一种行走助力装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于智能辅具领域，具体涉及一种可穿戴的机械外骨骼装置。
【背景技术】
[0002]行走是人日常生活中的基本动作，但随着人的自然衰老或疾病或外伤，使得人的行走能力下降，直接影响了人的生活质量。辅助行走用具为行走能力下降的人群提供了帮助，其中包括拐杖、轮椅、假肢、矫形器等用具。随着技术的发展被动的结构逐渐被赋予了主动性和智能性，电动轮椅，带传感器的拐杖逐渐出现，同时机械外骨骼作为一种新的助力装置也得到了发展。作为机械外骨骼可穿戴性是一个重要的挑战，即重量要尽量的轻，助力方式要合理有效，功能设定要方便使用，这样才具有实用价值。国外在这方面起步较早，包括加州大学伯克利分校研发的BLEEX，美军的HULC，日本的HAL，以及用于医疗上的eleg等。为了减轻装置的重量，多以使用质量轻强度高的材料为解决方案，动力方式有电机、气压、液压等。而作为重要部件的离合装置，往往是不可或缺的，但是一般的离合器，包括摩擦式离合器、液力耦合器、电磁式离合器等，在大扭矩的指标下，重量都非常大，难以满足人穿戴的需求，或者需要更多的动力来支撑自身的重量。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种行走助力装置，通过装置中的底座对穿戴者裆部进行一定力度、方向向上的推举，以减轻身体重量对下肢各关节的压力，特别是膝关节，从而使穿戴者行走轻便，而装置自身的重量由其自身的动力支撑，不对穿戴者造成额外的负担，穿戴过程不对穿戴者造成过多的绑缚，仅穿上配套的鞋子即可。
[0004]为达上述目的，本发明的一种行走助力装置，包括:
底座部分，放置位置位于穿戴者裆部，所述底座部分包括滑动轨道，滑动轨道与大腿部分连接，连接后大腿部分能够在滑动轨道上沿矢状面滑动;所述底座部分为马鞍形状；
大腿部分，位于穿戴者双腿内侧，装有驱动电机、减速器、离合装置、充电电池和控制电路板；
小腿部分，位于穿戴者双腿内侧，其一端连接于所述大腿部分，另一端连接于足部分；小腿部分装有结构加强柱，用来加强小腿部分的抗压能力；
足部分，包括一个踝关节部件，所述踝关节部件与所述小腿部分通过轴承在垂直轴上相连;还包括足部卡槽，足部卡槽通过轴承与踝关节部件在冠状轴上连接;还包括足部鞋，足部鞋的鞋底装有卡子，可以通过卡子将足部鞋与足部卡槽固定连接；
当检测到的实际的托举力小于预设值时，通过驱动电机输出的扭矩，传递给减速器、离合装置，再通过钢丝或齿轮结构，使得大腿部分和小腿部分之间的夹角拉开或产生拉开的趋势，形成旋转扭矩，此时底座部分会上升或产生上升的趋势，从而托举穿戴者的裆部，产生托举力。
[0005]作为本发明的进一步改进，所述大腿部分还包括前钢丝绕线轮、后钢丝绕线轮和钢丝，前、后钢丝绕线轮上有钢丝过孔和钢丝紧固件;所述钢丝紧固件用来将钢丝固定在钢丝绕线轮上;所述钢丝绕在前钢丝绕线轮和后钢丝绕线轮上，并进行多圈绕线以增加钢丝与钢丝绕线轮的摩擦力;所述驱动电机带动所述减速器转动，所述减速器通过离合器带动所述后钢丝绕线轮转动；当所述后钢丝绕线轮转动，通过钢丝带动所述前钢丝绕线轮旋转；所述小腿部分的上端与大腿部分的前钢丝绕线轮连接，当大腿部分的前钢丝绕线轮转动，小腿部分随之转动，此时根据转动的方向改变大腿壳体和小腿壳体之间的角度，从而对底座形成向上的托举力；
所述驱动电机、减速器的安装位置位于穿戴者臀部后下方双腿后侧，驱动电机的为直流力矩电机，减速器为谐波减速器或RV减速器。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述足部分中，所述踝关节部件增加弹簧结构，稳定小腿部分相对于踝关节部件在垂直轴上的旋转，起到了在无外力情况下，小腿部分和踝关节部件之间的回到原位的作用。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述底座部分，还包括手动离合控制开关，控制所述大腿部分中的离合器的闭合与分离;还包括滑动轨道在底座部分的连接件，连接件通过轴承保证沿矢状轴的旋转，通过连接件的弹性，保证滑动轨道沿垂直轴在一定范围内的摆动;还包括滑动轨道挡板，用于遮挡灰尘污渍进入滑动轨道;所述大腿部分，装有电池充电口，电源气动开关;所述足部分，使用时将足部鞋上的卡子送入所述足部卡槽，然后下踩就能卡住;需要分离时，所述足部鞋前脚掌部分沿矢状轴左右旋转就能憋开卡槽。