一種輕便型模塊化助行外骨骼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種下肢外骨骼，具體涉及一種輕便型模塊化助行外骨骼。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于當(dāng)前社會(huì)數(shù)百萬由于腦卒中、脊髓損傷等導(dǎo)致下肢功能喪失的病患以及不斷增長(zhǎng)的老齡人口，穿戴式下肢外骨骼以其良好的擬人性與人機(jī)交互特點(diǎn)被寄予極大期望，其應(yīng)用需求日益迫切。目前已有的以助老助殘為目的的下肢助力外骨骼大多較為臃腫沉重，穿脫復(fù)雜，需依賴輔助人員，舒適性與穿戴感受較差，因而均停留在樣機(jī)試驗(yàn)階段，難以真正推廣普及應(yīng)用。而相對(duì)較為輕便的下肢外骨骼則多為被動(dòng)輔助形式，助力效果十分有限，同時(shí)也不能應(yīng)用于完全喪失下肢功能的殘疾病患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決現(xiàn)有用于助老助殘的下肢外骨骼存在體積大、質(zhì)量重、舒適度差、不能獨(dú)立穿戴的問題，而提供一種輕便型模塊化助行外骨骼。
[0004]本發(fā)明一種輕便型模塊化助行外骨骼，其特征在于:所述下肢外骨骼包括腰背模塊、兩個(gè)大腿模塊和兩個(gè)小腿模塊；
[0005]腰背模塊包括腰背內(nèi)側(cè)殼、腰背外側(cè)殼、兩個(gè)內(nèi)側(cè)板、兩個(gè)外側(cè)板、腰帶、兩個(gè)上插拔鎖扣和兩個(gè)肩帶，腰背內(nèi)側(cè)殼與腰背外側(cè)殼前后平行設(shè)置，兩個(gè)內(nèi)側(cè)板對(duì)稱設(shè)置在腰背內(nèi)側(cè)殼的兩側(cè)，兩個(gè)外側(cè)板對(duì)稱設(shè)置在腰背外側(cè)殼的兩側(cè)，腰背內(nèi)側(cè)殼、腰背外側(cè)殼、兩個(gè)內(nèi)側(cè)板和兩個(gè)外側(cè)板形成一個(gè)空心腔體，腰帶設(shè)置在內(nèi)側(cè)板的前端，且腰帶的兩端分別與其相對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)板固接，兩個(gè)上插拔鎖扣分別置于內(nèi)側(cè)板與外側(cè)板組成的兩側(cè)腔體中，且上插拔鎖扣位于空心腔體的前端，兩個(gè)肩帶平行設(shè)置在腰背內(nèi)側(cè)殼的前面且固裝在腰背內(nèi)側(cè)殼上；
[0006]每個(gè)大腿模塊包括大腿基板、大腿外殼、兩個(gè)關(guān)節(jié)支撐殼體、兩個(gè)大腿捆綁帶和兩個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件，每個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)支撐法蘭、小錐齒輪、大錐齒輪、小繩輪、傳動(dòng)鋼絲繩、大繩輪、大繩輪軸、輸出件、兩個(gè)小繩輪軸承和兩個(gè)大繩輪軸承，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在電機(jī)支撐法蘭上，電機(jī)支撐法蘭固定在大腿基板上，小錐齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸鍵連接，大錐齒輪與小錐齒輪嚙合，大錐齒輪與小繩輪鍵連接，小繩輪的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的小繩輪軸承中，傳動(dòng)鋼絲繩的一端纏繞在小繩輪上，傳動(dòng)鋼絲繩的另一端繞過大繩輪后再繞回小繩輪上并固定在小繩輪上，大繩輪與大繩輪軸鍵連接，大繩輪軸的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的大繩輪軸承中，輸出件固裝在大繩輪上，兩個(gè)大腿捆綁帶上下正對(duì)設(shè)置且固定于大腿基板的內(nèi)側(cè)端面上，兩個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件上下反向設(shè)置在大腿基板的外側(cè)端面上，且兩個(gè)輸出件分別朝上、朝下，兩個(gè)關(guān)節(jié)支撐殼體對(duì)稱設(shè)置在大腿外殼的上下端并構(gòu)成外殼體，外殼體扣合在大腿基板的外側(cè)端面上，兩個(gè)小繩輪軸承和兩個(gè)大繩輪軸承分別支撐在相應(yīng)的大腿基板和關(guān)節(jié)支撐殼體上；
