智能储能式外骨骼机器人的制作方法

本申请涉及医疗器械的技术领域，具体来说是涉及一种智能储能式外骨骼机器人。

背景技术：

人体外骨骼机器人，最早是通用电气公司在1966年所研制出来的Hardman助力机器人。进入21世纪后，得益于外骨骼技术的积累和相关技术领域的突破，可穿戴的外骨骼机器人在各个方面具有广泛的应用前景。目前，日本、法国、以色列、美国等国都相继推出了自己的外骨骼助力产品，并且在市场上引起了强烈的反响，创造了巨大的经济价值与社会价值。

在生活中，外骨骼机器人对于行走不便的患者来说，是将站立行走或站立运动这一梦想变为现实的一种康复器具，且随着我国老龄化的进程加快，肢体残疾人数量增加，外骨骼机器人的作用也越来越为凸出。

但是，现有外骨骼机器人绝大部分是通过事先录入控制程序、规划好步态来辅助人体行走或运动，继而导致现有外骨骼机器人上的肢体关节无论是在旋转收折还是旋转展开，都要靠驱动电机驱动来作动，从而不仅消耗了大量的电能，且还降低了驱动电机的使用寿命，进而增加了使用者的经济负担。

技术实现要素：

本申请所要解决是针对的上述现有的技术问题，提供一种智能储能式外骨骼机器人。

为解决上述技术问题，本申请是通过以下技术方案实现：

智能储能式外骨骼机器人，包括上肢结构和设于所述上肢结构下侧的下肢结构，以及设于所述上肢结构与所述下肢结构间的背部结构；

所述上肢结构包括：

肩部铰接连接件，其一端铰接于所述背部结构上侧；

肩部储能驱动模块，其连接于所述肩部铰接连接件另一端上；

大臂骨架，其一端与所述肩部储能驱动模块相连接，且受所述肩部储能驱动模块驱动而转动；

肘部储能驱动模块，其连接于所述大臂骨架另一端上；

肘部储能驱动模块，其一端与所述肘部储能驱动模块相连接，且受所述肘部储能驱动模块驱动而转动；

所述下肢结构包括：

髋部连接件，其一端与所述背部结构下侧相连接；

髋部储能驱动模块，其连接于所述髋部连接件另一端上；

大腿骨架，其一端与所述髋部储能驱动模块相连接，且受所述髋部储能驱动模块驱动而转动；

膝部储能驱动模块，其连接于所述大腿骨架另一端上；

小腿骨架，其一端与所述膝部储能驱动模块相连接，且受所述膝部储能驱动模块驱动而转动；

踝部储能驱动模块，其连接于所述小腿骨架另一端上；

脚部鞋子，其与所述踝部储能驱动模块相连接，并位于所述小腿骨架下侧，且受所述踝部储能驱动模块驱动而转动；

所述肩部储能驱动模块和所述肘部储能驱动模块、所述髋部储能驱动模块、所述膝部储能驱动模块及所述踝部储能驱动模块均为弹性储能驱动模块，且其均包括：

驱动组；

第一连接件，其一端套设于所述驱动组上，且用以连接；

第二连接件，其设于所述第一连接件一侧，且用以连接；

弹性形变机构，其设于所述第二连接件内，并与所述驱动组相连接，且受所述驱动组驱动而沿所述驱动组的驱动方向发生弹性形变以产生弹性势能，同时储存所产生的弹性势能。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述弹性形变机构包括：

连接卡轮，其上沿其横向方向开设有横向贯通孔，以及开设有多个均设于所述横向贯通孔周侧且与所述横向贯通孔相连通的连接卡槽；

从动驱动齿轮，其设于所述横向贯通孔内，且其一侧与所述驱动组相连接；

弹性弹片，其一端卡接于所述连接卡槽内，另一端卡接于所述从动驱动齿轮上的相邻齿牙间。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述弹性储能驱动模块还包括设于所述连接卡轮与所述第二连接件间的位置传感器，所述位置传感器用以检测所述从动驱动齿轮与所述连接卡轮间的位置变化并将所检测到的位置信息转化为位置信号，继而将所述位置信号发送至所述驱动组以控制所述驱动组。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述连接卡槽沿所述连接卡轮横向方向贯穿所述连接卡轮。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述连接卡轮上还均设有多个位其外部周侧且朝外凸出的外凸卡接部，所述第二连接件邻近所述驱动组一侧开设有凹陷以让位容装所述连接卡轮且可与所述外凸卡接部相适配的内凹卡槽。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述驱动组包括：

