專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可穿戴式7自由度人體助力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于擬人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種助力裝置，尤其是涉及一種可穿戴式7自由度人體助力裝置。
背景技術(shù)：
人在上下樓梯或者長(zhǎng)時(shí)間行走時(shí)，很容易出現(xiàn)疲勞乏力。特別是老年人，在行走和爬樓梯時(shí)問(wèn)題更為突出?，F(xiàn)有技術(shù)中已有的行走助力裝置存在不足不能方便的實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收，甚至是小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，這主要是因?yàn)橹ρb置缺少自由度。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度、大范圍活動(dòng)的人體行走和爬樓的助力裝置鮮有報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種可使踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)外展/內(nèi)收運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多自由度、大范圍活動(dòng)的可穿戴式7自由度人體助力裝置。本實(shí)用新型設(shè)有腰部固定裝置、3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、大腿桿、單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、小腿桿、3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、鞋底座板、位移傳感器和控制器；腰部固定裝置設(shè)有凹槽架和承重支架，承重支架固于凹槽架的封閉端，凹槽架通過(guò)3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與大腿桿活動(dòng)連接，3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)的從動(dòng)叉與所述腰部固定裝置的凹槽架開(kāi)口端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主動(dòng)叉與大腿桿上端固連；大腿桿下端通過(guò)單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與小腿桿上端活動(dòng)連接，單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有膝關(guān)節(jié)液壓缸，膝關(guān)節(jié)液壓缸的活塞桿與大腿桿后側(cè)鉸接，膝關(guān)節(jié)液壓缸的缸體與小腿桿后側(cè)鉸接，小腿桿通過(guò)3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與鞋底座板活動(dòng)連接，3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有腳后跟液壓缸、踝關(guān)節(jié)連桿、圓弧形踝關(guān)節(jié)套管和踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸，腳后跟液壓缸的活塞桿與鞋底座板鉸接，腳后跟液壓缸的缸體與踝關(guān)節(jié)連桿一端鉸接，踝關(guān)節(jié)連桿另一端為圓弧形端，該圓弧形端嵌入圓弧形踝關(guān)節(jié)套管中，并與圓弧形踝關(guān)節(jié)套管滑動(dòng)配合，圓弧形踝關(guān)節(jié)套管與踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的活塞桿鉸接，踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的缸體與小腿桿下端鉸接，在膝關(guān)節(jié)液壓缸的缸體上、腳后跟液壓缸的缸體上及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的缸體上均設(shè)位移傳感器，各位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接控制器信號(hào)輸入端，控制器控制信號(hào)輸出端分別接膝關(guān)節(jié)液壓缸、腳后跟液壓缸及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)輸入端。所述凹槽架可為U字形凹槽架。所述大腿桿最好設(shè)有3個(gè)高度調(diào)節(jié)銷(xiāo)孔。這樣便于不同身高腿長(zhǎng)的人使用。所述控制器可采用計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型的工作原理如下使用時(shí)，使用者將其穿戴在大腿外側(cè)，將腰部固定的U型槽架貼在腰背部，同時(shí)通過(guò)松緊帶與腰部、大腿、小腿固定，雙腳通過(guò)腳部松緊帶固定在鞋底。而裝置中的控制部分、液壓供油部分、行李等負(fù)重均放在腰背部的支撐架上，不僅可以合理配置機(jī)構(gòu)，同時(shí)也減輕了使用者背負(fù)行李設(shè)備的壓力。[0011]結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用及測(cè)量結(jié)果，室內(nèi)樓梯的每梯段踏步高度不應(yīng)大于0. 16m，室外臺(tái)階的踏步高度不應(yīng)大于0. 15m,同時(shí)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得在行走或者爬樓時(shí)，膝關(guān)節(jié)角度變換以及在樓梯轉(zhuǎn)彎時(shí)踝關(guān)節(jié)各部位角度的變化情況。因此利用事先編好的步行程序，即可確定各液壓缸的伸長(zhǎng)量及各關(guān)節(jié)的角度變化。行走時(shí)，各位移傳感器可以實(shí)時(shí)采集下肢在各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確位置。并可控制各液壓缸的工作狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的有益效果如下 由于設(shè)有3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(為萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu))，因此可實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)前后的伸展/屈曲和左右的外展/內(nèi)收以及腿軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)；由于設(shè)有單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，因此可實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)前后的伸展和屈曲。由于設(shè)有3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，圓弧形踝關(guān)節(jié)套管與踝關(guān)節(jié)連桿滑動(dòng)配合構(gòu)成一個(gè)沿曲線(圓弧)運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)副，從而實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)沿軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且通過(guò)踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的作用，可以實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)左右的外展/內(nèi)收，從而實(shí)現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)多角度，大范圍的活動(dòng)。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)外展/內(nèi)收運(yùn)動(dòng)，可基本復(fù)現(xiàn)人體下肢各種位姿，下肢可實(shí)現(xiàn)7個(gè)自由度，局限性很小，應(yīng)用范圍大，可作為行走和爬樓的助力器，也可用于康復(fù)健身。