[0007]每個(gè)小腿模塊包括小腿基板、小腿外殼、小腿支撐桿、柔性鞋墊、小腿捆綁帶和下插拔鎖扣，小腿捆綁帶固定于小腿基板的內(nèi)側(cè)端面上，小腿外殼扣合在小腿基板的外側(cè)端面上，下插拔鎖扣置于小腿外殼與小腿基板組成的空心腔體中，且下插拔鎖扣位于空心腔體的上端，小腿支撐桿的上端與小腿基板通過螺釘固連，小腿支撐桿的下端與柔性鞋墊固連；
[0008]兩個(gè)大腿模塊互為鏡像設(shè)置在腰背模塊的下面，兩個(gè)小腿模塊互為鏡像設(shè)置在兩個(gè)大腿模塊的下面，且大腿捆綁帶和小腿捆綁帶均位于里側(cè)，位于上方的輸出件與上插拔鎖扣相連，位于下方的輸出件與下插拔鎖扣相連。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0010]—、本發(fā)明采用了模塊化設(shè)計(jì)與插拔卡扣式組裝的方法，使得下肢外骨骼整體分散為腰部、大腿(左右兩條)及小腿(左右兩條、含腳部)共五個(gè)模塊，零散的模塊十分利于攜帶，同時(shí)便于穿戴者坐著完成穿戴，同時(shí)插拔卡扣式組裝的方式使得穿戴者可以獨(dú)自完成穿戴，整個(gè)過程方便快捷。
[0011]二、各組合模塊間的插拔連接采用了機(jī)械連接與電氣連接一體化設(shè)計(jì)，避免了走線帶來的問題，同時(shí)也提高了接線的可靠性。
[0012]三、將髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件與膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件一體化設(shè)計(jì)，均置于大腿模塊中，設(shè)計(jì)的緊湊型布局極大地提升了空間利用率，減小了整體下肢外骨骼的體積，避免了結(jié)構(gòu)臃腫。
[0013]四、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件中，減速環(huán)節(jié)采用高速端齒輪加末端鋼絲繩傳動(dòng)的形式，提高輸出軸運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)減小齒輪組所受的載荷，減少了齒輪的級(jí)數(shù)與體積，整體上減輕了關(guān)節(jié)重量，也提高了整體結(jié)構(gòu)的緊湊性。
[0014]五、除去關(guān)鍵傳動(dòng)件外，整體結(jié)構(gòu)框架均采用非金屬材料，在滿足承載能力要求的情況下大幅減輕整體重量，同時(shí)相對(duì)與金屬結(jié)構(gòu)提高了穿戴者在穿戴后的生理與心理舒適感。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0016]圖2是腰背模塊I的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0017]圖3是圖2的后視圖；
[0018]圖4是大腿模塊2的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0019]圖5是大腿模塊2(去掉大腿外殼2-3和兩個(gè)關(guān)節(jié)支撐殼體2-2)的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0020]圖6是關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0021]圖7是圖6的K向視圖；
[0022]圖8是關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5的分解圖(圖中標(biāo)記4為小繩輪軸承墊圈，標(biāo)記5為大繩輪軸承墊圈)；