驱动电机；

第一连接法兰，其连接于所述驱动电机动力输出端一侧；

第二连接法兰，其连接于所述驱动电机上，位于所述第一连接法兰与所述连接卡轮之间；

连接轴套，其套设于所述第二连接法兰内，且其一端与所述驱动电机动力输出端相连接；

第一连接轴承，其套设于所述连接轴套一侧，且被所述第一连接法兰限位于所述第二连接法兰内；

第二连接轴承，其套设于所述连接轴套另一侧，且位于所述第二连接法兰与所述连接卡轮之间；

连接卡套，其一侧套设于所述连接轴套另一侧上，并将所述第二连接轴承包覆于内，且其另一侧与所述从动驱动齿轮相连接。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述背部结构包括：

背部骨架；

第一上侧连接骨架，其一端与所述肩部铰接连接件铰接；

背部上侧储能驱动模块，其设于所述第一上侧连接骨架另一端上；

第二上侧连接骨架，其一端与所述背部上侧储能驱动模块相连接并受所述背部上侧储能驱动模块驱动而转动，且其另一端可拆卸连接于所述背部骨架上侧；

下侧连接骨架，其一端可拆卸连接于所述背部骨架下侧，且其另一端与所述髋部连接件铰接；

所述背部上侧储能驱动模块为所述弹性储能驱动模块。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述第二上侧连接骨架上开设有用以调整位置距离的上侧调整孔，所述下侧连接骨架上开设有用以调整位置距离的下侧调整孔。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述大臂骨架和所述小臂骨架、所述大腿骨架及所述小腿骨架上均设有用以连邦人体肢体的绑带。

如上所述的智能储能式外骨骼机器人，所述上肢结构的数量为2 组，且对称设置于所述背部结构的左右两侧；所述下肢结构的数量为 2组，且对称设置于所述背部结构的左右两侧。

与现有技术相比，上述申请有如下优点：

1、本申请通过均为所述弹性储能驱动模块的所述肩部储能驱动模块和所述肘部储能驱动模块、所述髋部储能驱动模块、所述膝部储能驱动模块及所述踝部储能驱动模块来连接驱动外骨骼机器人上的各肢体，继而实现各肢体旋转收折动作，在此过程中，所述弹性形变机构受所述驱动组驱动而沿所述驱动组的驱动方向发生弹性形变以产生弹性势能，且将所产生的弹性势能储存于所述弹性形变机构内，所述弹性形变机构所发生的弹性变形两由所述驱动组所控制，从而当需要旋转展开外骨骼机器人上的各肢体时，可通过所述弹性形变机构上所储存的弹性势能转化为动能，用于辅助人体运动以实现智能储能以辅助人体行走或运动的目的，进而不仅大大减少用电量，且还提高所述驱动组的使用寿命，降低使用者的经济负担。

2、本申请智能储能式外骨骼机器人在所述从动驱动齿轮1043 从动所述驱动组转动时，沿所述横向贯通孔周侧方向均匀设置的所述弹性弹片均被所述从动驱动齿轮驱动而发生弹性形变，继而不仅可使每一所述弹性弹片都均匀受力以产生相等弹性势能，且还可使所产生的所述弹性势能储存于发生弹性形变的所述弹性弹片上，从而当所述驱动组停止驱动所述从动驱动齿轮转动且所述弹性弹片被带动往变形的相反方向复位时，储存于所述弹性弹片上的弹性势能转化为动能，进而可用于辅助人体运动，实现了智能储能以辅助人体运动的目的。

【附图说明】

图1是本申请智能储能式外骨骼机器人的立体图。

图2是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述背部结构的立体图。

图3是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述弹性储能驱动模块的分解立体图。

图4是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述弹性形变机构的局部分解图。

图5是图4的局部放大视图Ⅰ。

图6是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述第二连接件的立体图。

图7是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述驱动组的分解立体图。

图8是本申请智能储能式外骨骼机器人中所述驱动组隐藏所述驱动电机后进行分解的分解立体图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

