一种用于下肢外骨骼的助力装置的制作方法

本发明属于人体外骨骼助力技术领域，具体是涉及一种用于下肢外骨骼的助力装置。

背景技术：

下肢外骨骼助力装置是一种可辅助人走路的穿戴式外骨骼装置，可以将外部的机械动力装置的机械能量与智能结合在一起,可以减轻腿部受力，可以额外的为人提供动力。然而现有的下肢外骨骼助力装置自重较重、结构复杂、舒适度差，且腿部驱动存在机械惯性，易对人体造成损伤等问题。

技术实现要素：

本发明是针对现有下肢外骨骼助力装置的不足，提供一种结构简单、质量轻便、减轻了腿部负重，穿戴舒适且助力效果好的用于下肢外骨骼的助力装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于下肢外骨骼的助力装置，由控制机构与助力机构、牵引绳；所述控制机构与助力机构通过牵引绳连接。

所述控制机构包括控制面板、控制板外壳、两个驱动电机、控制器、电源；所述控制器、电源设在控制面板的上部；所述两个驱动电机对称设在控制面板的下部；所述控制面板置于控制板外壳内部；所述电源的供电端口与控制器的电源端口连接，控制器的输出端与驱动电机的输入端连接。

所述助力机构由左腰部支架、右腰部支架、弹簧、绕线轮、凸轮、两个腿部助力杆、固定板、第二腰带；在所述的左腰部支架与右腰部支架的前端部分均开设有通孔，且所述右腰部支架的前端部分为空心；所述左腰部支架的前端部分置于右腰部支架前端部分的空腔内并通过通孔用销钉固定；所述两个腿部助力杆的上部分别与左腰部支架与右腰部支架下部的外侧通过转轴连接；所述凸轮分别固定在左腰部支架与右腰部支架外侧的下部；且所述凸轮与腿部助力杆的近端相切；所述凸轮与绕线轮通过转轴连接；所述弹簧的一端固定在固定板上，弹簧的另一端与牵引绳的一端连接；所述牵引绳的另一端绕绕线轮一圈后与控制控制机构中的驱动电机的输出端上的套筒连接；所述第二腰带的一端与左腰部支架连接，另一端与右腰部支架连接。

在所述每个腿部助力杆的下部均设有绑带。

所述驱动电机为伺服电机。

在所述控制板外壳上还设有背带和第一腰带。

所述牵引绳为钢丝绳。

所述绑带为长度可调节的尼龙材质。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明装置结构简单，质量轻便，采用绳驱动，大大减轻了腿部的负重。

2、本发明装置可根据钢丝绳的伸长或缩短对大腿提供助力，能够起到过载保护，同时对人体起到保护作用。

3、本发明装置易于穿戴，可满足不同体型人员。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2为本发明控制机构的结构示意图；

图3为本发明助力机构的结构示意图；

图4为本发明助力机构的侧视图；

图5为本发明助力机构的侧视抬腿示意图；

图6为本发明控制机构的内部结构示意图；

图7为本发明牵引绳绕线方式示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本实施例所述一种用于下肢外骨骼的助力装置，由控制机构1与助力机构2、牵引绳3；所述控制机构1与助力机构2通过牵引绳3连接。

如图2、图6所示，所述控制机构1包括控制面板1-1、控制板外壳1-2、两个驱动电机1-3、控制器1-4、电源1-5；所述控制器1-4、电源1-5设在控制面板1-1的上部；所述两个驱动电机1-3对称设在控制面板1-1的下部；所述控制面板1-1置于控制板外壳1-2内部；所述电源1-5的供电端口与控制器1-4的电源端口连接，控制器1-4的输出端与驱动电机1-3的输入端连接。

如图3、图4、图5所示，所述助力机构2由左腰部支架2-1、右腰部支架2-2、弹簧2-3、绕线轮2-4、凸轮2-5、两个腿部助力杆2-6、固定板2-7、第二腰带2-8；在所述的左腰部支架2-1与右腰部支架2-2的前端部分均开设有通孔2-1-1，且所述右腰部支架2-2的前端部分为空心；所述左腰部支架2-1的前端部分置于右腰部支架2-2前端部分的空腔内并通过通孔2-1-1用销钉固定；所述两个腿部助力杆2-6的上部分别与左腰部支架2-1与右腰部支架2-2下部的外侧通过转轴连接；所述凸轮2-5分别固定在左腰部支架2-1与右腰部支架2-2外侧的下部；且所述凸轮2-5与腿部助力杆2-6的近端相切；所述凸轮2-5与绕线轮2-4通过转轴连接；所述弹簧2-3的一端固定在固定板2-7上，弹簧2-3的另一端与牵引绳3的一端连接；如图7所示，所述牵引绳3的另一端绕绕线轮2-4一圈后与控制控制机构1中的驱动电机1-3的输出端上的套筒连接；所述第二腰带2-8的一端与左腰部支架2-1连接，另一端与右腰部支架2-2连接。

