承￠0)和第四滾動(dòng)軸承￠1)支承于所述膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(53)的內(nèi)側(cè)并可繞膝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(53)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)； 踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)￠5)固聯(lián)在位于小腿連桿(11)的下端的踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(12)的內(nèi)側(cè)；腳板(13)的圓盤(pán)狀側(cè)部(13A)固聯(lián)在第二心軸￠4)上，所述第二心軸￠4)通過(guò)第五滾動(dòng)軸承￠2)和第六滾動(dòng)軸承￠3)支承于所述踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(12)的內(nèi)側(cè)并可繞踝關(guān)節(jié)圓盤(pán)(12)的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)； 所述大腿連桿(7)的內(nèi)側(cè)通過(guò)大腿交互力傳感器(27)與大腿繃帶(28)相聯(lián)，在所述小腿連桿(11)的內(nèi)側(cè)通過(guò)小腿交互力傳感器(24)與小腿繃帶(23)相聯(lián)；在所述腳板(13)上固定設(shè)置腳部繃帶(14);腳底分布式壓力傳感器(15)呈多片分別固定設(shè)置在所述腳板(13)上； 所述大腿交互力傳感器(27)由第一前蓋板(27A)、第一彈性體(27B)和第一后蓋板(27C)組成；所述第一前蓋板(27A)的一側(cè)與所述大腿繃帶(28)固聯(lián)，所述第一后蓋板(27C)的一側(cè)與所述大腿連桿(7)的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，所述第一彈性體(27B)聯(lián)接于所述第一前蓋板(27A)與所述第一后蓋板(27C)之間；在所述第一彈性體(27B)的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第一應(yīng)變片(27D)； 所述小腿交互力傳感器(24)由第二前蓋板(24A)、第二彈性體(24B)和第二后蓋板(24C)組成；所述第二前蓋板(24A)的一側(cè)與所述小腿繃帶(23)固聯(lián)，所述第二后蓋板(24C)的一側(cè)與所述小腿連桿(11)的內(nèi)側(cè)固聯(lián)，所述第二彈性體(24B)聯(lián)接于所述第二前蓋板(24A)與所述第二后蓋板(24C)之間；在所述第二彈性體(24B)的十字彈性梁根部及端部對(duì)應(yīng)位置處分別粘貼有圓周均布的四片第二應(yīng)變片(24D)； 設(shè)置折疊結(jié)構(gòu)，是將所述大腿連桿(7)分段設(shè)置為大腿上連桿(7A)和大腿下連桿(7B)，所述大腿上連桿(7A)和大腿下連桿(7B)是以大腿折疊部件(6)可折疊式連接；將所述小腿連桿(11)分段設(shè)置為小腿上連桿(IlA)和小腿下連桿(IlB)，所述小腿上連桿(IIA)和小腿下連桿(IlB)是以小腿折疊部件(10)可折疊式連接； 所述大腿折疊部件￠)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:所述大腿折疊部件(6)是由第一桿件(50)、第二桿件(31)、第三桿件(32)和第四桿件(51)構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)，所述第一桿件(50)固聯(lián)在所述大腿上連桿(7A)的下部，所述第四桿件(51)固聯(lián)在所述大腿下連桿(7B)的上部，所述第一桿件(50)、第二桿件(31)、第三桿件(32)和第四桿件(51)依次首尾鉸接；所述小腿折疊部件(10)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為:所述小腿折疊部件(10)是由第一凸塊(34)、第二凸塊(33)和分別設(shè)置于所述小腿連桿(11)前后兩側(cè)的螺桿(35)構(gòu)成，所述第一凸塊(34)固聯(lián)在所述小腿上連桿(IlA)的下部，所述第二凸塊(33)固聯(lián)在所述小腿下連桿(IIB)的上部；所述第一凸塊(34)與第二凸塊(33)沿側(cè)部中心軸線(xiàn)鉸接；所述螺桿(35)分別通過(guò)第一凸塊(34)和第二凸塊(33) 二者之一的螺孔旋入或旋出與之相對(duì)應(yīng)的另一螺孔； 所述穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法是按如下步驟進(jìn)行: a、將所述腿部隨動(dòng)支撐彈性部件(26)從所述助力機(jī)械腿(48)上卸下，以所述大腿連桿(7)與小腿連桿(11)的中心連線(xiàn)處于相互重合位置時(shí)為初始狀態(tài)，利用所述大腿折疊部件(6)和小腿折疊部件(10)依次將所述髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)限位盤(pán)(4)的上端沿與所述凸臺(tái)(3)下部的鉸接中心向外側(cè)旋轉(zhuǎn)90° ; b、將所述助力機(jī)械腿(48)在小腿折疊部件(10)處向外側(cè)對(duì)疊； C、將所述助力機(jī)械腿(48)在大腿折疊部件(6)處向內(nèi)側(cè)對(duì)疊；即得穿戴型下肢助力機(jī)器人的便攜形體(49)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿戴型下肢助力機(jī)器人的折疊方法，其特征是: 在所述支架(17)與所述小腿連桿(11)之間設(shè)置腿部隨動(dòng)支撐彈性部件(26)，所述腿部隨動(dòng)支撐彈性部件(26)是由同軸設(shè)置的第一座套(26A)和第一桿芯(26B)構(gòu)成，所述第一座套(26A)和第一桿芯(26B)在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述第一座套(26A)的上端通過(guò)“L”形支架(29)與所述支架(17)以球鉸相聯(lián)，所述第一桿芯(26B)的下端與固聯(lián)在所述小腿連桿(11)外側(cè)的凸座(25)以球鉸相聯(lián)； 在所述腳板(13)與所述小腿連桿(11)之間設(shè)置腳部隨動(dòng)支撐彈性部件(21)，所述腳部隨動(dòng)支撐彈性部件(21)是由同軸設(shè)置的第二座套(21A)和第二桿芯(21B)構(gòu)成，所述第二座套(21A)和第二桿芯(21B)在壓縮力作用下相互間沿軸向可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述第二座套(21A)的下端與固聯(lián)在所述腳板(13)后部的小鉸座(20)相鉸接，所述第二桿芯(21B)的上端與呈懸臂固聯(lián)在所述小腿連桿(11)上的小支架(22)的端部相鉸接。
【文檔編號(hào)】A61H3/00GK104257490SQ201410515251
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】張強(qiáng), 葛運(yùn)建, 張丹, 雙豐 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院