如图1～8所示，智能储能式外骨骼机器人，包括上肢结构1和设于所述上肢结构1下侧的下肢结构3，以及设于所述上肢结构1与所述下肢结构3间的背部结构2。

所述上肢结构1包括肩部铰接连接件11、肩部储能驱动模块12、大臂骨架13、肘部储能驱动模块14、小臂骨架15。所述肩部铰接连接件11一端铰接于所述背部结构2上侧。所述肩部储能驱动模块12 连接于所述肩部铰接连接件11另一端上。所述大臂骨架13一端与所述肩部储能驱动模块12相连接，且受所述肩部储能驱动模块12驱动而转动。所述肘部储能驱动模块14连接于所述大臂骨架13另一端上。所述小臂骨架15一端与所述肘部储能驱动模块14相连接，且受所述肘部储能驱动模块14驱动而转动。

所述下肢结构3包括髋部连接件31、髋部储能驱动模块32、大腿骨架33、膝部储能驱动模块34、小腿骨架35、踝部储能驱动模块 36、脚部鞋子37。所述髋部连接件31一端与所述背部结构2下侧相连接。所述髋部储能驱动模块32连接于所述髋部连接件31另一端上。所述大腿骨架33一端与所述髋部储能驱动模块32相连接，且受所述髋部储能驱动模块32驱动而转动。所述膝部储能驱动模块34连接于所述大腿骨架33另一端上。所述小腿骨架35一端与所述膝部储能驱动模块34相连接，且受所述膝部储能驱动模块34驱动而转动。所述踝部储能驱动模块36连接于所述小腿骨架35另一端上。所述脚部鞋子37与所述踝部储能驱动模块36相连接，并位于所述小腿骨架35 下侧，且受所述踝部储能驱动模块36驱动而转动。

所述肩部储能驱动模块12和所述肘部储能驱动模块14、所述髋部储能驱动模块32、所述膝部储能驱动模块34及所述踝部储能驱动模块36均为弹性储能驱动模块，且其均包括驱动组101、第一连接件102、第二连接件103、弹性形变机构104。所述第一连接件102 一端套设于所述驱动组101上，且用以连接。所述第二连接件103设于所述第一连接件102一侧，且用以连接。所述弹性形变机构104设于所述第二连接件103内，并与所述驱动组101相连接，且受所述驱动组101驱动而沿所述驱动组101的驱动方向发生弹性形变以产生弹性势能，同时储存所产生的弹性势能。

本申请通过均为所述弹性储能驱动模块的所述肩部储能驱动模块12和所述肘部储能驱动模块14、所述髋部储能驱动模块32、所述膝部储能驱动模块34及所述踝部储能驱动模块36来连接驱动外骨骼机器人上的各肢体，继而实现各肢体旋转收折动作，在此过程中，所述弹性形变机构104受所述驱动组101驱动而沿所述驱动组101的驱动方向发生弹性形变以产生弹性势能，且将所产生的弹性势能储存于所述弹性形变机构104内，所述弹性形变机构104所发生的弹性变形两由所述驱动组101所控制，从而当需要旋转展开外骨骼机器人上的各肢体时，可通过所述弹性形变机构104上所储存的弹性势能转化为动能，用于辅助人体运动以实现智能储能以辅助人体行走或运动的目的，进而不仅大大减少用电量，且还提高所述驱动组101的使用寿命，降低使用者的经济负担。

所述弹性形变机构104包括连接卡轮1041、从动驱动齿轮1043、弹性弹片1042。所述连接卡轮1041上沿其横向方向开设有横向贯通孔10411，以及开设有多个均设于所述横向贯通孔10411周侧且与所述横向贯通孔10411相连通的连接卡槽10412。所述从动驱动齿轮 1043设于所述横向贯通孔10411内，且其一侧与所述驱动组101相连接。所述弹性弹片1042一端卡接于所述连接卡槽10412内，另一端卡接于所述从动驱动齿轮1043上的相邻齿牙间。其优点在于当所述从动驱动齿轮1043从动所述驱动组101转动时，沿所述横向贯通孔10411周侧方向均匀设置的所述弹性弹片1042均被所述从动驱动齿轮1043驱动而发生弹性形变，继而不仅可使每一所述弹性弹片 1042都均匀受力以产生相等弹性势能，且还可使所产生的所述弹性势能储存于发生弹性形变的所述弹性弹片1042上，从而当所述驱动组101停止驱动所述从动驱动齿轮1043转动且所述弹性弹片1042被带动往变形的相反方向复位时，储存于所述弹性弹片1042上的弹性势能转化为动能，进而可用于辅助人体运动以实现智能储能以辅助人体运动的目的。

