一种独立式仿生行走系统的制作方法

本实用新型涉及仿生行走技术领域，具体为一种独立式仿生行走系统。

背景技术：

联合国发表报告，全世界人口老龄化进程正在加快，今后50年内，60岁以上的人口比例预计将会翻一番。由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，他们存在不同程度的能力丧失，如行走、视力、动手及语言等。这一特殊群体的医疗和护理，将成为经济和社会发展的巨大压力。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度，让他们能参加到健全人的正常生活中区，重新融入社会，目前许多国家对轮椅进行了研究，本发明即是针对于此在电动轮椅的基础上加以升级，结构更加优化、使用更加便捷、安全的智能义肢设备。

国外在电动轮椅这一领域一直走在前列，在传统的手动轮椅基础上取得了一定的进步，目前能实现复杂运动的电动轮椅基本包括星轮式、履带式、脚足式和复合式。脚足式轮椅的研究日本的技术比较成熟，日本丰田公司的“iFoot”和“iUnit”以及“WL-16Rir”三款脚足式轮椅，就能模仿人一样两条腿走路。但目前还处在概念阶段，且考虑到其造价等因素，远达不到上市程度。

国内来看，我国开展电动轮椅的研究较晚，但是也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的电动轮椅，但整体来看跟国外相比还有较大差距，在安全性能、技术创新、实现动作多样性和制作成本等方面均存在一定差距，目前国内市场流行的仍为传统手动轮椅和简单的电动轮椅，在上下楼梯、平整度不高的路面上运动还不能很好地实现。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种独立式仿生行走系统，具有体积小、重量轻、仿真程度高、结构简单、经济实惠等特点。因此，本系统无论是在日常生活中面对我国日益剧增的老年化人群和庞大的残疾患者，还是用于战时人员的伤残保障，该产品均有极高的应用前景和推广价值。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种独立式仿生行走系统，包括髋部U型固定架、股骨头转动架、股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆、膝关节转动副和小腿骨支撑杆，所述髋部U型固定架上安装第一电机，所述第一电机通过转动连接件连接有第二电机，所述髋部U型固定架的一端各通过一根转轴和股骨头转动架相接，所述股骨头转动架通过第一连杆连接第二电机，所述股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆均通过第二连杆连接第三电机，所述股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆下端均连接有一个小腿骨支撑杆，两个小腿骨支撑杆之间通过脚踏板相接，所述小腿骨支撑杆上分为矢状面和-冠状面，所述小腿骨支撑杆上端与股骨头内侧Y型支撑架支架安装第四电机，所述髋部U型固定架的右端下方的整体结构与其左端完全相同，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机分别对应第一电机A、第二电机A、第三电机A、第四电机A。

作为本实用新型一种优选的方案，所述矢状面12和冠状面13上的两对轴向转动副以及前后两个平衡弹簧组成踝关节2自由度转动副。

作为本实用新型一种优选的方案，所述仿生行走系统的整体支架采用铝合金材质。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供采用铝合金为主要材料制作整体支架，使得该设备体积小、重量轻、成本低的特点，更加方便穿装携带；运用简单设计原理，机械结构以及控制程序，实现了单人自主操作，相较于类似的产品更容易操作，更加便捷；零件化设计思路，拆卸、调试方便，便于量产；基于基础力学和机械原理的多项理论对各支撑骨和各关节进行了结构创新，空间利用率高、安全性能好。

附图说明

图1是本实用新型结构的正视图。

图2是本实用新型机构的左视图。

图3是实用新型髋关节结构图。

图4是实用新型股骨头与髋部结合部图。

图5是实用新型大腿部分结构图。

图6是实用新型膝关节结构图。

图7是实用新型小腿部分结构图。

图8是实用新型踝关节结构图。

图9是实用新型运动副简图。

图中：1-髋部U型固定架；2-转动连接件；3-转轴；4-股骨头转动架；5-第一连杆；6-股骨头内侧Y型支撑架；7-股外侧T型固定杆；8-第二连杆；9-膝关节转动副；10-小腿骨支撑杆；11-第三连杆；12-矢状面；13-冠状面；14-脚踏板；101-第一电机；102-第二电机；103-第三电机；104-第四电机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