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有腰部固定裝置、3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、大腿桿31、小腿桿32、單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、鞋底座板6、位移傳感器(圖I中未畫(huà)出)和控制器(圖I中未畫(huà)出)。腰部固定裝置設(shè)有凹槽架(U字形)11和承重支架12，承重支架12固于凹槽架11的封閉端。3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)的從動(dòng)叉21與凹槽架11開(kāi)口端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)叉22與大腿桿31上端固連。大腿桿31下端通過(guò)單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與小腿桿32上端活動(dòng)連接。單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有膝關(guān)節(jié)液壓缸41，膝關(guān)節(jié)液壓缸41的活塞桿與大腿桿31后側(cè)鉸接，膝關(guān)節(jié)液壓缸41的缸體與小腿桿32后側(cè)鉸接。3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有腳后跟液壓缸51、踝關(guān)節(jié)連桿52、圓弧形踝關(guān)節(jié)套管53和踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸54，腳后跟液壓缸51的活塞桿與鞋底座板6鉸接，腳后跟液壓缸51的缸體與踝關(guān)節(jié)連桿52 —端鉸接，踝關(guān)節(jié)連桿52另一端嵌入圓弧形踝關(guān)節(jié)套管53中，并與圓弧形踝關(guān)節(jié)套管53滑動(dòng)配合。圓弧形踝關(guān)節(jié)套管53與踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸54的活塞桿鉸接，踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸54的缸體與小腿桿32下端鉸接。在膝關(guān)節(jié)液壓缸41的缸體上、腳后跟液壓缸51的缸體上及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸54的缸體上均設(shè)位移傳感器,各位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接控制器信號(hào)輸入端，控制器控制信號(hào)輸出端分別接膝關(guān)節(jié)液壓缸41、腳后跟液壓缸51及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸54的驅(qū)動(dòng)器(圖I中未畫(huà)出)的控制信號(hào)輸入端。所述大腿桿31設(shè)有高度調(diào)節(jié)銷(xiāo)孔(圖I中未畫(huà)出)。這樣便于不同身高腿長(zhǎng)的人使用。所述控制器采用計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種可穿戴式7自由度人體助力裝置，其特征在于設(shè)有腰部固定裝置、3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、大腿桿、單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、小腿桿、3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、鞋底座板、位移傳感器和控制器； 腰部固定裝置設(shè)有凹槽架和承重支架，承重支架固于凹槽架的封閉端，凹槽架通過(guò)3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與大腿桿活動(dòng)連接，3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)的從動(dòng)叉與所述腰部固定裝置的凹槽架開(kāi)口端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，主動(dòng)叉與大腿桿上端固連；大腿桿下端通過(guò)單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與小腿桿上端活動(dòng)連接，單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有膝關(guān)節(jié)液壓缸，膝關(guān)節(jié)液壓缸的活塞桿與大腿桿后側(cè)鉸接，膝關(guān)節(jié)液壓缸的缸體與小腿桿后側(cè)鉸接，小腿桿通過(guò)3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與鞋底座板活動(dòng)連接，3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有腳后跟液壓缸、踝關(guān)節(jié)連桿、圓弧形踝關(guān)節(jié)套管和踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸，腳后跟液壓缸的活塞桿與鞋底座板鉸接，腳后跟液壓缸的缸體與踝關(guān)節(jié)連桿一端鉸接，踝關(guān)節(jié)連桿另一端為圓弧形端，該圓弧形端嵌入圓弧形踝關(guān)節(jié)套管中，并與圓弧形踝關(guān)節(jié)套管滑動(dòng)配合，圓弧形踝關(guān)節(jié)套管與踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的活塞桿鉸接，踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的缸體與小腿桿下端鉸接，在膝關(guān)節(jié)液壓缸的缸體上、腳后跟液壓缸的缸體上及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的缸體上均設(shè)位移傳感器，各位移傳感器的信號(hào)輸出端分別接控制器信號(hào)輸入端，控制器控制信號(hào)輸出端分別接膝關(guān)節(jié)液壓缸、腳后跟液壓缸及踝關(guān)節(jié)外側(cè)液壓缸的驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)輸入端。
2.如權(quán)利要求I所述的一種可穿戴式7自由度人體助力裝置，其特征在于所述凹槽架為U字形凹槽架。
3.如權(quán)利要求I所述的一種可穿戴式7自由度人體助力裝置，其特征在于所述大腿桿設(shè)有3個(gè)高度調(diào)節(jié)銷(xiāo)孔。
4.如權(quán)利要求I所述的一種可穿戴式7自由度人體助力裝置，其特征在于所述控制器采用計(jì)算機(jī)。
專(zhuān)利摘要一種可穿戴式7自由度人體助力裝置，涉及一種助力裝置。提供一種可使踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)外展/內(nèi)收運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多自由度、大范圍活動(dòng)的可穿戴式7自由度人體助力裝置。設(shè)有腰部固定裝置、3自由度髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、大腿桿、單自由度膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、小腿桿、3自由度踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、鞋底座板、位移傳感器和控制器?？蓪?shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)前后的伸展/屈曲和左右的外展/內(nèi)收以及腿軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)、膝關(guān)節(jié)前后的伸展與屈曲、踝關(guān)節(jié)左右的外展/內(nèi)收，從而實(shí)現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)多角度，大范圍的活動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)外展/內(nèi)收運(yùn)動(dòng)，可基本復(fù)現(xiàn)人體下肢各種位姿，下肢可實(shí)現(xiàn)7個(gè)自由度，局限性很小，應(yīng)用范圍大，可作為行走和爬樓的助力器，也可用于康復(fù)健身。
文檔編號(hào)A61H3/00GK202776923SQ201220527649
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者吳榕, 楊忍, 林軍, 余正飛, 陳燕君 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)