所述弹性储能驱动模块还包括设于所述连接卡轮1041与所述第二连接件103间的位置传感器105，所述位置传感器105用以检测所述从动驱动齿轮1043与所述连接卡轮1041间的位置变化并将所检测到的位置信息转化为位置信号，继而将所述位置信号发送至所述驱动组101以控制所述驱动组101，其优点在于可实现单独控制所述驱动组101。

所述位置传感器105优选为角位移传感器，其优点在于当所述从动驱动齿轮1043被所述驱动组101驱动转动时，可通过所述位置传感器105检测出所述从动驱动齿轮1043相对所述连接卡轮1041的角度位移，继而可通过所述位置传感器105反馈控制所述驱动组101的输出扭力，从而控制所述从动驱动齿轮1043的转动幅度，进而控制每一所述弹性弹片1042的变形量以实现智能储存能量的目的，另外，所述角位移传感器还具有较高检测精度，以及还具有较高的可靠性能。

所述连接卡槽10412沿所述连接卡轮1041横向方向贯穿所述连接卡轮1041。其优点在于无论从所述连接卡轮1041的哪一侧均可插入所述弹性弹片1042，进而有利于方便组装工作。

所述连接卡轮1041上还均设有多个位其外部周侧且朝外凸出的外凸卡接部10413，所述第二连接件103邻近所述驱动组101一侧开设有凹陷以让位容装所述连接卡轮1041且可与所述外凸卡接部 10413相适配的内凹卡槽1031。其优点不仅在于方便拆装所述连接卡伦1041，且还可通过所述外凸卡接部10413与所述内凹卡槽1031相配合以限位所述连接卡轮1041。

所述驱动组101包括驱动电机1011、第一连接法兰1012、第二连接法兰1013、连接轴套1014、第一连接轴承1015、第二连接轴承 1016、连接卡套1017。所述第一连接法兰1012连接于所述驱动电机 1011动力输出端一侧。所述第二连接法兰1013连接于所述驱动电机 1011上，位于所述第一连接法兰1012与所述连接卡轮1041之间。所述连接轴套1014套设于所述第二连接法兰1013内，且其一端与所述驱动电机1011动力输出端相连接。所述第一连接轴承1015套设于所述连接轴套1014一侧，且被所述第一连接法兰1012限位于所述第二连接法兰1013内。所述第二连接轴承1016套设于所述连接轴套 1014另一侧，且位于所述第二连接法兰1013与所述连接卡轮1041 之间。所述连接卡套1017一侧套设于所述连接轴套1014另一侧上，并将所述第二连接轴承1016包覆于内，且其另一侧与所述从动驱动齿轮1043相连接。其优点在于可大大提高所述驱动组101的驱动稳定性。

所述弹性储能驱动模块还包括罩设于驱动组101外侧且用以围护所述驱动组101的围护壳体100，采用所述围护壳体100的目的在于保护所述驱动组101，避免外界灰尘、水滴进入而影响所述驱动组 101正常工作。

所述背部结构2包括背部骨架21、第一上侧连接骨架22、背部上侧储能驱动模块23、第二上侧连接骨架24、下侧连接骨架25。所述第一上侧连接骨架22一端与所述肩部铰接连接件11铰接。所述背部上侧储能驱动模块23，其设于所述第一上侧连接骨架22另一端上。所述第二上侧连接骨架24一端与所述背部上侧储能驱动模块23相连接并受所述背部上侧储能驱动模块23驱动而转动，且其另一端可拆卸连接于所述背部骨架21上侧。所述下侧连接骨架25一端可拆卸连接于所述背部骨架21下侧，且其另一端与所述髋部连接件31铰接。所述背部上侧储能驱动模块23为所述弹性储能驱动模块。其优点在于方便拆装所述上肢结构1和所述下肢结构3。

所述第二上侧连接骨架24上开设有用以调整位置距离的上侧调整孔241，所述下侧连接骨架25上开设有用以调整位置距离的下侧调整孔251，其优点在于可满足不同使用者的肩宽及髋宽需求，进而可大大提高本申请的适用性。

所述大臂骨架13和所述小臂骨架15、所述大腿骨架33及所述小腿骨架35上均设有用以连邦人体肢体的绑带200。其优点在于方便绑定人体肢体。

所述上肢结构1的数量为2组，且对称设置于所述背部结构2的左右两侧。所述下肢结构3的数量为2组，且对称设置于所述背部结构2的左右两侧。其目的在于与人体肢体相适应。

综上所述对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请不限于上述实施方式。即使其对本申请作出各种变化，则仍落入在本申请的保护范围。