如图1至图9所示，本实用新型提供一种独立式仿生行走系统，包括髋部U型固定架、股骨头转动架、股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆、膝关节转动副和小腿骨支撑杆，所述髋部U型固定架上安装第一电机，所述第一电机通过转动连接件连接有第二电机，所述髋部U型固定架的一端各通过一根转轴和股骨头转动架相接，所述股骨头转动架通过第一连杆连接第二电机，所述股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆均通过第二连杆连接第三电机，所述股骨头内侧Y型支撑架、股外侧T型固定杆下端均连接有一个小腿骨支撑杆，两个小腿骨支撑杆之间通过脚踏板相接，所述小腿骨支撑杆上分为矢状面和-冠状面，所述小腿骨支撑杆上端与股骨头内侧Y型支撑架支架安装第四电机，所述髋部U型固定架的右端下方的整体结构与其左端完全相同，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机分别对应第一电机A、第二电机A、第三电机A、第四电机A。

本发明的目的是这样实现的：一种独立式仿生行走系统，通过机械结构之间的协调运动，加之动力装置完成既定运动。

髋部U型固定架1主要用于髋部的固定以及髋关节在水平面上的转动，在运动中可以起到移动身体重心的作用。

转动连接件2主要用于髋关节在矢状面上旋转时带动股骨头转动架4转动。

转轴3用于连接髋部U型固定架1和股骨头转动架4并实现两者相对转动。

股骨头转动架4主要用于实现髋关节在矢状面的转动，从而完成大腿的抬落动作；

连杆5在第二电机102转动时，用于带动股骨头转动架4转动，实现大腿的抬起、落下动作。

股骨头内侧Y型支撑架6、股外侧T型固定杆7，两者用于支撑大腿部分，保证大腿完成抬起、落下及左右跨步等动作。

连杆8在电机103转动时，用于带动股外侧T型固定杆7转动，实现身体重心的移动及跨步动作；

膝关节转动副9用于连接大腿与小腿部分，当第四电机104转动时实现小腿的弯曲；

小腿骨支撑杆10，用于支撑小腿以完成小腿的相关动作；

第三连杆1用于1在膝关节转动时连接小腿骨，实现小腿的弯曲；

小腿骨支撑杆10上的矢状面12和冠状面13上的两对轴向转动副以及前后两个平衡弹簧组成踝关节2自由度转动副，可以实现矢状面和冠状面的转动，运动时保证身体的稳定；

脚踏板14，用于支撑脚掌。

行走动作，操作者首先驱动第四电机104和第四电机A204控制膝关节转动副9发生转动，使双腿微弯，而后驱动第三电机103控制股骨头内侧Y型支撑架6、股外侧T型固定杆7与右腿股骨头转动架4发生相对转动，使身体重心移动至右腿，接着驱动第二电机A202控制左腿股骨头转动架4在矢状面发生转动，使左大腿抬起，而后同驱动第三电机103和第二电机A202，控制身体重心向左腿移动的同时，使左腿落下，而后依次交替，完成前进行走动作。转弯以右转弯为例，左脚抬起后，调节第一电机101让身体略微向右转，使左脚落于身体前方靠右处，而后移动重心至左腿，抬起右脚，调节第一电机101让身体转正，使右脚落下与左脚平行，而后依次交替，完成转弯动作。

跨步动作，操作者首先驱动第四电机104和第四电机A204控制膝关节转动副9发生转动，使双腿微弯，而后驱动第三电机103控制股骨头内侧Y型支撑架6、股外侧T型固定杆7与右腿股骨头转动架4发生相对转动，使身体重心移动至右腿，接着驱动第二电机A202控制左腿股骨头转动架4在矢状面发生转动，使左大腿抬起，而后同时驱动第三电机103、第二电机A202和第三电机A203，使身体重心向两腿中间移动的同时，落下左腿。而后驱动第三电机A203控制股骨头内侧Y型支撑架6、股外侧T型固定杆7与右腿股骨头转动架4发生相对转动，使身体重心移动至左腿，接着驱动第二电机102控制右腿股骨头转动架4在矢状面发生转动，使右大腿抬起，而后同时驱动第三电机103、第二电机A202和第三电机A203，使身体重心向两腿中间移动的同时，落下右腿。而后依次交替，完成跨步动作。

蹲下起立动作，首先完成跨步动作(如上)，使身体重心落于两腿之间，蹲下时操作者驱动第四电机101和第四电机A204控制膝关节转动副9发生转动的同时，驱动第二电机102和第二电机A202控制双腿股骨头转动架4转动，使双腿弯曲，同时控制自己上身前倾，完成蹲下动作。起立动作与蹲下动作过程相反。(101、102、103、104与201、202、203、204在两腿的位置一一对应)。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。