[0023]圖9是驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-5-1、電機(jī)支撐法蘭2-5-2、小錐齒輪2-5-3、大錐齒輪2-5-4、小繩輪2-5-5和兩個(gè)小繩輪軸承2-5-6的連接關(guān)系示意圖；
[0024]圖10是小腿模塊3的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0025]圖11是圖10后視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖11說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括腰背模塊1、兩個(gè)大腿模塊2和兩個(gè)小腿模塊3;
[0027]腰背模塊I包括腰背內(nèi)側(cè)殼1-3、腰背外側(cè)殼1-4、兩個(gè)內(nèi)側(cè)板1-1、兩個(gè)外側(cè)板1-2、腰帶1-5、兩個(gè)上插拔鎖扣1-6和兩個(gè)肩帶1-7，腰背內(nèi)側(cè)殼1-3與腰背外側(cè)殼1-4前后平行設(shè)置，兩個(gè)內(nèi)側(cè)板1-1對(duì)稱設(shè)置在腰背內(nèi)側(cè)殼1-3的兩側(cè)，兩個(gè)外側(cè)板1-2對(duì)稱設(shè)置在腰背外側(cè)殼1-4的兩側(cè)，腰背內(nèi)側(cè)殼1-3、腰背外側(cè)殼1-4、兩個(gè)內(nèi)側(cè)板1-1和兩個(gè)外側(cè)板1-2形成一個(gè)空心腔體，用于內(nèi)部走線與電氣安裝，腰帶1-5設(shè)置在內(nèi)側(cè)板1-1的前端，且腰帶1-5的兩端分別與其相對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)板1-1固接，兩個(gè)上插拔鎖扣1-6分別置于內(nèi)側(cè)板1-1與外側(cè)板1-2組成的兩側(cè)腔體中，且上插拔鎖扣1-6位于空心腔體的前端，上插拔鎖扣1-6用于與兩側(cè)大腿模塊進(jìn)行便捷插拔連接，兩個(gè)肩帶1-7平行設(shè)置在腰背內(nèi)側(cè)殼1-3的前面且固裝在腰背內(nèi)側(cè)殼1-3上，肩帶1-7與腰帶1-5用于外骨骼與人體之間的捆綁連接；
[0028]每個(gè)大腿模塊2包括大腿基板2-1、大腿外殼2-3、兩個(gè)關(guān)節(jié)支撐殼體2-2、兩個(gè)大腿捆綁帶2-4和兩個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5，每個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-5-1、電機(jī)支撐法蘭2-5-2、小錐齒輪2-5-3、大錐齒輪2-5-4、小繩輪2-5-5、傳動(dòng)鋼絲繩2-5-7、大繩輪2-5-8、大繩輪軸2-5-9、輸出件2-5-11、兩個(gè)小繩輪軸承2-5-6和兩個(gè)大繩輪軸承2-5-10，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-5-1通過螺釘固定在電機(jī)支撐法蘭2-5-2上，電機(jī)支撐法蘭2-5-2通過螺釘固定在大腿基板2-1上，小錐齒輪2-5-3與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-5-1的輸出軸鍵連接，大錐齒輪2-5-4與小錐齒輪2-5-3嚙合，大錐齒輪2-5-4與小繩輪2-5-5鍵連接，小繩輪2_5_5的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的小繩輪軸承2-5-6中，傳動(dòng)鋼絲繩2-5-7的一端纏繞在小繩輪2-5-5上，傳動(dòng)鋼絲繩2-5-7的另一端繞過大繩輪2-5-8后再繞回小繩輪上并固定在小繩輪2-5-5上，大繩輪2-5-8與大繩輪軸2-5-9鍵連接，大繩輪軸2-5-9的兩端分別支撐在相對(duì)應(yīng)的大繩輪軸承2-5-10中，輸出件2-5-11通過螺釘固裝在大繩輪2-5-8上，兩個(gè)大腿捆綁帶2-4上下正對(duì)設(shè)置且固定于大腿基板2-1的內(nèi)側(cè)端面上，兩個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5上下反向設(shè)置在大腿基板2-1的外側(cè)端面上，且兩個(gè)輸出件2-5-11分別朝上、朝下，兩個(gè)關(guān)節(jié)支撐殼體2-2對(duì)稱設(shè)置在大腿外殼2-3的上下端并構(gòu)成外殼體，外殼體扣合在大腿基板2-1的外側(cè)端面上，兩個(gè)小繩輪軸承2-5-6和兩個(gè)大繩輪軸承2-5-10分別支撐在相應(yīng)的大腿基板2-1和關(guān)節(jié)支撐殼體2-2上；