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述底座部分，装有压力传感器用来检测底座部分对穿戴者裆部的上举托力;所述大腿部分和所述小腿部分，装有三轴加速度传感器，角度传感器;所述足部分，装有压力传感器测量穿戴者的足底压力;通过在大腿部分、小腿部分安装的三轴加速度传感器、角度传感器，以及在足部分安装的压力传感器，判定穿戴者双脚触地和离地的状态，同时对上下坡、上下楼、平地等环境进行判定，对步频、步速进行测定;托举力提供的时间和大小，通过环境和步频步速决定。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述离合装置包括:棘爪拨盘，棘爪拨盘绕轴旋转，所述棘爪拨盘包括与输入传动部件连接的连接孔，棘爪拨盘刻有凹槽，凹槽侧面在旋转过程中拨动棘爪，使棘爪先沿棘爪自身的安装轴旋转一定角度，然后再沿棘爪盘的轴线旋转;棘爪盘，棘爪盘上安装有多个棘爪，棘爪分布均匀，棘爪盘沿自身轴线旋转;摩擦部件，对棘爪盘的转动提供一定的摩擦阻力，在棘爪沿棘爪自身的安装轴旋转时，阻止棘爪盘转动;棘轮轴，带有棘轮结构的轴，棘轮轴与棘爪拨盘之间使用轴承连接，棘轮轴穿过棘爪盘，并与棘爪盘共轴，棘轮轴通过轴承与安装部件连接，棘轮轴通过键槽将旋转扭矩传出给输出传动部件。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述离合装置，在分离状态下，通过下述操作实现离合装置的啮合:将输入的正向扭矩作用在棘爪拨盘上，棘爪拨盘正向转动，棘爪拨盘的凹槽侧面首先推动棘爪绕棘爪自身的安装轴线正向旋转，使棘爪爪尖伸向棘轮轴上的棘轮，达到一定程度后，由棘爪拨盘的凹槽侧面提供棘爪沿棘爪盘轴线正向旋转的动力，棘爪沿棘爪盘的轴线正向旋转，并在棘爪接触到棘轮轴上的棘轮时完成与棘轮轴上的棘轮的啮合，从而带动棘轮轴上的棘轮的旋转，最终由棘轮轴将动力输出，由棘轮或带有棘轮的轴将啮合后的旋转扭矩传递给所述后钢丝绕线轮;在啮合状态下，通过下述操作实现离合装置的分离:将输入的反向扭矩作用在棘爪拨盘上，棘爪拨盘反向转动，棘爪拨盘的凹槽侧面首先推动棘爪绕棘爪自身的安装轴线反向旋转，使棘爪爪尖从棘轮轴上的棘轮上收回，达到一定程度后，由棘爪拨盘的凹槽侧面提供棘爪沿棘爪盘轴线反向旋转的动力，棘爪沿棘爪盘的轴线反向旋转，此时棘爪不会接触到棘轮轴上的棘轮，从而完成了与棘轮轴上的棘轮的分离，此时再输入反向扭矩也不会传出任何扭矩，且棘轮轴可以自由被动转动。
[0011 ]作为本发明的进一步改进，所述离合装置还包括:一组棘轮棘爪组合，实现对一个转动方向的转动离合，增加另一组反方向的棘轮棘爪组合，实现对两个转动方向的转动离合；当增加一组反向的棘轮棘爪组合后，所述分离状态下的反向转动会随着棘爪拨盘拨动反向棘爪，重复和正向转动类似的离合操作方式，对反向组件进行操作，从而对反向的旋转进行分离和啮合状态的切换。
[0012]作为本发明的进一步改进，对穿戴者裆部的上举托力的测量时，如压力传感器安装在了底座部分以下的结构上，上举托力为底座部分与穿戴者接触后与接触前的压力变化，通过实际的测量值减去初始状态值;如果传感器安装在双腿的组件上，托举力的测量需要计算两条腿的托举力的合力。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述足部分，包括足部底垫，足部底垫的前脚掌部分与所述足部卡槽相连，消除足部卡槽直接触地的滑动，足部底垫的后脚跟部分垫起，使得足部鞋踩上去平整，并且足部底垫的后脚跟部分装有魔术扣，与所述足部鞋的鞋底的后脚跟上装有的魔术扣贴合或撕开。
【附图说明】
[0014]
图1是本发明一种实施方式的装置侧视示意图；
图2是本发明一种实施方式的装置正视示意图；
图3是本发明一种实施方式的底座部分不意图；
图4是本发明一种实施方式的大腿部分示意图；
图5是本发明一种实施方式的小腿部分示意图；
图6是本发明一种实施方式的小腿部分和足部分示意图；
图7是本发明一种实施方式的足部分示意图；
图8是本发明一种实施方式的足部鞋示意图；
图9是本发明一种实施方式的离合装置及其相关连接件示意图；
具体实施方案
下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0015]本发明主要公开了一种行走助力装置，减轻了装置本身的重量，且增加扭矩容量，同时，本发明还设计了一种离合装置，由棘轮和棘爪