在所述每个腿部助力杆2-6的下部均设有绑带2-9。

所述驱动电机1-3为伺服电机。

在所述控制板外壳1-2上还设有背带1-6和第一腰带1-7。

所述的牵引绳3钢丝绳。

所述绑带2-9为长度可调节的尼龙材质。

本发明的使用过程及原理：当人体开始运动时，所述弹簧2-3处于一定拉伸状态，凸轮2-5的近端与腿部助力杆2-6接触。所述控制面板1-1控制驱动电机1-3正转带动牵引绳3转动，使牵引绳3缩短；由于牵引绳3的缩短，牵引绳3通过摩擦力使绕线轮2-4转动；绕线轮2-4和凸轮2-5固定在同一轴上，绕线轮2-4带动凸轮2-5转过相同角度；凸轮2-5与腿部助力杆2-6接触，凸轮2-5转动时，凸轮2-5由近端变成远端与腿部助力杆2-6接触，从而带动腿部助力杆2-6转动；腿部助力杆2-6通过绑带固定在大腿上，腿部助力杆2-6的转动带动大腿做抬腿动作；当控制面板1-1控制驱动电机1-3反转时，弹簧2-3拉伸牵引绳3回到初始状态，牵引绳3伸长，牵引绳3的伸长带动绕线轮2-4转动，绕线轮2-4带动凸轮2-5转动，凸轮2-5转动时带动腿部助力杆2-6转动，使腿部助力杆2-6与凸轮2-5由远端接触回到原处，完成一次抬腿落腿动作，左右腿交替运动，从而起到助力效果。

技术特征：

1.一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：由控制机构(1)与助力机构(2)、牵引绳(3)；所述控制机构(1)与助力机构(2)通过牵引绳(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：所述控制机构(1)包括控制面板(1-1)、控制板外壳(1-2)、两个驱动电机(1-3)、控制器(1-4)、电源(1-5)；所述控制器(1-4)、电源(1-5)设在控制面板(1-1)的上部；所述两个驱动电机(1-3)对称设在控制面板(1-1)的下部；所述控制面板(1-1)置于控制板外壳(1-2)内部；所述电源(1-5)的供电端口与控制器(1-4)的电源端口连接，控制器(1-4)的输出端与驱动电机(1-3)的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：所述助力机构(2)由左腰部支架(2-1)、右腰部支架(2-2)、弹簧(2-3)、绕线轮(2-4)、凸轮(2-5)、两个腿部助力杆(2-6)、固定板(2-7)、第二腰带(2-8)；在所述的左腰部支架(2-1)与右腰部支架(2-2)的前端部分均开设有通孔(2-1-1)，且所述右腰部支架(2-2)的前端部分为空心；所述左腰部支架(2-1)的前端部分置于右腰部支架(2-2)前端部分的空腔内并通过通孔(2-1-1)用销钉固定；所述两个腿部助力杆(2-6)的上部分别与左腰部支架(2-1)与右腰部支架(2-2)下部的外侧通过转轴连接；所述凸轮(2-5)分别固定在左腰部支架(2-1)与右腰部支架(2-2)外侧的下部；且所述凸轮(2-5)与腿部助力杆(2-6)的近端相切；所述凸轮(2-5)与绕线轮(2-4)通过转轴连接；所述弹簧(2-3)的一端固定在固定板(2-7)上，弹簧(2-3)的另一端与牵引绳(3)的一端连接；所述牵引绳(3)的另一端绕绕线轮(2-4)一圈后与控制控制机构(1)中的驱动电机(1-3)的输出端上的套筒连接；所述第二腰带(2-8)的一端与左腰部支架(2-1)连接，另一端与右腰部支架(2-2)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：在所述每个腿部助力杆(2-6)的下部均设有绑带(2-9)。

5.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：所述驱动电机(1-3)为伺服电机。

6.根据权利要求2所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：在所述控制板外壳(1-2)上还设有背带(1-6)和第一腰带(1-7)。

7.根据权利要求1所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：所述牵引绳(3)为钢丝绳。

8.根据权利要求4所述的一种用于下肢外骨骼的助力装置，其特征在于：所述绑带(2-9)为长度可调节的尼龙材质。

技术总结
本发明属于人体外骨骼助力技术领域，具体是涉及一种用于下肢外骨骼的助力装置。由控制机构与助力机构、牵引绳；所述控制机构与助力机构通过牵引绳连接。所述控制机构包括控制面板、控制板外壳、两个驱动电机、控制器、电源；所述控制器、电源设在控制面板的上部；所述两个驱动电机对称设在控制面板的下部；所述控制面板置于控制板外壳内部；所述电源的供电端口与控制器的电源端口连接，控制器的输出端与驱动电机的输入端连接。所述助力机构由左腰部支架、右腰部支架、弹簧、绕线轮、凸轮、两个腿部助力杆、固定板、第二腰带。本发明具有结构简单、质量轻便、减轻了腿部负重，穿戴舒适且助力效果好等优点。

技术研发人员：宋胜涛;张吉旺;胡健;李泽辉
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2020.09.09
技术公布日：2020.11.13