[0029]每個(gè)小腿模塊3包括小腿基板3-1、小腿外殼3-2、小腿支撐桿3-3、柔性鞋墊3-4、小腿捆綁帶3-5和下插拔鎖扣3-6，小腿捆綁帶3-5固定于小腿基板3-1的內(nèi)側(cè)端面上，小腿外殼3-2扣合在小腿基板3-1的外側(cè)端面上，下插拔鎖扣3-6置于小腿外殼3-2與小腿基板3-1組成的空心腔體中，且下插拔鎖扣3-6位于空心腔體的上端，通過下插拔鎖扣3-6與輸出件2-5-11的快速插拔相連，實(shí)現(xiàn)小腿模塊3與大腿模塊2的連接與分離，小腿支撐桿3-3的上端與小腿基板3-1通過螺釘固連，小腿支撐桿3-3的下端與柔性鞋墊3-4固連；
[0030]兩個(gè)大腿模塊2互為鏡像設(shè)置在腰背模塊I的下面，兩個(gè)小腿模塊3互為鏡像設(shè)置在兩個(gè)大腿模塊2的下面，且大腿捆綁帶2-4和小腿捆綁帶3-5均位于里側(cè)，位于上方的輸出件2-5-11與上插拔鎖扣1-6相連，位于下方的輸出件2-5-11與下插拔鎖扣3-6相連。
[0031]根據(jù)需求合理選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)2-5-1、小錐齒輪2-5-3、大錐齒輪2_5_4、小繩輪2_5_
5、大繩輪2-5-8的配比，調(diào)整整體的傳動(dòng)比，進(jìn)而滿足負(fù)載輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩的需求。
[0032]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的肩帶1-7和腰帶1-5均采用柔性材料。這種材料便于捆綁。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的輸出件2-5-11由倒U型撥叉2-5-11-1和輸出桿2-5-11-2組成，倒U型撥叉2-5-11-1的倒U型壁下端設(shè)有安裝槽2-5-11-3，輸出桿2-5-11-2設(shè)置在倒U型撥叉2-5-11-1的上面，輸出桿2-5-11-2與倒U型撥叉2-5-11-1的一側(cè)倒U型壁正對(duì)，倒U型撥叉2-5-11-1與輸出桿2-5-11-2制成一體。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的大繩輪2-5-8為輪輻式構(gòu)型，大繩輪2-5-8的圓周上設(shè)有一平面2-5-8-1。由于大繩輪2-5-8為輪輻式構(gòu)型，受到傳動(dòng)鋼絲繩2-5-7作用的外圈與輸出件2-5-11相連的內(nèi)圈在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)有相對(duì)的微轉(zhuǎn)動(dòng)(即大繩輪2-5-8的輪輻變形)，從而使輸出具有柔性特點(diǎn)。此外，通過檢測(cè)輪輻上的變形量可以得知大繩輪2-5-8的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即大繩輪2-5-8本身可以作為轉(zhuǎn)矩傳感器使用，從而經(jīng)過控制器可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的反向驅(qū)動(dòng)。通過設(shè)計(jì)大繩輪2-5-8外圓的形狀與改變輸出件2-5-11在大繩輪2-5-8上的安裝位置可以調(diào)節(jié)輸出件2-5-11的所需轉(zhuǎn)動(dòng)角度。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件2-5還包括繩預(yù)緊裝置2-5-12，繩預(yù)緊裝置2-5-12位于平面2-5-8-